電氣工程及其自動化畢業(yè)設計基于plc的船舶機艙監(jiān)控系統(tǒng)設計

1、<p><b>　　本科畢業(yè)設計</b></p><p>　　基于PLC的船舶機艙監(jiān)控系統(tǒng)設計</p><p>　　所在學院 </p><p>　　專業(yè)班級 電氣工程及其自動化 </p><p>　　學生姓名 學號

2、 </p><p>　　指導教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　船舶正常航行過程中，船舶各種設備的工作狀態(tài)和參數(shù)都在發(fā)生不斷地變化

3、，為了能實時的準確的得到設備的運行情況數(shù)據(jù)，使輪機值班員在集控室中就能對各個設備的運行狀況進行可靠的掌握，就需要有一套實時可靠的機艙監(jiān)控報警系統(tǒng)。船舶機艙自動監(jiān)控系統(tǒng)是機艙自動化的重要組成部分，其核心內(nèi)容是對機艙設備運行狀態(tài)參數(shù)和故障信息的采集和處理，當設備的運行參數(shù)超過系統(tǒng)預先設定的門限值時，系統(tǒng)發(fā)出聲光報警提醒有關人員，從而保證了船舶的運行安全，提高了故障預防能力及縮短排查消除故障的時間。該系統(tǒng)的可靠性能將直接影響到船舶航行的安全性

4、能。</p><p>　　早期的機艙自動化監(jiān)控報警系統(tǒng)主要是由繼電器和半導體邏輯電路構成，己經(jīng)不能適應現(xiàn)階段機艙自動化的要求，也不能滿足國際海事組織及各船級社的規(guī)范要求。為了適應現(xiàn)代造船機艙自動化的要求，智能微處理器控制（如PLC控制）逐步取代了繼電器控制而成為船舶機艙控制的重要內(nèi)容，它使系統(tǒng)控制變得更加安全、迅速、可靠，另外，這種系統(tǒng)和船舶計算機系統(tǒng)結合產(chǎn)生了船舶綜合監(jiān)控系統(tǒng)，使船舶機艙自動化進一步得到提高。&

5、lt;/p><p>　　本文介紹了一種基于可控編程控制器（PLC）的船舶機艙監(jiān)控系統(tǒng), 采用三菱FX2N-64MR作為主控制模塊，運用FXGP/WIN-C進行了PLC內(nèi)部程序的開發(fā)，用梯形圖語言編寫通訊、監(jiān)控和報警程序，實現(xiàn)了實時數(shù)據(jù)的監(jiān)控和處理，使機艙監(jiān)測報警系統(tǒng)的各項功能能夠?qū)崿F(xiàn)。為實現(xiàn)船舶機艙的自動化、智能化管理提供了一種實用的解決方案。</p><p>　　關鍵詞: 可控編程控制器（P

6、LC）;機艙監(jiān)控;報警;通訊</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In the ordinary voyage, the ship equipment working situations and parameters are always changeable in every time，in order to get more

7、 real-time information and can control them in Engine Control Room, we need a real time and reliably monitoring and alarm system. The engine room auto-monitoring system is an important part of engine room, whose main fun

8、ction was the collection and management of the operating parameters, equipment state and malfunction information of engine rooms’ equipment, when t</p><p>　　The early engine room monitoring and alarming syst

9、em is based on relay or semiconductor which is not fit with development of above system at the present stage and requirement of IMO and classification society. In order to adapt to this new requirement，Intelligent microp

10、rocessor control（such as PLC control） takes over the relay control and become the main tache of automation，it makes the control and monitoring system more safe, prompt and credibility，In addition，the system combing with

11、ship compu</p><p>　　The paper introduces a Ship Engine room monitoring and controlling system which is based on programmable logic controller (PLC). FX2N-64MR is taken as the main controlling model and FXGP/

12、WIN-C is used to develop the PLC process , it is introduced that the communicating，monitoring and alarming program based on the ladder diagram language，which is used to process the monitoring data in real-time to realize

13、 a series of function in the monitoring and alarming system. The design put forward a practic</p><p>　　Keywords: Programmable Logic Controller（PLC）; Engine room monitoring；Alarm ;communication</p><

14、;p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　前 言1</b></p><p>　　第1章 緒 論2</p><p>　　1.1 船舶機艙監(jiān)測報警系統(tǒng)的發(fā)展2</p><p>　　1.1.1 發(fā)展歷史2</p><p>　　1.1.2 國內(nèi)外產(chǎn)

15、品2</p><p>　　1.1.3 網(wǎng)絡技術2</p><p>　　1.2 本文主要工作3</p><p>　　第2章 機艙監(jiān)測報警系統(tǒng)總體結構設計4</p><p>　　2.1 機艙監(jiān)控系統(tǒng)簡介4</p><p>　　2.2 機艙監(jiān)控系統(tǒng)原理4</p><p>　　2.3 機艙

16、監(jiān)控系統(tǒng)的功能與要求5</p><p>　　2.3.1 系統(tǒng)的基本功能5</p><p>　　2.3.2 技術標準和規(guī)范相關要求6</p><p>　　2.4 設計方案6</p><p>　　2.4.1 系統(tǒng)技術規(guī)格7</p><p>　　2.4.2 監(jiān)測點明細表編制8</p><p&g

17、t;　　2.4.3 主控模塊選擇8</p><p>　　2.4.4 系統(tǒng)網(wǎng)絡通信8</p><p>　　2.5 供電設計8</p><p>　　2.5.1 UPS選型9</p><p>　　2.5.2 電纜的選型9</p><p>　　2.6 數(shù)據(jù)采集9</p><p>　　2.7

18、燈板的設計10</p><p>　　2.7.1 運行指示燈板10</p><p>　　2.7.2 延伸報警燈板11</p><p>　　2.8 報警系統(tǒng)11</p><p>　　第3章 機艙監(jiān)控系統(tǒng)下位機PLC邏輯實現(xiàn)12</p><p>　　3.1 三菱FX2N系列PLC及其擴展模塊介紹12</p

19、><p>　　3.1.1 PLC簡介12</p><p>　　3.1.2 PLC的特點及發(fā)展趨勢12</p><p>　　3.1.3 PLC的掃描工作過程13</p><p>　　3.1.4 FX2N-64MR型PLC介紹14</p><p>　　3.1.5 PLC接口的擴展16</p><p

20、>　　3.1.6 系統(tǒng)開關量和模擬量輸入接口的擴展17</p><p>　　3.1.7 硬件的實現(xiàn)17</p><p>　　3.1.8 編程語言18</p><p>　　3.2 PLC程序19</p><p>　　3.2.1 控制結構19</p><p>　　3.2.2 信號采集和控制程序19<

21、/p><p>　　第4章 機艙監(jiān)控系統(tǒng)人機界面的生成22</p><p>　　4.1 W1NCC介紹22</p><p>　　4.1.1 組態(tài)軟件簡述22</p><p>　　4.l.2 WinCC概述22</p><p>　　4.2 OPC介紹22</p><p>　　4.3 FX系列與

22、WINCC的通訊22</p><p><b>　　小 結23</b></p><p>　　致 謝錯誤!未定義書簽。</p><p><b>　　參考文獻24</b></p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　船舶機艙監(jiān)

