電氣工程及其自動(dòng)化畢業(yè)設(shè)計(jì)基于plc的船舶主機(jī)遙控裝置設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　基于PLC的船舶主機(jī)遙控裝置設(shè)計(jì)</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 電氣工程及其自動(dòng)化 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào)

2、 </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　主機(jī)遙控是現(xiàn)代船舶自動(dòng)化的核心環(huán)節(jié)之一，是實(shí)現(xiàn)無(wú)人自動(dòng)化機(jī)艙的必不

3、可少的條件,所采用的控制手段也多種多樣,本文采用可編程控制器PLC(Programmable Logic Controller)來(lái)控制實(shí)現(xiàn)主機(jī)遙控系統(tǒng)的功能，該系統(tǒng)具有經(jīng)濟(jì)性，硬件電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，邏輯運(yùn)算能力強(qiáng)，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)小，工作安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　本文開(kāi)頭介紹了船舶主機(jī)遙控在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展歷程，以及可編程控制器的PLC的發(fā)展及其特點(diǎn)。然后給出了主機(jī)遙控的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)的功能要求。最后是設(shè)計(jì)部分包

4、括主機(jī)遙控的硬件和軟件設(shè)計(jì)，硬件部分有系統(tǒng)PLC硬件地址的分配、外圍模塊的選型,軟件設(shè)計(jì)有正車啟動(dòng)，主機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量計(jì)算，換向控制和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)控制。</p><p>　　基于PLC的主機(jī)遙控系統(tǒng)具有不錯(cuò)的發(fā)展前景與應(yīng)用價(jià)值，本文對(duì)大部分主要功能進(jìn)行了設(shè)計(jì)，但由于時(shí)間和篇幅的限制，部分主機(jī)遙控功能僅進(jìn)行了程序框圖的設(shè)計(jì)。 </p><p>　　[關(guān)鍵詞]：船舶主機(jī)；PLC；主機(jī)遙控</p&

5、gt;<p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Automation Remote Control is the core part of modern ships is one of the unmanned engine room of the essential conditions for automation, control methods

6、used are also diverse, we use the programmable controller PLC (Programmable Logic Controller) to control the implementation remote control system functions, the system has economic, hardware circuit structure is simple,

7、logical ability, technical risk, safety and reliable. </p><p>　　Beginning of this article describes the remote control at home and abroad the ship development process, as well as the development of PLC progr

8、ammable controller and its features. Then the remote control design and design the overall structure of the functional requirements. Finally, the design section includes the remote control hardware and software design, h

9、ardware and systematic distribution of PLC hardware address, the external module selection, the software design is the ship to start, the</p><p>　　PLC-based remote control system has good prospects for the d

10、evelopment and application value, the paper most of the major functions of the design, but due to time and space limitations, not all hosts on the remote control function proposed program design is given.</p><

11、p>　　Keywords: Marine main engine, PLC, Remote host</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第1章 緒 論1</b></p><p>　　1.1 關(guān)于柴油船舶主機(jī)遙控系統(tǒng)的概述1</p><p>　　1.2 船

12、舶主機(jī)遙控國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀1</p><p>　　1.3 課題研究的意義所在及有關(guān)內(nèi)容2</p><p>　　第2章 可編程控制器的概述3</p><p>　　2.1 可編程控制器的優(yōu)點(diǎn)3</p><p>　　2.2 可編程控制器（PLC）的基本組成3</p><p>　　2.3 可編程控制器（PLC）在船舶

13、自動(dòng)化領(lǐng)域的運(yùn)用前景4</p><p>　　第3章主機(jī)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)和主要功能設(shè)計(jì)5</p><p>　　3.1 主機(jī)遙控的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)5</p><p>　　3.2 系統(tǒng)的主要功能設(shè)計(jì)5</p><p>　　第4章 主機(jī)遙控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)10</p><p>　　4.1 可編程控制器（PLC）的選型10</

14、p><p>　　4.2 系統(tǒng)PLC硬件地址分配11</p><p>　　4.3 外圍模塊選型設(shè)計(jì)14</p><p>　　第5章 主機(jī)遙控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)17</p><p>　　5.1 起動(dòng)控制的程序設(shè)計(jì)17</p><p>　　5.2 換向控制的程序設(shè)計(jì)20</p><p>　　5.3 主

15、機(jī)及尾軸轉(zhuǎn)速的測(cè)量與計(jì)算24</p><p>　　5.4 安全保護(hù)與故障報(bào)替及處理24</p><p>　　5.5 轉(zhuǎn)速控制程序26</p><p>　　5.6 系統(tǒng)子程序29</p><p>　　5.7 系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì)29</p><p><b>　　結(jié) 論30</b></p&

16、gt;<p>　　致 謝錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)30</b></p><p><b>　　第1章 緒 論</b></p><p>　　自從60年代初船舶遠(yuǎn)程遙控技術(shù)開(kāi)始得到采用，目前幾乎世界上造船技術(shù)領(lǐng)先的國(guó)家生產(chǎn)的船舶都配備了船舶主機(jī)遠(yuǎn)程控制裝置，使之成為今天的船舶自動(dòng)化

17、的核心部分。船舶主機(jī)遙控裝置從最初的氣動(dòng)工作結(jié)構(gòu)發(fā)展到了現(xiàn)在的以計(jì)算機(jī)為核心的控制系統(tǒng)大致經(jīng)歷了4個(gè)階段。可編程序控制器（PLC），是近幾年快速發(fā)展的新型控制設(shè)備，因?yàn)樗哂械妮^強(qiáng)的邏輯運(yùn)算能力，簡(jiǎn)單的硬件結(jié)構(gòu)，方便安裝維修，較強(qiáng)的抗干擾能力，能夠方便的編程，使用可靠，目前已經(jīng)廣泛在各種工業(yè)制造領(lǐng)域得到應(yīng)用。PLC技術(shù)對(duì)實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)起著極為重大的推動(dòng)作用，在國(guó)外有著工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱之稱。船舶電氣的發(fā)展今后將會(huì)以PLC為方向，現(xiàn)

18、在已經(jīng)有將PLC技術(shù)成功應(yīng)用在船舶電氣控制上的實(shí)例，比如期貨機(jī)的變速控制裝置、鍋爐的時(shí)序控制裝置等。在主機(jī)遙控系統(tǒng)中需要各種邏輯判斷運(yùn)算和控制，為PLC的應(yīng)用提供了條件。</p><p>　　1.1 關(guān)于柴油船舶主機(jī)遙控系統(tǒng)的概述</p><p>　　現(xiàn)在，大型船的動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)大致分為兩類，一類是柴油機(jī)作為動(dòng)力，另一類是電力作為動(dòng)力。在柴油機(jī)為動(dòng)力的船舶中，連接螺旋槳直接作為推進(jìn)動(dòng)力的柴油

19、機(jī)即為船舶主機(jī)。操縱主機(jī)的可以從三個(gè)地方進(jìn)行操作，分別是機(jī)旁控制、集控室控制和駕駛臺(tái)控制。除非是在機(jī)旁控制主機(jī)，在集控室或者是駕駛室控制主機(jī)，都為遠(yuǎn)程控制。想要達(dá)到對(duì)主機(jī)的遠(yuǎn)程控制就必須在所操縱的地點(diǎn)到主機(jī)之間安裝一系列的連動(dòng)裝置。這套遠(yuǎn)程控制裝置就是船舶主機(jī)的遙控系統(tǒng)。主機(jī)遙控系統(tǒng)把控制地點(diǎn)從機(jī)旁移動(dòng)到了遠(yuǎn)離主機(jī)的地方，使輪機(jī)人員免受機(jī)旁噪音高溫等惡劣環(huán)境的影響，改善了工作環(huán)境。同時(shí)也改善了船舶的操縱性能，給船舶的安全運(yùn)行提供了保障。

