船舶輔助機(jī)械的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）文獻(xiàn)綜述畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）文獻(xiàn)綜述 課題名稱：船舶輔助機(jī)械的 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)院：機(jī)電工程學(xué)院 專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 年級： 指導(dǎo)教師： 學(xué)生姓名： 學(xué)號： 起迄日期：2007 年 12 月 15 號至 2008 年 03 月 06 日 2008 年 3 月 6 日 文獻(xiàn)綜述文獻(xiàn)綜述 引言引言 船舶輔助機(jī)械是保證船舶正常航行的重要設(shè)備，它種類繁多，各有其工作特性，通過電子、電 器組成了若干個(gè)自動控制系統(tǒng)。比如輔助鍋爐的自動控制系統(tǒng)，船舶起貨機(jī)的自動控制系統(tǒng)，各種 泵的自動切換，制冷設(shè)備的自動控制等。而目前許多船舶上的輔助機(jī)械的自動控制系統(tǒng)都是以繼電 器接觸器為主要

2、控制元件， 鑒于如下因素有必要采用PLC 技術(shù)來取代傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制技術(shù)。 1-2 繼電器控制邏輯采用硬接線邏輯，利用繼電器機(jī)械觸點(diǎn)的串聯(lián)或并聯(lián)，及延時(shí)繼電器的滯后動 作等組合成控制邏輯，其接線多而復(fù)雜、體積大、功耗大、故障率高，一旦系統(tǒng)構(gòu)成后，想再改變 或增加功能都很困難。另外，繼電器觸點(diǎn)數(shù)目有限，每個(gè)只有48 對觸點(diǎn)。因此靈活性和擴(kuò)展性很 差。而 PLC 采用存儲邏輯，其控制邏輯以程序方式存儲在內(nèi)存中，要改變控制邏輯，只需改變程序 即可，故稱為“軟接線”。因此靈活性和擴(kuò)展性都很好。 電源接通時(shí)，繼電器控制線路中各繼電器同時(shí)都處于受控狀態(tài)，即該吸合的都應(yīng)吸合，不該吸 合的都因受某種條件

3、限制不能吸合，它屬于并行工作方式。而PLC 的控制邏輯中，各內(nèi)部器件都處 于周期性循環(huán)掃描過程中，屬于串行工作方式。繼電器控制邏輯使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)，連線也多。 觸點(diǎn)開閉時(shí)會受到電弧的損壞，并有機(jī)械磨損，壽命短，因此可靠性和可維護(hù)性差。而PLC 采用微 電子技術(shù)，大量的開關(guān)動作由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成，體積小、壽命長、可靠性高。PLC 還配 有自檢和監(jiān)督功能，能檢查出自身的故障，并隨時(shí)顯示給操作人員，還能動態(tài)地監(jiān)視控制程序的執(zhí) 行情況，為現(xiàn)場調(diào)試和維護(hù)提供了方便。 繼電器控制邏輯依靠觸點(diǎn)的機(jī)械動作實(shí)現(xiàn)控制， 工作頻率低， 觸點(diǎn)的開閉動作一般在幾十ms 數(shù) 量級。另外，機(jī)械觸點(diǎn)還會出現(xiàn)抖動問

4、題。而PLC 是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來實(shí)現(xiàn)控制，屬于 無觸點(diǎn)控制，速度極快，一般一條用戶指令的執(zhí)行時(shí)間在哪數(shù)量級，且不會出現(xiàn)抖動。 繼電器控制邏輯利用時(shí)間繼電器進(jìn)行時(shí)間控制。一般來說，時(shí)間繼電器存在定時(shí)精度不高，定 時(shí)范圍窄，且易受環(huán)境濕度和溫度變化的影響，調(diào)整時(shí)間困難等問題。PLC 使用半導(dǎo)體集成電路做 定時(shí)器，時(shí)基脈沖由晶體振蕩器產(chǎn)生，精度相當(dāng)高，且定時(shí)時(shí)間不受環(huán)境的影響，定時(shí)范圍一般從 0.0015 到若干天或更長。用戶可根據(jù)需要在程序中設(shè)置定時(shí)值，然后由軟件來控制定時(shí)時(shí)間。 使用繼電器控制邏輯完成一項(xiàng)控制工程，其設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試必須依次進(jìn)行，周期長，而且修 改困難。工程越大，這一點(diǎn)