23、控系統(tǒng)作為輪機自動化的一個重要內(nèi)容，主要用于檢測機艙內(nèi)各種設備的運行狀態(tài)及其參數(shù)，當被測點發(fā)生故障，被測參數(shù)超過限定范圍時，系統(tǒng)發(fā)出聲光報警信號，及時將報警信號發(fā)送至值班輪機員的生活場所與駕駛室以及自動顯示并記錄下報警時間和報警點，輪機人員也可選點顯示監(jiān)控。這就讓管理者準確及時地做出決策，從而增加了船舶設備和人員的安全系數(shù)，值班輪機員要了解機艙設備的運行狀態(tài)及參數(shù)，只需在集控室中就能完成工作，而不需要到機艙中實地巡察，這使得船舶輪機管理

24、工作在減輕輪機員工作強度的同時達到了更及時更準確更可靠的效果。</p><p>　　低成本、高效益、無事故是機艙監(jiān)控報警系統(tǒng)的目標，船舶系統(tǒng)自動化程度的不斷提高導致的系統(tǒng)結構復雜化以及船東非常關注減員增效這些情況迫使船舶設備的自動化程度、維修性和可靠性提出了更高的要求，準確及時的監(jiān)控船舶設備工作狀態(tài)的同時檢查出潛在的故障威脅成為現(xiàn)代船舶監(jiān)控系統(tǒng)研究的重要課題。</p><p>　　新世紀以

25、來，德國西門子、挪威康士伯、丹麥約克等國際著名船電產(chǎn)品制造商均對船舶機艙監(jiān)控系統(tǒng)加強研究，現(xiàn)已有一些技術成果得到了實際應用。對比國外，國內(nèi)造船工業(yè)經(jīng)過改革開放以來的研究和探索，得到了顯著發(fā)展?，F(xiàn)在，我國己經(jīng)步入了世界造船大國的行列。現(xiàn)代造船工程技術繁雜，其中擁有許多高尖技術，盡管我國造船工業(yè)發(fā)展迅速，但技術水平與國際先進水平仍差距很大，尤其是高端技術。國內(nèi)船用設備國產(chǎn)率甚至不足一半，自動化設備主要來源于進口。因此，研發(fā)出先進實用的船舶機

26、艙監(jiān)控系統(tǒng)，將大幅度降低國內(nèi)船舶制造和運營成本，帶來巨大的經(jīng)濟和社會效益，在這方面進一步深入的研究具有深遠的意義。</p><p>　　本文的意義在于，通過對各類船舶機艙監(jiān)測報警系統(tǒng)的學習和研究以及對其發(fā)展的方向的展望設計了一個功能完善、穩(wěn)定性高、可靠性好，并能滿足現(xiàn)階段實船需求的系統(tǒng)，以便對將來從事類似的船舶機艙監(jiān)測報警系統(tǒng)的開發(fā)與優(yōu)化提供方案和借鑒。</p><p><b>

27、　　第1章 緒 論</b></p><p>　　1.1 船舶機艙監(jiān)測報警系統(tǒng)的發(fā)展</p><p>　　1.1.1 發(fā)展歷史</p><p>　　船舶機艙監(jiān)測報警技術是隨著控制理論、計算機技術、通信技術等發(fā)展而發(fā)展的，其功能不斷健全完善，可靠性也在不斷提高，發(fā)展方向和特點是趨于模塊化、智能化、網(wǎng)絡化、綜合化。</p><p>　

28、　在度過了常規(guī)儀表監(jiān)測階段，以電、氣動及中小規(guī)模集成電子模塊組成的邏輯監(jiān)控階段，以微機為基礎的集散型監(jiān)控的三個主要階段后，現(xiàn)階段的主流是基于現(xiàn)場總線技術的機艙監(jiān)控系統(tǒng)同全船自動化系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控的階段。以PLC為代表的智能化模塊在系統(tǒng)中的應用，使現(xiàn)場總線分布式系統(tǒng)(FCS)和集散控制系統(tǒng)(DCS)得到了有機結合，船舶監(jiān)控系統(tǒng)通過軟件來實現(xiàn)大量功能，采用總線技術實現(xiàn)通信，這樣不僅節(jié)省了硬件需求，而且增加了可靠度，提高了系統(tǒng)的性價比。通過近些年

29、的發(fā)展，系統(tǒng)正從初級的狀態(tài)監(jiān)測功能向高級的綜合性監(jiān)測發(fā)展，有些還將故障診斷、智能決策等人工智能融入到系統(tǒng)中，使監(jiān)測報警系統(tǒng)技術有了新的發(fā)展和突破。</p><p>　　1.1.2 國內(nèi)外產(chǎn)品</p><p>　　在國內(nèi)，機艙監(jiān)測報警系統(tǒng)主要由各企事業(yè)單位、研究所和高等院校這三類相關組織或機構獨立或聯(lián)合研究開發(fā)。例如中國科學院電子學研究所、天津大學與天津斯萊頓電子有限公司聯(lián)合研制出的SLT-

30、06A集中報警監(jiān)測系統(tǒng)、華東船舶工業(yè)學院與比太系統(tǒng)工程有限公司合作開發(fā)的船舶自動化監(jiān)控系統(tǒng)以及“比太船舶機艙自動化系統(tǒng)軟件V2.O”系統(tǒng)和上海三進科技發(fā)展有限公司推出的基于CAN總線的CJBW3100系列船舶監(jiān)測報警系統(tǒng)等。</p><p>　　在國外，德國西門子公司研發(fā)了一種全開放模塊化分布式網(wǎng)絡型監(jiān)視、控制和報警系統(tǒng)SIMOS IMAC55，挪威康士伯公司推出的基于CAN總線技術的DATACHIEF C20(

31、DCC20)綜合監(jiān)測報警和控制系統(tǒng)，挪威ABB公司的采用了三層網(wǎng)絡結構的Integrate Automation System，控制層和設備層采用Advant OCS(Open Control System)，即開放式網(wǎng)絡控制系統(tǒng)，系統(tǒng)信息層采用以太網(wǎng)。這些都是應用較廣的機艙監(jiān)控系統(tǒng)。</p><p>　　1.1.3 網(wǎng)絡技術</p><p>　　隨著微處理器和計算機功能的增強和價格的下降

32、，基于微處理器的智能設備得到了廣泛的應用;計算機及其網(wǎng)絡技術得到了蓬勃發(fā)展。人們就需要一種能在工業(yè)現(xiàn)場復雜環(huán)境下可靠運行、造價低廉的通信系統(tǒng)，將各種基于微處理器的智能設備聯(lián)系在一起，形成網(wǎng)絡，實用設備之間的通信，從而實現(xiàn)現(xiàn)場設備之間以及現(xiàn)場與外界的信息交流，總線技術因此產(chǎn)生。</p><p>　　現(xiàn)階段流行的機艙監(jiān)控報警系統(tǒng)網(wǎng)絡技術主要是現(xiàn)場總線技術。CAN總線技術和以太網(wǎng)技術的靈活運用，使機艙監(jiān)控系統(tǒng)和船舶計算