20、它讓主機(jī)的工作更加的可靠更加經(jīng)濟(jì)，是輪機(jī)自動(dòng)化不可或缺的一部分，是達(dá)成機(jī)艙無(wú)人化的至關(guān)重要的先進(jìn)技術(shù)。</p><p>　　1.2 船舶主機(jī)遙控國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　在船舶的駕駛室或者集控室里用自動(dòng)操縱裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)控制船舶主機(jī)的系統(tǒng)叫做船舶遙控系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)無(wú)人船艙、輪機(jī)自動(dòng)化的必不可少的一部分。船舶主機(jī)遙控系統(tǒng)是隨著機(jī)電控制技術(shù)的逐漸發(fā)展而形成和完善的，它們之間有著不可分割的

21、密切關(guān)系。</p><p>　　主機(jī)遙控系統(tǒng)最初是由純機(jī)械器件來(lái)的達(dá)到遠(yuǎn)距離控制，一直發(fā)現(xiàn)到了60年代初期，形成了功能更加完善和集中的駕駛室控制和集控室控制。也大約是這個(gè)時(shí)期，人們也進(jìn)一步的提高了船艙內(nèi)各種設(shè)備的自動(dòng)化性能。比如船舶輔機(jī)動(dòng)力設(shè)備的自動(dòng)化控制、船舶電站的自動(dòng)化，故障自動(dòng)報(bào)警裝置等等。直至60年代中葉，機(jī)艙無(wú)人化概念紛紛從各個(gè)船舶領(lǐng)域的提出，很好的推動(dòng)了機(jī)艙自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，使之不停的向前進(jìn)步。到了7

22、0年代，微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，將它應(yīng)用在船舶之中成為了各國(guó)先進(jìn)集團(tuán)致力研究的方向，到了80年代技術(shù)趨近完善。逐步發(fā)展的船舶主機(jī)遙控技術(shù)，更加貼近了機(jī)艙無(wú)人化的功能需求，達(dá)到了最好的運(yùn)行要求，還使主機(jī)遙控系統(tǒng)的重要組件設(shè)計(jì)走向了標(biāo)準(zhǔn)化。到了90年代，應(yīng)用在主機(jī)遙控上的控制系統(tǒng)已經(jīng)轉(zhuǎn)變成網(wǎng)絡(luò)分布結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。這就意味著，廣泛應(yīng)用的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)已經(jīng)讓主機(jī)遙控更加安全可靠和完善。</p><p>　　隨著船舶自動(dòng)化

23、水平的不斷提高及發(fā)展，柴油主機(jī)遙控技術(shù)也得到很快的發(fā)展，到現(xiàn)在，大致經(jīng)過(guò)了四代的發(fā)展過(guò)程。第一代的主機(jī)遙控裝置是機(jī)械式的氣動(dòng)元件構(gòu)成的，第二代的主機(jī)遙控系統(tǒng)則由分立的電子元件或者繼電接觸器和氣動(dòng)元件共同構(gòu)成的，第三代的船舶主機(jī)遙控系統(tǒng)運(yùn)用到了小型的集成電路塊代替分立電子元件，到了第四代構(gòu)成船舶主機(jī)遙控系統(tǒng)的主要就是微型計(jì)算機(jī)和氣動(dòng)元件了，PLC即為微型計(jì)算機(jī)的其中一種。</p><p>　　目前新生產(chǎn)的船舶主機(jī)遙

24、控系統(tǒng)采用的基本都是微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，計(jì)算機(jī)能夠從軟件上通過(guò)編寫(xiě)改寫(xiě)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯判斷和數(shù)字運(yùn)算，這樣就可以替代以往常規(guī)的分立電子元件構(gòu)成的邏輯判斷電路的功能。當(dāng)前應(yīng)用微機(jī)控制的主機(jī)遙控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案大致分為兩種，第一種是用專門為主機(jī)遙控研制的專用控制微機(jī)，比如有挪康的Autochief系列微機(jī)主機(jī)遙控系統(tǒng)，還有西門子DIFA系列的主機(jī)遙控系統(tǒng)，CY8800型微機(jī)主機(jī)遙控系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)的產(chǎn)品，它是由交通部上海船舶運(yùn)輸科學(xué)研究研制的。另外一

25、種設(shè)計(jì)方案就是采用本文要著重闡述的可編程序控制器PLC。目前在國(guó)內(nèi)基于PLC的主要遙控系統(tǒng)的較為成熟的產(chǎn)品還尚未出現(xiàn)，也沒(méi)有被推廣。所以，由國(guó)家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會(huì)出資，已經(jīng)把基于可編程序控制器的船舶主機(jī)遙控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)列入了國(guó)家重大引進(jìn)技術(shù)改造實(shí)施項(xiàng)目。為的就是能盡快吸納這部分技術(shù)，提高國(guó)內(nèi)技術(shù)，推進(jìn)為市場(chǎng)應(yīng)用，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展作貢獻(xiàn)。PLC的主機(jī)遙控系統(tǒng)的市場(chǎng)前景是非常寬廣的。</p><p>　　1.3 課題研究的意義所

26、在及有關(guān)內(nèi)容</p><p>　　前文已經(jīng)闡述了主機(jī)遙控在輪機(jī)自動(dòng)化領(lǐng)域的重要性,PLC的出現(xiàn)和發(fā)展之迅速,已經(jīng)在越來(lái)越多的領(lǐng)域得到應(yīng)用和收益,PLC具有體積小,集成度高等特點(diǎn).在計(jì)算機(jī)高度發(fā)達(dá)的今日,和以往純機(jī)械外加繼電器的運(yùn)作方式之間起到承上啟下的過(guò)渡作用,能夠很好的將新老技術(shù)結(jié)合.PLC很好的將硬件軟件結(jié)合。簡(jiǎn)單易懂的梯形圖編程方式,讓熟悉以往純繼電器工作的老一輩工作人員也能很快上手。</p>

27、<p>　　因此在船舶中運(yùn)用PLC，技術(shù)方面風(fēng)險(xiǎn)較小，能短期內(nèi)得到研發(fā)。具有較高的可靠性，還有優(yōu)良的抗干擾性能，方便維護(hù)。此外，易于編程，根據(jù)不同類型的船舶不同型號(hào)的船舶柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，只需對(duì)程序稍做修改就能使用了。它很好的取代了由繼電器組成的氣動(dòng)主機(jī)遙控系統(tǒng)，也能用于江河近海采用的中速柴油機(jī)推進(jìn)的船舶，還能改造老船舶使之更加自動(dòng)化。PLC的數(shù)據(jù)通訊功能與上級(jí)計(jì)算機(jī)構(gòu)建信息交換系統(tǒng)，使船舶構(gòu)成綜合網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)管理系統(tǒng)?；赑LC的主

28、機(jī)遙控系統(tǒng)，價(jià)值可觀，市場(chǎng)前景寬廣，運(yùn)用并充分發(fā)揮PLC的優(yōu)良性能，應(yīng)用于船舶自動(dòng)化領(lǐng)域，意義重大。</p><p>　　本文開(kāi)頭概括的闡述了主機(jī)遙控的定義，分類，以及國(guó)內(nèi)外的發(fā)展情況。作為本課題的研究對(duì)象，接下來(lái)將主要闡述主機(jī)遙控應(yīng)具有實(shí)現(xiàn)的功能，PLC的介紹。接下來(lái)對(duì)主機(jī)遙控裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在對(duì)硬件部分和軟件部分分別進(jìn)行設(shè)計(jì)并分析。</p><p>　　1、船舶主機(jī)遙控實(shí)現(xiàn)的功能設(shè)計(jì)&

29、lt;/p><p>　　通過(guò)主機(jī)遙控系統(tǒng)應(yīng)能對(duì)主機(jī)進(jìn)行起動(dòng)，停車，換向等邏輯控制和對(duì)主機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行閉環(huán)控制。同時(shí)還應(yīng)該對(duì)主機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷進(jìn)行必要的限制，并具有必要的安全保護(hù)功能。</p><p><b>　　2、硬件部分設(shè)計(jì)</b></p><p>　　硬件設(shè)計(jì)部分包括系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，PLC硬件地址于外圍模塊的分配情況，各種信號(hào)檢測(cè)模塊的設(shè)計(jì)。<

