基于plc的船舶應(yīng)急電站自動控制系統(tǒng)的設(shè)計【畢業(yè)論文】

1、<p>　　本科畢業(yè)論文(設(shè)計)</p><p>　題 目：基于PLC的船舶應(yīng)急電站自動控制系統(tǒng)的設(shè)計</p><p>　學(xué) 院：</p><p>　學(xué)生姓名：</p><p>　專 業(yè)：電氣工程及其自動化</p><p>　班 級：</p><p>　指導(dǎo)教師

2、：</p><p>　起止日期：</p><p>　　基于PLC的船舶應(yīng)急電站自動控制系統(tǒng)的設(shè)計</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　船舶應(yīng)急電站是船舶電力系統(tǒng)中的重要組成部分，其工作的可靠性和生命力是系統(tǒng)實現(xiàn)規(guī)定任務(wù)的有效的兩個標志。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，船舶自動化技術(shù)得到了廣泛的推廣,它基

3、本上實現(xiàn)了自動化控制。這是實現(xiàn)現(xiàn)代自動化控制機艙,進而實現(xiàn)無人值班機艙的必要條件。船舶應(yīng)急電站自動控制系統(tǒng)在主電源故障的情況下扮演了重要的角色，其性能的好壞關(guān)系到應(yīng)急電源的正確、快速啟動和切換。從而保障人的生命和財產(chǎn)的安全。</p><p>　　為了實現(xiàn)主電網(wǎng)失電后快速準確啟動應(yīng)急電站時，采用三菱FX2N系列PLC來實現(xiàn)應(yīng)急電站的自動控制。一旦主電網(wǎng)失電，等系統(tǒng)確認后它就會迅速啟動并調(diào)整好頻率向外供電。在原動機的

4、啟動過程中，它可以允許三次啟動，若是啟動失敗便發(fā)出警報提示工作人員處理故障，并且在此過程中設(shè)計外圍電路檢測原動機的轉(zhuǎn)速，溫度的測量和顯示電路，警報和顯示電路。當主電網(wǎng)恢復(fù)供電時，應(yīng)急電站自動停止運行，中斷供電。</p><p>　　[關(guān)鍵詞]：船舶應(yīng)急電站；自動化；可編程控制器</p><p><b>　　Abstract</b></p><p&g

5、t;　　The Emergency power station is an important part of the ship electric power system, whose working reliability and vitality are two marks of the system implementation mandates’ effectiveness. With the development of m

6、odern science and technology, the ship automation technology has been widely promoted and basically realizes the automatic control. This is the implement condition of the realization of modern automation control cabin an

7、d unmanned engine room. Its automatic control system play an imp</p><p>　　In order to quickly and accurately start emergency power station when the main power is off, it uses the Mitsubishi FX2N series PLC t

8、o realize automatic control. When the main power lost, after confirmation, it will start quickly and adjust frequency to supply the outward. In the start-up process of the prime mover, it can be allowed to start three ti

9、mes. If it failed, it will alarm staff promptly while adjust the external circuit detect rotary speed of the prime mover, temperature measurement a</p><p>　　[Key Words]：ship emergency power plant; automation

10、; programmable controller</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>

11、　　1.1本課題研究目的及國內(nèi)外研究狀況1</p><p>　　1.2可編程控制器技術(shù)發(fā)展及現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3設(shè)計的主要內(nèi)容4</p><p>　　第2章 可編程邏輯控制器——三菱FX2N系列4</p><p>　　2.1三菱FX2N系列簡介5</p><p>　　2.2PLC選型6<

12、/p><p>　　2.3 用PLC實現(xiàn)船舶電站自動化控制系統(tǒng)的優(yōu)勢7</p><p>　　第3章 船舶應(yīng)急電站自動控制系統(tǒng)的外圍檢測電路設(shè)計8</p><p><b>　　3.1系統(tǒng)概述8</b></p><p>　　3.2柴油機轉(zhuǎn)速檢測電路10</p><p>　　3.2.1測速原理10&

13、lt;/p><p>　　3.2.2軟件測速的信號采集10</p><p>　　3.2.3軟件測速信號采集的實現(xiàn)10</p><p>　　3.3模數(shù)A/D、數(shù)模D/A轉(zhuǎn)換電路12</p><p>　　3.4溫度檢測進行舉例設(shè)計13</p><p>　　3.5顯示與報警電路14</p><p>

14、;　　第4章 船舶應(yīng)急電站輔機起、停控制設(shè)計15</p><p>　　4.1船舶應(yīng)急電站的功能及其實現(xiàn)15</p><p>　　4.2主電網(wǎng)失電時船舶應(yīng)急電站輔機起動設(shè)計16</p><p>　　4.3當主電網(wǎng)恢復(fù)正常供電時船舶應(yīng)急電站輔機停機設(shè)計19</p><p>　　4.4PLC的I/O接口分配21</p>&l

15、t;p>　　4.5系統(tǒng)硬件電路設(shè)計23</p><p>　　4.6.1自動啟動梯形圖24</p><p>　　4.6.2自動停機梯形圖25</p><p>　　4.7相應(yīng)指令表26</p><p>　　4.6.1自動起動指令表26</p><p>　　4.7.2自動停機指令表28</p>

16、<p>　　第5章 對本設(shè)計的總結(jié)和展望29</p><p><b>　　致謝30</b></p><p><b>　　參考文獻31</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1本課題研究目的及國內(nèi)外研究狀況</p

17、><p>　　船舶在經(jīng)濟發(fā)展中還是在國防中占著重要的地位。在貨運中不僅成本低，運輸量大，而且運輸距離遠。在捕撈作業(yè)中，船舶是不可或缺的重要工具。在國防中是起著中流砥柱的作用，近幾年釣魚島和南海島嶼領(lǐng)土爭紛不斷激化，影響我們周邊的安全，加快船舶發(fā)展對我國國防具有重要的意義。</p><p>　　船舶電站是電力系統(tǒng)中的心臟，其工作的可靠性和生命力是系統(tǒng)實現(xiàn)規(guī)定任務(wù)的有效的兩個標志。由于它在特殊的環(huán)

18、境工作，外部環(huán)境對其工作影響很大，容易引起故障。為保障認得生命和財產(chǎn)安全，中國船級社《鋼質(zhì)海船入級規(guī)范》規(guī)定，客船及500總噸以上的貨船在一般隋況下均應(yīng)設(shè)有應(yīng)急電源。應(yīng)急電源必須是獨立于主電源，可以是有應(yīng)急發(fā)電機或者是蓄電池組成。隨著現(xiàn)代自動化技術(shù)的發(fā)展,船舶電站基本上實現(xiàn)了自動化控制。這是實現(xiàn)現(xiàn)代機艙自動化,進而實現(xiàn)無人值班機艙的必要條件。自動控制系統(tǒng)在主電源故障的情況下扮演了重要的角色，其性能的好壞關(guān)系到應(yīng)急電源的正確、快速啟動和切

19、換[1]。</p><p>　　作為船舶電氣方向的學(xué)生，熟悉掌握船舶應(yīng)急電站的系統(tǒng)設(shè)計具有非常重要的意義。對以后工作、研究起到很大的幫助。</p><p>　　船舶應(yīng)急電站在主電網(wǎng)失電的情況下向船舶應(yīng)急電網(wǎng)中的應(yīng)急設(shè)備供電可靠性的保障在于船舶電站應(yīng)急電站的控制系統(tǒng)的高可靠性，所以應(yīng)急電站的運行可靠性是船舶主電站出現(xiàn)故障時候所有應(yīng)急電氣設(shè)備能夠正常運行的前提。</p><