33、機系統(tǒng)得到結合產(chǎn)生了船舶綜合監(jiān)控系統(tǒng)。</p><p>　　CAN是控制局域網(wǎng)絡的簡稱，它被廣泛應用于離散控制領域。同一般的通信總線相比，CAN的信號傳輸采用短幀結構，傳輸時間短，具有自動關閉功能和較強的抗干擾能力，這使得CAN總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的靈活性、實時性和可靠性等優(yōu)點，很多船舶設備都擁有CAN接口，CAN總線技術是目前國際上廣泛看好的機艙監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡技術。另外隨著以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸能力和可靠性的增加，以

34、太網(wǎng)成為機艙監(jiān)控高層網(wǎng)絡的首選，在擁有網(wǎng)絡系統(tǒng)的綜合監(jiān)控系統(tǒng)中正得到廣泛的應用，</p><p>　　另外，美國BP公司已將無線傳感器技術 WSN(Wireless Sensor Networks) 應用到油輪的遠程監(jiān)控中。在船舶的特殊環(huán)境（如油污、振動、潮濕、噪音）下，無線網(wǎng)絡技術能更加靈活可靠的實現(xiàn)監(jiān)控功能。隨著無線技術的發(fā)展，基于無線網(wǎng)絡技術的機艙監(jiān)控報警系統(tǒng)勢必成為船舶未來網(wǎng)絡技術的發(fā)展方向。</p

35、><p>　　1.2 本文主要工作</p><p>　　本文的目的在于設計一套實用可靠的船用機艙監(jiān)控報警系統(tǒng)，并對監(jiān)控系統(tǒng)的設計進行介紹。本文工作內(nèi)容有：1.對課題的背景和意義，機艙監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展和網(wǎng)絡技術進行了闡述。2.對機艙監(jiān)控系統(tǒng)的總體結構設計。包括介紹了系統(tǒng)的基本功能和規(guī)范，以及系統(tǒng)供電設計、電纜的選型、燈板的設計和報警系統(tǒng)等。3.利用PLC使機艙監(jiān)控系統(tǒng)得到實現(xiàn)。主要有PLC介紹、P

36、LC模塊擴展、PLC站點間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和一些相應的PLC程序。4.機艙監(jiān)控系統(tǒng)軟件的設計并簡單的介紹了WINCC組態(tài)軟件。5.最后對課題研究的工作做簡要總結。</p><p>　　第2章 機艙監(jiān)測報警系統(tǒng)總體結構設計</p><p>　　2.1 機艙監(jiān)控系統(tǒng)簡介</p><p>　　機艙監(jiān)控報警系統(tǒng)對全船重要電氣設備的運行狀態(tài)參數(shù)和安全信息進行監(jiān)測，給船舶設備和人員提

37、供安全保障，從而實現(xiàn)船舶的安全穩(wěn)定運行，隨著船舶自動化程度的不斷提高，對于船員的船舶知識水平也有了更高的要求。為達到這些實際要求，船舶機艙監(jiān)控系統(tǒng)正向著可靠穩(wěn)定、操作簡便、信息開放、通信便捷、集散結合的方向發(fā)展。本文正是從這些角度著手而開發(fā)的基于三菱FX2N系列PLC的機艙監(jiān)控報警系統(tǒng)。</p><p>　　本系統(tǒng)設計總思路如圖2.1所示：</p><p><b>　　4~20m

38、 A</b></p><p><b>　　4~20mA</b></p><p><b>　　4~20mA</b></p><p>　　圖2.1 系統(tǒng)構思框圖</p><p>　　據(jù)圖顯示，系統(tǒng)先由安裝在船舶設備現(xiàn)場的傳感器監(jiān)測得到機艙中各測點的信息數(shù)據(jù)，再由分布式I/O負責采集并傳輸經(jīng)過

39、初步處理(如A/D轉(zhuǎn)換、放大、調(diào)制、解調(diào)和隔離等)后送至PLC進行數(shù)據(jù)分析處理，將情況傳送至上位計算機進行圖形狀態(tài)顯示。PLC等部件的初始化和程序由上位計算機完成。</p><p>　　本系統(tǒng)集采集信號、控制系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡于一體，可靠性能好、自動化程度高的船舶監(jiān)控報警系統(tǒng)。系統(tǒng)可監(jiān)測主機、輔機及其它動力設備等系統(tǒng)的運行參數(shù)，包括測量液位和溫度、壓力、轉(zhuǎn)速、流量等參數(shù)，繼而實現(xiàn)實時監(jiān)測、報警等功能。系統(tǒng)按模塊化、標

40、準化設計，把整個機艙監(jiān)控報警系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)采集模塊、控制模塊、顯示模塊。通過通信模塊與上位機通信，PLC一般放置在集控室，將顯示終端放置在需要的地方（如集控室等），以顯示測量參數(shù)，將報警信號終端進行延伸至駕駛室、輪機長及有關人員住處和一些公共場所等，以便能有效的報警。</p><p>　　2.2 機艙監(jiān)控系統(tǒng)原理</p><p>　　在有了系統(tǒng)構思后，就很容易的能得到系統(tǒng)的原理圖（如圖2.2

41、），它就是對傳感器的分布式I/O、信號傳輸方式、PLC、報警信號等內(nèi)容進一步具體化。</p><p>　　系統(tǒng)將使用FX2N系列的PLC將采集到的信號, 經(jīng)過內(nèi)部邏輯處理后, 用輸出觸點去控制指示燈、蜂鳴器或控制電磁閥, 做出相應報警。利用485 標準的通信口將報警延伸至集控室、駕駛室、輪機長或相關人員住處和一些公共場所的多個終端, 使報警信號等得以延伸。</p><p>　　系統(tǒng)中，各路

42、傳感器信號主要包含主機和輔機的滑油溫度、壓力，冷卻水的溫度和壓力，排氣的溫度及平均量, 滑油進口溫度和壓力，滑油壓力過濾器的壓力差,燃油出口溫度和壓力, 舵機失靈,柴油機遙控失靈,鍋爐供水不足和火警等信號。所有這些信號將同現(xiàn)場設定的門限值對比參照后再將得出的高/低電平信號送到PLC。</p><p>　　圖2.2 機艙監(jiān)控系統(tǒng)原理圖</p><p>　　當各輸入信號均為高電平狀態(tài)時表示各設

43、備運行正常，此時監(jiān)測系統(tǒng)顯示一切正常。當某個監(jiān)控點發(fā)生故障時，該信號點輸入出現(xiàn)下降沿，系統(tǒng)發(fā)出對應的報警，打印機打印出報警的具體時間和故障的地點。當系統(tǒng)任一監(jiān)測點發(fā)出報警，報警指示燈發(fā)出相應信號的報警，蜂鳴器發(fā)出蜂鳴報警。另外系統(tǒng)應具有消聲和自檢等操作和控制功能。</p><p>　　2.3 機艙監(jiān)控系統(tǒng)的功能與要求</p><p>　　對于該系統(tǒng)的具體設計，首先要了解系統(tǒng)的基本功能、相關

