【基于PLC的機(jī)艙報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)14000字（論文）】

1基于PLC的機(jī)艙報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)摘要現(xiàn)代船舶在日常運(yùn)行的過(guò)程中離不開(kāi)機(jī)艙報(bào)警和監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以可以對(duì)船舶內(nèi)部所有的機(jī)電系統(tǒng)、控制以及動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，若運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)任何系統(tǒng)出現(xiàn)故障，機(jī)艙監(jiān)測(cè)系統(tǒng)會(huì)立即啟動(dòng)報(bào)警機(jī)制，通過(guò)聲光報(bào)警系統(tǒng)通過(guò)船舶管理人員，這些報(bào)警信息同時(shí)會(huì)被系統(tǒng)記錄下來(lái)。監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)將對(duì)船舶內(nèi)部所有系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并將所監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)和信息，反映到監(jiān)視屏幕上，便于船舶管理者可以實(shí)時(shí)掌握船舶運(yùn)行狀態(tài)，這些監(jiān)視屏幕通常被裝于船舶操作室內(nèi)。本文對(duì)“通路”號(hào)耙吸挖泥船的運(yùn)行系統(tǒng)進(jìn)行深入的研究，了解到該項(xiàng)目是由天津航道局和鎮(zhèn)江億公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的項(xiàng)目，且將理論知識(shí)和該船舶的實(shí)際操作情況相結(jié)合，制定出一套完善的船舶機(jī)艙報(bào)警和故障處理系統(tǒng)。本文對(duì)機(jī)艙監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的闡述，并介紹了該系統(tǒng)發(fā)展下的環(huán)境背景，對(duì)系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)理念和基本功能進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，并結(jié)合當(dāng)下國(guó)內(nèi)外的理論研究，制定出一套全新的機(jī)艙監(jiān)測(cè)報(bào)警方案。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)中控制器是使用的西門子S7-400，其中CPU、PLC模塊都運(yùn)用了PROFIBUS總線通訊，并將通過(guò)太網(wǎng)將PLC模塊和上位機(jī)進(jìn)行連接，從而達(dá)到信息共享。通過(guò)西門子Step-7軟件，構(gòu)建了系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)和硬件組織，同時(shí)使用梯形圖語(yǔ)言作為編程語(yǔ)言，整個(gè)操作系統(tǒng)簡(jiǎn)單明了，將所有系統(tǒng)進(jìn)行模塊化設(shè)置，其中包括了FC、FB、DB以及OB等模塊。以外還結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論知識(shí)，設(shè)計(jì)了一套全新的船舶故障診斷系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中通過(guò)運(yùn)用ELMAN網(wǎng)絡(luò)算法、RBF網(wǎng)絡(luò)算法以及BP網(wǎng)絡(luò)算法，對(duì)船舶結(jié)構(gòu)中的設(shè)備參數(shù)、訓(xùn)練函數(shù)等都進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算。該診斷系統(tǒng)主要是針對(duì)船舶中的增壓系統(tǒng)進(jìn)行診斷，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)和模型進(jìn)行測(cè)試，再將檢測(cè)數(shù)據(jù)錄入網(wǎng)絡(luò)模型中，從而達(dá)到對(duì)增壓系統(tǒng)故障的有效識(shí)別作用。本文還根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在運(yùn)行中的不足，通過(guò)遺傳算法制定出一套優(yōu)化方案，主要是通過(guò)遺傳算法對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的權(quán)值和閾值進(jìn)行收斂，從而提升神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)的精準(zhǔn)度，達(dá)到最佳的診斷預(yù)測(cè)效果。關(guān)鍵詞：監(jiān)控系統(tǒng)S7-400；總線通訊；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；故障診斷；遺傳算法目錄TOC\o"1-3"\h\u193881引言 11114061.1研究目的和意義 1143461.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1176111.3課題主要研究?jī)?nèi)容 1375162機(jī)艙報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 13289262.1機(jī)艙報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng)的功能與要求 14291732.2系統(tǒng)總體框架設(shè)計(jì) 15248712.3機(jī)艙報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng)的硬件介紹 10195182.3.1電纜的選型 10297352.3.2UPS 10182562.3.3網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 1066182.3.4報(bào)警打印機(jī) 11307482.4本章小結(jié) 11281363機(jī)艙報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng)的下位機(jī)以及界面設(shè)計(jì) 13256573.1下位機(jī)PLC介紹 1376403.1.1PLC概述 13287303.1.2PLC模塊選擇 15154963.2PLC程序以及控制流程設(shè)計(jì) 1624813.2.1PLC編程語(yǔ)言種類介紹 16221873.2.2PLC硬件組態(tài) 17128723.2.3PLC編程設(shè)計(jì) 18307213.2.4控制流程設(shè)計(jì) 22318913.3系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2339283.3.1PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)介紹 23206183.3.2PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)建立 24203833.3.3工業(yè)以太網(wǎng)的建立 25155703.4監(jiān)控界面設(shè)計(jì) 28242113.5本章小結(jié) 29822結(jié)論 8316898參考文獻(xiàn) 37PAGEPAGE81引言1.1研究目的和意義自20世紀(jì)80年代開(kāi)始，我國(guó)的造船技術(shù)隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，也實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，從原來(lái)的造船弱國(guó)向造船強(qiáng)國(guó)發(fā)展，對(duì)于船舶技術(shù)要求也越來(lái)越高。隨著船舶技術(shù)的需求的提升，也推動(dòng)了船舶自動(dòng)化系統(tǒng)的飛速發(fā)展。機(jī)艙監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)作為船舶技術(shù)中最重要的一部分，技術(shù)也得到了提升。