20、p>　　船舶應(yīng)急電站自動化控制系統(tǒng)的發(fā)展大體經(jīng)歷了4個階段：由繼電器和接觸器所構(gòu)成的有觸點控制系統(tǒng)；由分立元件和集成元件所構(gòu)成的無觸點控制系統(tǒng)；大規(guī)模、結(jié)構(gòu)化、模塊化的集成電路控制系統(tǒng)；現(xiàn)在的微機控制系統(tǒng)。</p><p>　　這使控制系統(tǒng)中控制部分所占的體積、重量減少，整體工作可靠性大大提高。而控制方式也由以硬件控制為主變?yōu)橐攒浖刂茷橹?，這使功能的組合與擴展變得更加的簡潔、方便。由大型機集中控制方式向多

21、微機分散控制方式轉(zhuǎn)變的計算機控制使控制系統(tǒng)的工作可靠性進一步的提高，繼而出現(xiàn)由多級計算機共同構(gòu)成的分布式控制系統(tǒng) 。目前己經(jīng)形成了較為完整的船舶電站自動化的管理系統(tǒng)。</p><p>　　隨著船舶的大規(guī)?；?、自動化、自動控制技術(shù)和電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，船舶的自動化水平變得越來越高，應(yīng)急電站自動控制水平也得到了進一步的提高。船舶應(yīng)急電站自動化技術(shù)的主要發(fā)展方向有以下四個：</p><p>

22、　?。?）對信號處理的加工開發(fā)，使得信號處理盡可能的使用數(shù)字量進行處理和通信。</p><p>　　（2）從大型機計算機集中控制，多機控制分散控制的發(fā)展，大大提高了工作的可靠性，那么光纖通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用由多計算機構(gòu)成了分布式控制系統(tǒng)。對逆功率，過流，欠壓等參數(shù)，實現(xiàn)了監(jiān)測控制、報警；頻率、功率因數(shù)、電壓、電流、功率等參數(shù)和并關(guān)狀態(tài)也有軟配電屏進行指示。在任何時間點或選定點，實現(xiàn)所有的打印記錄。它可以取代傳統(tǒng)的

23、通話記錄。當參數(shù)的值超出檢測范圍，則有聲音報警，并自動打印記錄，上下設(shè)置了測量參數(shù)限制值，可以很容易地修改。</p><p>　?。?）從傳統(tǒng)的繼電器分立元件的形式來控制到無觸點控制的發(fā)展，大規(guī)模和模塊化的集成電路結(jié)構(gòu)。使用電腦，例如可編程控制器。使控制部分的體積、重量大大減小，減少了工作量、提高了可靠性?？刂埔彩菑挠布刂茷橹髯?yōu)檐浖刂茷橹鞯?，這樣使功能的擴展與修改變得很方便，維修方便，模塊具有很強的通用性。

24、</p><p>　　（4）船舶自動化領(lǐng)域正在增加嵌入式系統(tǒng)的使用。嵌入式監(jiān)測系統(tǒng)在船舶電站中按結(jié)構(gòu)可以分為管理、控制、設(shè)備三層。其中對電站進行的集中控制、管理，由管理層完成；數(shù)據(jù)采集、控制發(fā)電機組則由嵌入式控制作為主機的控制層來完成；設(shè)備層控制器位于發(fā)電機旁邊，方便控制發(fā)電機組的運行參數(shù)和發(fā)現(xiàn)問題時進行報警。用工業(yè)以太網(wǎng)連接管理層和控制層；用CAN總線連接控制層與設(shè)備層，三層之間通過各種數(shù)據(jù)的交換和應(yīng)對。最終得

25、到高度自動化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的改進型船舶應(yīng)急電站自動控制系統(tǒng)。</p><p>　　嵌入式控制主機的控制層有數(shù)據(jù)采集和控制發(fā)電機組的功能，與設(shè)備層的控制主機可以通過CAN總線連接。采集電站運行參數(shù)，如發(fā)電機組的有功功率、功率因數(shù)、三相電流，電網(wǎng)中各節(jié)點的電壓、頻率等?？梢钥刂瓢l(fā)電機組起動、停機、加速、減速、應(yīng)急起動、應(yīng)急停機；可以控制發(fā)電機主開關(guān)的分斷與閉合；還可以對發(fā)電機故障進行報警，并且檢查故障原因和進行故障

26、處理。</p><p>　　管理層是自動控制系統(tǒng)的最上層，位于中央控制室的控制終端?？梢酝ㄟ^電站運行信息，對船舶電站的運行狀態(tài)進行集中的控制管理；可以根據(jù)電站實際運行情況進行調(diào)頻、調(diào)載；可以對發(fā)電機故障進行報警。</p><p>　　設(shè)備層控制器在發(fā)電機組旁邊。以便就近對機組進行運行參數(shù)檢測，如柴油機的冷卻水溫度、滑油壓力、轉(zhuǎn)速等?？梢灾苯涌刂瓢l(fā)電機組起動、停機、加速、減速、應(yīng)急起動、應(yīng)急

27、停機；還可以在運行參數(shù)超過設(shè)定的報警值時進行報警；當機組滑油壓力過低、超速、冷卻水溫度過高時自動對機組進行應(yīng)急停機。</p><p>　　船舶電站嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)中控制層、管理層和設(shè)備層需要相互協(xié)調(diào)工作，方能實現(xiàn)電站整體得自動或半自動運行。對發(fā)電機組與主配電板實施各種有效的保護措施，提高船舶電站運行的整體可靠性[2]。</p><p>　　提高船舶應(yīng)急電站自動化的水平有許多優(yōu)點：一是能夠提高

28、船舶應(yīng)急電站供電的可靠性和連續(xù)性，提高電站供電的品質(zhì)和電量，并增加船舶的生命力和保護人的財產(chǎn)和生命的安全；二是改善了船員工作的條件，減輕了值班的強度；三是提高了船舶航運的經(jīng)濟指標。</p><p>　　目前，我國的船舶應(yīng)急電站控制系統(tǒng)以集散型控制方式為主。而可編程控制器（PLC）的優(yōu)越性使得將PLC應(yīng)用到船舶應(yīng)急電站自動化控制系統(tǒng)中，可以提高船舶的網(wǎng)絡(luò)化和智能化水平。</p><p>　　

29、1.2可編程控制器技術(shù)發(fā)展及現(xiàn)狀</p><p>　　1968年，根據(jù)美國通用汽車公司的要求，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC公司）第一個成功研制出了可編程控制器PDD-14。并且在GM公司的汽車生產(chǎn)線上第一次應(yīng)用成功。由于初期的可編程控制器只能實現(xiàn)定時、計數(shù)、邏輯控制等簡單功能，故稱為可編程控制器（Programmable Logic Controller），簡稱PLC。在70年代后期，隨著微電子技術(shù)、大規(guī)模集成電路、

30、微型計算機的發(fā)展，許多廠家開始采用以微處理器作為中央處理單元的可編程控制器，使的它不僅僅具有邏輯控制功能。而且具有模擬量的控制功能和數(shù)據(jù)運算、處理、傳送的功能。故1980年美國電氣制造商協(xié)會（NEMA）將其正式命名為可編程控制器（Programmable Logic Controller），簡稱PC。此簡稱已經(jīng)在工業(yè)界使用多年，但由于近年來個人計算機的簡稱也是PC，故而人們?nèi)粤?xí)慣的將PLC作為可編程控制器的縮寫。</p>