44、規(guī)范和技術要求，然后才能根據(jù)要求選用合適的功能模塊，圍繞功能模塊進行結構設計。</p><p>　　2.3.1 系統(tǒng)的基本功能</p><p>　　本系統(tǒng)的基本功能如下：</p><p><b>　?。?）報警顯示</b></p><p>　　報警顯示主要是指列表報警顯示，顯示內(nèi)容有設備實時運行狀態(tài)數(shù)據(jù)和報警時報警點相關

45、信息。列表顯示根據(jù)功能不同又可分為設備實時的狀態(tài)顯示、設備分組狀態(tài)顯示以及歷史記錄顯示。其顯示的內(nèi)容主要包括測點名稱和對應編號、實時狀態(tài)數(shù)據(jù)、功能簡碼、相關報警信息、模擬量的限值等信息，并且通過文字通知，顏色改變，燈光的閃爍來作為既定的運行和報警狀態(tài)。</p><p><b>　　（2）數(shù)據(jù)監(jiān)測</b></p><p>　　監(jiān)控系統(tǒng)要對機艙中重要電氣設備的狀態(tài)參數(shù)和系

46、統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)，以數(shù)字文字、針表儀器、曲線圖或柱狀圖等清晰直觀的形式顯示，輪機監(jiān)測人員可簡單便捷的與設定限值進行比較，同時發(fā)生報警時，系統(tǒng)能及時的給相關人員進行報警信息反饋。為了更直觀方便的監(jiān)測數(shù)據(jù)，設計系統(tǒng)時還經(jīng)常提供一些模擬圖，在監(jiān)控設備和系統(tǒng)的原理圖基礎上，將設備做成較為具體的實物的視圖圖形，再將實時數(shù)據(jù)，參數(shù)范圍和報警信息等內(nèi)容顯示在對應位置，監(jiān)測人員就可以輕松的了解到各設備的實時狀態(tài)了。</p><p>

47、<b>　?。?）報警打印</b></p><p>　　系統(tǒng)打印報警日志，主要是將各設備監(jiān)測點各階段運行的狀態(tài)數(shù)據(jù)和故障報警時的一些重要數(shù)據(jù)利用打印機打印輸出，變成書面形式進行查詢和貯存。一般打印內(nèi)容會按照監(jiān)控主機監(jiān)控軟件的設置要求自動打印各種不同類型的日志，如船舶所有設備狀態(tài)數(shù)據(jù)打印、報警歷史打印和發(fā)生報警時報警點相關數(shù)據(jù)打印等。打印具體內(nèi)容一般包括報警發(fā)生的時間、編號、名稱、故障類型、確

48、認時間、消除時間等。</p><p><b>　?。?）報警記錄</b></p><p>　　報警發(fā)生后，報警信息在傳輸?shù)酱蛴C的同時，也將被歷史數(shù)據(jù)庫中記錄，實現(xiàn)電子形式進行貯存，這樣就可以從歷史數(shù)據(jù)庫中輕易的對報警信息查詢并打印。</p><p><b>　　（5）報警抑制</b></p><p&g

49、t;　　在設備正常運行或停機時，雖然系統(tǒng)出現(xiàn)了偏離報警整定值的數(shù)據(jù)，報警系統(tǒng)不應發(fā)出警報，所以應通過切斷報警線路或?qū)ΡO(jiān)控主機監(jiān)控進行相關設置設置，從而抑制相關監(jiān)測點的監(jiān)視和報警。</p><p><b>　?。?）報警延伸</b></p><p>　　對于無人機艙監(jiān)測系統(tǒng)，就要將監(jiān)控系統(tǒng)的設備運行狀態(tài)參數(shù)和報警延伸到一些公共場所如餐廳、休息室、駕駛臺以及機艙管理人員的

50、房間，實現(xiàn)聲光提示報警。</p><p><b>　?。?）系統(tǒng)自檢</b></p><p>　　若系統(tǒng)本身出現(xiàn)故障時，應能夠自動進行自我檢測同時發(fā)出報警或顯示提示，從而保證系統(tǒng)的正常運行。</p><p>　　2.3.2 技術標準和規(guī)范相關要求</p><p>　　對于應用于海船上的設備系統(tǒng)，必須得到船級社的認證以及船

51、檢部門的一系列檢驗，包括圖紙的審查以及硬件的各種試驗。本監(jiān)測報警系統(tǒng)主要是根據(jù)中國船級社(CCS)《鋼質(zhì)海船入級與建造規(guī)范》和《船舶機艙監(jiān)視報警裝置技術條件》對船舶設備的要求，保證船舶安全航行。系統(tǒng)要同時滿足船東要求和中國船級社相關規(guī)范。</p><p>　　下面是幾條關鍵性要求的摘錄:</p><p>　?。?）報警裝置正常工作的環(huán)境條件：環(huán)境溫度:0~55℃；當溫度小于或等于40℃時，

52、相對濕度可以達到95~100%，當溫度大于40℃時，相對濕度不超過70%；振動頻率在2.0~13.2Hz時，位移幅值為1.0mm，在13.2~80Hz時，加速度幅值在0.7g。</p><p>　?。?）若值班駕駛員是船上唯一的值班人員，在就地監(jiān)測站監(jiān)測到設備發(fā)生故障的情況時，報警系統(tǒng)應使值班駕駛員知道哪個故障己經(jīng)發(fā)生、發(fā)生的故障己被注意到(如應答確認、消聲等)、故障才被消除。</p><p&

53、gt;　?。?）若報警己經(jīng)應答，并且在第一次故障消除前又發(fā)生了第二次故障，此時應再次發(fā)出視覺和聽覺報警信號。另外，瞬時的故障信號導致的報警在應答前要予以保持。</p><p><b>　　2.4 設計方案</b></p><p>　　對于一個復雜系統(tǒng)的設計首先要明確設計思路，如圖2.3為本系統(tǒng)的設計流程圖。在機艙系統(tǒng)設備選型和布局規(guī)劃確定后，根據(jù)船級社規(guī)范規(guī)則以及船東

54、的要求，依次進行各種設備選型和程序編寫，最后進行驗收交付。</p><p>　　圖2.3 系統(tǒng)設計流程</p><p>　　2.4.1 系統(tǒng)技術規(guī)格</p><p>　　船舶機艙監(jiān)控系統(tǒng)，一般要求具備較高的可靠性能和易維修性能。高可靠性能的要求是系統(tǒng)本身的平均無故障時間間隔在9000小時以上(系統(tǒng)所處環(huán)境平均溫度為45℃，相對濕度為60%的狀態(tài)下)，易維修性能則要求

55、維護維修方便，如備件更換和故障排除方便，平均故障修復時間要在60分鐘以下。船用設備的易維修性能不僅關系到船舶設備和人員的安全，也關系到船舶運營成本的問題。</p><p>　　根據(jù)本系統(tǒng)設計的要求，此系統(tǒng)的其他一些技術規(guī)格要求如下：</p><p>　?。?）系統(tǒng)必須滿足中國船級社《鋼質(zhì)海船入級規(guī)范》中關于輪機自動化的有關規(guī)定和要求。</p><p>　　(2)系統(tǒng)