在船舶行業(yè)起步之初還是依賴于人工監(jiān)控，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的興起，船舶內(nèi)部的監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)由原來(lái)的集中監(jiān)控轉(zhuǎn)變?yōu)榧⒈O(jiān)測(cè)，后來(lái)隨著現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的引進(jìn)，船舶監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)逐漸向分布式系統(tǒng)進(jìn)行著轉(zhuǎn)變?，F(xiàn)階段我國(guó)的船舶監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了集成化、標(biāo)準(zhǔn)化和智能化的發(fā)展，使船舶技術(shù)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化管理，機(jī)艙可以采用無(wú)人操作。而為了確保自動(dòng)化系統(tǒng)的正常運(yùn)行，船舶內(nèi)部各方面數(shù)據(jù)都要做到實(shí)時(shí)操作。若船舶出現(xiàn)異常，檢測(cè)系統(tǒng)要及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并檢測(cè)到異常原因，同時(shí)將異常信息向監(jiān)控系統(tǒng)、駕駛室以及值班室傳達(dá)，及時(shí)發(fā)出故障警報(bào)，并進(jìn)行自我檢修，如若遇到無(wú)法處理的故障，并由專業(yè)人員進(jìn)行維修。如果故障沒(méi)有在規(guī)定時(shí)間內(nèi)被修復(fù)，報(bào)警系統(tǒng)將會(huì)再次啟動(dòng)，直至故障被修復(fù)。通過(guò)了船舶監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的使用，可以減少船舶管理人員的工作量，提高其工作效率，不需要24小時(shí)進(jìn)行人工監(jiān)控，從而實(shí)現(xiàn)真正的自動(dòng)化船舶管理。隨著社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展，人們的環(huán)保意識(shí)也逐漸增強(qiáng)，原有的落后的船舶已被逐漸淘汰。各種高新技術(shù)興起也使傳統(tǒng)的船舶產(chǎn)業(yè)向現(xiàn)化代、智能化的方向發(fā)展，這樣既可以降低運(yùn)營(yíng)成本，還大大減少了船舶管理人員的工作量。而船舶機(jī)艙內(nèi)部新型的監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的使用，不但可以降低船舶運(yùn)營(yíng)成本，還保證了船舶運(yùn)行的安全，由于監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)可以在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)故障并進(jìn)行報(bào)警，使得故障可以及時(shí)解決，增加了內(nèi)部零件的使用壽命和安全性能。而當(dāng)前我國(guó)的船舶行業(yè)使用的機(jī)艙監(jiān)測(cè)報(bào)警技術(shù)，基本還是以國(guó)外產(chǎn)品為主，譬如：康斯伯格現(xiàn)在已經(jīng)成為了我國(guó)船舶產(chǎn)業(yè)運(yùn)用最廣泛的品牌之一。由于我國(guó)的監(jiān)測(cè)報(bào)警技術(shù)與國(guó)外還有著較大的差距，這使得本文的研究對(duì)于今后國(guó)內(nèi)船舶監(jiān)測(cè)報(bào)警技術(shù)的發(fā)展，有著重要的借鑒作用。1.2機(jī)艙監(jiān)測(cè)報(bào)警技術(shù)的研究現(xiàn)狀伴隨著國(guó)際貿(mào)易的飛速發(fā)展，也為我國(guó)船舶行業(yè)提供了更廣闊的發(fā)展空間，同時(shí)提升了船舶行業(yè)的經(jīng)濟(jì)地位。但隨之而來(lái)的也有一系列的船舶管理問(wèn)題，譬如：隨著船舶的噸位和體積的擴(kuò)大，同時(shí)增加了船舶管理人員的工作難度。為了徹底解決當(dāng)前船舶行業(yè)的運(yùn)營(yíng)管理難題，在上世紀(jì)60年代首次提出了在船舶管理中運(yùn)用自動(dòng)化技術(shù)，其目的主要是為了降低人工成本，減少船舶管理人員的工作強(qiáng)度，從而保證船舶運(yùn)行安全。到了上世紀(jì)70年代，船舶中的機(jī)艙自動(dòng)化技術(shù)得到了實(shí)質(zhì)性的發(fā)展，從以下三方面可以體現(xiàn)出來(lái)：一是，輪機(jī)自動(dòng)化設(shè)備的使用，該設(shè)備可以對(duì)船舶內(nèi)部的所有設(shè)備進(jìn)行集中控制，同時(shí)還可以對(duì)所有系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)測(cè)；二是，通過(guò)遠(yuǎn)程控制輔控制站，船舶駕駛可以通過(guò)遠(yuǎn)程操作實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶的運(yùn)行管理，這樣可以大大降低船舶工作人員數(shù)量，同時(shí)減少管理人員工作量，從而降低管理成本；三是，可以通過(guò)自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)船舶機(jī)艙內(nèi)的短時(shí)間無(wú)人值班，同時(shí)為今后的船舶技術(shù)的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。目前的機(jī)艙監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，可以根據(jù)計(jì)算機(jī)技術(shù)的運(yùn)用，將其按結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類，可以分為：現(xiàn)場(chǎng)總線型監(jiān)控系統(tǒng)、全分布式系統(tǒng)、集散型監(jiān)控系統(tǒng)以及集中型監(jiān)控系統(tǒng)共四種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。（1）集中型監(jiān)視系統(tǒng)其中集中型監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作為初次引進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由于各方面尚未成熟，所以數(shù)量較少，在對(duì)于該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)用通常都是單臺(tái)機(jī)操作模式，即使用單機(jī)計(jì)算進(jìn)行操作。與傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相比較，集中型監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，并可以對(duì)船舶中的動(dòng)力設(shè)備實(shí)施全方位的監(jiān)測(cè)報(bào)警。其中NORCONTROL公司的DataChief系統(tǒng)就是典型的集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。集中型監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在20世紀(jì)70年代時(shí)期運(yùn)用較為廣泛，這個(gè)時(shí)期計(jì)算機(jī)技術(shù)剛引進(jìn)船舶管理系統(tǒng)中，在運(yùn)行過(guò)程中也存在著較多的不足，譬如：受到了計(jì)算機(jī)數(shù)量的約束，給系統(tǒng)帶來(lái)了極大的風(fēng)險(xiǎn)，如果計(jì)算機(jī)發(fā)生故障，則整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)都會(huì)癱瘓，從而給船舶運(yùn)行帶來(lái)了安全隱患，這也是該系統(tǒng)的發(fā)展瓶頸。（2）集散型監(jiān)視系統(tǒng)集散型監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，是將集中和分散兩種完全不同的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了結(jié)合。