?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)論文

1、?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文）設(shè)計(jì)題目： 基于PLC控制的船舶輪機(jī)員安全報(bào)警系統(tǒng)系 部：輪機(jī)學(xué)院專業(yè)：輪機(jī)工程技術(shù)班級：0684班姓 名： 張博 學(xué) 號：2006136125指導(dǎo)教師：職稱 講師2009年6月 南京摘要二十世紀(jì)九十年代以來，計(jì)算機(jī)的不斷發(fā)展引發(fā)了各個(gè)領(lǐng)域的革命性變革。航運(yùn)界也受其影響，使得現(xiàn)代航運(yùn)對船舶自動化程度和信息集成程度的要求也越來越高。為了適應(yīng)現(xiàn)代自動化機(jī)艙的要求，PLC控制逐漸取代繼電接觸器控制成為船舶機(jī)艙控制的主要環(huán)節(jié)，使控制系統(tǒng)更加安全、迅速、可靠。船舶在正常航行過程中，機(jī)艙出現(xiàn)故障經(jīng)常需要輪機(jī)員下去對主機(jī)，輔機(jī)等設(shè)備進(jìn)行維修和保養(yǎng)， 由于現(xiàn)在大多數(shù)船舶采用的是無人機(jī)艙的模

2、式，所以在機(jī)艙工作的數(shù)量就很少。 故而當(dāng)輪機(jī)員進(jìn)入機(jī)艙工作就需要有可靠的監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)，傳統(tǒng)的繼電器控制的輪機(jī)員安全報(bào)警器，雖說能夠提供報(bào)警但是其容易發(fā)生故障且不易被察覺。然而采用PLC控制這能使輪機(jī)員報(bào)警系統(tǒng)的安全系數(shù)大大的提高，從而使輪機(jī)員的工作更加安全可靠。上述設(shè)計(jì)滿足了2006 鋼質(zhì)海船建造入級規(guī)范的迅速、實(shí)時(shí)、可靠、直觀等要求。所以用 PLC控制輪機(jī)員報(bào)警器就能夠使輪機(jī)員在機(jī)艙工作地安全系數(shù)得到大大的提高關(guān)鍵詞 ： 船舶輪機(jī)員安全監(jiān)視報(bào)警系統(tǒng)PLC 繼電器控制AbstractSince the 1990s, the computer has developed unceasingly

3、has initiated each domain revolutionary transformation. The shipping interest also receives its influence, causes the modern shipping is also getting higher and higher to the ships automaticity and the information integration degree request. In order to adapt the modern automation engine room reques

4、t, the PLC control substitutes gradually following the electrical pick-off control into ships engine room control key link, causes the control system to be safer, to be rapid, is reliable. The ships in the normal navigation process, the engine room present the breakdown to need the marine engineer t

5、o get down frequently to the main engine, equipment and so on auxiliary engine to carry on the service and the maintenance, what because the present majority ships use is the unmanned engine room pattern, therefore are very few in engine room works quantity. Therefore works as the marine engineer en

6、ters the engine room work to need to have the reliable monitor alarm system, the traditional black-white control marine engineer safety alarm apparatus, although can provide the warning, but it easy to break down and was realized not easily. However uses PLC to control this to be able to cause the m

7、arine engineer alarm systems safety coefficient big enhancement, thus causes marine engineers work to be safer reliably. The above design has satisfied 2006 Steel Sea boats Construct Into Level Standard rapidly, real-time, reliable, direct-viewing and so on requests. Therefore controls the marine en

8、gineer alarm apparatus with PLCto be able to enable the marine engineer to have the big enhancement in the engine room job site safety coefficientKeywords Engineers to monitor the ship security alarm system control PLC relay1 引言 12 工作原理 22.1 系統(tǒng)的基本組成 22.2 工作原理及過程 23 PLC 簡介及程序設(shè)計(jì) 33.1 PLC 簡介： 33.2 PLC控