5、就越突出。而用PLC 完成一項(xiàng)控制工程，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成以后，現(xiàn)場施 工和控制邏輯的設(shè)計(jì)（包括梯形圖設(shè)計(jì)）可以同時(shí)進(jìn)行，周期短，且調(diào)試和修改都很方便。 從以上幾個(gè)方面的比較可知，PLC 在性能上比繼電器控制邏輯優(yōu)異，特別是可靠性高、通用性 強(qiáng)、設(shè)計(jì)施工周期短、調(diào)試修改方便，而且體積小、功耗低、使用維護(hù)方便。但在很小的系統(tǒng)中使 用時(shí)，價(jià)格要高于繼電器系統(tǒng)，這可從維修費(fèi)用減少中得到補(bǔ)償。因此，研究基于PLC 技術(shù)的船舶 輔助機(jī)械自動控制系統(tǒng)很有必要。4-6 3 可編程控制技術(shù)可編程控制技術(shù) 可編程序控制器，是一種集成化的綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)與自動控制技術(shù)為一體的工業(yè)控制產(chǎn)品, 完全具備微機(jī)的邏輯運(yùn)算、數(shù)

6、據(jù)處理和傳輸?shù)裙δ?。目前已廣泛應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)的流水線、自動化 控制系統(tǒng)以及遠(yuǎn)洋船舶的電站、 信號報(bào)警系統(tǒng)和拖動控制系統(tǒng)中。 在目前的船舶建造中,利用這種數(shù) 字控制技術(shù)正在全部或部分取代傳統(tǒng)的模擬控制電路板或簡單的數(shù)字電路板,通過 PLC 可以將設(shè)備 和機(jī)控室及駕駛臺緊密地連接起來,使船舶具有明顯的數(shù)字化特征,船員可從上層控制臺進(jìn)行檢測、 讀數(shù)、打開閥門加油加水、操縱船舶航行等業(yè)務(wù)。船舶操作簡便易行,效率得到了很大提高。 世界上第一臺可編程序控制器誕生于 1969 年,是由當(dāng)時(shí)美國數(shù)字設(shè)備公司為通用汽車公司研制 開發(fā)并成功應(yīng)用于汽車生產(chǎn)線上的。設(shè)想通過編程的方式使用程序邏輯代替原有的繼電器硬接線

7、邏 輯,以適應(yīng)由于汽車改型而引起的流水線上的繼電器和開關(guān)重新布置的需要 ,減少裝置和維修工作 量。有效地減少了繼電器的重新設(shè)計(jì)和安裝。進(jìn)入20 世紀(jì) 80 年代以來，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子 技術(shù)的迅速發(fā)展，極大地推動了可編程序控制器的發(fā)展，使其功能日益增強(qiáng)，更新?lián)Q代明顯加快。 目前一臺 PLC 是一部硬件和軟件齊全的電子計(jì)算機(jī),硬件是由中央處理單元(CPU) 、內(nèi)存儲器、輸入 /輸出單元( I/O單元) 、電源、編程器等組成。軟件系統(tǒng)由主板上集成的操作系統(tǒng)和各種輸入輸出 管理程序組成。將編制好的程序拷貝進(jìn) PLC 的存儲器中, 起動運(yùn)行開關(guān)則程序就會在操作系統(tǒng)控制 下反復(fù)執(zhí)行。PLC 工作方式

8、是采用循環(huán)掃描工作方式,即每一次狀態(tài)變化需一個(gè)掃描周期, PLC 循環(huán) 掃描時(shí)間一般為幾毫秒至幾十毫秒。整個(gè)過程分為內(nèi)部處理、通信、輸入處理、執(zhí)行程序、輸出處 理幾部分,把從輸入端得到的信號經(jīng)過加工變換后送到輸出端,指揮設(shè)備工作。 7 - 8 1 1、 可編程控制技術(shù)國外發(fā)展?fàn)顩r可編程控制技術(shù)國外發(fā)展?fàn)顩r9 - 11 目前世界上 PLC 產(chǎn)品可按地域分成三大流派：一個(gè)流派是美國產(chǎn)品，一個(gè)流派是歐洲產(chǎn)品，一 個(gè)流派是日本產(chǎn)品。美國和歐洲的 PLC 技術(shù)是在相互隔離情況下獨(dú)立研究開發(fā)的，因此美國和歐洲 的 PLC 產(chǎn)品有明顯的差異性。而日本的PLC 技術(shù)是由美國引進(jìn)的，對美國的PLC 產(chǎn)品有一定的

9、繼承 性，但日本的主推產(chǎn)品定位在小型 PLC 上。美國和歐洲以大中型 PLC 而聞名，而日本則以小型 PLC 著稱。 美國 PLC 產(chǎn)品 美國是 PLC 生產(chǎn)大國，有 100 多家 PLC 廠商，著名的有 A-B 公司、通用電氣（GE）公司、莫迪 康（MODICON）公司、德州儀器（TI）公司、西屋公司等。其中A-B 公司是美國最大的 PLC 制造商， 其產(chǎn)品約占美國 PLC 市場的一半。 A-B 公司產(chǎn)品規(guī)格齊全、種類豐富，其主推的大、中型 PLC 產(chǎn)品是 PLC-5 系列。該系列為模塊 式結(jié)構(gòu)，CPU 模塊為 PLC-5/10、PLC-5/12、PLC-5/15、PLC-5/25 時(shí)，屬于