該系統(tǒng)與最初的集中型監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的區(qū)別，就在于該系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)數(shù)量更多。在系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中，可以通過(guò)不同的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)收集各個(gè)設(shè)備中的信息和數(shù)據(jù)，再將這些信息傳遞到機(jī)艙控制室，實(shí)現(xiàn)船舶系統(tǒng)的信息共享。而且由于多臺(tái)計(jì)算機(jī)同時(shí)工作，集散型監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也有更強(qiáng)的穩(wěn)定性，在使用過(guò)程中有較好的體驗(yàn)感。由于這些優(yōu)勢(shì)，集散型監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一投入市場(chǎng)，就很快得到了市場(chǎng)的認(rèn)可。但是集散型監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也存在發(fā)展弊端，譬如：在系統(tǒng)運(yùn)用之初，將傳輸信號(hào)作為模似信號(hào)，如果傳輸距離過(guò)長(zhǎng)，就會(huì)對(duì)模似信號(hào)造成干擾。而且該系統(tǒng)會(huì)增加電費(fèi)的使用量，從而增加了船舶運(yùn)營(yíng)管理成本。其中西門子的集散型監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)就是該系統(tǒng)的典型代表。為了徹底集散型監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以上的運(yùn)行弊端，專門制定了相關(guān)的解決措施：可以將處理單元模塊運(yùn)用于收發(fā)模擬信號(hào)中，并將處理單元模塊裝置于設(shè)備周邊，單元模塊通過(guò)電流環(huán)網(wǎng)絡(luò)和主控單元進(jìn)行信息交流和通訊，該設(shè)計(jì)理念是在子系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中增加單元模塊，從而最大化的使用監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。而且在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中增加了處理單元模塊，該模塊具有通訊作用，在系統(tǒng)中所有的子系統(tǒng)都是使用現(xiàn)場(chǎng)總線來(lái)進(jìn)行連接，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)總線的通訊較為開(kāi)放，可以更好的實(shí)現(xiàn)信息共享，并且可以確保監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。同時(shí)集散型監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也推動(dòng)了船舶整個(gè)控制系統(tǒng)的自動(dòng)化進(jìn)程。因此，全分布式監(jiān)視系統(tǒng)結(jié)合了集中型和集散型系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)并且有效的克服了其缺點(diǎn)，對(duì)船舶自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展有著重大的意義。其中KONGSBERG公司的DataChiefC20機(jī)艙監(jiān)測(cè)系統(tǒng)就是典型的集散型監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。（3）現(xiàn)場(chǎng)總線型監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是優(yōu)化后的全分布式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，現(xiàn)在全分布式系統(tǒng)也運(yùn)用了到了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，但與現(xiàn)場(chǎng)總線型監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)比，后者中的總線技術(shù)則更加成熟。其中運(yùn)用最為廣泛的總線包括：MODBUS總線、LONGWORK總線、CAN總線以及PROFIBUS總線等。分布式處理單元模塊在總線型監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的運(yùn)用較為廣泛，這主要是源于分布式處理單元有著較強(qiáng)的擴(kuò)展性，可以適應(yīng)船舶機(jī)艙的惡劣環(huán)境。將分布式處理單元分別與傳感器和總線相連，并且將工業(yè)太網(wǎng)和監(jiān)測(cè)設(shè)備相連，從而實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享。其中KONGSBERG公司的K-Chief700系統(tǒng)、K-Chief600系統(tǒng)以及K-Chief500系統(tǒng)等都是現(xiàn)場(chǎng)總線型監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的典型代表。通過(guò)以上分析得知，總線通訊技術(shù)、模塊化技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)，在目前的船舶自動(dòng)化管理中有著十分重要的地位。如果在今后的船舶自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展中，將這三種技術(shù)進(jìn)行融合，結(jié)合三種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)必定可以推動(dòng)船舶自動(dòng)化發(fā)展的進(jìn)程，且有著十分重要的理論價(jià)值。1.3對(duì)機(jī)艙監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)展開(kāi)研究本文將鎮(zhèn)江億華公司的“通路”號(hào)船舶作為實(shí)際的研究案例，同時(shí)將理論知識(shí)和該船舶的實(shí)際操作情況相結(jié)合，制定出一套完善的船舶機(jī)艙報(bào)警和故障處理系統(tǒng)。在查閱了大量的國(guó)內(nèi)外有關(guān)機(jī)艙監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的文獻(xiàn)和資料后，并與實(shí)該船舶的實(shí)際情況相結(jié)合，設(shè)計(jì)出符合“通路”號(hào)船舶需求的機(jī)艙監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，并整理出該設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)圖?？梢园凑赵O(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)圖，選擇與設(shè)計(jì)相符的硬件模塊，例如：確定打印機(jī)型號(hào)、UPS規(guī)格、電纜型號(hào)以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。制定出詳細(xì)的系統(tǒng)操作流程和控制方法，可以在Step-7軟件中使用梯形圖進(jìn)行系統(tǒng)編程，使整個(gè)操作系統(tǒng)既簡(jiǎn)單明了，又能符合系統(tǒng)需求。最后確定該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的通訊結(jié)構(gòu)。首先要清楚工業(yè)以太網(wǎng)和PROFIBUS總線的結(jié)構(gòu)特征，同時(shí)要了解Ethernet組態(tài)和PROFIBUS-DP組態(tài)兩種組態(tài)的操作流程。這樣才能夠在建立網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)時(shí)，根據(jù)不同模塊的屬性選擇相應(yīng)的功能組態(tài)，確保設(shè)計(jì)的船舶監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以正常運(yùn)行。