30、/p><p><b>　　3、軟件部分設(shè)計(jì)</b></p><p>　　軟件設(shè)計(jì)部分主要為正車的起動(dòng)，包括檢測(cè)是否成功啟動(dòng)，故障分析和安全保護(hù)。主機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量，控制換向及控制轉(zhuǎn)速。程序流程圖設(shè)計(jì)和PLC梯形圖設(shè)計(jì)，及程序代碼的編寫(xiě)。</p><p>　　第2章 可編程控制器的概述</p><p>　　可編程序控制器（PLC）

31、的出現(xiàn)是在上世紀(jì)60年代到70年代的過(guò)渡期，它是小型電子計(jì)算機(jī)，可以根據(jù)用戶需要實(shí)現(xiàn)各種從簡(jiǎn)單到困難復(fù)雜的工業(yè)自動(dòng)化控制。已經(jīng)是現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域不可或缺的一部分，被稱為工業(yè)機(jī)器人。到了上世紀(jì)80年代，可編程序控制器得到了大規(guī)模的應(yīng)用，使用領(lǐng)域已經(jīng)不僅僅在化工、冶金業(yè)、輕工業(yè)、紡織業(yè)、制藥業(yè)、建筑等工業(yè)范疇，更向商業(yè)、醫(yī)學(xué)方面等領(lǐng)域進(jìn)發(fā)。</p><p>　　90年代開(kāi)始，以工廠內(nèi)測(cè)量和控制機(jī)器鍵的數(shù)字通訊為主的

32、網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到世界范圍的普遍重視，工業(yè)自動(dòng)化也面臨著改革。這項(xiàng)技術(shù)可以通過(guò)PLC得到方便有效的應(yīng)用。PLC的地位在工業(yè)控制設(shè)備基礎(chǔ)領(lǐng)域進(jìn)一步上升，使之成為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代先進(jìn)的工業(yè)自動(dòng)化控制的主要工具。此章就可編程序控制器PLC的優(yōu)點(diǎn)，以及在船舶方面的運(yùn)用前景做一下闡述。</p><p>　　2.1 可編程控制器的優(yōu)點(diǎn)</p><p><b>　　1、靈活性</b>&

33、lt;/p><p>　　過(guò)去，每一臺(tái)設(shè)備都需要設(shè)計(jì)人員來(lái)安排配備專門的控制裝置。PLC出現(xiàn)之后，控制裝置只需要一臺(tái)PLC就可以了，所有的設(shè)備與PLC連接由PLC內(nèi)部判斷邏輯之后，對(duì)設(shè)備實(shí)施控制。對(duì)于不同的控制需求，只需要在軟件方面進(jìn)行修改，對(duì)程序進(jìn)行編程就可以達(dá)到控制目的。這樣一來(lái)，還可以應(yīng)對(duì)生產(chǎn)控制頻繁變化的需求。除此之外，只需要一臺(tái)PLC就能控制幾臺(tái)不同操作方式的機(jī)械設(shè)備。對(duì)于早期的控制電路，PLC可以以方便有效

34、的手段進(jìn)行改進(jìn)，以前重新改造線路要花大量的時(shí)間，現(xiàn)在有了PLC，僅僅幾分鐘的時(shí)間，改進(jìn)作業(yè)就完成了。</p><p><b>　　2、成本低又可靠</b></p><p>　　一臺(tái)可編程序控制器用有大量的繼電器，計(jì)時(shí)器，計(jì)數(shù)器，順控器的觸點(diǎn)。而本身體積小節(jié)約空間的同時(shí)，造價(jià)方面也要比同觸點(diǎn)數(shù)量級(jí)的繼電器，計(jì)時(shí)器等價(jià)格低。此外構(gòu)成PLC的元件是集成電路，體積小，重量輕，

35、引出線和焊接點(diǎn)少，壽命長(zhǎng)，可靠性高。不僅具有光電隔離，自行濾波之類的技術(shù)，軟件上?？梢圆扇∽晕以\斷的功能，可靠性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)比機(jī)械和繼電器高。</p><p>　　3、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作容易</p><p>　　PLC的結(jié)構(gòu)是模塊化的，使用時(shí)只需要根據(jù)信號(hào)的類型和點(diǎn)數(shù)多少，選擇對(duì)應(yīng)的模塊，控制系統(tǒng)便水到渠成。</p><p><b>　　4、方便維修</b&g

36、t;</p><p>　　由于可編程序控制器的結(jié)構(gòu)是模塊化的，因此在故障發(fā)生的時(shí)候，PLC的自我診斷功能便可找出故障模塊，工作人員只需要更換模塊就可以修復(fù)故障，操作方便并且節(jié)省時(shí)間。</p><p><b>　　5、模擬運(yùn)行</b></p><p>　　PLC可以在軟件編程時(shí)進(jìn)行模擬運(yùn)行，將所控制的功能在實(shí)際使用前試運(yùn)行一遍，這樣一來(lái)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)

37、就可以跟有針對(duì)性，操作方便節(jié)約時(shí)間。過(guò)去的電氣線路是不能實(shí)現(xiàn)模擬運(yùn)行的功能的，必須在實(shí)際接線后進(jìn)行調(diào)試</p><p><b>　　6、通訊能力</b></p><p>　　眼下，全世界的生產(chǎn)廠商生產(chǎn)出來(lái)的PLC，都能結(jié)合通訊處理模塊或通訊處理卡，將信息與現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)連接，形成規(guī)模龐大的網(wǎng)絡(luò)體系。滿足了工程上大規(guī)模生產(chǎn)，結(jié)構(gòu)繁多，綜合功能等多元化的控制需求。</p&

38、gt;<p>　　2.2 可編程控制器（PLC）的基本組成</p><p>　　可編程控制器結(jié)構(gòu)原理如圖 2.1：</p><p><b>　　通信接口</b></p><p>　　圖2.1可編程控制器組成結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　中央處理器(CPU)：中央處理器就如同一般PC機(jī)的中央處理器一樣，在可編程

39、序控制器里也是數(shù)字運(yùn)算的核心，控制著整個(gè)系統(tǒng)。</p><p>　　存儲(chǔ)器：負(fù)責(zé)儲(chǔ)存應(yīng)用軟件和系統(tǒng)程序指令；</p><p>　　輸入輸出I/0接口：輸入輸出模塊作為PLC內(nèi)部與外界進(jìn)行信息交換的通道，將外部的信號(hào)傳給內(nèi)存和CPU，內(nèi)存和CPU的信號(hào)傳給外部的同時(shí)，起著信號(hào)互譯轉(zhuǎn)變的作用，把信號(hào)轉(zhuǎn)成彼此都能識(shí)別并接受。</p><p>　　電源：提供電力驅(qū)動(dòng)PLC各

40、個(gè)元件，為內(nèi)部總線供電；</p><p>　　編程器：用戶可以通過(guò)編程器輸入輸出程序指令，來(lái)修改調(diào)試系統(tǒng)功能，由編程軟件、顯示器、鍵盤、打印機(jī)和主機(jī)組成。 </p><p>　　2.3 可編程控制器（PLC）在船舶自動(dòng)化領(lǐng)域的運(yùn)用前景</p><p>　　PLC的結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)，容易操作，安裝更是方便。還能抗干擾確保快捷迅速的進(jìn)行邏輯運(yùn)算處理。此外還能實(shí)現(xiàn)與外界的聯(lián)網(wǎng)通訊

41、，數(shù)字化運(yùn)算。早在上世紀(jì)80年代初，英國(guó)著名的“伊麗莎白女王二世”游輪上就使用了基于PLC的鍋爐控制系統(tǒng)，并且取得了巨大的成功。國(guó)際造船和海運(yùn)相繼開(kāi)展了PLC在船舶輪機(jī)自動(dòng)化上的應(yīng)用研究。國(guó)內(nèi)也有不少成功的實(shí)例，船舶三速交流機(jī)起貨機(jī)控制系統(tǒng)的PLC改造，船舶機(jī)艙泵浦自動(dòng)切換系統(tǒng)改造等。最近，新開(kāi)發(fā)的船舶上，已經(jīng)將以可編程控制器為核心的控制系統(tǒng)普遍的應(yīng)用于船舶各種設(shè)備的控制中，例如船舶鍋爐系統(tǒng)，溫度報(bào)警系統(tǒng)，船舶報(bào)警監(jiān)視系統(tǒng)，船舶電站自動(dòng)