10、中型 PLC，I/O 點(diǎn)配置范 圍為 2561024 點(diǎn)； 當(dāng) CPU 模塊為 PLC-5/11、 PLC-5/20、 PLC-5/30、 PLC-5/40、 PLC-5/60、 PLC-5/40L、 PLC-5/60L 時(shí)，屬于大型 PLC，I/O 點(diǎn)最多可配置到 3072 點(diǎn)。該系列中 PLC-5/250 功能最強(qiáng)，最多 可配置到 4096 個(gè) I/O 點(diǎn)， 具有強(qiáng)大的控制和信息管理功能。 大型機(jī) PLC-3 最多可配置到 8096 個(gè) I/O 點(diǎn)。GE 公司的代表產(chǎn)品是：小型機(jī)GE-1、GE-1/J、GE-1/P 等，除 GE-1/J 外，均采用模塊結(jié)構(gòu)。德 州儀器（TI）公司的小型 P

11、LC 新產(chǎn)品有 510、520 和 TI100 等，中型 PLC 新產(chǎn)品有 TI300、5TI 等， 大型 PLC 產(chǎn)品有 PM550、530、560、565 等系列。除TI100 和 TI300 無聯(lián)網(wǎng)功能外，其它PLC 都可實(shí) 現(xiàn)通信，構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)。 歐洲 PLC 產(chǎn)品 德國的西門子（SIEMENS）公司、AEG 公司、法國的 TE 公司是歐洲著名的 PLC 制造商。德國的 西門子的電子產(chǎn)品以性能精良而久負(fù)盛名。在中、大型PLC 產(chǎn)品領(lǐng)域與美國的 A-B 公司齊名。西門 子 PLC 主要產(chǎn)品是 S5、S7 系列。在 S5 系列中，S5-90U、S-95U 屬于微型整體式 PLC；S5

12、-100U 是小 型模塊式 PLC，最多可配置到 256 個(gè) I/O 點(diǎn)；S5-115U 是中型 PLC，最多可配置到 1024 個(gè) I/O 點(diǎn)； S5-115UH 是中型機(jī)，它是由兩臺SS115U 組成的雙機(jī)冗余系統(tǒng)。 日本 PLC 產(chǎn)品 日本的小型 PLC 最具特色，在小型機(jī)領(lǐng)域中頗具盛名，某些用歐美的中型機(jī)或大型機(jī)才能實(shí)現(xiàn) 的控制，日本的小型機(jī)就可以解決。在開發(fā)較復(fù)雜的控制系統(tǒng)方面明顯優(yōu)于歐美的小型機(jī)，所以格 外受用戶歡迎。日本有許多 PLC 制造商，如三菱、歐姆龍、松下、富士、日立、東芝等，在世界小 型 PLC 市場上，日本產(chǎn)品約占有70的份額。 三菱公司的 PLC 是較早進(jìn)入中國市場

13、的產(chǎn)品。其小型機(jī)F1/F2 系列是 F 系列的升級產(chǎn)品，早期 在我國的銷量也不小。F1/F2 系列加強(qiáng)了指令系統(tǒng)，增加了特殊功能單元和通信功能，比 F 系列有 了更強(qiáng)的控制能力。繼 F1/F2 系列之后，20 世紀(jì) 80 年代末三菱公司又推出 FX 系列，在容量、速度、 特殊功能、網(wǎng)絡(luò)功能等方面都有了全面的加強(qiáng)。FX2 系列是在 90 年代開發(fā)的整體式高功能小型機(jī)， 它配有各種通信適配器和特殊功能單元。FX2N 幾年推出的高功能整體式小型機(jī)，它是FX2 的換代產(chǎn) 品， 各種功能都有了全面的提升。 近年來還不斷推出滿足不同要求的微型PLC， 如 FXOS、 FX1S、 FX0N、 FX1N 及系