2機(jī)艙報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)本章將鎮(zhèn)江億華公司的“能途”號(hào)進(jìn)行耙吸挖泥船舶改造，作為此次機(jī)艙監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。并且實(shí)地參與了該項(xiàng)目中監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的編程、安裝、調(diào)試以及最后產(chǎn)品的連接運(yùn)行等流程，該監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)現(xiàn)已正式在“通路”號(hào)船舶中使用，且運(yùn)行狀況良好?；趯?duì)該系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)、要求、功能等方面的了解，使本文的研究更加真實(shí)、具體?！巴贰碧?hào)在天津港使用，該船全長(zhǎng)165.7米，寬30米，功率達(dá)到了22320千瓦，容載量29830噸，在亞洲疏浚產(chǎn)業(yè)中有著非常重要的地位，“通路”號(hào)的使用也推動(dòng)了天津港的發(fā)展進(jìn)程。2.1機(jī)艙報(bào)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能“通路”號(hào)的監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)中一共擁有三個(gè)信號(hào)收集箱，主要對(duì)船舶內(nèi)部的泥泵控制系統(tǒng)、水壓、氣壓系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)、齒輪箱推進(jìn)系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)以及柴油機(jī)系統(tǒng)等系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，并將監(jiān)測(cè)信息進(jìn)行收集，該監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)船舶中所有子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。“通路”號(hào)的機(jī)艙監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的具體功能如下：（1）監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的功能船舶由于運(yùn)行環(huán)境的不同，對(duì)該船舶的需求也不相同，所以不同的船舶無(wú)論在硬件還是軟件設(shè)計(jì)方面，都有著完全不同的衡量標(biāo)準(zhǔn)[4]。而在對(duì)“通路”號(hào)船舶的監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，就結(jié)合了該船舶的功能與需求，該監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)具體功能如下：（2）聲光報(bào)警其中機(jī)艙監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)中最基本的部分就是聲光報(bào)警，同時(shí)該功能也是報(bào)警功能中必不可少的部分，在監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)中有著舉足輕重的作用。如果機(jī)艙監(jiān)測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到機(jī)艙內(nèi)某設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)值出現(xiàn)較大誤差時(shí)，則判定該設(shè)備為異常設(shè)備，則會(huì)觸動(dòng)聲光報(bào)警系統(tǒng)，而且會(huì)在監(jiān)控屏幕中標(biāo)明異常位置，或者是異常狀態(tài)，以便船舶管理人員可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理故障。船舶管理人員接收到報(bào)警后，會(huì)第一時(shí)間取消報(bào)警代表已接收?qǐng)?bào)警信息，這時(shí)聲光燈會(huì)變?yōu)槠焦鉄簦收蠌氐着懦髸?huì)自動(dòng)熄滅[5]。（3）參數(shù)和狀態(tài)顯示船舶在運(yùn)行過(guò)程中，其監(jiān)控界面會(huì)顯示所有設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，同時(shí)還附有該設(shè)備的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值以供船舶管理人員參考。若所有數(shù)值正常聲光燈則顯示為綠色，如果數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)值相差較大，則會(huì)立即觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)，同時(shí)聲光燈會(huì)顯示為紅色。（4）延時(shí)報(bào)警在機(jī)艙監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中增加報(bào)警延時(shí)，主要是由于一些信號(hào)會(huì)出現(xiàn)較大幅度的波動(dòng)，為了避免頻繁報(bào)警對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)造成影響。報(bào)警延時(shí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理，是當(dāng)設(shè)備運(yùn)行數(shù)值差過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值后會(huì)即該觸發(fā)報(bào)警器中的計(jì)時(shí)器，而當(dāng)達(dá)到規(guī)定時(shí)間后才會(huì)正式啟動(dòng)報(bào)警設(shè)備，通常計(jì)時(shí)時(shí)間可以自行設(shè)定。（5）報(bào)警回差機(jī)艙監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)還具有報(bào)警回差功能，該作用與之前的報(bào)警延時(shí)原理相似，都是為了避免不穩(wěn)定信號(hào)而引發(fā)的頻繁報(bào)警，主要區(qū)別為：報(bào)警回差是用于恢復(fù)通道，而報(bào)警延時(shí)是用于計(jì)時(shí)器。譬如：當(dāng)某個(gè)設(shè)備的最大值是50，而回差值是5時(shí)，如果監(jiān)測(cè)結(jié)果大于50就會(huì)觸動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，船舶管理人員在接收到報(bào)警信號(hào)后，會(huì)進(jìn)行人工操作將其值降回45，此時(shí)通道會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。如果監(jiān)測(cè)到的數(shù)值小于50同樣也會(huì)觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)，但此時(shí)該數(shù)值必須達(dá)到55，報(bào)警系統(tǒng)才會(huì)關(guān)閉。（6）報(bào)警應(yīng)答報(bào)警應(yīng)答主要是針對(duì)船舶管理工作者而制定的。當(dāng)報(bào)警系統(tǒng)啟動(dòng)后，船舶管理人員在接收到信號(hào)后，會(huì)通過(guò)人工操作進(jìn)行應(yīng)答，用來(lái)消除報(bào)警聲音，同時(shí)會(huì)安排專業(yè)維修人員進(jìn)行維修，當(dāng)系統(tǒng)恢復(fù)正常后，管理人員也會(huì)通過(guò)人工操作解除報(bào)警，此時(shí)聲光燈會(huì)轉(zhuǎn)紅為綠，監(jiān)測(cè)屏幕的報(bào)警提示也會(huì)自動(dòng)消除。（7）報(bào)警打印作用監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)中的報(bào)警打印分為：歷史打印和實(shí)時(shí)打印兩種。