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

1、<p><b>　　本科畢業(yè)設(shè)計</b></p><p>　　基于PLC的船舶機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級 電氣工程及其自動化 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號

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>　　船舶正常航行過程中，船舶各種設(shè)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(shí)時的準(zhǔn)確的得到設(shè)備的運(yùn)行情況數(shù)據(jù)，使輪機(jī)值班員在集控室中就能對各個設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行可靠的掌握，就需要有一套實(shí)時可靠的機(jī)艙監(jiān)控報警系統(tǒng)。船舶機(jī)艙自動監(jiān)控系統(tǒng)是機(jī)艙自動化的重要組成部分，其核心內(nèi)容是對機(jī)艙設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)和故障信息的采集和處理，當(dāng)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)超過系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定的門限值時，系統(tǒng)發(fā)出聲光報警提醒有關(guān)人員，從而保證了船舶的運(yùn)行安全，提高了故障預(yù)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(jī)艙自動化監(jiān)控報警系統(tǒng)主要是由繼電器和半導(dǎo)體邏輯電路構(gòu)成，己經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)階段機(jī)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(yīng)現(xiàn)代造船機(jī)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(jī)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(jī)系統(tǒng)結(jié)合產(chǎn)生了船舶綜合監(jiān)控系統(tǒng)，使船舶機(jī)艙自動化進(jìn)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(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng), 采用三菱FX2N-64MR作為主控制模塊，運(yùn)用FXGP/WIN-C進(jìn)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(shí)現(xiàn)了實(shí)時數(shù)據(jù)的監(jiān)控和處理，使機(jī)艙監(jiān)測報警系統(tǒng)的各項(xiàng)功能能夠?qū)崿F(xiàn)。為實(shí)現(xiàn)船舶機(jī)艙的自動化、智能化管理提供了一種實(shí)用的解決方案。</p><p>　　關(guān)鍵詞: 可控編程控制器（P

6、LC）;機(jī)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(jī)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(luò)技術(shù)2</p><p>　　1.2 本文主要工作3</p><p>　　第2章 機(jī)艙監(jiān)測報警系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計4</p><p>　　2.1 機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)簡介4</p><p>　　2.2 機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)原理4</p><p>　　2.3 機(jī)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(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范相關(guān)要求6</p><p>　　2.4 設(shè)計方案6</p><p>　　2.4.1 系統(tǒng)技術(shù)規(guī)格7</p><p>　　2.4.2 監(jiān)測點(diǎn)明細(xì)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(luò)通信8</p><p>　　2.5 供電設(shè)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(shè)計10</p><p>　　2.7.1 運(yùn)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(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)下位機(jī)PLC邏輯實(shí)現(xiàn)12</p><p>　　3.1 三菱FX2N系列PLC及其擴(kuò)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(diǎn)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(kuò)展16</p><p

20、>　　3.1.6 系統(tǒng)開關(guān)量和模擬量輸入接口的擴(kuò)展17</p><p>　　3.1.7 硬件的實(shí)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(jié)構(gòu)19</p><p>　　3.2.2 信號采集和控制程序19<

21、/p><p>　　第4章 機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)人機(jī)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(jié)23</b></p><p>　　致 謝錯誤!未定義書簽。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)24</b></p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　船舶機(jī)艙監(jiān)

23、控系統(tǒng)作為輪機(jī)自動化的一個重要內(nèi)容，主要用于檢測機(jī)艙內(nèi)各種設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及其參數(shù)，當(dāng)被測點(diǎn)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(jī)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(diǎn)，輪機(jī)人員也可選點(diǎn)顯示監(jiān)控。這就讓管理者準(zhǔn)確及時地做出決策，從而增加了船舶設(shè)備和人員的安全系數(shù)，值班輪機(jī)員要了解機(jī)艙設(shè)備的運(yùn)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(jī)艙中實(shí)地巡察，這使得船舶輪機(jī)管理

24、工作在減輕輪機(jī)員工作強(qiáng)度的同時達(dá)到了更及時更準(zhǔn)確更可靠的效果。</p><p>　　低成本、高效益、無事故是機(jī)艙監(jiān)控報警系統(tǒng)的目標(biāo)，船舶系統(tǒng)自動化程度的不斷提高導(dǎo)致的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜化以及船東非常關(guān)注減員增效這些情況迫使船舶設(shè)備的自動化程度、維修性和可靠性提出了更高的要求，準(zhǔn)確及時的監(jiān)控船舶設(shè)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(jì)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(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)加強(qiáng)研究，現(xiàn)已有一些技術(shù)成果得到了實(shí)際應(yīng)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。現(xiàn)在，我國己經(jīng)步入了世界造船大國的行列?，F(xiàn)代造船工程技術(shù)繁雜，其中擁有許多高尖技術(shù)，盡管我國造船工業(yè)發(fā)展迅速，但技術(shù)水平與國際先進(jìn)水平仍差距很大，尤其是高端技術(shù)。國內(nèi)船用設(shè)備國產(chǎn)率甚至不足一半，自動化設(shè)備主要來源于進(jìn)口。因此，研發(fā)出先進(jìn)實(shí)用的船舶機(jī)