9、制的船舶輪機(jī)員安全報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 33.3 PLC控制的輪機(jī)員安全報(bào)警系統(tǒng)程序 53.4 PLC接線圖 63.5 I/O 接線列表 74 、 PLC 控制的輪機(jī)員安全報(bào)警系統(tǒng)與繼電器控制的輪機(jī)員報(bào)警系統(tǒng)的比較 74.1 繼電器接觸器控制的缺點(diǎn) 74.2 PLC控制的的優(yōu)點(diǎn) 8結(jié) 論 9致 謝 10參考文獻(xiàn) 111引言隨著船舶建造水平的發(fā)展，大量高科技設(shè)備得到應(yīng)用，使得很多設(shè)備的運(yùn)行 已不再需要人工看護(hù)和操作，出現(xiàn)了無人機(jī)艙或一人機(jī)艙，人們只需要在必要的 時(shí)候?qū)C(jī)艙設(shè)備進(jìn)行巡檢就可以了。因此，為了保證輪機(jī)員的安全，產(chǎn)生了輪機(jī)員安全報(bào)警系統(tǒng)。當(dāng)輪機(jī)員下機(jī) 艙工作前，開通此系統(tǒng)就可以保證輪機(jī)員安全地工

10、作。 如果在工作期間出現(xiàn)了人 身傷害，不能在固定時(shí)間內(nèi)將本系統(tǒng)復(fù)位時(shí)， 本系統(tǒng)會發(fā)出警報(bào)，報(bào)警信號送至 機(jī)艙延伸報(bào)警燈柱和機(jī)艙報(bào)警檢測系統(tǒng)。機(jī)艙報(bào)警檢測系統(tǒng)又會將此報(bào)警送至延伸報(bào)警系統(tǒng)，再送至駕駛室及相關(guān)船 員房間以及公共場所，提醒大家進(jìn)入機(jī)艙救人。值班輪機(jī)員能夠在固定的時(shí)間內(nèi)復(fù)位本系統(tǒng)， 則本系統(tǒng)將重新報(bào)警計(jì)時(shí)，直 至輪機(jī)員安全離開機(jī)艙關(guān)閉本系統(tǒng)時(shí)，本系統(tǒng)才不再進(jìn)行報(bào)警計(jì)時(shí)。該系統(tǒng)的采 用大大的提高了輪機(jī)員的人身安全系數(shù)，有的船廠將其稱為死人報(bào)警。啟動，停止按鈕箱t-iIF停止K設(shè)定 司 271nmKT設(shè)定 時(shí)間3min 811去機(jī)艙監(jiān)測報(bào)警KMt、一 去機(jī)艙監(jiān)測報(bào)警圖1傳統(tǒng)輪機(jī)員安全報(bào)警系

11、統(tǒng)（繼電器接觸器控制）2 工作原理由于每個(gè)廠家的原理圖有所不同，但都是大同小異，在這里我只以上面的一種電路圖為例進(jìn)行討論。2.1 系統(tǒng)的基本組成該系統(tǒng)主要由控制回路（都安置在集控臺內(nèi)），啟動停止按鈕箱（每個(gè)機(jī)艙的入口位置）和復(fù)位按鈕箱（在機(jī)艙的報(bào)警燈柱還機(jī)艙報(bào)警檢測的樓梯口）等。2.2 工作原理及過程如圖1在控制回路中的K2旋轉(zhuǎn)開關(guān)和機(jī)艙入口位置的啟動停止按鈕， 它們的 關(guān)系是并聯(lián)的，都可以對本系統(tǒng)進(jìn)行啟動和停止的操作，當(dāng)啟動按鈕按下時(shí)，繼電器KM動作。KM繼電器經(jīng)KM繼電器的常閉觸點(diǎn)（1、9）和KM繼電器的常開 觸點(diǎn)（5、 9）閉合而動作。并經(jīng)自身的觸點(diǎn)KM1（5、 ,9） 自保。啟動/停止