31、<p>　　還可以將可編程控制器（PLC）的發(fā)展過程系統(tǒng)的劃分為以下五大階段：</p><p>　　第一階段，PLC最初階段功能較為簡單，僅邏輯運算、計數(shù)、定時等簡單功能，硬件以分離元件為主，采用磁芯存儲器，存儲容量12KB。一臺PLC只能代替200300個繼電器的工作，在可靠性方面比繼電接觸器系統(tǒng)略高，還未形成成型的編程語。</p><p>　　第二階段，PLC技術(shù)因為集成電路

32、技術(shù)的大步發(fā)展和微處理器的發(fā)明得到了較大的發(fā)展。此階段的PLC具有邏輯運算、計數(shù)、計時、數(shù)據(jù)處理、數(shù)值計算、模擬量控制、計算機接口等功能。在軟件發(fā)明上，開發(fā)出了自診斷程序，可靠性得到進一步提高。并且系統(tǒng)開始向系列化以及國際化發(fā)展。在結(jié)構(gòu)上開始有了模塊式和整體式的區(qū)分，整體機功能也開始從專用型向通用型進行過渡。</p><p>　　第三階段，半導(dǎo)體存儲器開始進入工業(yè)化生產(chǎn)、出現(xiàn)單片計算機和大規(guī)模集成電路的投入使用。

33、推進了PLC的進一步發(fā)展，從而使PLC演變成專用的工業(yè)計算機。在這個階段，PLC的體積和質(zhì)量得到了進一步縮小、運行可靠性大幅度的提高、成本也大幅度下降、功能上增加了通信功能、遠程輸入輸出(I/O)功能等。此時的PLC主要朝著兩個方向發(fā)展：一是模塊化、大型化、多功能化；二是整體結(jié)構(gòu)的低成本小型化。在這一發(fā)展階段，PLC的軟件編程出現(xiàn)了針對過程的梯形圖、語句表。</p><p>　　第四階段，門陣列電路、超大規(guī)模集成

34、電路的使用和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，使得PLC完全計算機化。PLC開始全面的使用8位以及16位微處理器芯片，處理的速度最高能夠達到1微秒/步。此時，在功能上PLC增加了中斷、高速計數(shù)、PID、A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換等。既能滿足過程控制中的要求，又能增強PLC的聯(lián)網(wǎng)能力。在軟件方面，又開發(fā)出了基于個人微機的各種不同類型的編程軟件，并發(fā)明了順序流程圖(SFC)語言，PLC也開始向系列化、標準化的方向發(fā)展。在這一階段，國際電工委員會(IEC)也

35、發(fā)表了PLC標準草案。</p><p>　　第五階段，因為表面粘裝技術(shù)的成熟，計算機行業(yè)大量使用精簡指令集計算機(RISC)芯片，這使PLC整體機的質(zhì)量減輕、體積也大大縮小。PLC的微處理器芯片開始大量使用到了16位和32位，有的PLC甚至開始使用RISC芯片，CPU芯片也向?qū)I(yè)化、專用化發(fā)展。系統(tǒng)已經(jīng)能夠用超大規(guī)模的門陣列電路來固化程序中的邏輯運算、計數(shù)等標準的功能。PLC的I/O點最小只有8個，最大的則有32

36、K個以上。所以PLC都能夠做到與計算機聯(lián)網(wǎng)通信，甚至最快的PLC僅需幾十納秒就可以處理一步程序。在軟件上，使用容錯技術(shù)；硬件上則使用多CPU技術(shù)。出現(xiàn)三百步以上的高級指令，使的這個階段的PLC具有強大的大批量數(shù)據(jù)處理、函數(shù)運算、數(shù)值運算的能力，并開發(fā)出了各種智能化的模塊。普遍應(yīng)用以LCD(液晶顯示器)作為顯示設(shè)備的智能人機接口，高級PLC更發(fā)展到了使用觸摸式屏幕。在PLC編程器中大量的使用個人電腦、手提式電腦，且編程軟件的功能異常強大[

37、3]。</p><p>　　目前，可編程控制器技術(shù)飛速的發(fā)展，在德國、美國、法國、日本等工業(yè)特別發(fā)達的國家已發(fā)展成為十分重要的產(chǎn)業(yè)。PLC產(chǎn)品已經(jīng)成為工業(yè)領(lǐng)域中占主導(dǎo)地位的基礎(chǔ)自動化設(shè)備，在國際市場上已經(jīng)成為倍受歡迎的熱銷產(chǎn)品，使用PLC來設(shè)計自動化的控制系統(tǒng)也已經(jīng)成為世界的一種潮流。PLC技術(shù)、CAD/CAM、ROBOT技術(shù)成為了實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化的三大支柱，三者之中PLC作用居首位。PLC技術(shù)已經(jīng)代表著當前程

38、序控制地世界先進水平，PLC裝置也已成為自動化系統(tǒng)的一種基本裝置，是構(gòu)成FMS\CIMC\FA的主要控制單元。為了促進我國PLC技術(shù)的國際化、提高產(chǎn)品質(zhì)量，我國機械電子工業(yè)部于1988年組織了包括PLC產(chǎn)品在內(nèi)的工業(yè)控制計算機型優(yōu)選工作。機電部下屬的北京機械工業(yè)自動化研究所承擔了PLC產(chǎn)品的優(yōu)評測試工作。依據(jù)國際電工委員會（IEC）的有關(guān)標準要求，經(jīng)過嚴格測試試驗，評選出6個產(chǎn)品榮獲首屆優(yōu)選PLC機型的稱號。它們是：天津中環(huán)自動化儀表公

39、司生產(chǎn)的DJK-S-84型PLC、無錫市電器廠生產(chǎn)的KCK-1型PLC、上海起重電器廠生產(chǎn)的CF-40MR型PLC、北京椿樹電子儀表廠生產(chǎn)的BCM-PLC型PLC、杭州機床</p><p>　　到目前為止，世界上PLC的產(chǎn)品多達數(shù)百種，廠家遍布世界各地。但是總的來說，在小型PLC方面，日本的PLC產(chǎn)品具有自己特別的優(yōu)勢，而美國和歐洲各國則以開發(fā)大、中型PLC為主。故在我國國內(nèi)市場使用情況是在美國和歐洲進口大、中型

40、PLC，而PLC小型機則以日本產(chǎn)品為主，前者數(shù)量少，后者數(shù)量多。</p><p>　　下面來介紹PLC應(yīng)用的五大領(lǐng)域：</p><p>　?。?）通信聯(lián)網(wǎng)。PLC的通信包括PLC與其他智能控制設(shè)備、多臺PLC之間的通信、主機與遠程I/O之間的通信之間的通信。PLC與其他的智能控制設(shè)備還可以組成“分散控制、集中管理”的分布式的控制系統(tǒng)。</p><p>　　（2）運動

41、控制。對圓周運動或直線運動的速度、加速度和位置進行控制，PLC可以使用專門的運動控制模塊或?qū)Ｓ玫闹噶?，使順序控制與運動控制功能能夠有機的結(jié)合在一起，甚至可以實現(xiàn)多位置控制。PLC的運動控制功能應(yīng)用于各種電氣機械，例如電梯、船舶電站等。</p><p>　?。?）數(shù)據(jù)處理?，F(xiàn)代的PLC具有數(shù)據(jù)傳送、數(shù)學(xué)運算（包括矩陣運算、四則運算、函數(shù)運算、求反、字邏輯運算、浮點數(shù)運算、移位和循環(huán)等）以及排序、轉(zhuǎn)換、位操作和查表等