42、化管理系統(tǒng)，船舶主機(jī)遙控系統(tǒng)以及一些特種船舶的特殊設(shè)備的控制系統(tǒng)。利用PLC實(shí)現(xiàn)全船自動(dòng)化系統(tǒng)，是今后船舶發(fā)展的大方向。</p><p>　　第3章主機(jī)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)和主要功能設(shè)計(jì)</p><p>　　主機(jī)遙控系統(tǒng)的發(fā)展，大致經(jīng)歷了三個(gè)階段，最早的時(shí)候完全是由繼電器來(lái)控制。隨著數(shù)字電路的發(fā)展，后來(lái)人們開(kāi)始采用一些簡(jiǎn)單的邏輯判斷電路和線性元件的電路來(lái)取代繼電器，目前眼下的產(chǎn)品，已經(jīng)趨向去由計(jì)算

43、機(jī)來(lái)控制實(shí)現(xiàn)功能了。本文基于PLC來(lái)設(shè)計(jì)主機(jī)遙控系統(tǒng)，作為可編程控制器PLC，它隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)和微機(jī)處理器的發(fā)展，也逐步完善并趨向成熟。此章將闡述，PLC主機(jī)遙控的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，及其實(shí)現(xiàn)功能。</p><p>　　3.1 主機(jī)遙控的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖3.1是用PLC為核心控制的主機(jī)遙控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　圖3.1 PLC主機(jī)遙控結(jié)構(gòu)圖&

44、lt;/p><p>　　PLC為核心控制，開(kāi)關(guān)量（主令信號(hào)）從駕駛臺(tái)和集控室發(fā)出，傳入PLC。經(jīng)過(guò)PLC的邏輯運(yùn)算之后，將控制信號(hào)分為兩路，分別對(duì)主機(jī)進(jìn)行氣動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制和控制調(diào)速。工況檢測(cè)以及速度檢測(cè)部分將主機(jī)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)反饋給PLC，PLC得到反饋進(jìn)一步對(duì)主機(jī)執(zhí)行相應(yīng)命令。此外PLC將實(shí)時(shí)顯示主機(jī)工作情況，顯示故障情況，還具有報(bào)警，系統(tǒng)模擬，應(yīng)急保護(hù)和等作用。工況檢測(cè)部分會(huì)得到來(lái)自氣動(dòng)機(jī)構(gòu)的狀況和主機(jī)的狀況，即各

45、類傳感器測(cè)得的參數(shù)，包括各控制閥的位置，凸輪軸的位置，氣缸內(nèi)的壓力，水壓等等。然后將這些模擬參數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳入PLC。轉(zhuǎn)速檢測(cè)部分則針對(duì)主機(jī)轉(zhuǎn)速的點(diǎn)火轉(zhuǎn)速，換向轉(zhuǎn)速，臨界轉(zhuǎn)速等相關(guān)參數(shù)轉(zhuǎn)換成信號(hào)輸入PLC。功率放大電路構(gòu)成調(diào)速單元，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)。主機(jī)的油門就由伺服電機(jī)來(lái)控制，穩(wěn)定速度，固定速度。</p><p>　　3.2 系統(tǒng)的主要功能設(shè)計(jì)</p><p>　　無(wú)論是用何種方式操縱主

46、機(jī)，首先不明確遙控系統(tǒng)需要執(zhí)行的功能是不行的。圖3.2是主機(jī)遙控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖。</p><p><b>　　3.2.1操縱方式</b></p><p>　　系統(tǒng)的操作設(shè)置分為三種方式，駕駛室操縱，集控室操縱和機(jī)旁操縱。</p><p>　　(1)駕駛室控制：在駕駛室通過(guò)控制手柄直接操縱主機(jī)按給定的調(diào)速程序進(jìn)行加速或減速，控制齒輪箱按給定的程序

47、換向。</p><p>　　(2)集控室控制：在集控室依照車令操縱主機(jī)按給定的調(diào)速程序進(jìn)行加速或減速，控制齒輪箱按給定的程序換向。</p><p>　　(3)機(jī)旁控制：工作人員依照應(yīng)急車令直接在主機(jī)旁控制主機(jī)啟動(dòng)和停止，直接在機(jī)旁控制箱用開(kāi)關(guān)來(lái)控制齒輪箱換向。</p><p><b>　　駕駛臺(tái)</b></p><p>

48、;<b>　　停止</b></p><p><b>　　向前向后</b></p><p><b>　　集控室</b></p><p><b>　　停止</b></p><p><b>　　向前向后</b></p>&

49、lt;p><b>　　X1</b></p><p><b>　　X4</b></p><p><b>　　AC220V</b></p><p><b>　　X2DC24V</b></p><p><b>　　X3</b>&

50、lt;/p><p><b>　　機(jī)艙</b></p><p>　　滑油失壓 淡水高溫 超速</p><p>　　圖3.2主機(jī)遙控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　3.2.2主機(jī)起動(dòng)的控制</p><p>　　主機(jī)遙控中最基本的控制功能就是控制主機(jī)起動(dòng)，在執(zhí)行起動(dòng)時(shí)，必須先保證主機(jī)工況在正常啟動(dòng)的條件

51、之內(nèi)，對(duì)是否滿足條件進(jìn)行一系列判斷以后，起動(dòng)信號(hào)才生效。</p><p>　　柴油機(jī)起動(dòng)對(duì)控制電路的要求如下：</p><p>　　(1)給出起動(dòng)信號(hào)。</p><p>　　(2)保證凸輪軸所在的位置和車令一樣，也就是不處在換向中。</p><p>　　(3)保證盤車機(jī)脫離。</p><p>　　(4)起動(dòng)時(shí)，保證油門

52、的關(guān)閉。</p><p>　　(5)保證主機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度比正常起動(dòng)轉(zhuǎn)速低。</p><p>　　(6)保證沒(méi)有三次起動(dòng)失敗，即在規(guī)定時(shí)間內(nèi)啟動(dòng)。</p><p>　　(7)主機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向正確。 </p><p>　　(8)保證有足夠的起動(dòng)氣壓。</p><p>　　3.2.3換向控制以及邏輯連鎖</p>&l

53、t;p>　　在換向?qū)嵤┻^(guò)程中，系統(tǒng)需要處理?yè)Q向和調(diào)速之間的邏輯關(guān)系。PLC控制的齒輪箱離合器將完成相關(guān)操作。換向還分為正常換向和緊急換向。</p><p>　　(1)齒輪離合器低速脫開(kāi)，脫開(kāi)時(shí)，為防止發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生飛車事故，要使油門保持最低。當(dāng)船舶柴油機(jī)轉(zhuǎn)速降低至一定的轉(zhuǎn)速時(shí)，即可自動(dòng)完成脫開(kāi)。</p><p>　　(2)離合器的合排，柴油機(jī)轉(zhuǎn)速需要穩(wěn)定的維持在指定轉(zhuǎn)速時(shí)，即可合排<

54、;/p><p>　　(3)和加載的連鎖，系統(tǒng)必須判斷在離合器成功合排之后才能執(zhí)行調(diào)速</p><p>　　(4)換向之間的互鎖，系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)正車，倒車操作時(shí)的邏輯互鎖。防止同時(shí)存在離合器，正車，倒車的油壓的可能。</p><p>　　3.2.4 主機(jī)的調(diào)速控制</p><p>　　圖3.3是PLC主機(jī)調(diào)速控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，車鐘同步發(fā)生器、調(diào)速器、