56、能夠接收并處理機艙的模擬量及開關量信號，進行相應的狀態(tài)顯示和報警，能接收其它設備(通訊方式RS485等)傳來的信號，并對相應數(shù)據(jù)進行顯示。</p><p>　?。?）本系統(tǒng)由于沒有針對具體規(guī)格的船舶設備，導致測點容量不能確定，因此應具有靈活的模塊擴展功能和通信功能，系統(tǒng)應配置有報警燈板和運行燈板對船舶設備狀態(tài)進行實時狀態(tài)監(jiān)控和聲光報警，配置有延伸報警板，可將報警延伸至一些公共場所（如餐廳、休息室、駕駛臺）以及機艙

57、管理人員的房間。</p><p>　　2.4.2 監(jiān)測點明細表編制</p><p>　　監(jiān)測點明細表是進行機艙監(jiān)控系統(tǒng)設計的基礎，必須保證各點統(tǒng)計和標注絕對準確和全面。機艙各系統(tǒng)參數(shù)點繁雜，既有模擬量，又有開關量，系統(tǒng)規(guī)模有大有小，從幾十點到上千點不等，標記各個點的信息，如名稱、信號來源和種類、是否需在顯示器上顯示、是否需在顯示燈板上顯示、是否需要報警、打印等。</p>&l

58、t;p>　　在測點編號時，規(guī)則一般是編號前面為各系統(tǒng)設備編號，后面為系統(tǒng)內(nèi)測點序號，各子系統(tǒng)內(nèi)測點序號按照模擬量和開關量分開，例如編號“101”，即定義“l(fā)”為l#主機，“01”就是說l#主機的第一個監(jiān)測點。按照此方法編號，更容易使整個系統(tǒng)明了、簡介和統(tǒng)一，如程序編寫的測點編號，軟件顯示的測點編號，PLC外設端口分配順序、各模塊接線編號等得到統(tǒng)一。可以預見合理有序的對測點進行編號能給程序開發(fā)和硬件接線帶來極大的便利，也能使系統(tǒng)的維

59、護工作更輕松。由于沒有具體的船舶系統(tǒng)作為參照，本文將不進行具體的監(jiān)測點明細表的編制。</p><p>　　2.4.3 主控模塊選擇</p><p>　　船舶機艙設備多種多樣，各設備制造商提供的通信協(xié)議各有區(qū)別，使信息數(shù)據(jù)通信困難、通信接口規(guī)格不一。因而選用一種通信標準接口多樣、擴展靈活方便等特點的控制器尤為重要。經(jīng)過查閱相關資料以及從自己學習的經(jīng)歷方面考慮，決定選用日本三菱公司生產(chǎn)的FX2

60、N系列產(chǎn)品作為本次設計的主控模塊，采用PLC研發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)具有價格低廉，程序設計方便，硬件接線明了，開發(fā)周期短，性能可靠，組態(tài)靈活，維護和管理簡單等特點，另外，其輸入輸出接口擴展靈活方便的特點使其可以對不同類型和規(guī)模的監(jiān)測報警系統(tǒng)靈活改變對接。本文中研究的網(wǎng)絡系統(tǒng)設定擁有RS485通訊接口通信給PLC外，各有一些開關量和模擬量的輸入點。因此需要對應的一些通信模塊及模擬量功能擴展模塊。另外考慮到現(xiàn)場有部分監(jiān)測點可能需要調(diào)整，模塊應留有一些輸

61、入輸出余量或?qū)δK進行擴展從而滿足設計要求，選用的FX2N系列屬于中小型PLC，可靈便擴展從而滿足系統(tǒng)需要。另外系統(tǒng)選用了FX2N-485-BD通信用功能擴展板，F(xiàn)X2N-4AD模塊用于模擬控制。船舶機艙綜合監(jiān)測報警系統(tǒng)的監(jiān)測量不僅數(shù)量龐大，而且各監(jiān)測點控制要求也各有不同，本系統(tǒng)對這些運行參數(shù)能較好地處理。</p><p>　　2.4.4 系統(tǒng)網(wǎng)絡通信</p><p>　　本系統(tǒng)采用FX2

62、N系列 PLC作為主站，其中RS-485接口不僅是編程接口，同時也是一個通信接口，可以利用該接口與監(jiān)測計算機相連實現(xiàn)與上位機通信。</p><p><b>　　2.5 供電設計</b></p><p>　　PLC根據(jù)型號的不同，有的電源采用直流供電（一般為DC24V），有的采用交流供電（一般為單相AC220V）。PLC對電源的穩(wěn)定性要求不高，通常可在額定電壓的+10%

63、~ -15%之間波動。為保證能在各種工業(yè)環(huán)境下可靠地工作，PLC輸入接口電源內(nèi)部都采用了光電隔離、濾波等措施。FX2N系列的PLC為AC220V輸入，可以通過內(nèi)部變壓器變成DC24V的電源，供信號輸入與輸出模塊用。此系統(tǒng)選用開關電源提供穩(wěn)定的DC24V替代，下文介紹。</p><p>　　對于一個獨立的系統(tǒng)，要保證其穩(wěn)定運行，就需要系統(tǒng)安全正常的給其供電。在系統(tǒng)設計時就應考慮供電的設計，供電設計包括主備用電源選擇

64、和主要元器件選擇等。</p><p>　　來自船舶主配電板(MSB)的AC220V電源經(jīng)過UPS給系統(tǒng)供電作為主電源，另有一路來自UPS的DC24V作為系統(tǒng)的備用電源。當主電源斷電時，通過電源轉(zhuǎn)換裝置自動切換到副電源系統(tǒng)及時供電。</p><p>　　2.5.1 UPS選型</p><p>　　UPS(Uninterruptible Power System)，即不

65、間斷電源，是一種含儲能裝置，以逆變器為主要組成部分的恒壓恒頻的不間斷電源。它有多種作用，首先它能給整個監(jiān)測報警系統(tǒng)不間斷的提供電能。第二，當機艙內(nèi)主電源正常供電時，UPS將作為一臺交流市電穩(wěn)壓器，對AC220V進行穩(wěn)壓，然后供應給負載使用，另外，UPS還能向機內(nèi)電池充電;當主電源失電時，它立即將機內(nèi)電池的電能，通過逆變向負載繼續(xù)供應220V交流電，使負載維持正常工作。最后，它能為監(jiān)測報警系統(tǒng)保證一段時間的應急供電，從而保證機艙設施的安全

66、。</p><p>　　從以上UPS的作用看出，UPS是系統(tǒng)供電的核心，它在保存計算機內(nèi)部運行數(shù)據(jù)、提高電源質(zhì)量，防止各種停電事故對設備產(chǎn)生的危害等方面都是十分重要的。</p><p>　　在《鋼質(zhì)海船入級規(guī)范》2009版中的附錄《船上計算機應用與檢驗指南》中對電源作了相關規(guī)定“如系統(tǒng)因失電會導致重要數(shù)據(jù)丟失時，應設有不間斷備用電源至少持續(xù)供電30min”。關于UPS容量大小的計算需向船級