在對(duì)歷史信息進(jìn)行打印時(shí)，需要通過(guò)查詢界面，調(diào)出需要查詢的歷史記錄，然后根據(jù)自己的打印需求進(jìn)行選擇性打印。而實(shí)時(shí)打印則是將每一個(gè)報(bào)警記錄第一時(shí)間打印出來(lái)。（8）延伸報(bào)警作用監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)中的延伸報(bào)警主要是指，向船舶中的其它工作人員傳達(dá)報(bào)警信號(hào)，該裝置通常位于船長(zhǎng)室、船舶的公共場(chǎng)所或者駕駛艙內(nèi)等場(chǎng)所。而且延伸報(bào)警主要是，通過(guò)指示燈和觸摸屏實(shí)現(xiàn)報(bào)警作用。2.2機(jī)艙監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的框架設(shè)計(jì)機(jī)艙監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)主要是由延伸報(bào)警板、通訊模塊、工作站、S7-400PLC模塊、工業(yè)交換機(jī)以及數(shù)據(jù)收集單元所組成的。該系統(tǒng)通過(guò)當(dāng)前最先進(jìn)的人機(jī)界面顯示各項(xiàng)信息，船舶管理人員主要通過(guò)鍵盤和軌跡球?qū)崿F(xiàn)對(duì)人機(jī)界面的操作，比如：選擇圖形模似界面或者是報(bào)警界面，查看某項(xiàng)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)了解該設(shè)備的運(yùn)行狀況等，同時(shí)還可以在該界面中下達(dá)控制指令等，其具體結(jié)構(gòu)如圖2.1。而機(jī)艙監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集設(shè)備則可以裝置于任何位置，該單元主要是進(jìn)行各項(xiàng)數(shù)據(jù)的輸入和導(dǎo)出，其中有開(kāi)關(guān)量和模擬量?jī)蓚€(gè)部分。由于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自帶延伸報(bào)警功能，所以在在駕駛室或船舶上的公共場(chǎng)所均裝置有延伸報(bào)警面板。而且可以根據(jù)需求設(shè)制多個(gè)延伸報(bào)警面板，向船舶上的所有工作人員傳達(dá)報(bào)警信息[9]。在各個(gè)設(shè)備主要通過(guò)PROFIBUS總線實(shí)現(xiàn)接口模塊、CPU模塊和數(shù)據(jù)采集單元進(jìn)行通訊，同時(shí)通過(guò)運(yùn)用工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和CPU模塊間的數(shù)據(jù)共享，但由于船舶內(nèi)環(huán)境較為惡劣并且通訊距離較長(zhǎng)，而工業(yè)以太網(wǎng)具有極高的抗干擾功能，所以選擇工業(yè)以太網(wǎng)作為船舶自動(dòng)化系統(tǒng)中的主要通訊網(wǎng)絡(luò)。圖2.1機(jī)艙監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.2.1StructuralDiagramofengineroommonitoringandalarmsystemPAGEPAGE122.3機(jī)艙監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)具備的硬件2.3.1電纜要求由于國(guó)家出臺(tái)的環(huán)保政策以及船舶所處環(huán)境較為惡劣，所以船舶中的電纜等材料比其它行業(yè)要求更高。而在機(jī)艙監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)前，就必須先確定好電纜品牌，由于船舶上在供電和數(shù)據(jù)傳送等方面都需要用到電纜，所以電纜的需求量較大，必須慎重選擇。由于船舶上電費(fèi)的需求量大，使用成本自然也高，所以為了有效控制船舶運(yùn)營(yíng)成本，不僅要選擇品質(zhì)優(yōu)良的電費(fèi)，還要考慮到電纜價(jià)格等方面。而且由于船舶常年與水面接觸，會(huì)經(jīng)常受到水蒸氣、凝結(jié)水以及水霧等影響，根據(jù)有關(guān)規(guī)定在這些地點(diǎn)使用的電纜一定要在電纜外面加上保護(hù)套，同時(shí)船舶所用電費(fèi)還必須符合防水、防壓、防火、防腐蝕以及防電磁干擾等作用根據(jù)以上這些要求，鎮(zhèn)江億華公司在該項(xiàng)目開(kāi)工前，就選用了CKJPJ85/SC型號(hào)的電纜，此電纜采用了絕緣材料聚氯乙烯，且可耐高溫250度，符合船舶電纜需求。2.3.2UPSUPS是一種恒壓恒頻的可以儲(chǔ)能的不間斷電源，是以逆變器[11]為主要組成部件。它一般用于電子設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、機(jī)艙報(bào)警系統(tǒng)等對(duì)電流有要求的設(shè)施，其中UPS電源電力情況不穩(wěn)定的情況時(shí)給機(jī)艙報(bào)警系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電流以及流暢的網(wǎng)絡(luò)。如果船舶機(jī)艙在電力充足的情況下，UPS主要的工作是將電力均衡，把穩(wěn)壓后的電流給負(fù)荷的設(shè)備以及系統(tǒng)使用，使電流壓力減輕；如果船舶機(jī)艙在電力斷路的情況下，UPS主要的工作是將電力通過(guò)逆變器供給所有斷電設(shè)備使用，以防無(wú)法正常運(yùn)作以及造成設(shè)備中零件的損壞。2.3.3網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（1）網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的參數(shù)如下圖表2：表2網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)參數(shù)Table2Networkswitchparametertable（2）網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)又稱轉(zhuǎn)換連接器，它主要是不同協(xié)議網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的橋梁，用于翻譯解釋發(fā)送達(dá)到互相通訊的方法，它需要具備支持Windows、Linux、UniX以及Mac系統(tǒng),提供UDPServer/Client、TCPServer、TCPClient不同的網(wǎng)絡(luò)通訊操作以及需要TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議以及操作配置。電子設(shè)備通過(guò)網(wǎng)關(guān)與其他電子設(shè)備在不同協(xié)議下聯(lián)系在一起，網(wǎng)關(guān)具有過(guò)濾的功能，起到安全的作用。為了設(shè)備零件的正常安全給它添加了15KV電壓的保護(hù)，避免受到超前電壓異常的破壞。2.3.4報(bào)警打印機(jī)在機(jī)艙集控室配備機(jī)艙報(bào)警系統(tǒng)打印機(jī)1臺(tái)，每次報(bào)警就打印出來(lái)并記錄，如下表3所示：表3打印機(jī)參數(shù)Table3Printerparameters2.4本章小結(jié)通過(guò)以“通路”號(hào)挖泥船改造項(xiàng)目為研究對(duì)象，簡(jiǎn)要介紹了該挖泥船改造項(xiàng)目的機(jī)艙監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)詳細(xì)結(jié)構(gòu)，分析了機(jī)艙監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的大致功能情況以及設(shè)計(jì)的原理，通過(guò)該系統(tǒng)的硬件進(jìn)行詳細(xì)的資料查詢并加以探究，比如：電纜的選型、UPS的持續(xù)供電設(shè)備、報(bào)警打印機(jī)等等。PAGEPAGE133機(jī)艙報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng)的下位機(jī)以及界面設(shè)計(jì)根據(jù)對(duì)機(jī)艙報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng)的下位機(jī)進(jìn)行研究，探討PLC控制器的詳情、組成、計(jì)算機(jī)語(yǔ)言、程序設(shè)計(jì)以及通訊控制等等。