基于plc船舶机舱监控系统设计-毕业设计正文.doc
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1、 浙江海洋学院本科生毕业论文 10基于PLC船舶机舱监控系统设计Xx(浙江海洋学院 机电工程学院,浙江 舟山 316000)摘要随着世界经济的飞速发展,全球一体化的日趋成熟,海航拥有着越来越重要的地位和作用,随着全世界船舶吨位的急剧增加,船舶作为水上交通工具,其特定环境决定了传播的安全、节能、环保是船舶工业技术的追求目标,尤其是对于安全,船舶机舱监控技术起到重要的保证作用。随着人工智能,控制原理和数据处理等技术的飞速发展,计算机技术越来越广泛的运用与传播领域。船舶机舱监控系统作为机舱自动化中的一项基本内容,其主要功能是对机舱中各种设备的工作状态和运行参数进行实施监控,并给以管理者和工作人员提示
2、与警报,给你他们足够的时间来处理异常的状况,以保证船舶安全运行,以保障生命与财产的安全。本文基于此,针对船舶机舱进行了一定的调查和研究,对监控警报系统进行了系统的设计。先是对整个系统的总体结构进行规划设计,选取适合的应用主模块,设计出主要的系统流程。然后针对警报信息的数据采集进行研究,分别是数据采集原理、误差分析和警报的具体功能进行说明。然后针对机舱监控系统的设备进行具体分析选取,比如供电结构、电缆线、变压器等,使得整个系统的设计更加完整。最后是基于PLC的温度监控程序的编写,针对MCGS软件的介绍。完整地把整个系统流程勾画了出来。宏观地来看船舶监控系统,当前高水平的船用监控系统产品基本被国外
3、公司垄断,国内也有很多公司和研究所致力于船用监控系统产品的开发,但是实船应用和国外相比仍有差距,因此对船舶机舱监控系统技术的研究具有很重要的现实意义。关键词:船舶;机舱;PLC;数据采集;温度监控;MCGSAbstractWith the rapid development of the world economy, global integration becomes mature, with a more and more important hna the status and role, along with the rapid increase of the world ships
4、tonnage, ship as water traffic tools, the specific circumstances of the spread of safety, energy saving and environmental protection is the industrial technology goal, especially for safety, Marine engine room monitoring technology has played an important role of the guarantee. With artificial intel
5、ligence, control principle and data processing technology rapid development, the computer technology is more and more extensive use of and communication field. Ship engine room monitoring system as the cabin of a basic content automation, the main function of of all kinds of equipment is in the engi
6、ne room of the work of the state and operation parameters for implementing monitoring, and given managers and workers prompt and alarm, you gave them enough time to deal with abnormal condition, to ensure the safe operation of the ship, in order to ensure the safety of life and property.This paper b
7、ased on this, according to a cabin ship survey and research, to monitor alarm system for the system design. First the general structure of the whole system in planning and design, the selection of main module for application, design the major system process. Then for alarm information data acquisiti
8、on, data collection principle, respectively is error analysis and warning of the specific function specification. And then in the cabin of the monitor and control system of a concrete analysis equipment selection, such as power supply structure, cable, transformers, make the whole system design more