67、社提交相關報告，船級社將會進行相關審查認可，以及存檔備查。UPS容量計算時，計算機、顯示器、打印機、報警燈等都應按其最大功率計算，PLC系統(tǒng)所需電流一般以5A估算，從而計算出UPS的容量大小，再選擇對應型號。具體計算根據(jù)不同船舶不同監(jiān)控系統(tǒng)不同而不同，此處不予計算。</p><p>　　當主電源斷電時，UPS能繼續(xù)向系統(tǒng)持續(xù)供電30min，從而保證監(jiān)控系統(tǒng)正常運行。若半小時后主電源仍不能恢復，此時應急充放電板的D

68、C24V可以供應給PLC系統(tǒng)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和報警功能仍可實現(xiàn)，這樣系統(tǒng)就有了雙備用電源，充分保證系統(tǒng)持續(xù)工作。</p><p>　　2.5.2 電纜的選型</p><p>　　在機艙實際環(huán)境中，電纜將面對溫度變化、潮濕變化、電源波動、電磁干擾、振動、油液以及腐蝕等惡劣環(huán)境的影響，另外還有船舶防火方面的問題，使系統(tǒng)對電纜的性能要求極為苛刻。船用電纜的挑選在達到規(guī)范所要求的基礎上，還應考慮成本

69、問題。</p><p>　　規(guī)范中明確規(guī)定，除了可能出現(xiàn)有害蒸氣和凝結水的場所、機器處所等條件差的地點環(huán)境，在其他任何地點鋪設的電纜其外護套最低要求為非金屬以及金屬不透性護套。</p><p>　　船用控制電纜將會作為該系統(tǒng)主要電纜，其電纜需要達到一定的防火、抗電磁干擾、防擠壓、耐腐蝕耐油、可行性鋪設等性能。根據(jù)這些要求，再考慮成本問題，選擇型號為CKJPJ85/SC電纜。交聯(lián)聚氯乙烯絕緣

70、線皮、交聯(lián)聚氯乙烯外護套、銅導電線芯、鍍錫銅絲編織愷裝、聚氯乙烯作為絕緣材料，其內(nèi)部導線最高工作溫度可達到250℃（短路時），正常工作時為80℃。聚氯乙烯外護套屬于非金屬不透性護套，符合規(guī)范要求。</p><p><b>　　2.6 數(shù)據(jù)采集</b></p><p>　　數(shù)據(jù)采集技術是以傳感技術、電子技術和計算機技術等技術為基礎的一門綜合型應用技術，它是組成信息技術的

71、重要部分。信息技術包括信息獲取、傳輸、處理、存儲、顯示和應用等。信息獲取技術是信息技術的基礎和前提，而數(shù)據(jù)采集技術是信息獲取的主要方法。數(shù)據(jù)采集就是將要獲取的信息通過傳感器轉(zhuǎn)換為信號，然后通過信號的調(diào)理、采樣、量化、編碼和傳輸?shù)炔襟E，最后傳遞到計算機系統(tǒng)中進行處理、分析、存儲和顯示。例如本系統(tǒng)中，傳感器接收到模擬量的信號時，會對信號進行模擬濾波調(diào)理，采樣保持，然后通過接口傳輸?shù)娇刂平M件進行處理、分析然后輸出。</p>&l

72、t;p>　　本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集按信號來源分包括來自傳感器硬接線的信號采集和通訊點信號采集。</p><p>　　硬接線信號就是指使用信號電纜將監(jiān)測點信號直接從設備控制箱或現(xiàn)場傳感器送到PLC采集模塊。一般PLC的一個通道對應一個點，使信號更具有可靠性。本系統(tǒng)中硬接線信號包括設備的運行狀態(tài)、報警、試燈、消聲、確認等信號。</p><p>　　一般從其它設備系統(tǒng)通信過來的數(shù)據(jù)是一串串的數(shù)據(jù)，

73、并且其數(shù)據(jù)量一般較大，接收到數(shù)據(jù)后，再根據(jù)設備的相應通訊協(xié)議進行解析和校驗，然后再讀取所需的有效數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)中主、副機等設備均提供有RS485接口，能方便的實現(xiàn)串行通信。</p><p>　　采集站也可叫數(shù)據(jù)采集單元，系統(tǒng)中一些關鍵設備集中放在一個控制箱中組成了系統(tǒng)的采集站，本系統(tǒng)采集站內(nèi)包括主站PLC系統(tǒng)、繼電器、熔斷器、斷路器、開關電源等。本系統(tǒng)采集站放置在機艙集控室。</p><p>

74、;　　本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集按種類分有開關量數(shù)字信號采集和模擬量信號采集兩種。對于開關量數(shù)字信號采集，可以直接在PLC緩存區(qū)讀取對應點的通道實時信號，讀取后存放至規(guī)劃的輔助繼電器中。對于模擬量信號的采集，本系統(tǒng)將采用FX2N系列模擬量輸入特殊模塊進行接收，并存放入規(guī)劃的數(shù)據(jù)寄存器中。</p><p>　　PLC與監(jiān)控計算機之間的通信采用RS-485通信方式。為避免多個PLC在同一時間發(fā)送數(shù)據(jù)而導致競爭，所有的通信過程由機

75、艙監(jiān)控計算機控制，采用上位監(jiān)控主機主導命令和響應方式。PLC沒有與監(jiān)測計算機通信時，處于監(jiān)聽模式；同時，PLC自身不斷地巡檢，采集來自傳感器的數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　2.7 燈板的設計</b></p><p>　　燈板的設計要求能夠滿足船級社相關規(guī)范和船東的要求，另外要考慮到其安裝的位置、可靠性、大小、外觀等因素。</p><p>

76、　　2.7.1 運行指示燈板</p><p>　　系統(tǒng)對一些設備的運行狀態(tài)，除了要在監(jiān)控報警計算機上進行顯示，還要使用專用的燈板對這些設備的情況進行指示，這樣能有效防止在上位監(jiān)控主機發(fā)生故障時而導致不能準確的了解設備運行狀態(tài)的缺點。指示燈板只需要對部分重要的設備進行狀態(tài)顯示。確定了監(jiān)控點以后，要將其進行分類，一般分為電源指示、風機、泵類、空壓機和其他設備及系統(tǒng)五類。泵類與空壓機作為起停頻繁的動力設備，要分別單獨列

77、出，從而起到更好的提示作用。</p><p>　　PLC的數(shù)字量輸出模塊將對運行燈板上所有點的信號進行控制。由上文可知PLC數(shù)據(jù)信號采集分別由硬接線采集到PLC數(shù)字量輸入模塊和通過通信通道傳輸?shù)絇LC系統(tǒng)中而得到。泵類、空壓機和其他設備及系統(tǒng)三類的信號一般為硬接線形式直接輸入PLC，電源指示和風機兩類的信號則分別從MSB和組合屏中以RS-485通信傳輸給PLC系統(tǒng)。運行指示 燈板上指示的信號為監(jiān)控點設備的運行狀態(tài)