12、按鈕箱的指示燈H由于KM繼電器的觸點(diǎn)（6、10）閉合，并經(jīng)KM繼電器的常閉觸點(diǎn)（8, 11）供電燈亮，表示系統(tǒng)開始工作。同時(shí) KM1繼電器的觸點(diǎn)（7.11）閉合，使控 制板上的指示燈H2也得電燈亮。此時(shí)，時(shí)間繼電器 KT1進(jìn)KM8繼電器的常閉觸 點(diǎn)（1, 9）得電開始延時(shí)。當(dāng)延時(shí)到設(shè)定的時(shí)間，時(shí)間繼電器 KT1動作，它的延 時(shí)閉合觸點(diǎn)（1,3）閉合，使繼電器KM5,KM儕口時(shí)小8電器KT2線圈得電，KM6 繼電器的常閉觸點(diǎn)（8， 11）斷開，切斷遙控啟動/停止按鈕箱上的指示燈H1 的電源；指示燈熄滅。KM5繼電器的常開觸點(diǎn)（8, 11）閉合，將信號傳送至機(jī)艙 的延伸報(bào)警燈柱上，整個(gè)機(jī)艙出現(xiàn)聲光

13、報(bào)警，并且KM鄲電器的觸點(diǎn)使報(bào)警燈柱 板鳴音器發(fā)出聲音。假如工作人員在3min 沒有復(fù)位或者停止該系統(tǒng)工作那么時(shí)間繼電器KT2將延時(shí)動作，它的常開觸點(diǎn)（8, 11）閉合，將信號傳至機(jī)艙檢測報(bào)警系統(tǒng)，機(jī)艙檢測報(bào)警將報(bào)警輸送至延伸報(bào)警系統(tǒng)，送到公共場所和值班輪機(jī)員的房間中并且通知船員到機(jī)艙救人但是如果在KT1 時(shí)間繼電器延時(shí)過程中，將復(fù)位按鈕箱中的復(fù)位按鈕按下或者是控制板上的T1 復(fù)位按鈕被按下，繼電器 KM8動作，它的常閉觸點(diǎn)（1， 9）斷開，此時(shí)時(shí)間繼電器KT1 的電源被切斷。當(dāng)復(fù)位按鈕松手后，繼電器KM吩電，它的常閉觸點(diǎn)（1,9）閉合，從而使時(shí)間繼電器 KT1 又得電，使系統(tǒng)重新進(jìn)行報(bào)警計(jì)時(shí)

14、。如果系, 統(tǒng)啟動后的任何時(shí)間內(nèi)，在控制板或者在啟動/停止按鈕箱按下停止按鈕，KM3繼電器得電動作，它的常閉點(diǎn)(1, 9)斷開，切斷KM1繼電器的電源，KM1繼電器的自保點(diǎn)(5, 9)脫開，同 時(shí)因?yàn)閗m1的常開觸點(diǎn)(11, 7)斷開，切斷時(shí)間繼電器 KT2的電源，控制板上 的指示燈H2熄滅，KM1的常開觸點(diǎn)(6, 10)切斷啟動/停止遙控按鈕箱上的指 示燈 H1 的電源 , 當(dāng)指示燈熄滅后則表示值班輪機(jī)員可以安全的離開機(jī)艙.3 PLC 簡介及程序設(shè)計(jì)3.1 PLC 簡介：PLC即可編程才5制器(Programmable logic Controller ),是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控

15、制裝置。在1987 年國際電工委員會(InternationalElectricalCommittee)頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對PLC做了如下定義：PLC英文全稱 Programmable Logic Controller , 中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是:一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算, 順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?！?PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存

16、儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、 計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控 制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)?！?.2 PLC 控制的船舶輪機(jī)員安全報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)本輪機(jī)員安全報(bào)警系統(tǒng)由輪機(jī)員安全主控模塊、輪機(jī)員安全復(fù)位模塊、輪機(jī)員安全起/停模塊三部分構(gòu)成。其中， 一個(gè)輪機(jī)員安全主控模塊可配置4 個(gè)區(qū)域的輪機(jī)員安全子系統(tǒng)，每個(gè)輪機(jī)員安全子系統(tǒng)可配置多個(gè)輪機(jī)員安全復(fù)位模塊和一個(gè)輪機(jī)員安全子系統(tǒng)起/停模塊。本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)啟動、停止、復(fù)位和求救信號的采集、報(bào)警定時(shí)、預(yù)報(bào)警和報(bào)警輸出等，輪機(jī)員安全