55、速率轉(zhuǎn)換電路、晶閘管觸發(fā)和伺服電機(jī)、測(cè)速電路、構(gòu)成主回路。伺服電機(jī)和測(cè)速電機(jī)形成速度閉環(huán)，使主機(jī)保持恒速運(yùn)轉(zhuǎn)。監(jiān)控調(diào)速電路工作是PLC的主要功能之一，要避免進(jìn)入臨界轉(zhuǎn)速區(qū)、限制超速。此外PLC還要控制主機(jī)負(fù)荷。</p><p>　　PLC 實(shí)現(xiàn)負(fù)荷控制的方法主要是選擇恰當(dāng)?shù)恼{(diào)速手段以及時(shí)序的控制。PLC依據(jù)主令可自動(dòng)選擇4 種不同的調(diào)速方式分別為：正常起動(dòng)方式、停車方式、正常航行方式和緊急換向方式。根據(jù)調(diào)速方式的

56、變化, 速率轉(zhuǎn)換電路的速度信號(hào)的發(fā)送率會(huì)隨之改變, 來(lái)達(dá)到主機(jī)負(fù)荷要求; 時(shí)序控制則為PLC 內(nèi)部設(shè)置一個(gè)時(shí)序表, 檢測(cè)調(diào)速方式及主機(jī)轉(zhuǎn)速, 控制調(diào)速器輸出和晶閘管觸發(fā)角的變化, 以防負(fù)荷突變, 從而達(dá)到保護(hù)主機(jī)的目的。</p><p>　　圖3.3調(diào)速控制電路</p><p>　　3.2.5安全保護(hù)的限制環(huán)節(jié)</p><p><b>　　(1)臨界轉(zhuǎn)速限

57、制</b></p><p>　　當(dāng)車令轉(zhuǎn)速在臨界轉(zhuǎn)速區(qū)域時(shí)，不避開(kāi)臨界轉(zhuǎn)速區(qū)是不行的。一般當(dāng)車令轉(zhuǎn)速接近臨界轉(zhuǎn)速下限時(shí)，限制轉(zhuǎn)速上升，保持轉(zhuǎn)速在臨界下限以下。當(dāng)發(fā)出的命令轉(zhuǎn)速接近臨界轉(zhuǎn)速上限的時(shí)候，突然加快轉(zhuǎn)速，以最短的時(shí)間通過(guò)臨界轉(zhuǎn)速區(qū)，達(dá)到臨界轉(zhuǎn)速以上保持不變。</p><p>　　(2)最大最小轉(zhuǎn)速限制</p><p>　　順車的最大轉(zhuǎn)速就是額定轉(zhuǎn)

58、速，超出額定轉(zhuǎn)速會(huì)對(duì)機(jī)械壽命造成不利影響。限制時(shí)，在車鐘的電位器上設(shè)置。車令的轉(zhuǎn)速比額定轉(zhuǎn)速大時(shí)，電位器收到限制，始終限制在額定轉(zhuǎn)速。應(yīng)急操作只需要直接控制電位器即可，同時(shí)也需要車鐘指令解除最大轉(zhuǎn)速限制。</p><p>　　(3)故障減速和故障停車</p><p>　　一般情況下，故障時(shí)的減速和停車可以有效的保護(hù)船舶受到更嚴(yán)重的損壞。在傳感器測(cè)得數(shù)據(jù)高于安全值的時(shí)候，就需要發(fā)出減速或停車

59、的信號(hào)。比如潤(rùn)滑油溫度過(guò)高，冷卻水溫度過(guò)高等各種過(guò)高溫和不正常情況。在故障接觸以后，操作控制臺(tái)上的復(fù)位鍵，故障減速的限制就可以被解除。</p><p>　　3.2.6系統(tǒng)故障的檢測(cè)</p><p>　　當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)下面情況時(shí)，駕駛室及集控室會(huì)以聲光報(bào)警的方式提示系統(tǒng)故障，系統(tǒng)將會(huì)關(guān)閉遙控功能，并且自動(dòng)鎖定齒輪箱和主機(jī)的狀態(tài)，此時(shí)，工作人員必須轉(zhuǎn)到機(jī)旁才可以對(duì)主機(jī)實(shí)施控制。通過(guò)確認(rèn)按鈕來(lái)接觸聲

60、音和閃爍，排除故障后，“系統(tǒng)故障”的指示燈熄滅。在人機(jī)交互界面上，可以得到故障的具體類別。</p><p>　　(1)車鐘電位器斷線故障</p><p>　　PLC系統(tǒng)將會(huì)時(shí)常對(duì)車令電位器的接觸狀況進(jìn)行檢測(cè)。只要檢測(cè)出車令電位器斷線的話，將會(huì)進(jìn)入系統(tǒng)故障模式。</p><p>　　(2)開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)故障診斷</p><p>　　PLC系統(tǒng)將

61、會(huì)實(shí)時(shí)對(duì)一些相對(duì)重要的輸入信號(hào)進(jìn)行短線檢測(cè)，如齒輪箱滑油壓力過(guò)低、滑油壓力低、滑油壓力過(guò)低、冷卻水溫過(guò)高、超速、冷卻水溫高、氣源壓力低、正車位、倒車位等信號(hào)，如果出現(xiàn)斷線，系統(tǒng)故障指示燈閃爍，同時(shí)蜂鳴器發(fā)出蜂鳴報(bào)警。</p><p>　　(3)開(kāi)關(guān)量輸出信號(hào)斷線故障診斷</p><p>　　在系統(tǒng)正常運(yùn)行的時(shí)候，將會(huì)對(duì)各個(gè)輸出控制電磁閥線路進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，只要檢測(cè)到斷線，故障指示燈閃爍，蜂鳴

62、器鳴響，給出報(bào)警。</p><p><b>　　(4)測(cè)速系統(tǒng)故障</b></p><p>　　從系統(tǒng)計(jì)算的正常輸出轉(zhuǎn)速，尾軸轉(zhuǎn)速和主機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速中可以推斷出測(cè)速傳感器是否正常工作，一旦發(fā)現(xiàn)故障就進(jìn)入系統(tǒng)故障運(yùn)行模式。輪機(jī)工作人員可以通過(guò)確認(rèn)按鈕來(lái)解除故障報(bào)警，傳感器正常工作之后，指示燈熄滅。</p><p><b>　　(5)跟蹤延

63、遲故障</b></p><p>　　PLC輸出的脫合排信號(hào)與齒輪箱脫合排的反饋信號(hào)之差超過(guò)規(guī)定的時(shí)間范圍或者主機(jī)轉(zhuǎn)速的反饋信號(hào)和PLC的輸出轉(zhuǎn)速信號(hào)之差超出規(guī)定，系統(tǒng)進(jìn)入故障運(yùn)行模式，跟蹤同步之后，系統(tǒng)解除故障運(yùn)行。</p><p>　　第4章 主機(jī)遙控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 可編程控制器（PLC）的選型</p><

64、p>　　根據(jù)系統(tǒng)總體功能設(shè)計(jì)，系統(tǒng)有33路開(kāi)關(guān)量輸入，1路高速計(jì)數(shù)輸入，27路開(kāi)關(guān)量輸出，3路模擬量輸入C考慮系統(tǒng)的可靠性及可擴(kuò)展性，通過(guò)對(duì)市場(chǎng)上PLC性價(jià)比的調(diào)查，可編程序控制器(PLC)選用三菱FX2n系列，具體介紹如下：</p><p>　　4.1.1 FX2N系列特點(diǎn)</p><p>　　系統(tǒng)配置既固定又靈活：</p><p>　　在基本單元上連接單元

65、或擴(kuò)展，可進(jìn)行16～256點(diǎn)的靈活輸入出組合。在基本單元，擴(kuò)展單元上可分別連接擴(kuò)展模塊，還可連接FXon系列擴(kuò)展模塊。</p><p><b>　　(1)編程簡(jiǎn)單</b></p><p>　　應(yīng)用指令里面有很多可使用的簡(jiǎn)單指令：</p><p><b>　　(2)高速處理指令</b></p><p>

66、;　　輸入過(guò)濾器常數(shù)可變，中斷輸入處理，直接輸入等。 </p><p><b>　　(3)便利指令</b></p><p>　　數(shù)字開(kāi)關(guān)的數(shù)據(jù)讀取，16位數(shù)據(jù)的讀取矩陣輸入的讀取，7段顯示器輸出等。</p><p><b>　　(4)數(shù)據(jù)處理</b></p><p>　　數(shù)據(jù)檢索，數(shù)據(jù)排列，三角子函