9、 complete. The last is based on PLC temperature monitoring program compiling, and according to the introduction of MCGS software. Complete the whole system flow sketching out. Macro to see shipping monitoring system, the current high levels of Marine monitoring system of basic by foreign company pro
10、ducts monopoly, home also has a lot of companies and research institute devoted to Marine monitoring system of products development, but the ships application and abroad are still gap compared, so to the ship engine room monitoring system technology research has very important practical significance
11、. Key words: Shipping; The cabin; PLC; Data collection; Temperature monitoring; MCGS 目录第一章 概述11.1 引言11.2 船舶机舱监控系统的发展11.3国内外研究动态2第二章 船舶机舱监控系统总体结构设计42.1机舱监控系统的功能与要求42.1.1 机舱监控系统的功能42.1.2 机舱监控系统的技术指标42.2 设计方案52.3 主模块的选用52.3.1主模块配置选择52.3.2 PLC的介绍6第三章 计算机监测的基本原理83.1 警报信息的数据采集83.1.1 数据采集系统的结构83.1.2 数据采集的一
12、般原理93.1.3 数据测量的误差93.2 机舱监测警报系统的主要功能9第四章 机舱监控系统设计114.1 UPS的选取114.2 供电系统的结构114.3 变压器选型124.4 电缆型号的选取124.5 采集站的设计124.6 警报灯设计134.7 PLC模块接线设计134.7.1 数字量输入模块144.7.2 数字量输出模块144.7.3 CP340通讯模块15第五章 温度测量与监视系统设计175.1 硬件描述175.2 设计思路175.3 程序设计18第六章 船舶机舱监控软件的设计216.1 MCGS组态软件介绍216.2 MCGS系统的组成216.3MCGS系统的主要功能与主要特点21
13、小 结22致 谢24参考文献25第一章 概述1.1 引言随着世界经济的飞速发展,全球一体化的日趋成熟,海航拥有着越来越重要的地位和作用,随着全世界船舶吨位的急剧增加,船舶作为水上交通工具,其特定环境决定了传播的安全、节能、环保是船舶工业技术的追求目标,尤其是对于安全,船舶机舱监控技术起到重要的保证作用。随着人工智能,控制原理和数据处理等技术的飞速发展,计算机技术越来越广泛的运用与传播领域。船舶机舱监控系统作为机舱自动化中的一项基本内容,其主要功能是对机舱中各种设备的工作状态和运行参数进行实施监控,并给以管理者和工作人员提示与警报,给你他们足够的时间来处理异常的状况,以保证船舶安全运行,以保障生
14、命与财产的安全。本文以此背景展开研究工作。在本课题研究中,主要基于主流的PLC智能化模块,针对温度,压力等一些具体的测量指标来模拟对机舱中各种设备的监测,包括数据采集,光,声警报,警报数据打印,通过模拟,来体现整个机舱监控系统的运行,以便运用于船舱之中,给船舶管理工作带来帮助,减轻轮机员劳动强度,进一步推动无人机舱系统的发展。当前高水平的船用监控系统产品基本被国外公司垄断,国内也有很多公司和研究所致力于船用监控系统产品的开发,但是实船应用和国外相比仍有差距,因此对船舶机舱监控系统技术的研究具有很重要的现实意义。1.2 船舶机舱监控系统的发展 “船舶自动化”的概念是在20世纪50年代提出来的,随
15、着船舶自动化系统不断发展,机舱监控系统经历了单元装置自动化、集中监控系统、集散性监控系统、现场总线全分布系统四个阶段,使得设备越来越完善,越来越合理可靠。 (1)单元装置自动化在20世纪50年代时,一些航运发达国家率先提出了“船舶自动化”概念,希望来降低其高昂的运输成本,来实现某些单独系统的自动化形势,如自动锅炉、柴油机压力自动调节、温度自动调节等。但是因为这个时期还没有真正构成一个完整的集中控制系统,所以统称为单元装置自动化阶段。 (2)集中型监控系统从60年代开始,丹麦、日本等国率先在机舱中设立了集中监控室。在夜间船舶机舱无人值班时,可以对船舶机舱中的设备实施集中监视、控制和远程遥控。由于