42、功能?？梢酝瓿蓴?shù)據(jù)采集、分析和處理過程，這些數(shù)據(jù)還可以與已經(jīng)儲存在存儲器中的設(shè)定值進行比較?？梢允褂猛ㄐ殴δ軐?shù)據(jù)傳送到其他的智能裝置，或者直接將它們打印制表。</p><p>　?。?）閉環(huán)過程控制。閉環(huán)過程控制是指對壓力、流量、溫度等連續(xù)變化模擬量進行的閉環(huán)控制。PLC通過模擬量I/O模塊，實現(xiàn)數(shù)字量（Digital）和模擬量（Analog）之間的D/A轉(zhuǎn)換和A/D轉(zhuǎn)換，并且對模擬量進行閉環(huán)（PID）控制?，F(xiàn)

43、代使用的PLC一般都具有PID閉環(huán)控制功能，這一功能可以用專用的PID模塊或PID子程序來實現(xiàn)。</p><p>　?。?）開關(guān)量邏輯控制。PLC用“非”、“或”、“與”等邏輯指令來實現(xiàn)得電和電路的串并聯(lián)功能，替代繼電器進行組合的定時控制、邏輯控制與順序邏輯控制。開關(guān)量邏輯控制可以用于自動生產(chǎn)線，也可以用于單臺設(shè)備。其應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)遍布各行各業(yè)，甚至應(yīng)用到了家庭中[5]。</p><p>　

44、　1.3設(shè)計的主要內(nèi)容</p><p>　　本次設(shè)計以設(shè)計PLC控制船舶應(yīng)急電站的自動起動、自動停機為主，輔以轉(zhuǎn)速檢測、溫度測量與顯示、顯示與報警開關(guān)報警電路設(shè)計，主要進行了以下這些工作：</p><p>　?。?）查找相關(guān)的資料，了解目前船舶應(yīng)急電站自動控制系統(tǒng)的發(fā)展方向；</p><p>　?。?）了解可編程邏輯控制器在船舶應(yīng)急電站自動系統(tǒng)中應(yīng)用的優(yōu)勢和三菱FX

45、2N系列PLC的硬件組成；</p><p>　?。?）設(shè)計柴油機的轉(zhuǎn)速檢測電路；</p><p>　?。?）設(shè)計溫度測量與顯示電路；</p><p>　?。?）設(shè)計顯示與報警電路；</p><p>　?。?）重點對當船舶主電網(wǎng)失電和恢復(fù)正常時PLC控制的應(yīng)急電站的自動起動和自動停機部分進行軟硬件設(shè)計。</p><p>

46、　　第2章 可編程邏輯控制器——三菱FX2N系列</p><p>　　可編程邏輯控制器(Programmable Logical Controller，簡稱PLC)，是在傳統(tǒng)的順序控制器基礎(chǔ)上引入計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、通信技術(shù)和自動控制技術(shù)形成的一種新型工業(yè)控制裝置。它具有可以在元件內(nèi)部儲存指令的可編程程序存貯器，用戶可以通過自己編寫的程序指令來設(shè)置控制功能，從而滿足生產(chǎn)過程中不同的控制要求。PLC具有使用方便

47、、通用性強、適應(yīng)面廣、抗干擾能力強、編程簡單及可靠性高等特點。在工業(yè)控制領(lǐng)域中，PLC控制技術(shù)已經(jīng)逐漸成為世界的潮流。</p><p>　　2.1三菱FX2N系列簡介</p><p>　　PLC中FX2N系列硬件組成與其他系列類型的PLC基本相同，其主體都是由三部分組成，即存儲系統(tǒng)、中央處理器CPU和輸入、輸出接口。系統(tǒng)電源有單獨作為一個單元的，也有些是在CPU模塊內(nèi)，一般情況下編程器是被

48、看作是PLC的外接設(shè)備。</p><p>　　PLC內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，進行指令和數(shù)據(jù)的傳輸。外部的各種傳感器、檢測信號、開關(guān)信號以及模擬信號都是作為PLC的輸入變量，這些輸入變量通過PLC的輸入端進入PLC的輸入存儲器，收集、暫存被控對象當前運行的數(shù)據(jù)量和狀態(tài)信息。經(jīng)PLC的內(nèi)部運算處理后，按被控對象的實際動作要求來產(chǎn)生輸出結(jié)果。輸出結(jié)果將作為輸出變量送到輸出端，用來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)。PLC通過各部分的互相協(xié)調(diào)運作來

49、控制現(xiàn)場設(shè)備的正常運行[6]。</p><p><b>　?。?）存儲器模塊</b></p><p>　　隨機存取存儲器（RAM）用于存儲PLC內(nèi)部獲得的輸入和輸出信息。并存儲移位寄存器、內(nèi)部繼電器（軟繼電器）、累加器、定時器／計數(shù)器以及數(shù)據(jù)寄存器等的工作狀態(tài)，以及存儲用戶正在調(diào)試或編輯的程序和各種暫存的中間變量、運行數(shù)據(jù)等。</p><p>

50、　　只讀存儲器（ROM）用于存儲系統(tǒng)程序。只讀存儲器（EPROM）可擦除可編程序，主要用于存放PLC的監(jiān)控程序和操作系統(tǒng)。即使用戶已完全調(diào)試好的程序，也可將編輯的程序固化在EPROM（可擦除可編程ROM）中。</p><p>　　（2）中央處理器CPU</p><p>　　CPU的主要功能是用于解釋并執(zhí)行用戶以及系統(tǒng)程序。通過運行用戶和當前的系統(tǒng)程序來完成所有通信、控制、處理以及所賦予的其

51、它功能，以此控制整個系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作運行。常用的CPU有通用雙極型位片機、單片機和微處理器。</p><p>　?。?）輸入、輸出模塊</p><p>　　PLC是一種工業(yè)控制的計算機系統(tǒng)，它的主要控制對象是工業(yè)性的生產(chǎn)過程，與DCS類似。它也是通過輸入、輸出的接口模塊(I/O)與工業(yè)生產(chǎn)過程聯(lián)系的，I/O模塊可以看做是PLC與生產(chǎn)過程互相聯(lián)系的紐帶。</p><p>

52、　　PLC連接的過程變量按照信號類型可分為脈沖量、開關(guān)量（即數(shù)字量）等，相應(yīng)的輸入輸出模塊又可以分為脈沖量輸入模塊、模擬量輸入輸出模塊和開關(guān)量輸入輸出模塊等。</p><p><b>　?。?）編程器</b></p><p>　　編程器作為PLC必需的重要外部設(shè)備，將用戶所希望達到的功能通過專用的編程語言輸送到PLC用戶程序存儲器之中。編程器不但可以對程序進行寫入、讀

53、出和修改，還能對PLC當前的工作狀態(tài)進行實時監(jiān)控，同時還是PLC與用戶之間人機對話的界面。隨著PLC編程語言的多樣化，功能的不斷增強，編程過程已經(jīng)可以在個人計算機上完成了。圖2.1為三菱FX2N系列可編程邏輯控制器的硬件簡化框圖[7]。</p><p>　　圖2.1 可編程邏輯控制器的硬件簡化框圖</p><p><b>　　2.2PLC選型</b></p>

54、;<p>　　FX2N系列在FX系列PLC家族中是最先進的系列。因為FX2N系列具備如下優(yōu)點：程式執(zhí)行更快、最大范圍的包括進了標準特點、全面補充了通信功能、大量能夠滿足單個需要的特殊功能模塊以及適合各國使用不同電源，它可以為工廠的自動化應(yīng)用提供最大的控制能力和靈活性。 </p><p>　　三菱FX2N系列有以下主要特點： </p><p>　　（1）集成型高性能

55、。電源、CPU、輸入輸出三位一體。6種基本單元，可以以最小的8點作為單元連接輸入輸出的擴展設(shè)備，最大的輸入輸出點數(shù)可以擴展到256點。</p><p>　?。?）寬?？煽康拇鎯ζ饕?guī)格。內(nèi)置8000步RAM存貯器，在安裝存儲盒后，最大可擴展到16000步。</p><p>　?。?）高速運算?；局噶羁蛇_到0.08μs/指令；應(yīng)用指令可達到1.52～數(shù)100μs/指令。</p>