3.1下位機(jī)PLC介紹3.1.1PLC概述PCL是可編程控制器的簡(jiǎn)稱，是一種適合批量生產(chǎn)而發(fā)展起來(lái)的工業(yè)控制設(shè)備，它是通過(guò)計(jì)算、編寫以及控制等操作命令的數(shù)字運(yùn)算操作系統(tǒng)[12]。此工作原理是根據(jù)可以編程的存儲(chǔ)器編制并且執(zhí)行相關(guān)指令以運(yùn)行控制或者模擬輸入模擬輸出達(dá)到控制設(shè)備工作的能力。PCL與電子設(shè)備的組件結(jié)構(gòu)大致相同，PCL的結(jié)構(gòu)主要三個(gè)，其中第一個(gè)CPU,它是硬件里面尤其重要的一個(gè)；第二個(gè)存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)信息的組件；第三個(gè)輸入接口、輸出接口，用于發(fā)射控制命令的信號(hào)。雖然比其他電子設(shè)備面積小，但是它的易操作易上手以及修理簡(jiǎn)單[13]使它成為工業(yè)領(lǐng)域的重要工具之一。它部件組成的詳細(xì)信息以及PCL的結(jié)構(gòu)圖4如下：中央處理單元/CPUCPU是PLC的重要組成部分，是PCL運(yùn)轉(zhuǎn)控制的核心。它通過(guò)編寫輸入信息數(shù)據(jù)等相關(guān)操作，驗(yàn)證程序以及語(yǔ)法的正確性。PLC通過(guò)相關(guān)命令的正確與否執(zhí)行系統(tǒng)所需要完成的各項(xiàng)操作，將經(jīng)過(guò)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換之后得到的信息輸出結(jié)果，供電路運(yùn)轉(zhuǎn)使用。CPU是整個(gè)PLC系統(tǒng)建立的關(guān)鍵，依照系統(tǒng)需求的不同CPU的工作也不盡相同，例如用于通訊的CPU組件、用于拍照的CPU組件等。存儲(chǔ)器PLC存儲(chǔ)器是PCL系統(tǒng)信息以及其他非系統(tǒng)信息的完全存儲(chǔ)。PCL系統(tǒng)信息存儲(chǔ)首先是關(guān)于PCL系統(tǒng)自帶的主要程序；其次是模塊化應(yīng)用功能所存儲(chǔ)的內(nèi)部程序；然后是模塊化應(yīng)用程序通過(guò)命令解釋等相關(guān)操作使主程序運(yùn)行；最后是通過(guò)輸入輸出接口、計(jì)時(shí)器等系統(tǒng)調(diào)整自己的參數(shù)設(shè)置。非系統(tǒng)信息主要用于存儲(chǔ)編寫者程序的設(shè)計(jì)，對(duì)于編寫者編寫的程序放置在供有持續(xù)性電源的PAM設(shè)備中，防止非系統(tǒng)程序造成系統(tǒng)崩潰狀態(tài)。輸入/輸出接口PCL本身知道的信號(hào)電平與實(shí)際的外部電平有著相當(dāng)大的區(qū)別，通過(guò)把外部電平通過(guò)中間模塊的功能將調(diào)整外部電平，讓它與PLC本身的信號(hào)電平一樣。這個(gè)中間模塊就是輸入/輸出接口模塊，它用于程序數(shù)據(jù)錄入的輸入輸出達(dá)到控制設(shè)備，它的隔離性以及過(guò)濾性對(duì)于系統(tǒng)操作有著重要的作用。

圖 PLC結(jié)構(gòu)圖Fig.4PLCstructurediagramPAGEPAGE163.1.2PLC模塊選擇現(xiàn)今工廠都普遍使用PCL系統(tǒng)，使用PCL的工廠有很多，比如已經(jīng)有完善的PCL系統(tǒng)的三菱公司、羅克韋爾公司以及西門子公司，此次論文主要研究模塊S7-400型號(hào)的西門子公司，該公司S7-400的CPU型號(hào)的設(shè)計(jì)不僅功能齊全，延展性以及包容性也非常的友好，該模塊的詳細(xì)設(shè)計(jì)如下所述：（1）中央處理單元（CPU）S7-400該模塊有414F-3PN/DP、416-1、416-2DP、416-3DP、416-3PN/DP、416F-3PN/DP等等的CPU類型實(shí)現(xiàn)了各自不同的功能，機(jī)艙報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng)的下位機(jī)主要使用CPU是DP組態(tài)的功能，源于它通訊的復(fù)雜多變。（2）接口模塊PCL系統(tǒng)的接口模塊需要根據(jù)工廠工作的不同而發(fā)生不一樣的變化，工廠工程規(guī)模宏大導(dǎo)致PLC系統(tǒng)自己的接口沒(méi)有達(dá)到工廠所需要的數(shù)量，此時(shí)PLC系統(tǒng)需要將接口模塊用于連接通訊工廠與CPU之間提高了效率。接口模式的通訊主要有第一種MPI通信方式，它只用于近距離的情況下；第二種PROFIBUS-DP通信方式，他用于遠(yuǎn)距離的情況下。其中船舶機(jī)艙的報(bào)警系統(tǒng)環(huán)境距離都比較復(fù)雜，在接口模塊方面選擇PROFIBUS-DP的通信方式最為便利以及安全。（3）信號(hào)模塊（SM）在S7-400系列PLC中，信號(hào)模塊分為兩種型號(hào)，一種為SM421，另一種為SM422。通過(guò)傳輸過(guò)來(lái)的外部電平與PLC的自身處理電平保持一致的信號(hào)模塊就是SM421模塊。該模塊一般用于啟動(dòng)與關(guān)閉裝置，比如：接觸器、電磁閥等需要連接的設(shè)備，不僅有信號(hào)輸入地方32個(gè)，而且還有24伏直流電的負(fù)載電壓，供電通過(guò)信號(hào)輸入每8個(gè)一組的方式進(jìn)行。SM421的顯示狀態(tài)情況與交通信號(hào)燈差不多，不同的顏色信號(hào)代表著不同的意思。如果紅色代表線路銷毀造成的斷電以及負(fù)荷過(guò)重則表示你所選的都信號(hào)模塊型號(hào)為6ES7422-1FF以及6ES7422-1FH等。通訊模塊PCL系統(tǒng)與設(shè)備設(shè)施之間想要做到互相通信就需要借助通訊模塊。PCL系統(tǒng)與PCL系統(tǒng)的互相交流是在于選擇PROFIBUS-DP的通訊網(wǎng)絡(luò)組態(tài)以及工業(yè)以太網(wǎng)，一般使用工具都是Step-7軟件，在工業(yè)以太網(wǎng)下選擇組態(tài)是PCL系統(tǒng)與船舶機(jī)艙的報(bào)警系統(tǒng)互相交流的常用方式。3.2PLC程序以及控制流程設(shè)計(jì)3.2.1PLC編程語(yǔ)言種類介紹在PLC中的S7-400系列，它的編程語(yǔ)言使用最廣的就是梯形圖編程語(yǔ)言、語(yǔ)句表編程語(yǔ)言、順序功能圖編程語(yǔ)言以及功能塊圖編程語(yǔ)言，其中我們以梯形圖編程語(yǔ)言講解。作為PCL編程語(yǔ)言中使用最多的梯形圖編程語(yǔ)言，它主要靠繼電器來(lái)管理控制的一種語(yǔ)言。由于它的易操作性以及簡(jiǎn)單明了成為了便于使用者快速學(xué)習(xí)以及操作的最好語(yǔ)言，讓它在實(shí)際使用中逐漸成為人們最喜歡的語(yǔ)言。梯形圖編程語(yǔ)言與其他語(yǔ)言相比，匯編語(yǔ)言的邏輯性讓梯形圖編程語(yǔ)言與其他語(yǔ)言都不一樣，梯形圖編程語(yǔ)言是以系統(tǒng)化編程為主的抽象語(yǔ)言，匯編語(yǔ)言經(jīng)常轉(zhuǎn)變成梯形圖語(yǔ)言，梯形圖也亦然。順序功能圖編程語(yǔ)言與功能塊圖編程語(yǔ)言大致相同，通過(guò)標(biāo)記輸入與輸出符號(hào)簡(jiǎn)化編程語(yǔ)言，讓它更加簡(jiǎn)潔，雖然順序功能圖編程語(yǔ)言與功能塊圖編程語(yǔ)言都是通過(guò)畫圖的方式，但是功能塊圖編程語(yǔ)言比其他語(yǔ)言更加復(fù)雜深?yuàn)W，它功能的邏輯性讓使用者必須有很豐富的數(shù)學(xué)功底以及電路物理知識(shí)。3.2.2PLC硬件組態(tài)PCL編程首先是設(shè)置硬件組態(tài)，在打開(kāi)軟件界面通過(guò)創(chuàng)建一個(gè)新項(xiàng)目，添加站點(diǎn)在新項(xiàng)目中，比如：SIMATIC400的站點(diǎn)，在選取站點(diǎn)SIMATIC400型號(hào)下的導(dǎo)軌模塊、電源模塊、中央處理器?？臁⒔涌谀K以及信號(hào)模塊后點(diǎn)擊硬件圖標(biāo)完成硬件組態(tài)的設(shè)置，組態(tài)界面圖如圖5，圖5大致結(jié)構(gòu)圖表在左側(cè)，PLC型號(hào)的配置選擇都在左側(cè)。圖5組態(tài)界面圖Fig.5Configurationinterfacediagram機(jī)架類型有四種，比如：UR、ER、CR和UR2-H。由于機(jī)艙報(bào)警系統(tǒng)的項(xiàng)目，需要用到的機(jī)架類型是UR1和ER1這兩種，其中UR1類型使用范圍廣，很多模塊都能見(jiàn)到UR1類型；ER1使用范圍比UR1類型小，比如：信號(hào)模塊、接口模塊等。CPU選用的型號(hào)是具有通訊模塊的416-2DP，它可以解決PROFIBUS的遇到的問(wèn)題，這是CPU型號(hào)的配置。不僅要配置CPU型號(hào)還要配置CPU參數(shù)，它的參數(shù)分為存儲(chǔ)器、中斷、日時(shí)間中斷、循環(huán)中斷以及診斷/時(shí)鐘等等，它的CPU參數(shù)如下圖6。