78、，所有LED運行指示燈都選用綠光。</p><p>　　2.7.2 延伸報警燈板</p><p>　　對涉及全船安全的關鍵設備（如主機、副機、主配電板、火災報警裝置、舵機等）的報警要延伸至一些公共場所（如餐廳、休息室、駕駛臺）以及機艙管理人員的房間。本系統(tǒng)按將采取每個設備系統(tǒng)取一個綜合報警信號（如主機綜合報警信號、副機綜合報警信號等）進行報警延伸，延伸報警燈板除了擁有報警燈和蜂鳴器外，還應

79、設置專門的消聲、消閃、試燈等功能。所有LED報警燈都選用紅光，報警時發(fā)生閃爍，管理人員通過消閃按扭使報警燈不閃爍但保持平光狀態(tài)，直至故障消除后，報警燈才會熄滅。</p><p><b>　　2.8 報警系統(tǒng) </b></p><p>　　報警系統(tǒng)及其報警信號的傳輸需要擁有獨立的供電系統(tǒng)，必要時需要UPS給其供電。報警系統(tǒng)主要采用發(fā)出聲和光來提示報警，報警時每個報警面板

80、上均應能提供報警設備和報警等級等相關性息。</p><p>　　聲光報警信號實現(xiàn)方式如下：</p><p>　　聲光報警信號中，發(fā)出報警聲音信號的設備主要是集控臺上和延伸報警面板上的蜂鳴器等；發(fā)出報警光信號的設備主要是設在集控臺上的報警指示燈和各燈板上的LED報警燈等。</p><p>　　在所有的設備監(jiān)控點中，有很大一部分監(jiān)控點報警并不需要PLC進行聲光報警處理，

81、這些監(jiān)控點報警信號只需采集并存貯好，然后送到上位機的監(jiān)控軟件顯示或在控制臺上的運行燈板上進行顯示即可。系統(tǒng)根據(jù)輸入量性質(zhì)的區(qū)別采用不同的報警判斷方式，開關量的報警狀態(tài)只需判斷信號是否被抑制就能進行報警判斷。模擬量的報警則通過判斷信號是否越限，其上下限值可以通過上位機軟件來設置，然后存入PLC進行邏輯判斷后進行報警判斷。</p><p>　　第3章 機艙監(jiān)控系統(tǒng)下位機PLC邏輯實現(xiàn)</p><

82、p>　　3.1 三菱FX2N系列PLC及其擴展模塊介紹</p><p>　　3.1.1 PLC簡介</p><p>　　可編程控制器 (Programmable Controller)是以微處理器(Microprocessor)作為中央處理單元的工業(yè)控制裝置。早期的可編程控制器能實現(xiàn)邏輯控制、定時、計數(shù)等功能，故稱為可編程邏輯控制器PLC（Programmable Logic Con

83、troller）。隨著科技的發(fā)展，PLC已不止于邏輯控制的單一功能，它還具有運算、模擬量處理及控制和通信傳輸?shù)裙δ堋Ｒ虼?，人們又將它命名為可編程控制器，簡稱PC。但為了避免和個人計算機(PC)混淆，仍稱它為PLC:。</p><p>　　目前，PLC的主要生產(chǎn)廠家有德國的西門子（Siemens）公司、美國A-B（Allen-Bradley）公司、日本三菱公司和歐姆龍（OMROM）公司等。</p>&

84、lt;p>　　PLC作為一種為工業(yè)控制而設計的專用計算機，盡管其品種繁多，結構和功能多種多樣，但其系統(tǒng)組成和工作原理基本相同。概括起來，系統(tǒng)都是由硬件和軟件組成，都是采用集中采樣、集中輸出的周期性循環(huán)掃描方式進行工作。</p><p>　　因此其硬件簡化框圖（圖3.1）可表示為：</p><p>　　可控編程器基本單元（M）</p><p>　　按 鈕

85、 接觸器</p><p>　　限位開關 指示燈</p><p>　　KV觸點

86、 電磁閥</p><p>　　COM端口 電 源</p><p><b>　　編程器</b></p><p>&

87、lt;b>　　其它PC</b></p><p><b>　　打印機</b></p><p><b>　　計算機</b></p><p><b>　　寫入器</b></p><p>　　圖3.1 PLC的硬件簡化框圖</p><p>　

88、　由此可以看出PLC結構與計算機類似，主要包括微處理器、存儲器、I/O接口、電源、擴展和外設接口等。</p><p>　　3.1.2 PLC的特點及發(fā)展趨勢</p><p>　　在PLC出現(xiàn)以前，機械控制系統(tǒng)基本由繼電器控制構成。在一個復雜的控制系統(tǒng)中，有時需要幾百個上千個繼電器，因此系統(tǒng)安裝接線工作量龐大。如果因為改變了生產(chǎn)工藝而需要改變系統(tǒng)，元件的跟換和接線會是相當漫長和昂貴的，而且系

89、統(tǒng)中有個別繼電器故障會導致影響到整個系統(tǒng)的正常運行。由于元件多，接線復雜，維護維修也就困難。直到PLC的誕生才改變這些狀況。它的出現(xiàn)給工業(yè)控制帶來了一次質(zhì)的飛躍，比較繼電器和微機控制，PLC具有以下特點：</p><p><b>　?。?）靈活、通用</b></p><p>　　PLC是通過程序?qū)崿F(xiàn)控制功能，若要改變控制功能，只需修改程序，改變少量接線。一臺PLC可控

90、制不同的控制對象，通過改變程序就可實現(xiàn)不同的控制功能。</p><p>　?。?）編程簡單、使用方便</p><p>　　PLC使用的是面向控制過程的語言編程，便于掌握。如PLC大多采用梯形圖語言編程，它具有繼電器電路的直觀感，可讀性強，同時考慮到技術人員的讀圖習慣和實際應用，易于程序的編寫和修改。</p><p><b>　?。?）接線簡單</b&

91、gt;</p><p>　　PLC只需將輸入設備(如開關、按扭等)輸出設備(如繼電器、電磁閥等)與程序中對應的輸入輸出端口相連即可。接線簡單方便。</p><p>　?。?）可靠性高、抗干擾能力強</p><p>　　集中采樣、集中輸出的循環(huán)掃描工作方式使PLC的絕大部分時間與外界隔離，并且它的串行工作方式避免了觸點競爭和時序失配問題，這是PLC可靠性高，抗干擾能力

92、強顯著特點的主要原因之一。</p><p>　?。?）體積小、重量輕、易于實現(xiàn)機電一體化</p><p>　　PLC的體積小，重量輕，功耗低，堅固耐用，可靠性高，抗干擾能力強，易于置入機械內(nèi)部，因此，在機電一體化中得以廣泛應用。</p><p><b>　?。?）功能強</b></p><p>　　PLC不僅具有基本的控

93、制功能，而且還能完成數(shù)模轉(zhuǎn)換、數(shù)字運算和處理以及通信等。PLC可以對開關量和模擬量都進行控制?？煽刂贫鄠€系統(tǒng)，可進行現(xiàn)場控制，也可實現(xiàn)遠距離控制。其硬件和軟件普遍采用模塊化結構，因此可以輕易實現(xiàn)系統(tǒng)的擴展以和聯(lián)網(wǎng)。</p><p>　　隨著技術的發(fā)展，PLC得到了更大的開發(fā)，不僅能滿足工業(yè)控制的要求，而且將通信技術和信息處理有機的結合，使其功能更加強大。目前，為適應各種企業(yè)的不同需要，PLC正朝著體積更小、功能更