56、<p>　　（4）具有一般的16～256點輸入輸出控制點，以及定位控制、模擬量控制等特殊控制。</p><p>　?。?）豐富的軟元件范圍。定時器：256點；輔助繼電器：3072點；數(shù)據(jù)寄存器：8000點；計數(shù)：235點。</p><p>　　（6）面向國際的產(chǎn)品各種安全規(guī)格都適合。</p><p>　　為多方面實際應(yīng)用而開發(fā)出的特殊功能：在各個范圍開發(fā)

57、出特殊功能模塊來滿足不同的要求---模擬I／O，高速計數(shù)器。定位控制達到了16軸，脈沖串輸出或為J和K型熱電偶或Pt傳感器開發(fā)出了溫度模塊。每一個FX2N主單元都可配置最高數(shù)為8的特殊功能模塊。故本系統(tǒng)采用三菱FX2N系列PLC作為中心元件進行設(shè)計，選擇的具體型號為FX2N-32MR。外觀如圖2.2所示。</p><p>　　圖2.2 PLC-FX2N外部結(jié)構(gòu)</p><p>　　2.3

58、用PLC實現(xiàn)船舶電站自動化控制系統(tǒng)的優(yōu)勢</p><p>　　目前船舶應(yīng)急電站自動化控制的最大特點是動作頻繁又復(fù)雜，且有較多像接觸器一樣的執(zhí)行元件。在物理介質(zhì)方面，繼電器控制系統(tǒng)一般使用具體的電氣元件進行組合，而PLC控制系統(tǒng)則只需使用PLC內(nèi)部的寄存器即可。在PLC容量許可的編程范圍內(nèi)，就可不必額外的花費來實現(xiàn)實際中復(fù)雜的邏輯控制。在復(fù)雜的實際使用場合，繼電器控制邏輯需要使用大量的中間繼電器，而在用PLC控制這

59、些中間繼電器的情況下，就可以對PLC內(nèi)部的輔助繼電器（中間繼電器）進行編程來取代。一般的PLC都起碼有超過一百的內(nèi)部輔助繼電器，其中有多種是專用的內(nèi)部繼電器，這足夠應(yīng)付多數(shù)情況的控制要求，唯一需做的就是PLC編程[8]。PLC在船舶電站的抗干擾能力方面也有著極大的優(yōu)越性，當然我們更加不能忽視了PLC的另一個長處，那就是使用壽命、可靠性和運行速度要遠遠超過繼電器控制方式。從上述各方面來講，PLC最適合于應(yīng)用在需要大量的中間繼電器的使用場合

60、。且PLC與其他工業(yè)控制系統(tǒng)相比具有許多優(yōu)點，例如：</p><p>　　（1）不用改動硬件，只需修改軟件，便能夠更改控制邏輯；</p><p>　　就PLC系統(tǒng)而言，不必專門的學(xué)習(xí)、一分鐘就能夠?qū)W會修改參數(shù)?，F(xiàn)在設(shè)計的船舶電站更是大多選用比小型PLC運算速度更快且功能更強大的中型PLC，還對其聯(lián)網(wǎng)操作。這一趨勢變得越來越明顯，并在逐漸的擴大化、細化。</p><p&g

61、t;　?。?）電氣硬件設(shè)計進一步簡化；</p><p>　　只需一塊信號處理面板即可。PLC是通用性地控制器，系統(tǒng)電源也是采用的通用開關(guān)電源。陸地上已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，在世界各地皆可買到PLC和相應(yīng)的電源備件；微機系統(tǒng)是專用產(chǎn)品，要求配備系統(tǒng)所需的各種電子電路板(微機主板、信號處理板、各種開關(guān)量、輸出板、模擬量的輸入等)，這使得元件的成本費用太高[9]。</p><p>　　（3）可以復(fù)制程

62、序，這使得容易進行批量化生產(chǎn)；</p><p>　　（4）除了繼電器功能外，PLC還有許多種其它功能。能夠?qū)崿F(xiàn)很多使用繼電器無法達到的控制功能，在某種程度上實現(xiàn)智能化，還有可能更加的簡化機構(gòu)；</p><p>　?。?）具有擴展模塊、擴展單元，當需要較多輸入輸出（I/O）時可以方便地進行擴展。</p><p>　?。?）可靠性非常高；</p><

63、p>　　除了PLC外，每臺機組只需一塊信號處理板即可?？萍冀缛艘呀?jīng)公認了PLC的可靠性，PLC的平均無故障運行時間達到了30萬小時，故而只要解決相應(yīng)功能塊得電子電路板的可靠性就能夠保證整個系統(tǒng)的運行可靠性；而微機系統(tǒng)除了一樣需要一塊信號處理板外，在實際運行的惡劣環(huán)境中防干擾的問題還沒有得到很好的解決，所以至今為止尚未有可靠性高的產(chǎn)品問世[9]。</p><p>　　第3章 船舶應(yīng)急電站自動控制系統(tǒng)的外圍檢測

64、電路設(shè)計</p><p><b>　　3.1系統(tǒng)概述</b></p><p>　　船舶應(yīng)急電站一般由發(fā)電機、原動機、應(yīng)急配電裝置三者組成，一般的配套型號都是依據(jù)具體船舶型號的要求進行專門研制的。船舶應(yīng)急電站為全船的生活設(shè)備和工作機械（如舵機、錨機以及生活使用的電器等）供電。船舶的應(yīng)急電站設(shè)計是電力系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。</p><p>　　在要求

65、多臺機組并聯(lián)供電的應(yīng)急電站系統(tǒng)中，如果要滿足“無人機艙”的要求，實現(xiàn)應(yīng)急電站自動化，必須將各個應(yīng)急電站自動環(huán)節(jié)有機的聯(lián)系起來，組成一個總體控制系統(tǒng)。用來收集來自各臺柴油機、斷路器、應(yīng)急發(fā)電機、匯流排以及各主要負載的必要參數(shù)和信息，并加以分析、判斷。在一定的條件下自動的采取符合邏輯的措施，處理應(yīng)急電站運行中可能出現(xiàn)的各種情況，確保電力系統(tǒng)安全可靠、經(jīng)濟的運行。應(yīng)急電站自動自動控系統(tǒng)方框圖如圖3.1所示：</p><p&

66、gt;　　圖3.1 應(yīng)急電站自動控制系統(tǒng)方框圖</p><p>　　本文以主電網(wǎng)失電和恢復(fù)正常供電的情況下柴油機的自動起動和停機為主要設(shè)計內(nèi)容，輔以轉(zhuǎn)速檢測、溫度測量與顯示電路、顯示與報警電路。系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)如圖3.2所示：</p><p>　　圖3.2 應(yīng)急系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　3.2柴油機轉(zhuǎn)速檢測電路</p><p>&l

67、t;b>　　3.2.1測速原理</b></p><p>　　原動機的轉(zhuǎn)速與發(fā)電機電壓、頻率間有以下關(guān)系：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　得 （3-2）</p><p>　　式3-2中：是發(fā)電機電樞繞組極對

68、數(shù)；是原動機轉(zhuǎn)速（r/ min）。</p><p>　　所以在測量發(fā)電機的起動與運行時，可以通過發(fā)電機的剩磁電壓，以及建壓后電源電壓頻率來測量柴油機組的轉(zhuǎn)速。</p><p>　　3.2.2軟件測速的信號采集</p><p>　　本系統(tǒng)檢測點火轉(zhuǎn)速的方法，是由PLC編程來檢測發(fā)電機的剩磁電壓周期得到的。軟件測速不必在發(fā)電機上安裝轉(zhuǎn)速檢測裝置，所以采集信號的硬件電路相