17、主控模塊安裝在各機(jī)艙艙室內(nèi)，輪機(jī)員安全復(fù)位模塊上含有報(bào)警燈、復(fù)位按鈕、求救按鈕、喇叭等，它被安裝在一個(gè)區(qū)域的多個(gè)部位，實(shí)現(xiàn)輪機(jī)員安全監(jiān)控和求救的功能。輪機(jī)員安全子系統(tǒng)起 /停模塊上含有電源指示燈、起/停按鈕、聲光報(bào)警等，它被安裝在一個(gè)區(qū)域的入口處，實(shí)現(xiàn)輪機(jī)員安全監(jiān)控子系統(tǒng)的運(yùn)行和停止運(yùn)行等功能。 系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。當(dāng)船員進(jìn)入機(jī) 艙內(nèi)開啟起停模塊上的起停開關(guān)后，系統(tǒng)初始化后進(jìn)入正常工作狀態(tài)，計(jì)時(shí)器開 始計(jì)時(shí)，到達(dá)預(yù)報(bào)警指定時(shí)間時(shí)開啟預(yù)報(bào)警， 復(fù)位模塊聲光報(bào)警啟動，此時(shí)計(jì)時(shí) 器繼續(xù)計(jì)時(shí)。若船員按下復(fù)位鍵，報(bào)警取消，計(jì)時(shí)器重新計(jì)時(shí)；如果復(fù)位沒有按 下且已經(jīng)到達(dá)事故報(bào)警指定時(shí)間則開啟事故報(bào)警，起

18、停模塊聲光報(bào)警啟動。圖13.3 PLC控制的輪機(jī)員安全報(bào)警系統(tǒng)程序Q0.1I0.1I0.3Q0.1Q1.1Q0.0Q0.0Q0.6I-Q0.4卜Q1.1I0.2I0.4圖2系統(tǒng)程序圖T37 1 IN+ 16200_ PTQ0.23.4 PLC接線圖SB1轉(zhuǎn)換開關(guān)SB2SB3Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6PLCQ0.7Q01.0Q1.1Q1.2L+L-KM1KM2H1KM6KM9KM8KM5機(jī)艙延伸報(bào)警燈柱機(jī)艙檢測報(bào)警KM3220V圖3 PLC接線圖3.5 I/O 接線列表I0.0SB1 復(fù)位按鈕I0.3啟動按鈕I0.1I0.2轉(zhuǎn)換開關(guān)K2I0.4停止按鈕Q0.0KM1

19、Q0.7機(jī)艙報(bào)警燈柱Q0.1KM2Q1.0機(jī)艙檢測報(bào)警Q0.2H1Q1.1KM3Q0.3KM5Q1.2H2Q0.6KM84 、 PLC 控制的輪機(jī)員安全報(bào)警系統(tǒng)與繼電器控制的輪機(jī)員報(bào)警系統(tǒng)的比較4.1 繼電器接觸器控制的缺點(diǎn)對于傳統(tǒng)繼電控制的機(jī)艙輪機(jī)員安全報(bào)警系統(tǒng)，由于采用的是機(jī)械式的控制元件，所以存在許多的缺點(diǎn)。而對于現(xiàn)在的船舶其自動化程度越來越高對控制系統(tǒng)的精確度和安全系數(shù)的要求就要更高。（ 1）傳統(tǒng)的繼電控制的輪機(jī)員安全報(bào)警系統(tǒng)，電器控制系統(tǒng)控制邏輯采用硬件接線，利用繼電器機(jī)械觸點(diǎn)的串聯(lián)或并聯(lián)等組合成控制邏輯，其連線多且復(fù)雜、體積大、功耗大，系統(tǒng)構(gòu)成后，想再改變或增加功能較為困難。（ 2