67、數(shù)運(yùn)算，平方根，浮點(diǎn)小數(shù)運(yùn)算等。</p><p><b>　　(5)特殊用途</b></p><p>　　脈沖輸出（20KHZ/DC5V,10KHZ/DC12V～24V）脈寬調(diào)制，PID控制指令等。 </p><p>　　(6)外部設(shè)備相互通信 </p><p>　　串行數(shù)據(jù)傳送，ACCII code印刷，HEX←→AS

68、CII變換，校驗(yàn)碼等。</p><p><b>　　(7)時(shí)計(jì)控制</b></p><p>　　內(nèi)置時(shí)鐘的數(shù)據(jù)比較、加法、減法、讀出、寫(xiě)入等。</p><p><b>　　(8)高速運(yùn)算 </b></p><p>　　基本指令/1指令只需0.08us ；應(yīng)用指令/1指令只需1.52us～數(shù)100us

69、。</p><p>　　4.1.2 FX2N-48MR-001簡(jiǎn)介</p><p>　　FX2N系列PLC把優(yōu)良的特點(diǎn)都融合進(jìn)一個(gè)很小的控制器中。 FX2N適用于最小的封裝，提供多達(dá)30個(gè)I/O，并且能通過(guò)串行通信傳輸數(shù)據(jù)，所以它能用在緊湊型PLC不能應(yīng)用的地方。產(chǎn)品占用空間少，其體積僅相當(dāng)于以前ANS系列PLC的60% ；優(yōu)化配線：優(yōu)越的模塊插口設(shè)置可節(jié)省配線時(shí)間和空間安裝靈活：有多種主

70、基板和擴(kuò)展基板供選擇；強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能：相比前產(chǎn)品更為支持CC-LINK，在軟件GX-Developer的設(shè)置下，可以方便地使用CC-LINK模塊，減小編程時(shí)間。并且支持MODBUS，Profibus，DeviceNet，ASi，太網(wǎng)等等；高性能模塊：提供有多種特殊功能模塊，功能更為強(qiáng)大。并且有相關(guān)設(shè)置軟件，編程及調(diào)試更加方便 。</p><p>　　支持的本地I/O達(dá)4096點(diǎn)，最快指令僅34納秒程序容量從28K

71、-252K步（1步=4byte） 支持結(jié)構(gòu)化編程，最大程序數(shù)量為252個(gè)，每個(gè)程序克設(shè)定為掃描、低速、等待，且可以互相切換內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)RAM及ROM，文件寄存器數(shù)量128K，且可擴(kuò)展到1M有12M USB及115K RS232編程接口（Q02只有RS232編程口）內(nèi)部軟元件約30K，可以自由設(shè)定，支持多達(dá)4個(gè)CPU，一個(gè)系統(tǒng)中可集成順控CPU、過(guò)程控制CPU、運(yùn)動(dòng)控制CPU（最大96軸）、PC CPU，支持100M以太網(wǎng)，另有WEB SER

72、VER模塊，可用瀏覽器通過(guò)INTRANET、INTERNET監(jiān)控PLC，進(jìn)行程序監(jiān)控、讀寫(xiě)等遠(yuǎn)程維護(hù)功能高可靠10M/25M MELSECNET/H光纖雙環(huán)網(wǎng)，通訊距離達(dá)30KM，同時(shí)支持總線型同軸電纜MELSECNET/H網(wǎng)絡(luò)，最遠(yuǎn)距離達(dá)2500米除支持開(kāi)放式現(xiàn)場(chǎng)總線CC-LINK外，還支持主要的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，如Profibus，DeviceNet，Modbus，ASi等各種智能模塊、功能模塊，滿足各種從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的應(yīng)用，如BASIC模塊

73、，支持BASIC語(yǔ)言，很容易寫(xiě)通訊程序。</p><p>　　4.2 系統(tǒng)PLC硬件地址分配</p><p>　　來(lái)自駕駛室、集控制、車鐘、機(jī)旁控制箱、齒輪箱、柴油主機(jī)的信號(hào)，輸入PLC。PLC按照事先編寫(xiě)的程序指令進(jìn)行處理和運(yùn)算，輸出控制信號(hào)，控制駕駛室、集控室的各種指示燈、蜂鳴器，齒輪箱上的正車倒車電磁閥以及主機(jī)上的調(diào)速器和停油電磁閥。系統(tǒng)PLC硬件地址分配如表4.1船用中速主機(jī)遙控系

74、統(tǒng)PLC I/O通道表，圖4.1為PLC外圍接線圖。</p><p>　　表 4.1船用中速主機(jī)遙控系統(tǒng)PLC I/O通道表</p><p>　　圖4.1 PLC外圍接線圖</p><p>　　4.3 外圍模塊選型設(shè)計(jì)</p><p>　　4.3.1電源模塊的設(shè)計(jì)</p><p>　　在正常的工作情況下，220V的應(yīng)急

75、配電板提供的交流電經(jīng)過(guò)濾波和整流后可以給主機(jī)遙控系統(tǒng)供電，但其電壓會(huì)稍微偏高，在船舶電力系統(tǒng)不能提供220V交流電的時(shí)候，就用蓄電池來(lái)提供電源。電源原理圖如圖4.2</p><p><b>　　1FU</b></p><p><b>　　1212</b></p><p><b>　　應(yīng)配來(lái)11<

76、/b></p><p>　　AC230V2FU2C</p><p>　　12342</p><p><b>　　QF1</b></p><p>　　3FU直流電源開(kāi)關(guān)</p><p>　　121 2 12</p><p>&

77、lt;b>　　蓄電池</b></p><p>　　DC24V4FU34</p><p><b>　　12</b></p><p>　　圖4.2 系統(tǒng)電源原理圖</p><p>　　4.3.2 轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置的選型與特點(diǎn)</p><p>　　在主機(jī)遙控系統(tǒng)中，主機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)速度

78、的檢測(cè)有兩種作用：一種是提供顯示觀測(cè)；另一種則是控制轉(zhuǎn)速的需要，比如提供脫排、轉(zhuǎn)速反饋、起動(dòng)、換向和合排時(shí)的轉(zhuǎn)速等。本系統(tǒng)應(yīng)用測(cè)速發(fā)電機(jī)和電磁接近開(kāi)關(guān)兩種檢測(cè)裝置。此系統(tǒng)用了兩種測(cè)速裝置，分別是測(cè)速發(fā)電機(jī)和磁電傳感器。</p><p><b>　　1、測(cè)速發(fā)電機(jī)</b></p><p>　　測(cè)速發(fā)電機(jī)又可以分為兩種，分別是交流測(cè)速發(fā)電機(jī)和直流測(cè)速發(fā)電機(jī)，它的輸出電壓越

79、高轉(zhuǎn)速也就越高，成正比關(guān)系：</p><p>　　E=Kn(其中K為常數(shù)) （4-1）</p><p>　　用直流測(cè)速發(fā)電機(jī)還有一個(gè)好處就是，轉(zhuǎn)向的不同可以直接反映為電壓極性的不同，更加直觀，本系統(tǒng)用其測(cè)量尾軸的轉(zhuǎn)速。。</p><p><b>　　2、電磁接近開(kāi)關(guān)</b></p&g

80、t;<p>　　磁電傳感器也叫做電磁接近開(kāi)關(guān)，是非接觸式傳感器的一種，具有較高的可靠性和較長(zhǎng)的使用壽命。圖4.3即為它的測(cè)速原理。</p><p><b>　　飛輪</b></p><p><b>　　磁電傳感器</b></p><p>　　圖4.3磁傳感器測(cè)速原理圖</p><p>

81、　　通過(guò)原理圖可以清楚地看出，傳感器輸出的電壓頻率和齒輪氣隙的變化頻率之間的關(guān)系，經(jīng)過(guò)一個(gè)輪齒電壓波動(dòng)一次，從而得到頻率f和轉(zhuǎn)速n的以下關(guān)系式：</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　式中：n—被測(cè)轉(zhuǎn)速；</p><p><b>　　Z—齒輪齒數(shù)。</b></p><p&g