69、對簡單。轉(zhuǎn)速檢測的信號采集硬件電路如圖3.3所示。電壓互感器檢測到的發(fā)電機的交變剩磁電壓信號發(fā)到A， B兩端。在信號處理板上由過零比較器將之整形為同頻的矩形的脈沖波信號，再連接到PLC開關(guān)量的輸入接口，成為測速脈沖。</p><p>　　圖3.3 測速信號采集的硬件電路</p><p>　　3.2.3軟件測速信號采集的實現(xiàn)</p><p>　　在船舶應(yīng)急電站控制系統(tǒng)

70、中，為方便起見，對于點火轉(zhuǎn)速檢測，大多用開關(guān)量進行表示，即轉(zhuǎn)速大于90%的點火轉(zhuǎn)速額定值時為“1”信號，小于90%的點火轉(zhuǎn)速額定值則為“0”信號。轉(zhuǎn)速信號的獲取方法，通常是在柴油機組上安裝磁電或者光電的發(fā)訊裝置，又或者是測速發(fā)電機。轉(zhuǎn)換電路可以將這些轉(zhuǎn)速信號和柴油機轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成比例對應(yīng)的直流電壓信號。再將之通過電壓的比較電路獲取到點火轉(zhuǎn)速的對應(yīng)開關(guān)量信號。下面是一種基于PLC的自動化電站中測取柴油機組點火轉(zhuǎn)速的方法，即是通過PLC軟件編程

71、來完成對柴油機組點火轉(zhuǎn)速進行測取的設(shè)計。</p><p>　　PLC按掃描方式工作。在穩(wěn)定的運行時，掃描的周期是不變的。故而可以將機組起動程序的執(zhí)行過程中PLC的掃描周期當做剩磁電壓周期測量的一種計時單位。也就是按照測量發(fā)電機剩磁電壓的一個周期中PLC對應(yīng)的掃描周期數(shù)來檢測機組的轉(zhuǎn)速，獲得點火轉(zhuǎn)速信號。軟件測速的具體流程如圖3.4所示：</p><p>　　圖3.4中C0、 C1是測速的計

72、數(shù)器，UF則是測速脈沖。計數(shù)脈沖每2個PLC掃描周期產(chǎn)生1次上升沿，也即測速脈沖為高電平時，每2個PLC掃描周期C0加1計數(shù)。在測速脈沖為低電平時，每2個PLC掃描周期C1加1計數(shù)。顯然，機組轉(zhuǎn)速越高，在每個測速脈沖周期中計數(shù)器所能加到的最大值越小。當小到一定數(shù)值A(chǔ)時，機組轉(zhuǎn)速達到點火轉(zhuǎn)速，即機組啟動成功[10]。</p><p>　　圖3.4 轉(zhuǎn)速檢測流程圖</p><p>　　3.3模

73、數(shù)A/D、數(shù)模D/A轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換器是將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的器件，它是PLC完成溫度、壓力、流量、速度、位移、電流、電壓、等參數(shù)采集和檢測的輸入接口，一般有傳感器、放大器、采樣/保持器、多路開關(guān)四個環(huán)節(jié)。</p><p>　　D/A轉(zhuǎn)換器是將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的器件，它是PLC對外部實現(xiàn)控制的重要接口電路之一。按照轉(zhuǎn)換方式，可以分為串行D/A轉(zhuǎn)換器和并行D/A轉(zhuǎn)換

74、器兩種[11]。</p><p>　?。?） A/D和D/A轉(zhuǎn)換原理</p><p>　　模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的工作原理：現(xiàn)場物理參數(shù)(如流量、壓力和溫度)作為輸入信號經(jīng)傳感器檢測轉(zhuǎn)換變成電信號(弱信號)。再經(jīng)過濾波、放大后變?yōu)檫B續(xù)變化的波形。根據(jù)事先選定的頻率對波形進行采樣，將每次得到的采樣值(如模擬電流值)傳送給A/D轉(zhuǎn)換器，則每次采樣的電流值轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的數(shù)字信號。</p>

75、<p>　　數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的工作原理：數(shù)字信號以并行方式輸入到D/A轉(zhuǎn)換器，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后輸出矩形波，經(jīng)過濾波放大，就可以得到一個連續(xù)變化的模擬量輸出信號。 </p><p>　?。?）模擬量輸入、輸出系統(tǒng)</p><p>　　模擬量的輸入模塊廣泛應(yīng)用在過程控制中，如常用的速度、位移、流量等。這些量的工業(yè)檢測都是用來對應(yīng)電流、電壓大小的模擬量，再通過一定方式的運算(如PID

76、)后達到按要求控制生產(chǎn)過程的目的(如恒壓、恒溫等)。模擬量的輸入電平大多是通過傳感器變換得到的。一般情況下，模擬量輸入信號按IEC標準是420mA電流信號，或者是010V、-1010V、15V的直流電壓信號。這種模擬的信號在傳送到輸入模塊之后，輸入模塊會將它轉(zhuǎn)換成為8位、10位或12位的二進制的數(shù)字信號，再傳送給中央處理器進行處理。故而，又稱模擬量的輸入模塊為A/D轉(zhuǎn)換輸入模塊。</p><p>　　模擬量的輸出

77、模塊是將中央處理器中的二進制數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成 010V、15V等的電壓輸出信號或420mA的電流輸出信號，提供給執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行。故而，又稱模擬量的輸出模塊為D/A轉(zhuǎn)換輸出模塊。</p><p>　?。?）輸入、輸出數(shù)據(jù)的處理</p><p>　　掃描讀入的模擬量值時，處理器會從模擬量的輸入模塊中讀取模擬量并將之轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的數(shù)字信號值。再將數(shù)字信號值送入到用戶指定的位置。</p>

78、<p>　　一般地，模擬量的輸入模塊能夠提供好幾個通道的輸入信號。所以只要信號能夠兼容或者類型相同，就可以連接幾個、甚至十幾個的輸入信號。關(guān)于這些輸入信號，不同的PLC有著不同的處理方式。一般得處理方式有兩種：一是使用指令。充分利用幾個通道，一次性地將幾個、甚至十幾個值放入到寄存器數(shù)據(jù)區(qū)中，這稱為塊轉(zhuǎn)移輸入。這類指令可以使用戶將值放在任意的數(shù)據(jù)區(qū)。二是PLC將數(shù)據(jù)存儲于和輸入模塊地址對應(yīng)的輸入、輸出映像區(qū)之中。同樣的，模擬量輸

79、出方式的數(shù)據(jù)處理也存在著輸出映像區(qū)與塊傳輸兩種方式。如圖3.5為數(shù)模轉(zhuǎn)化電路[12]。</p><p>　　圖3.5數(shù)模電路轉(zhuǎn)化</p><p>　　3.4溫度檢測進行舉例設(shè)計</p><p>　　圖3.6 溫度測量電路</p><p>　　圖3.6所示溫度通過AD590溫度傳感集成芯片將溫度變化量轉(zhuǎn)換成電壓值變化量，經(jīng)過OP07一級跟隨后輸

80、入到電壓放大電路，放大后的信號輸入到A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，利用CPU采集并存儲采集到的數(shù)據(jù)。在圖3.6中，W8為放大倍數(shù)調(diào)節(jié)電位器；W7(圖中未標出)為測溫系統(tǒng)零點調(diào)節(jié)，用戶可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)零點。 設(shè)定溫度為0攝氏度時變換放大電路送出的模擬量為0V，此時A/D輸出的數(shù)字量為00H；溫度為76.5攝氏度時變換放大電路送出4.9805V電壓，此時A/D輸出的數(shù)字量為FFH，即每0.3攝氏度對應(yīng)1LSB變化量。報警溫度設(shè)定為76.