94、強、速度更快、價格更低、容量更大、可靠性更高的方向發(fā)展。</p><p>　　3.1.3 PLC的掃描工作過程</p><p>　　PLC投入運行后，掃描工作過程分為輸入采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新三個階段（如圖3.2），合稱一個掃描周期，PLC的CPU不斷重復執(zhí)行這三個階段。①輸入采樣:將所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)按順序讀入并將它們存入I/O映象寄存器中的響應單元中;②程序執(zhí)行:先上后下、先左后右的

95、順序?qū)Τ绦驋呙杌蜻M行邏輯運算，根據(jù)運算結果刷新系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應位置的狀態(tài)，程序執(zhí)行過程中，I/O映象區(qū)內(nèi)輸入點的數(shù)據(jù)和狀態(tài)不變;③輸出刷新:掃描程序結束后，PLC進行輸出刷新。CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新輸出鎖存電路，再由輸出電路驅(qū)動外設，實現(xiàn)PLC的真正輸出。</p><p>　　輸入處理階段 程序執(zhí)行階段 輸出處理階段<

96、;/p><p>　　X000 寫</p><p>　　X000 （Y000） Y000</p><p>　　X001 讀 讀

97、 Y001</p><p><b>　　寫</b></p><p><b>　?。∕0）</b></p><p><b>　　Y000</b></p><p>　　圖3.2 PLC掃描工作過程</p><p>　　在PLC的一個掃描周期內(nèi)，分別

98、對輸入只采樣一次和對輸出只刷新一次，這保證了PLC在執(zhí)行程序過程中，輸入映像寄存器和輸出鎖存電路的數(shù)據(jù)保持不變。</p><p>　　計算機與PLC之間的關系是主從應答關系，計算機擁有初始信號傳送優(yōu)先權，根據(jù)需要可以向PLC發(fā)出讀寫命令;PLC處于響應上位機命令的被動狀態(tài)。計算機讀數(shù)據(jù)時會向PLC發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令，PLC接收并響應命令，將數(shù)據(jù)傳回計算機，計算機通過讀通信口可以獲得所需數(shù)據(jù);寫數(shù)據(jù)時，計算機向PLC發(fā)

99、出寫命令和數(shù)據(jù)，PLC即可接收。</p><p>　　3.1.4 FX2N-64MR型PLC介紹</p><p>　　FX2N是FX系列PLC功能最強、速度最快的微型可編程控制器。它輕易的實現(xiàn)各種功能模塊的擴展，可以用于輸入輸出點數(shù)多、控制功能復雜、要求聯(lián)網(wǎng)通信的系統(tǒng)。船舶機艙監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)不同的船舶大小和類型導致監(jiān)測點數(shù)不同，從幾十點到幾千點不等，因此選用FX2N-64MR型，該PLC通過

100、一些擴展模塊能輕易增加輸入輸出點數(shù)從而達到系統(tǒng)要求，另外PLC內(nèi)可以安裝FX2N-485-BD通信用功能擴展板，用于與RS-485通訊。還可以安裝特殊用途的FX2N-4AD選件模塊用于模擬控制。下圖3.3為該型號PLC的實物圖，圖3.4為其基本單元外形圖。表3.1為其輸入輸出點數(shù)和擴展模塊點數(shù)。</p><p>　　圖3.3 FX2N-64MR實物圖</p><p>　　圖3.4 FX

101、2N-64MR基本單元外形圖</p><p>　　1-PLC狀態(tài)指示燈  2-DIN導軌裝卸卡子  3-輸出LED動作指示燈 4-輸出用裝卸式端子  </p><p>　　5-外圍設備接線插座蓋板 6-面板蓋  7-電源、輔助電源、輸入信號用裝卸式端子  </p><p>　　8-輸入LE

102、D指示燈  9-安裝孔 10-擴展設備接線插座板 11-存儲器和串行通信口 </p><p>　　表3-1 FX2N-64M輸入輸出點數(shù)和擴展模塊點數(shù)</p><p>　　在本系統(tǒng)中，F(xiàn)X2N系列內(nèi)部安裝一塊FX2N-485-BD通信用功能擴展板，用于與RS-485通信。用RS485接口板，能防止靜電和浪涌，如圖3.5和圖3.6為該功能擴展板實物圖及其安裝

103、。</p><p>　　圖3.5 FX2N-485-BD實物圖 圖3.6 FX2N-485-BD的安裝</p><p>　　安裝FX2N-485-BD需要設置PLC的D8120寄存器，需要使用SWGP/WIN-C軟件來進行串行口設置，如下圖3.7和3.8所示，用SC-09編程電纜（如圖3.9）連接計算機與PLC，在“PLC”下拉菜單中懸著“串行口設置（D8120）

104、”如圖3.7 PLC串行口設置。</p><p>　　圖3.7 通過SWGP/WIN-C軟件實現(xiàn)FX2N-485-BD安裝</p><p>　　圖3.8 D8120串口設置 圖3.9 SC-09編程電纜</p><p>　　再在彈出窗口“硬件”選項的下拉框中選擇“RS-485”，在“控制線”選項下拉框中選擇 “H/W

105、mode”如圖3.8 D8120串口設置。點擊“確認”后將PLC從新上電，設置才能生效。</p><p>　　3.1.5 PLC接口的擴展</p><p>　　下面介紹用FX2N系列PLC開發(fā)的機艙監(jiān)測報警系統(tǒng)并對接口進行擴展情況等。</p><p>　　船舶機艙實時監(jiān)測系統(tǒng)包含有開關量和模擬量輸入接口電路、PLC自身基本模塊(FX2N-64MR)、特殊功能模塊和人

106、機界面等。其中FX2N-64MR基本模塊擁有輸入端口和輸出端口各32個；FX2N-485-BD作為通信用功能模塊，特殊功能模塊FX2N-4AD作為模擬量輸入模塊用于模擬控制。圖3.10為基于PLC的系統(tǒng)組成原理框圖，與PC機相連的PLC作為主站、另一個作為分站。兩站之間通過RS-485的1:1方式實現(xiàn)站間開關量和數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸通信。</p><p><b>　　N:N</b><

107、/p><p><b>　　通信</b></p><p>　　控 控 控 控</p><p>　　制 制 制 制</p>

108、<p>　　信 信 信 信</p><p>　　號 號 號 號</p><p>　　主機系統(tǒng)等設備運行狀態(tài) 輔機、發(fā)

109、電機等設備運行狀態(tài)</p><p>　　圖3.10 基于PLC的系統(tǒng)組成原理框圖</p><p>　　3.1.6 系統(tǒng)開關量和模擬量輸入接口的擴展</p><p>　　FX2N系列PLC最大輸入輸出接口數(shù)為256個（輸入輸出各為128個），然而船舶機艙實時監(jiān)測系統(tǒng)的規(guī)模大到近千點、小到幾十點不等，要使系統(tǒng)能夠滿足不同規(guī)模監(jiān)測點的要求，系統(tǒng)應能夠進行開關量和模擬輸入接