PAGEPAGE18圖6CPU參數(shù)圖Fig..6CPUparameterdiagram因?yàn)橥ㄓ嵔M件要在工業(yè)以太網(wǎng)的環(huán)境下運(yùn)行實(shí)施，所以提前增加CP443-1模塊，便于連接工業(yè)以太網(wǎng)。選擇電源的型號(hào)為PS40710A，選用模擬量輸入的AI8x13bite模塊型號(hào)；選用模擬量輸出的AO8x13bite模塊型號(hào)；選用數(shù)字量的輸入的DI32xDC24V模塊型號(hào)；選用數(shù)字量的輸出的DO32xDC24V/0.5模塊型號(hào)；選用接口模塊的IM460-0和IM461-0型號(hào)，硬件組態(tài)圖的詳細(xì)數(shù)據(jù)如圖7所示：圖7硬件組態(tài)圖Fig.7Hardwareconfigurationdiagram3.2.3PLC編程設(shè)計(jì)（1）符號(hào)表通過(guò)讓編寫者更加容易操作，在程序軟件方面研發(fā)者向STEP7軟件以及受眾者提供并且增加了符號(hào)表這個(gè)新功能，符號(hào)表的增加為受眾者帶來(lái)了一系列方便的行為，就是以符號(hào)地址去訪問(wèn)自己需要的數(shù)據(jù)，符號(hào)地址是由絕對(duì)地址轉(zhuǎn)化而成的。因?yàn)镾TEP7軟件向受眾者提供了這個(gè)小功能，讓我們可以不用使用太過(guò)麻煩的方式去訪問(wèn)。STEP7軟件項(xiàng)目建成后點(diǎn)擊進(jìn)入符號(hào)表頁(yè)面，編輯并且操作符號(hào)表數(shù)據(jù)，符號(hào)表如圖8。我們可以根據(jù)下圖圖8可以看出，符號(hào)表界面有四大塊課可填寫的區(qū)域，例如：狀態(tài)、符號(hào)以及地址等。其中以I/O接口、位存儲(chǔ)器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)塊等等形式的地址，符號(hào)表的寫入一般不包括傳輸元件，符號(hào)表的不同使項(xiàng)目的內(nèi)容也不盡相同。圖8符號(hào)表界面Fig.8Symboltableinterface項(xiàng)目的側(cè)重點(diǎn)以及主要作用要通過(guò)大量的測(cè)量計(jì)算進(jìn)行確定，比如通過(guò)泥泵控制系統(tǒng)、齒輪箱推進(jìn)系統(tǒng)、壓力系統(tǒng)、溫度系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)等等系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控運(yùn)行記錄數(shù)據(jù)，由于數(shù)量眾多并且任務(wù)巨大需要使用便利的符號(hào)表工具，通過(guò)對(duì)各個(gè)部位的系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控與數(shù)據(jù)記錄從而制作符號(hào)表，項(xiàng)目部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)符號(hào)表如圖9所示：PAGEPAGE20（2）數(shù)據(jù)采集

圖9項(xiàng)目部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)符號(hào)表Fig.9Thepartsymboldiagramoftheproject船舶機(jī)艙報(bào)警系統(tǒng)首先應(yīng)該收集準(zhǔn)確大量的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集是處理實(shí)際數(shù)據(jù)的關(guān)鍵因素，船舶機(jī)艙工作環(huán)境繁雜，設(shè)施設(shè)備也很多，需要大量的對(duì)于各個(gè)設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并且監(jiān)控。兩種最常用的數(shù)據(jù)，首先是硬接線數(shù)據(jù)，它是與PLC系統(tǒng)數(shù)據(jù)連接的電纜線路，是一種現(xiàn)實(shí)中可以觸摸，可以看見(jiàn)的物理線路，比如：熱電偶、熱電阻、開(kāi)關(guān)量等等線路；最后是通訊數(shù)據(jù)，他是與PLC系統(tǒng)數(shù)據(jù)連接的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸通道，比如：PROFIBUS、MODBUS、OPC以及TCL/IP等等協(xié)議數(shù)據(jù)通道。此次的船舶機(jī)艙報(bào)警系統(tǒng)都是整理收集通訊數(shù)據(jù)以及硬接線數(shù)據(jù)。如下圖10的信號(hào)采集箱，它用于采集通訊數(shù)據(jù)以及硬接線數(shù)據(jù)，是一個(gè)存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，此次的船舶機(jī)艙報(bào)警系統(tǒng)的采集箱一共設(shè)有3個(gè)，由于船舶機(jī)艙報(bào)警系統(tǒng)的項(xiàng)目工程所以采用了3個(gè)采集箱便于采集不同的數(shù)據(jù)以及信息，她們采用串聯(lián)電路的方式互相工作，由其中一個(gè)采集箱為主要的硬接線數(shù)據(jù)采集說(shuō)明講解，該采集箱主要對(duì)于燃料之間的采集數(shù)據(jù)，比如：燃油溫度、燃油庫(kù)存余量等等。如果在編寫PLC程序中，主鎖緊泵的運(yùn)行狀態(tài)錯(cuò)誤被PLC程序檢測(cè)出來(lái)，常開(kāi)觸點(diǎn)會(huì)迅速做出反應(yīng)執(zhí)行關(guān)閉命令，所有的泵觸點(diǎn)都沒(méi)有使用串聯(lián)程序，都是一個(gè)一個(gè)獨(dú)立的，觸點(diǎn)經(jīng)過(guò)傳輸信號(hào)到達(dá)CPU，CPU通過(guò)記錄數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的信息達(dá)到數(shù)據(jù)采集的目的，如下圖11所示：圖10信號(hào)采集箱Fig.10SignalcollectionboxPAGEPAGE24XR14XR1401 020304050607080910DI14+DI14-DI15+DI15-DI16+DI16-DI17+DI17-DI18+DI18-111圖11采集箱部分接線原理圖Fig.11ThepartwiringschematicoftheAcquisitionbox圖12主選鎖緊泵報(bào)警PLC程序圖Fig.12ThePLCprogrammapofthemainoptionlockpumpalarm模塊化編程PCL系統(tǒng)根據(jù)船舶報(bào)警系統(tǒng)的警報(bào)來(lái)解決相關(guān)問(wèn)題，將每個(gè)采集箱的數(shù)據(jù)借助物理線路或者網(wǎng)絡(luò)通信進(jìn)行傳輸?shù)竭_(dá)CPU，由CPU運(yùn)行打印不同的數(shù)據(jù)結(jié)果形式。在系統(tǒng)運(yùn)行的整個(gè)過(guò)程中，會(huì)調(diào)用到不同的模塊，比如OB模塊，F(xiàn)C模塊以及DB模塊等等，模塊化編程將一個(gè)大程序通過(guò)分割，分成一小塊一小塊的實(shí)現(xiàn)，讓編程速度得到提高，編程思想更清晰，比如OB主模塊通過(guò)FC子模塊功能的運(yùn)行實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)保存與刪除的功能。它的模塊化編程圖如下所示：13模塊化編程結(jié)構(gòu)圖Fig.13Modularprogrammingstructurediagram3.2.4控制流程設(shè)計(jì)不僅需要模塊化編程的確定，而且還需要任務(wù)的控制流程設(shè)計(jì)?？刂屏鞒掏ㄟ^(guò)采集數(shù)據(jù)給CPU的工作流程，通過(guò)不同的數(shù)據(jù)傳輸方式傳遞給CPU中央處理器運(yùn)行解決，控制流程思想是整個(gè)系統(tǒng)的操作與實(shí)施的重要環(huán)節(jié)。通過(guò)船舶警報(bào)系統(tǒng)的需求以及操作形式，控制流程設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如下：船舶開(kāi)始工作前，報(bào)警系統(tǒng)檢測(cè)燃油壓力、燃油溫度、滑油壓力、滑油溫度、循環(huán)水壓力、油艙液位等檢測(cè)指標(biāo)，如果都正常，則開(kāi)始啟動(dòng)各電機(jī)工作，通過(guò)觸發(fā)繼電器設(shè)置，運(yùn)行合排泥泵程序；如果出現(xiàn)錯(cuò)誤，通過(guò)報(bào)警裝置報(bào)警并且為了讓所有程序運(yùn)行正常，將手動(dòng)閥調(diào)到正確的位置。