81、5攝氏度，此時，輸出電壓約為5.0V左右[13]。</p><p>　　3.5顯示與報警電路</p><p>　　以D觸發(fā)器作為輸入端的外圍電路，使置1端(PRE’引腳)接低電平，達到置1的效果。圖3.7所示電路是兩片74LS74中使用三個D觸發(fā)器的置1端(PRE’引腳)分別接三個輸入開關(guān)，然后接地。當開關(guān)接通，置1端有效，達到置1目的。這三個D觸發(fā)器的置0端(C LR'引腳)一起

82、通過復(fù)位開關(guān)與地相連，接通復(fù)位開關(guān)則復(fù)位。</p><p>　　圖3.7所示電路能可靠地完成任務(wù)，是較為簡單的電路，是一個比較理想的設(shè)計。輸出信號中的Y1、Y2可以通過現(xiàn)成音樂片轉(zhuǎn)為聲音信號。但是由于條件限制，在此我使用發(fā)光二極管代替。其中，接通信號Y2用發(fā)綠光的發(fā)光二極管代替，報警信號Y1用發(fā)紅光的發(fā)光二極管代替[14]。</p><p>　　圖3.7 顯示與報警電路</p>

83、<p>　　第4章 船舶應(yīng)急電站輔機起、?？刂圃O(shè)計</p><p>　　4.1船舶應(yīng)急電站的功能及其實現(xiàn)</p><p>　　船舶電力供應(yīng)系統(tǒng)包括主電站和主電網(wǎng)、應(yīng)急電站和應(yīng)急電網(wǎng)、小應(yīng)急照明。其中，“重要設(shè)備”必須配置主電網(wǎng)和應(yīng)急電網(wǎng)兩路電源。</p><p>　　主電站和主電網(wǎng)以及應(yīng)急電站和應(yīng)急電網(wǎng)的布置見圖1，從左到右，G1、G2、G3是主發(fā)電機

84、，ACB1、ACB2、ACB3是主開關(guān)，MSB是主電網(wǎng)，MCB是主配電板開關(guān)，EMCB是聯(lián)絡(luò)開關(guān)，EMSB是應(yīng)急電網(wǎng)，EACB是應(yīng)急發(fā)電機主開關(guān)，GE是應(yīng)急發(fā)電機。</p><p>　　圖4.1應(yīng)急電站與主電站的關(guān)系</p><p>　　船舶應(yīng)急電站的作用是在主電站失電出現(xiàn)故障的的情況下時向“重要設(shè)備”供電，使其正常運行，來確保船舶和工作人員的安全。</p><p>

85、;　　在船舶應(yīng)急電站的控制系統(tǒng)，一般都具備手動、自動兩種操作模式。手動操作模式，只有應(yīng)急發(fā)電機遙控起動/停車、合閘/分閘等操作，無需自動控制，并能滿足手動優(yōu)于自動。</p><p>　　自動操作模式中為保證應(yīng)急電站的功能，設(shè)置應(yīng)急電站自動控制系統(tǒng)，其功能至少有：</p><p>　?。?）保證主電網(wǎng)或應(yīng)急電網(wǎng)均不由主電站和應(yīng)急電站同時供電。</p><p>　　（2

86、）維持應(yīng)急電站的準啟動狀態(tài)，應(yīng)對發(fā)電柴油機轉(zhuǎn)速、水溫油溫等進行檢測并且出現(xiàn)問題時及時警報。</p><p>　　（3）及時感知主電站失效，在失電的情況下及時給應(yīng)急電網(wǎng)供電。</p><p>　　（4）適時接通（延時5秒）/斷開（主電網(wǎng)恢復(fù)供電延時5秒）應(yīng)急電網(wǎng)與主電網(wǎng)的電的聯(lián)系。</p><p>　?。?）應(yīng)急發(fā)電機啟動（經(jīng)延時確認45s內(nèi)啟動，包括建立電壓、調(diào)整電

87、壓和頻率，連續(xù)三次起動均不成功才作為起動失敗終止起動同時發(fā)出聲光報警）/停止。</p><p>　　傳統(tǒng)的應(yīng)急電站自動控制系統(tǒng)，多采用有觸點的繼電器構(gòu)成邏輯和時序控制環(huán)節(jié)，即利用繼電器機械物理觸點的串/并聯(lián)、通/斷實現(xiàn)各種邏輯控制。</p><p>　　為保證主電網(wǎng)或應(yīng)急電網(wǎng)不同時供電，由應(yīng)急電站與主電站之間的電氣聯(lián)鎖實現(xiàn)：主電站正常時，主發(fā)電機（G1、G2、G3）經(jīng)主開關(guān)（ACB1、AC

88、B2、ACB3）向主電網(wǎng)MSB供電，同時經(jīng)主配電板開關(guān)MCB和聯(lián)絡(luò)開關(guān)EMCB應(yīng)急電網(wǎng)ESB供電。此時，應(yīng)急發(fā)電機不能起動、合閘，應(yīng)急電網(wǎng)ESB可視為主電網(wǎng)MSB的一部分。主電站失電，應(yīng)急配電板上的聯(lián)絡(luò)開關(guān)EMCB自動分閘，經(jīng)延時確認，應(yīng)急發(fā)電機GE在45s內(nèi)自動起動、EACB自動合閘向“重要設(shè)備”供電。主電站恢復(fù)供電，則EACB應(yīng)自動分閘切斷供電，應(yīng)急發(fā)電機立即自動停車（圖4.2所示）。</p><p>　　圖

89、4.2船舶應(yīng)急電站示意圖</p><p>　　采用繼電器的應(yīng)急發(fā)電機控制系統(tǒng)，接點多，線路復(fù)雜，尤其是因設(shè)置允許三次重復(fù)起動需確認各信號延時的情況下，需設(shè)置多個時間繼電器。而船舶環(huán)境惡劣（例如縱傾橫搖、振動、溫度、濕度、油霧、鹽霧、霉菌等），若維護不當，主電站失效時應(yīng)急發(fā)電機可能無法起動，嚴重威脅船舶安全。為此，有必要改進應(yīng)急發(fā)電機控制系統(tǒng)，而如今電子技術(shù)的快速發(fā)展為此提供了有利條件。本文根據(jù)船舶應(yīng)急電站與主電站

90、的關(guān)系以及應(yīng)急電站的控制要求，在應(yīng)急電網(wǎng)、主配電板開關(guān)MCB和聯(lián)絡(luò)開關(guān)EMCB、應(yīng)急發(fā)電機組等硬件基礎(chǔ)上，設(shè)計基于PLC及其控制軟件替代繼電器（接觸器）的應(yīng)急電站自動控制系統(tǒng)[12]。</p><p>　　4.2主電網(wǎng)失電時船舶應(yīng)急電站輔機起動設(shè)計</p><p>　　船舶柴油機可以有電動起動和壓縮空氣起動兩種方式。電動起動一般用于應(yīng)急發(fā)電機的原動機，由蓄電池供電給直流伺服電動機，帶動柴油

91、機轉(zhuǎn)動直到其起動完畢。主發(fā)電機組一般采用壓縮空氣啟動（在本文中就不說明）。點主電網(wǎng)失電的時候EMCB斷開，經(jīng)過確認后應(yīng)急開關(guān)閉合，啟動應(yīng)急發(fā)電機。</p><p>　?。?）能對自動起動的各種準備工作進行邏輯判斷和監(jiān)視。因為船舶主電網(wǎng)不知道在何時失電，船舶應(yīng)急輔機隨時都會起動。</p><p>　　（2）接到起動指令時（當主電網(wǎng)失電時）能自動起動柴油機。當轉(zhuǎn)速和滑油壓力達到規(guī)定值時，能發(fā)出