14、列等產(chǎn)品。三菱公司的大中型機(jī)有 A 系列、QnA 系列、Q 系列，具有豐富的網(wǎng)絡(luò)功能， I/O 點(diǎn)數(shù)可達(dá) 8192 點(diǎn)。其中 Q 系列具有超小的體積、豐富的機(jī)型、靈活的安裝方式、雙CPU 協(xié)同處 理、多存儲器、遠(yuǎn)程口令等特點(diǎn)，是三菱公司現(xiàn)有PLC 中最高性能的 PLC。 2 2、可編程控制技術(shù)國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r、可編程控制技術(shù)國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r12 - 13 我國有許多廠家、科研院所從事PLC 的研制與開發(fā)，如中國科學(xué)院自動化研究所的PLC-0088， 北京聯(lián)想計(jì)算機(jī)集團(tuán)公司的GK-40，上海機(jī)床電器廠的CKY-40，上海起重電器廠的CF-40MR/ER，蘇 州電子計(jì)算機(jī)廠的 YZ-PC-001A，原機(jī)電

15、部北京機(jī)械工業(yè)自動化研究所的MPC-00l/20、KB-20/40，杭 州機(jī)床電器廠的 DKK02，天津中環(huán)自動化儀表公司的DJK-S-84/86/480，上海自立電子設(shè)備廠的KKI 系列，上海香島機(jī)電制造有限公司的 ACMY-S80、ACMY-S256，無錫華光電子工業(yè)有限公司（合資） 的 SR-10、SR-20/21 等。 從 1982 年以來，先后有天津、廈門、大連、上海等地相關(guān)企業(yè)與國外著名 PLC 制造廠商進(jìn)行合 資或引進(jìn)技術(shù)、生產(chǎn)線等，這將促進(jìn)我國的PLC 技術(shù)在趕超世界先進(jìn)水平的道路上快速發(fā)展。 3 3、可編程控制技術(shù)在船舶上的實(shí)際成果、可編程控制技術(shù)在船舶上的實(shí)際成果 20 世

16、紀(jì) 70 年代，國外海上自動航行系統(tǒng)，即初期的綜合船橋系統(tǒng)（IBS）問世了。目前，世界 上先進(jìn)國家已研制推出第 3 代、第 4 代不同類型的綜合船橋系統(tǒng)（IBS） ，其中應(yīng)用了大量的 PLC 自 動控制技術(shù)，對船上輪機(jī)監(jiān)控、自動監(jiān)測、自動報(bào)警、鍋爐等功能實(shí)施控制，以最少的人力、最低 的燃料消耗，實(shí)現(xiàn)船舶自動化航行。15-16 總結(jié)總結(jié) 本論文擬從以下幾個(gè)方面研究 PLC 在船舶輔助機(jī)械自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。即PLC 在船舶輔助 鍋爐自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，交流三速變極調(diào)速起貨機(jī)的PLC 控制， PLC 在三相異步電動機(jī)控制中 的應(yīng)用，船舶組合起動屏的 PLC 控制系統(tǒng)，PLC 在船舶機(jī)艙監(jiān)視系統(tǒng)

17、中的應(yīng)用。通過各個(gè)典型的船 舶輔助機(jī)械采用 PLC 技術(shù)所構(gòu)成的自動控制系統(tǒng)的研究， 說明船舶輔助機(jī)械采用PLC 技術(shù)的必要性、 可行性和優(yōu)越性。17-20 【參考文獻(xiàn)】 1 陳錫云，王元旦.可編程控制器 PLC 在船舶中的推廣應(yīng)用J.中國修船，1997,(2):37-38. 2 吳華彬.PLC 控制技術(shù)在工程船舶上的應(yīng)用J.水運(yùn)工程，1996,(8):97-101. 3 王永華.現(xiàn)代電氣控制及 PLC 應(yīng)用技術(shù)M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003 年. 4 李樹雄.可編程序控制器原理及應(yīng)用教程M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2003. 5 賴指南.怎樣用 PLC 改造繼電接觸器控制線

18、路J.機(jī)床電器，1996,(4):29-33. 6 李國屏.談 PLC 可編程控制器的原理和工業(yè)應(yīng)用J.寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)， 2005,9(2):25-27. 7 楊慶光，黃海，宋曉波. 現(xiàn)代可編程控制技術(shù)的探討J. 一重技術(shù)，2001,(Z1):59-61. 8 肖維榮 .發(fā)展迅猛的PLC 控制技術(shù)現(xiàn)代可編程控制技術(shù)的發(fā)展趨向J.機(jī)械制造， 1999,(1):43-37. 9 Theodore Wildi. Electrical Machines, Drives,and PowerSystensM.北京：科學(xué)出版社， 2002. 10MichaelDarnell.PLC-BasedControlSystemsGoOff-ShoreJ.Control Engineering,2007,(26):9-11. 11 陸運(yùn)華. 可編程控制器(PLC)綜述J. 電子制作,2007(7):6-9. 12 弭洪濤.PLC 應(yīng)用技術(shù)M.北京:中國電力出版社.2004 13 申世武，周蕓.小型 PLC 的發(fā)展趨勢及國產(chǎn)化J.