82、t;　　在系統(tǒng)中脈沖的數(shù)量由高速計(jì)數(shù)器來(lái)累加計(jì)算，在PLC中運(yùn)算得出的主機(jī)轉(zhuǎn)速，比過(guò)去由轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換之后把脈沖信號(hào)模擬化之后得出的數(shù)據(jù)精度要高。</p><p>　　4.3.3斷線檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　1、開(kāi)關(guān)量輸入斷線檢測(cè)</p><p>　　PLC系統(tǒng)將會(huì)實(shí)時(shí)對(duì)一些相對(duì)重要的輸入信號(hào)進(jìn)行短線檢測(cè)，如齒輪箱滑油壓力過(guò)低、滑油壓力低、滑油壓力過(guò)低、

83、冷卻水溫過(guò)高、超速、冷卻水溫高、氣源壓力低、正車位、倒車位等信號(hào)。他們?cè)砣鐖D4.4。</p><p>　　由于光隔TI導(dǎo)通的電流為15~20mA，壓降為1V，電源電壓為24V，由</p><p><b>　　（4-3）</b></p><p>　　得:R1+R2=(1.15-1.5 )kΩ，又因?yàn)镻LC在輸入電壓小于5V時(shí)，確認(rèn)為低電平;高于

84、15V時(shí)，確認(rèn)為高電平。所以由KP1閉合時(shí)，有高電平信號(hào)進(jìn)PLC，即24-Uw>15，得：Uw<9V，取穩(wěn)壓管穩(wěn)壓值為Uw=8 V。當(dāng)KP 1斷開(kāi)時(shí)，保證PLC的輸入側(cè)為低電平，即</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　得R2=600~780Ω，取R2=680Ω，R1=510Ω。</p><p><

85、;b>　　1T12</b></p><p><b>　　R1R2</b></p><p><b>　　PN</b></p><p><b>　　KP1Z</b></p><p><b>　　進(jìn)PLC</b></p>

86、<p>　　圖4.4輸入斷線檢測(cè)電路原理圖</p><p>　　2、開(kāi)關(guān)量輸出斷線檢測(cè)</p><p>　　對(duì)系統(tǒng)較重要的輸出，如齒輪箱正車電磁閥、倒車電磁閥和停油電磁閥的線路，進(jìn)行監(jiān)測(cè)，檢測(cè)原理如圖4.5</p><p><b>　　電磁閥線圈</b></p><p><b>　　9KA35

87、</b></p><p><b>　　R2</b></p><p><b>　　2T21</b></p><p>　　圖4.5輸出斷線檢測(cè)電路原理圖</p><p>　　從電路圖4.5分析，在電磁閥線圈未得電狀態(tài)，即KA3斷開(kāi)，如果電磁閥線路出現(xiàn)斷路，光隔T2輸出0輸出。表明斷線，而

88、正常時(shí)光隔T2輸出1信號(hào)。PLC通過(guò)采集此信號(hào)，判斷是否斷線。</p><p>　　第5章 主機(jī)遙控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　5.1 起動(dòng)控制的程序設(shè)計(jì)</p><p>　　起動(dòng)電路由起動(dòng)條件判別, 換向邏輯, 主起動(dòng), 重復(fù)起動(dòng)和重起動(dòng)等組成。</p><p>　　5.1.1 起動(dòng)的條件判斷</p><p>

89、　　圖5.1和圖5.2圖5.3為主機(jī)起動(dòng)時(shí)的條件判斷電路圖以及此功能的梯形圖還有指令?？梢赃x擇駕駛室控制和集控室控制兩種控制方式。如果滿足起動(dòng)的各種條件，PLC內(nèi)部繼電器M1動(dòng)作，PLC的內(nèi)部繼電器M2動(dòng)作，從Y2輸出，接觸器得點(diǎn)開(kāi)啟起動(dòng)電源。如果不符合起動(dòng)條件M1不發(fā)生動(dòng)作，Y14輸出聲音報(bào)警信號(hào)，Y5輸出燈光報(bào)警信號(hào)，T00和T01功能組成閃爍電路。</p><p>　　圖5.1 起動(dòng)條件判斷外圍接線示意圖&

90、lt;/p><p>　　圖5.2 起動(dòng)條件邏輯判斷梯形圖</p><p>　　圖5.3 起動(dòng)條件邏輯判斷程序指令</p><p>　　5.1.3正車起動(dòng)控制的流程</p><p>　　正車起動(dòng)的條件是通過(guò)類似于雙穩(wěn)態(tài)的觸發(fā)器原理，具有置位端和置零端。其中置位端所有信號(hào)之間是與的關(guān)系，表示符合起動(dòng)的條件。置零端所有信號(hào)之間是或的關(guān)系，表示不滿足起動(dòng)

91、的條件，只要有一個(gè)條件出現(xiàn)，則停止起動(dòng)。圖5.4即為正車起動(dòng)的流程圖。</p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p>&

92、lt;p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　N</b></p><p&

93、gt;<b>　　Y</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p>&l

94、t;b>　　Y</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b&g

95、t;　　Y</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　N</b></p><p>　　圖5.4正車起動(dòng)控制流程圖</p><p>　　5.2 換向控制的程序設(shè)計(jì)<

96、/p><p>　　5.2.1主機(jī)換向條件判斷</p><p>　　圖5.5和圖5.6為主機(jī)換向時(shí)的邏輯判斷電路圖。圖5.7為程序指令。輸入的主令信號(hào)有三個(gè)車鐘信號(hào)分別為正向（AH）、停止（ST）和反向（AS）, 此外還有凸輪軸正向位置、凸輪軸反向位置和允許換向的信號(hào); 輸出為凸輪軸換向電磁閥驅(qū)動(dòng)信號(hào)。輸出的信號(hào)有凸輪軸換向的電磁線圈的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。執(zhí)行換向時(shí)的邏輯判斷為，車鐘由停車轉(zhuǎn)為正車，如果凸

97、輪軸的位置已經(jīng)在正車位置，就不需要換向。輸出內(nèi)部繼電器M4位置，開(kāi)始執(zhí)行起動(dòng)電路。如果凸輪軸原來(lái)在倒車位置，在車速小于換向轉(zhuǎn)速的時(shí)候，輸出換向電磁線圈MV2-1，使凸輪軸開(kāi)始換向。換向完成后凸輪軸位置變?yōu)檎?。倒車為同理，不再累述?lt;/p><p>　　圖5.5換向邏輯判斷電路圖</p><p>　　圖5.6換向邏輯判梯形圖</p><p>　　圖5.7換向邏輯判

98、程序指令</p><p>　　5.2.2換向條件的程序流程圖</p><p>　　當(dāng)前下達(dá)的車令與齒輪箱油壓信號(hào)不相符合，如尾軸原在正車運(yùn)行而現(xiàn)在車鐘扳到倒車，要求尾軸倒車運(yùn)行，則換向邏輯控制程序輸出換向信號(hào)，經(jīng)減速正車脫排，待尾軸轉(zhuǎn)速降至允許合排轉(zhuǎn)速，倒車合排進(jìn)入倒車加速程序，其程序?qū)崿F(xiàn)框圖如圖5.8</p><p><b>　　Y</b>&

99、lt;/p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p

100、><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p>　　圖5.8換向邏輯控制程序流程圖</p><p>　　5.3 主機(jī)及尾軸轉(zhuǎn)速的測(cè)量與計(jì)算</p><p>　　利用PLC的高速計(jì)數(shù)器HSC3計(jì)從I0.1通道來(lái)的磁電傳感器高速脈沖個(gè)數(shù)。若

101、飛輪的次數(shù)為Z，計(jì)數(shù)周期為T，設(shè)一個(gè)周期內(nèi)數(shù)得的脈沖數(shù)為C,可按下式編制程序計(jì)算主機(jī)的平均轉(zhuǎn)速：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　測(cè)速發(fā)電機(jī)經(jīng)U/I轉(zhuǎn)換成4~20mA電流信號(hào)，通過(guò)模擬量輸入進(jìn)PLC,由于12mA對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速為0，在程序中經(jīng)判別正倒車，再通過(guò)計(jì)算方可用于顯示和控制。</p><p>　　5.4 安