92、起動成功信號。</p><p>　?。?）一個啟動指令可以允許啟動三次，如果三次啟動都失敗，系統(tǒng)會給出一個啟動失敗的信號并發(fā)出警報，以便工作人員采取其他措施解除故障。</p><p>　　（4）適當控制起動時的給油量。柴油機自行發(fā)火后馬上切斷起動動力源。</p><p>　?。?）當轉(zhuǎn)速上升到90%的額定值時，判定完成了整個起動加速程序。自動切斷本機的預(yù)潤滑系統(tǒng)，并

93、經(jīng)延時（約30秒）后，開始對本機的滑油壓力進行監(jiān)視。這是因為柴油機自帶的滑油泵在潤滑系統(tǒng)中建立必要的油壓需要一定的時間。剛起動時，滑油壓力尚未達到應(yīng)有數(shù)值，這是正?，F(xiàn)象。若不經(jīng)延時接入監(jiān)視，它將立即發(fā)出“油壓低”的錯誤信號，造成不必要的報警，甚至是自動停機。柴油機所需要的其他監(jiān)視則無需延時。</p><p>　?。?）具有超速保護。即當柴油機轉(zhuǎn)速超過額定值15%時，延時5秒停機。同時發(fā)出報警信號，禁止柴油機再次起

94、動。</p><p>　　圖4.3是本設(shè)計中自動起動部分的程序設(shè)計框圖：</p><p>　　圖4.3自動起動部分的程序設(shè)計框圖</p><p>　　4.3當主電網(wǎng)恢復(fù)正常供電時船舶應(yīng)急電站輔機停機設(shè)計</p><p>　　電主電站與應(yīng)急電站采取電氣聯(lián)鎖，當主電網(wǎng)恢復(fù)供電的時候應(yīng)急電站需要停止供電?？刂撇裼蜋C停機時，只需要切斷燃油供給，機器就

95、會自動停下來。但是也需注意，不同型號的機器可能有不同的要求。突然停機，也許是某些機器的性能不能接受的，它可能要求在中速下先運行一段時間，待溫度逐漸降低后才允許斷油停機，所以要有中速運行部分。但其過程成中必須要打開EACB開關(guān)，和閉合EMCB。</p><p>　　當運行機組檢測到主電站恢復(fù)供電的時候接到“停機”指令后，即按應(yīng)有的程序自動停機，停機完成后，發(fā)出“停機成功”信號，并應(yīng)自動接通預(yù)潤滑系統(tǒng)，為下一次的起動

96、做好一切準備。</p><p>　　如果因為柴油機本身的故障（一般有：起動失敗、滑油壓力低、冷卻水溫度高、排煙溫度高、超速等等）而導(dǎo)致的停機時，應(yīng)發(fā)出“阻塞”信號，使該機的自動起動控制阻塞，并發(fā)出報警信號。待工作人員排除故障，手動“解除阻塞”后，才恢復(fù)自動功能（圖4.4是本設(shè)計中自動停機部分的程序設(shè)計框圖）。</p><p>　　圖4.2 自動停機程序框圖</p><p

97、>　　圖4.4自動停機部分的程序設(shè)計框圖</p><p>　　4.4PLC的I/O接口分配</p><p>　　根據(jù)需要，把PLC的I/O接口和中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器作如下分配：</p><p><b>　　(1)輸入接口</b></p><p>　　X000-------主電網(wǎng)失電</p>

98、<p>　　X001-------外部準備未完成信號</p><p>　　X002-------外部準備完成信號</p><p>　　X003-------轉(zhuǎn)速檢測達標信號</p><p>　　X004-------運行轉(zhuǎn)速達標信號</p><p>　　X005-------加速完成信號</p><p>　　

99、X006-------主電網(wǎng)恢復(fù)供電</p><p>　　X007-------轉(zhuǎn)速反饋</p><p>　　X010-------緊急停機</p><p>　　X011-------小于點火n</p><p>　　X012-------大于點火n</p><p><b>　　(2)輸出接口</b>

100、;</p><p>　　Y000-------啟動指令</p><p>　　Y001-------EACB閉合，EMSB打開</p><p>　　Y002-------檢查外部情況</p><p>　　Y003-------指令下傳</p><p>　　Y004-------點火啟動</p><p&

101、gt;　　Y005-------加速</p><p>　　Y006-------檢測運行轉(zhuǎn)速</p><p>　　Y007-------啟動成功</p><p>　　Y010-------油壓監(jiān)視</p><p>　　Y011-------應(yīng)急電網(wǎng)供電</p><p>　　Y017-------起動失敗、報警、阻塞&l

102、t;/p><p>　　Y012-------停機指令</p><p>　　Y013-------EACB打開，EMSB閉合</p><p>　　Y014-------減速</p><p>　　Y015-------斷油</p><p>　　Y016-------點火轉(zhuǎn)速檢測</p><p>　　Y0

103、20-------停機成功</p><p>　　Y021-------向總體匯報 </p><p>　　Y022------應(yīng)急電站停止供電</p><p>　　Y023------停機失敗、報警</p><p>　　Y024------停機失敗后向總體匯報</p><p>　?。?）中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器&l

104、t;/p><p>　　M0---------起動指令正常</p><p>　　M1---------一次點火失敗</p><p>　　M2---------加速自鎖</p><p>　　M3---------自鎖</p><p>　　M4---------起動成功向總體匯報</p><p>　　T0

105、---------點火計時5秒</p><p>　　T1---------報警計時30秒</p><p>　　T2---------加速計時30秒</p><p>　　T3---------起動成功延時30秒</p><p>　　T4---------中速運行計時300秒</p><p>　　T5---------正常

106、斷油計時10秒</p><p>　　T6---------點火轉(zhuǎn)速檢測大于點火n時的斷油計時10秒</p><p>　　C1---------點火失敗計數(shù)</p><p>　　4.5系統(tǒng)硬件電路設(shè)計</p><p>　　系統(tǒng)的部分硬件電路設(shè)計如圖4.5所示：</p><p>　　圖4.5系統(tǒng)部分硬件電路</p&g

107、t;<p>　　4.6PLC梯形圖設(shè)計</p><p>　　4.6.1自動啟動梯形圖</p><p>　　4.5PLC梯形圖設(shè)計</p><p>　　4.5.1自動起動梯形圖</p><p>　　圖4.4 自動起動梯形圖</p><p>　　圖4.6 自動起動梯形圖</p><p>

108、;　　4.6.2自動停機梯形圖</p><p>　　圖4.7 自動停機梯形圖</p><p><b>　　4.7相應(yīng)指令表</b></p><p>　　4.6.1自動起動指令表</p><p>　　圖4.8自動起動指令表</p><p>　　4.7.2自動停機指令表</p><

109、p>　　圖4.9 自動停機指令表</p><p>　　第5章 對本設(shè)計的總結(jié)和展望</p><p>　　本文對船舶應(yīng)急電站自動控制系統(tǒng)中的柴油機自動起動、自動停機、轉(zhuǎn)速檢測、溫度測量與顯示、外部顯示與報警電路進行了軟硬件的設(shè)計，較好地完成了預(yù)定的設(shè)計目標，具有一定的可行性。</p><p>　　在本自動控制系統(tǒng)的設(shè)計過程中，曾參閱了大量相關(guān)的設(shè)計和技術(shù)文章，并