船舶運(yùn)行時(shí)如果檢測(cè)到滑油溫度出現(xiàn)90°的異常，通過(guò)把異常數(shù)據(jù)傳輸運(yùn)行引發(fā)報(bào)警裝置報(bào)警，并且CPU迅速做出回應(yīng)讓變頻器相應(yīng)的改變自己的數(shù)據(jù)讓泥泵電機(jī)減緩工作，直到滑油溫度達(dá)到正常；如果檢測(cè)滑油溫度出現(xiàn)95°的異常，聽(tīng)過(guò)異常數(shù)據(jù)的傳輸?shù)竭_(dá)CPU，CPU根據(jù)其影響做出不同的命令，啟動(dòng)報(bào)警裝置報(bào)警，發(fā)送信息給繼電器，讓繼電器運(yùn)行控制泥泵脫排，通過(guò)泥泵脫排的發(fā)現(xiàn)讓相關(guān)工作人員迅速檢查維修；如果檢測(cè)到滑油壓力不足的時(shí)候，會(huì)迅速將相關(guān)信息發(fā)給CPU，CPU迅速給變頻器發(fā)送命令，控制它的速度，達(dá)到穩(wěn)定正常；如果檢測(cè)到滑油壓力嚴(yán)重不足的時(shí)候，CPU接到信息控制繼電器，讓其做出泥泵脫排的情況，讓相關(guān)工作人員迅速維修。如果檢測(cè)到水箱溫度在90°的時(shí)候，CPU接到信息控制水箱閥門設(shè)施，并且啟動(dòng)抽水泵電機(jī)設(shè)施將冷水注入水箱，達(dá)到降溫的目的；如果檢測(cè)到水箱溫度在100°的時(shí)候，CPU接到信息控制報(bào)警器觸發(fā)報(bào)警按鈕，控制電機(jī)運(yùn)行終止以及發(fā)送繼電器讓它做出泥漿脫排的動(dòng)作；如果檢測(cè)到水箱壓力低的時(shí)候，CPU接到信息控制報(bào)警器觸發(fā)報(bào)警按鈕，通知工作人員自己手動(dòng)設(shè)置手動(dòng)閥的大小，緩解水箱壓力；如果檢測(cè)到油艙液位不正常時(shí)，CPU觸發(fā)報(bào)警裝置；如果檢測(cè)到油艙液位極度異常，觸發(fā)報(bào)警并且控制繼電器讓它運(yùn)行泥泵脫排的指令。船舶運(yùn)行結(jié)束時(shí)，CPU會(huì)給每個(gè)部位發(fā)送工作停止的命令，比如：關(guān)閉閥門指令、繼電器泥泵脫排指令、由控制變頻器發(fā)送信息傳遞停止運(yùn)轉(zhuǎn)的一系列命令等等讓船舶工作運(yùn)行停止。3.3系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本次項(xiàng)目在通訊方面所使用的為以太網(wǎng)與PROFIBUS相結(jié)合的通訊方式。如下圖14所示，主要是系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)圖，圖中可以了解到都是在以太網(wǎng)的環(huán)境下運(yùn)行的，使用的通訊方式是PROFIBUS-DP總線，報(bào)警也有模塊擴(kuò)展。圖14系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖Fig.14Systemnetworkstructure3.3.1PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)介紹西門子公司發(fā)明了功能性強(qiáng)、速度快捷、方便的一種PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線，PROFIBUS總線是國(guó)際使用最多的技術(shù)之一。它是憑借光纖以及防止干擾的雙絞線為媒介進(jìn)行通訊，通訊速度最快可達(dá)每秒12兆的字節(jié)流量，傳輸范圍廣泛。PROFIBUS總線經(jīng)常用的就有PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS和PROFIBUS-PA，其中PROFIBUS-FMS用于自動(dòng)的裝置設(shè)備中；PROFIBUS-PA用于控制流程的范圍中。3.3.2PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)建立PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)建立在于選擇它的硬件組態(tài)，就是選擇CPU中的DP模塊。船舶警報(bào)系統(tǒng)的CPU模塊選擇的是一種CPU416-1DP類型的帶有參數(shù)訂貨號(hào)6ES7416-2XN05-OABO以及固件V5.0。CPU硬件組態(tài)的建立，進(jìn)入DP組態(tài)界面圖，如圖14所示：在組態(tài)界面圖中，它的屬性包括常規(guī)屬性、地址屬性、工作屬性、組態(tài)屬性以及時(shí)鐘屬性，進(jìn)入DP屬性設(shè)置界面，咋愛(ài)啊常規(guī)項(xiàng)選擇中通過(guò)DP組態(tài)的簡(jiǎn)單描述、DP組態(tài)名稱以及接口屬性設(shè)置，如下圖的16展示的是網(wǎng)絡(luò)屬性配置圖，通過(guò)參數(shù)設(shè)置，選擇建立子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸速度為度1.5Mbps，為DP組態(tài)提供良好的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，在根據(jù)它的各項(xiàng)屬性參數(shù)調(diào)整到合適的位置即可。15DP組態(tài)界面圖Fig.15DPconfigurationinterfacediagramPAGEPAGE2616網(wǎng)絡(luò)屬性配置圖Fig16NetworkpropertyconfigurationdiagramDP網(wǎng)絡(luò)組態(tài)的設(shè)置成功，從中選擇需要的模塊以便后續(xù)程序的使用，通過(guò)添加不同的組件實(shí)現(xiàn)不同的功能。比如要實(shí)現(xiàn)通訊功能就需要通訊模塊、要實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能就要監(jiān)控模塊等等，下面的圖17就是PROFIBUS的網(wǎng)絡(luò)組態(tài)圖：17PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)組態(tài)圖Fig.17PROFIBUSnetworkconfigurationdiagram3.3.3工業(yè)以太網(wǎng)的建立工業(yè)以太網(wǎng)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)之間的設(shè)置基本都是一樣的，通過(guò)確定CP443-1的屬性參數(shù)進(jìn)入以太網(wǎng)建立界面，如下面圖片18。在設(shè)置CP443-1的屬性進(jìn)入Ethernet設(shè)置，通過(guò)勾選合適的參數(shù)類型，選擇正確的選項(xiàng)，如下面的圖19.PAGEPAGE2818以太網(wǎng)建立界面Fig.18Ethernetestablishmentinterface19以太屬性設(shè)置界面Fig19Ethernetpropertysettinginterface根據(jù)屬性狀態(tài)的不同參數(shù)設(shè)置也不一樣，參數(shù)設(shè)置IP地址、路由去地址、子網(wǎng)掩碼等等創(chuàng)建出一個(gè)工業(yè)以太網(wǎng)，調(diào)整選項(xiàng)PROFIBUS模塊參數(shù)以及以太網(wǎng)參數(shù)，通過(guò)各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)置完成構(gòu)建了一個(gè)基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，該網(wǎng)絡(luò)主要用于數(shù)據(jù)間的互相傳遞。20網(wǎng)絡(luò)組態(tài)結(jié)構(gòu)圖Fig.20Networkconfigurationdiagram3.4監(jiān)控界面設(shè)計(jì) 監(jiān)控界面是便于觀察者注意以及獲取數(shù)據(jù)讓其展現(xiàn)的主要形式，它是把電腦上的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言模式的信息，轉(zhuǎn)換成人類能看清楚能理解的方式，它主要用于計(jì)算機(jī)與人類交流的轉(zhuǎn)換工具。通過(guò)每個(gè)采集箱收集每個(gè)系統(tǒng)的各種信息數(shù)據(jù)通過(guò)監(jiān)控顯示屏界面呈現(xiàn)出來(lái)，該機(jī)艙人員通過(guò)顯示屏出現(xiàn)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)判斷系統(tǒng)是否正常運(yùn)作。該監(jiān)控界面主要使用的是C++語(yǔ)言是基于（1）分組列表顯示功