16、那个时代的船舶机舱监控系统主要是采取模拟电子信号的自动化仪表和测量装置,所以这个监控系统称为模拟式监控系统。在进入70年代后,随着微型计算机的广泛应用,船舱监控系统更是得到了进一步的完善。一般该系统在主监控室中配置一台功能强大的计算机,使之充分发挥计算机控制能力和强大的运算能力,对船舶机舱设备进行巡回检测和调节控制,形成了所谓的计算机集中监控系统监控室中引入了所有需要监控的信号。但是这样的系统也会出现一些问题,譬如为模拟信号传输,必须铺设昂贵的屏蔽电缆。而以计算机为中心的系统,在计算机出现故障问题的时候,可能会导致整个系统的瘫痪。集中性监控系统的主要代表是NORCONTRAL公司的DATACH
17、IEF-III系统。 (3)集散型监控系统到了80年代,随着计算机网络技术的快速发展,尤其一些微型处理器,在船舶自动化领域的应用也越来越广泛,因而出现了集散型微机监控系统,也被称为分布式多级微机控制系统。世界第一套集散型控制系统TDC2000是由美国的霍尼韦尔公司推出的。它是由可编程控制器(PLC)、数字调节器以及多个计算机递阶构成的分散、集中相结合的控制系统。该系统采用了“操作站-控制站-现场仪表”3层结构,主要的特点是把以前由一台小型的计算机独自承担的监控任务合理的分成多个小型任务,并由多台微机或控制器分别实现并由各个子系统对各个任务进行的监测和控制。同时,为了便于集中控制管理,还可以通过
18、高速微机局域网将各个子系统的主控单元与监控主机互连在一起,实现控制信息的共享。 (4)现场总线式全分布系统进入90年代,随着现场总线技术的日趋成熟,现场总线控制系统也被越来越多的应用于船舱监控领域。现场总线式应用于生产现场,在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信系统,是一种用于现场仪表与控制系统之间的一种全分散、全数字化、双向、多占点开放式的通信网络。而全分布式系统主要是以现场总线作为各个子系统的内部控制网络,并将监控系统大的功能进一步下放,利用I/O模块、智能变送器、执行器、数字传感器在现场一级实现了控制监控系统的组态,因此很大地提高了现场信息的可信度与利用度,增强了系统的可靠性
19、和安全性。应用现场总线通信协议,既可以实现船舶监控设备的互操作和互换,也可以使得船舶监控报警系统、主机遥控系统等系统之间形成相互的联结,为船舶综合监控系统的实现打下了基础1。 1.3国内外研究动态船舶机舱自动化系统是集机舱动力系统及辅助系统自动控制、监测、报警等于一体的监控系统,主要包括主动力系统,电力系统等多个子系统的监测和控制,例如主机遥控、机舱检测警报、电站管理、泵控制等。机舱检测报警系统是船舶自动监控系统的一个重要组成部分,是实现“无人机舱”的关键。该系统的主要功能是为实现对对主机,锅油,燃油,滑油等主要系统的工作状态和参数的监控,并进行指示、记录、打印等处理。当系统监测到设备工作异常
20、时,系统立即发生警报,提醒工作人员及时处理问题,并对相关设备进行操控,确保安全运行。从20世纪50年代一些航运发达国家为了降低运输的成本而提出“船舶自动化”的概念开始,船舶自动化系统不断发展,机舱检测报警系统也在经历了一开始的常规仪表,气,电动与小规模集成电子模块,微型计算机为基础的集散性监控的三个阶段。现在这个阶段的主流是现场总线型机舱监控报警系统,以PLC为代表的智能化模块将集散控制系统(DCS)和现场总线型分布式系统(FCS)有机结合。目前应用的监控系统的大量功能是用软件实现的。如今,国内外产品也随着技术发展,逐渐为满足应用的需要而开发研究。在国内,主要是以研究所、企业、高校三类机构独立
21、或者联合研究开发机舱检测报警系统。比如天津斯莱顿电子有限公司联合中国科学院电子研究所和合天津大学电子系开发出了SLT-06A集中警报检测系统;上海三进科技发展有限公司基于CAN总线的CJBW3100系列船用警报系统;华东船舶工业学院和比太系统工程有限公司采用无线以太网技术合作开发的传播自动化监控系统;上海船舶运输科学研究所研制的基于Lon Works现场总线的STI-VC2100MA舰船监控警报系统等等。国外,瑞士ABB集团,德国西门子公司,挪威的康士伯公司,日本的JRC公司,施耐德电器等厂商都有成熟技术的船用警报系统产品。特别是挪威的KONGSBERG公司的自动化船用设备是这个领域的世界先进
22、技术。该公司推出的基于CAN总线技术的DATACHIEF C20综合控制系统和监测警报应用广泛,几年前又开发出了K-CHIEF500系统,使软硬件操作更加人性化,并占大量市场。康士伯在最近推出了K-CHIEF700在性能上做了进一步改善,包括安全性、可靠性,功能上趋向综合监控,而且从工程实践的角度对产品的模块重新设计,各信号模块可以比较灵活的安装在设备附近,比如配电板内、阀门控制舱室内等,节省了大量接线工作,更是缩短调试和船舶建造周期6。第二章 船舶机舱监控系统总体结构设计2.1机舱监控系统的功能与要求2.1.1 机舱监控系统的功能船舶机舱监控系统是为了实现船舶安全稳定运行,对全船中重要自动化
23、设备的运行的数据和安全的信息进行监控,提供警报,将异常的情况传达给工作人员,给各个系统和人员提供了安全。对于PLC的设计在船舶机舱监控系统中,首先要知道该监控系统基本的功能和技术的要求,然后才根据实际需要选用适合的主控模块,进行总体方案设计。 数据监控采集船舶机舱集中了船上航行所需要的全部机械动力装置,可以说是整个船舶的心脏。像主机排气温度,主机冷却水温度和压力,主机排气平均量,进出主机活塞冷却水温度,主机滑油进口温度和压力,主机燃油出口温度和压力这些指标数据都是表示整个船舶机舱是否正常应作。对这些温度,压力的数据检测是实施船舶监控的首要环节。 报警显示报警显示共有种形式:列表显示、报警弹出显
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