102、全保護(hù)與故障報(bào)替及處理</p><p>　　當(dāng)PLC檢測(cè)到主機(jī)或遙控裝置出現(xiàn)不正常狀態(tài)或故障時(shí)，在駕駛室和集控室信號(hào)板上發(fā)出聲光報(bào)警，對(duì)于重大故障，主機(jī)遙控系統(tǒng)能迫使主機(jī)進(jìn)入自動(dòng)減速，甚至自動(dòng)停車保護(hù)，若有應(yīng)急操縱邏輯，則取消自動(dòng)減速和自動(dòng)停車。遙控系統(tǒng)發(fā)生諸如車鐘，輸入輸出斷線，進(jìn)入系統(tǒng)故障模式，遙控系統(tǒng)閉鎖并保持原狀態(tài)，自動(dòng)轉(zhuǎn)入機(jī)旁操縱。為防止誤報(bào)警和誤動(dòng)作，所有的故障信號(hào)，在PLC軟件獲取時(shí)均根據(jù)情況設(shè)置一

103、定的延時(shí)。安全保護(hù)與故障報(bào)警程序流程圖如圖5.9。</p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　YY</b></p><p&g

104、t;<b>　　N</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　YY</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p>&

105、lt;b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b&

106、gt;　　Y </b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　YN</b></p><p><b>　　Y</b></p><p>　　圖5.9安全保護(hù)與故障報(bào)警及處理程序流程圖</p><p>　　5.5

107、 轉(zhuǎn)速控制程序</p><p>　　主機(jī)加速和減速是按照車鐘指令執(zhí)行操作的，然而，轉(zhuǎn)速增加或減小的速率應(yīng)與主機(jī)操縱性能和調(diào)節(jié)品質(zhì)相關(guān)，即主機(jī)不同，調(diào)速特性曲線的斜率是不同的，也就是說(shuō)，遙控系統(tǒng)應(yīng)采用不同的速率發(fā)送轉(zhuǎn)速給定值，以限制加速度，保護(hù)主機(jī)不至于熱負(fù)荷過(guò)大。這點(diǎn)，對(duì)采用PLC的主機(jī)遙控系統(tǒng)是較容易實(shí)現(xiàn)的。</p><p>　　要控制加速度，實(shí)際上是控制柴油機(jī)調(diào)速器的速度給定值斜率。在

108、程序中是按階梯形式實(shí)現(xiàn)的，即每隔一定的時(shí)間間隔(500毫秒)使給定值改變△V。而△V是根據(jù)調(diào)速特性曲線中各轉(zhuǎn)速拐點(diǎn)與時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，分別存放在不同的寄存器中。計(jì)算方法如下：</p><p>　　首先將圖4.2調(diào)速特性曲線中的拐點(diǎn)轉(zhuǎn)速按下式轉(zhuǎn)化成數(shù)字量：</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　式中DN—拐點(diǎn)轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的數(shù)

109、字量；</p><p>　　N—是調(diào)速特性曲線中的拐點(diǎn)轉(zhuǎn)速；</p><p>　　Nmax—設(shè)置的PLC輸出20mA時(shí)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速；</p><p>　　Nmin一設(shè)置的PLC輸出4mA時(shí)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速；</p><p>　　6400是PLC輸出4mA對(duì)應(yīng)的數(shù)字量，32000是PLC輸出20mA對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。</p><p>

110、;　　算得調(diào)速特性曲線中的所有拐點(diǎn)轉(zhuǎn)速后，再把某段上兩個(gè)拐點(diǎn)轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的數(shù)字量相減再除以該段加(減)速過(guò)程所花的時(shí)間，這樣就可以得到每秒的加速速率△V'。那么，每500毫秒的加速速率△V等于△V'/2。</p><p>　　在速度給定值按一定的時(shí)間間隔變化的同時(shí)，與車鐘給出的車令轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較，只要它們不一致，就不斷的執(zhí)行加速或減速程序，直至速度給定值與車鐘車令轉(zhuǎn)速一致。</p><

111、;p>　　車令轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的數(shù)字量計(jì)算表達(dá)式：</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　式中Dx—車鐘在任一位置車令轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)數(shù)字量；</p><p>　　D.低—正車最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)數(shù)字量；</p><p>　　D最大—正車最大轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)數(shù)字量；</p><p>　　X

112、正DS—車鐘在正Dead Slow對(duì)應(yīng)數(shù)字量；</p><p>　　X正max—車鐘在正最大位對(duì)應(yīng)數(shù)字量。</p><p>　　轉(zhuǎn)速控制程序流程圖如圖5.10，圖5.11所示：</p><p>　　齒輪箱正車位齒輪箱倒車位</p><p><b>　　YY</b></p><p><b&

113、gt;　　NN</b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　NN</b></p><p><b&g

114、t;　　Y</b></p><p><b>　　YY</b></p><p><b>　　NN</b></p><p>　　圖5.10轉(zhuǎn)速控制程序流程圖</p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　N&

115、lt;/b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　NN</b></p><p><b>　　Y <

116、;/b></p><p><b>　　YY</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b

117、></p><p>　　圖5.11轉(zhuǎn)速控制程序流程圖</p><p><b>　　5.6 系統(tǒng)子程序</b></p><p>　　系統(tǒng)程序共編制了十個(gè)子程序，對(duì)應(yīng)完成不同的功能:</p><p>　　0號(hào)子程序：初始化變量存儲(chǔ)器、輸出映像寄存器、內(nèi)部標(biāo)志位寄存器。另外，根據(jù)T D200文本顯示器中設(shè)置的參數(shù)，計(jì)算轉(zhuǎn)

118、速特新曲線中各拐點(diǎn)轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的數(shù)字量，從而，計(jì)算出各段的加速速率存放在寄存器中，在加減速控制子程序中應(yīng)用；</p><p>　　1號(hào)子程序：計(jì)算經(jīng)主程序運(yùn)算送至D/A口上數(shù)字量和所對(duì)應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)速，及跟蹤延遲故障的判斷和測(cè)速傳感器故障的判斷；</p><p>　　2號(hào)子程序：正車正常加速控制子程序；</p><p>　　3號(hào)子程序：正車應(yīng)急加速控制子程序；</p&

119、gt;<p>　　4號(hào)子程序：正車正常減速控制子程序；</p><p>　　5號(hào)子程序：正車應(yīng)急減速控制子程序；</p><p>　　6號(hào)子程序：:倒車正常加速控制子程序；</p><p>　　7號(hào)子程序：倒車應(yīng)急加速控制子程序；</p><p>　　8號(hào)子程序：倒車正常減速控制子程序；</p><p>

120、　　9號(hào)子程序：倒車應(yīng)急減速控制子程序。</p><p>　　系統(tǒng)程序采用模化設(shè)計(jì)，將便方日后調(diào)試過(guò)程中修改程序。樣機(jī)調(diào)試的實(shí)踐也表明，某一功能有問(wèn)題，修改起來(lái)很方便。</p><p>　　5.7 系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì)</p><p>　　船上的干擾情況要比陸地上復(fù)雜得多，主要來(lái)自3個(gè)方面：</p><p>　　1、電磁功率引起的電磁場(chǎng)干擾，比如帶

121、電刷和換向器的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，大功率電磁開(kāi)關(guān)，產(chǎn)生電弧和放電的設(shè)備，大容量電磁感應(yīng)裝置，無(wú)線電發(fā)射器件等。它們?cè)诠ぷ鬟^(guò)程中會(huì)產(chǎn)生電磁波，并經(jīng)過(guò)電磁場(chǎng)藕合到模擬信號(hào)線上造成了干擾；</p><p>　　2、電氣負(fù)載突變，電源本身紋波和電子器件內(nèi)部熱騷動(dòng)從而引起的電氣干擾；</p><p>　　3、系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，如有多個(gè)電平不完全相同的接地點(diǎn)引起的共阻禍合干擾，或者系統(tǒng)自身引入干擾源。</p