20、）繼電器的觸點(diǎn)數(shù)量有限，所以電器控制系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)，當(dāng)電源接通時(shí)，電路中所有繼電器都處于受制約狀態(tài)，即該吸合的繼電器都同時(shí)吸合，不該吸合的繼電器受某種條件限制而不能吸合，這種工作方式稱為并行工作方式。（ 3）繼電器控制系統(tǒng)依靠機(jī)械觸點(diǎn)的動作以實(shí)現(xiàn)控制，工作頻率低，機(jī)械觸點(diǎn)還會出現(xiàn)抖動問題。電器控制系統(tǒng)采用時(shí)間繼電器的延時(shí)動作進(jìn)行時(shí)間控制， 時(shí)間繼電器的延時(shí)時(shí)間易受環(huán)境溫度和溫度變化的影響，定時(shí)精度不高。 由于電器控制系統(tǒng)使用了大量的機(jī)械觸點(diǎn)，其存在機(jī)械磨損、電弧燒傷等，壽命短，系統(tǒng)的連線多，所以可靠性和可維護(hù)性較差。4.2 PLC 控制的的優(yōu)點(diǎn)(1) 采用PLC空制則PLC5用了計(jì)算機(jī)技術(shù)

21、，其控制邏輯是以程序的方式存放在存儲器中，要改變控制邏輯只需改變程序，因而很容易改變或增加系統(tǒng)功能。系統(tǒng)連線少、體積小、功耗小，而且 PLO謂“軟繼電器”實(shí)質(zhì)上是存儲器單元 的狀態(tài)，所以“軟繼電器”的觸點(diǎn)數(shù)量是無限的，PLC(統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性好LC勺用戶程序是按一定順序循環(huán)執(zhí)行，所以各軟繼電器都處于周期性循環(huán)掃描 接通中， 受同一條件制約的各個(gè)繼電器的動作次序決定于程序掃描順序，這種工作方式稱為串行工作。(2) PLC勺用戶程序是按一定順序循環(huán)執(zhí)行， 所以各軟繼電器都處于周期性循環(huán)掃描接通中，受同一條件制約的各個(gè)繼電器的動作次序決定于程序掃描順序。PLCffi過程序指令控制半導(dǎo)體電路來實(shí)現(xiàn)

22、控制的，速度快，程序指令執(zhí)行時(shí) 間在微秒級，且不會出現(xiàn)觸點(diǎn)抖動問題。(3) PLCR用半導(dǎo)體集成電路作定時(shí)器，時(shí)鐘脈沖由晶體振蕩器產(chǎn)生，精度 高，定時(shí)范圍寬，用戶可根據(jù)需要在程序中設(shè)定定時(shí)值，修改方便，不受環(huán)境的影響，且PLCM有計(jì)數(shù)功能，而電器控制系統(tǒng)一般不具備計(jì)數(shù)功能。PLC：量的開 關(guān)動作由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成，其壽命長、可靠性高，PLC5具有自診斷功能， 能查出自身的故障，隨時(shí)顯示給操作人員，并能動態(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。結(jié)論本系統(tǒng)主控制器采用了西門子 S7-200 PLC,其緊湊的結(jié)構(gòu)，良好的擴(kuò)展性能， 強(qiáng)大的指令功能，利用 485 標(biāo)準(zhǔn)的通信口進(jìn)

23、行信息傳送, 并自行設(shè)計(jì)相應(yīng)接口而組成的船舶機(jī)艙巡回監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)充分應(yīng)用了該微型PLC的硬件資源，發(fā)揮了其軟件優(yōu)勢。輸入輸出采用差動方式，提高了抗干擾能力，同時(shí)，主機(jī)和多臺終端可以全部并聯(lián)在一對雙絞線上進(jìn)行多機(jī)通訊，節(jié)省了傳輸線，所以本系統(tǒng)小但功能齊全，穩(wěn)定性好。為用戶帶來極大的方便; 在近兩年的實(shí)際運(yùn)行中未出現(xiàn)故障， 為船舶的安全、可靠的航運(yùn)起到了非常重要的作用，同時(shí)也為航運(yùn)公司帶來了巨大經(jīng)濟(jì)效益。通過PLC程序的控制使得輪機(jī)員安全報(bào)警器的工作過程更加 的安全可靠，使得無人機(jī)艙技術(shù)應(yīng)用得到更好推廣和發(fā)展。同時(shí)利用PLC程序的 控制能夠大大的節(jié)約機(jī)械繼電裝置的應(yīng)用，從而使的輪機(jī)員報(bào)警器的形狀更加小繼而節(jié)約船舶的空間。這次畢業(yè)論文能