26、艙監(jiān)控系統(tǒng)，將大幅度降低國內(nèi)船舶制造和運(yùn)營成本，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)和社會效益，在這方面進(jìn)一步深入的研究具有深遠(yuǎn)的意義。</p><p>　　本文的意義在于，通過對各類船舶機(jī)艙監(jiān)測報警系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和研究以及對其發(fā)展的方向的展望設(shè)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(shí)船需求的系統(tǒng)，以便對將來從事類似的船舶機(jī)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(jī)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(jī)艙監(jiān)測報警技術(shù)是隨著控制理論、計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)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(diǎn)是趨于模塊化、智能化、網(wǎng)絡(luò)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(jī)為基礎(chǔ)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(shù)的機(jī)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(yīng)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(jī)結(jié)合，船舶監(jiān)控系統(tǒng)通過軟件來實(shí)現(xiàn)大量功能，采用總線技術(shù)實(shí)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(shù)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(jī)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(guān)組織或機(jī)構(gòu)獨(dú)立或聯(lián)合研究開發(fā)。例如中國科學(xué)院電子學(xué)研究所、天津大學(xué)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(xué)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(jī)艙自動化系統(tǒng)軟件V2.O”系統(tǒng)和上海三進(jìn)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(luò)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(shù)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(luò)結(jié)構(gòu)的Integrate Automation System，控制層和設(shè)備層采用Advant OCS(Open Control System)，即開放式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)信息層采用以太網(wǎng)。這些都是應(yīng)用較廣的機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)。</p><p>　　1.1.3 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)</p><p>　　隨著微處理器和計算機(jī)功能的增強(qiáng)和價格的下降

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

33、機(jī)系統(tǒng)得到結(jié)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(luò)的簡稱，它被廣泛應(yīng)用于離散控制領(lǐng)域。同一般的通信總線相比，CAN的信號傳輸采用短幀結(jié)構(gòu)，傳輸時間短，具有自動關(guān)閉功能和較強(qiáng)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(shí)時性和可靠性等優(yōu)點(diǎn)，很多船舶設(shè)備都擁有CAN接口，CAN總線技術(shù)是目前國際上廣泛看好的機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。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(jī)艙監(jiān)控高層網(wǎng)絡(luò)的首選，在擁有網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的綜合監(jiān)控系統(tǒng)中正得到廣泛的應(yīng)用，</p><p>　　另外，美國BP公司已將無線傳感器技術(shù) WSN(Wireless Sensor Networks) 應(yīng)用到油輪的遠(yuǎn)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(luò)技術(shù)能更加靈活可靠的實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能。隨著無線技術(shù)的發(fā)展，基于無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的機(jī)艙監(jiān)控報警系統(tǒng)勢必成為船舶未來網(wǎng)絡(luò)技術(shù)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(shè)計一套實(shí)用可靠的船用機(jī)艙監(jiān)控報警系統(tǒng)，并對監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計進(jìn)行介紹。本文工作內(nèi)容有：1.對課題的背景和意義，機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行了闡述。2.對機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)計、電纜的選型、燈板的設(shè)計和報警系統(tǒng)等。3.利用PLC使機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)得到實(shí)現(xiàn)。主要有PLC介紹、P

36、LC模塊擴(kuò)展、PLC站點(diǎn)間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和一些相應(yīng)的PLC程序。4.機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)軟件的設(shè)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(jié)。</p><p>　　第2章 機(jī)艙監(jiān)測報警系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　2.1 機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)簡介</p><p>　　機(jī)艙監(jiān)控報警系統(tǒng)對全船重要電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)和安全信息進(jìn)行監(jiān)測，給船舶設(shè)備和人員提

37、供安全保障，從而實(shí)現(xiàn)船舶的安全穩(wěn)定運(yùn)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(dá)到這些實(shí)際要求，船舶機(jī)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(jié)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(jī)艙監(jiān)控報警系統(tǒng)。</p><p>　　本系統(tǒng)設(shè)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(gòu)思框圖</p><p>　　據(jù)圖顯示，系統(tǒng)先由安裝在船舶設(shè)備現(xiàn)場的傳感器監(jiān)測得到機(jī)艙中各測點(diǎn)的信息數(shù)據(jù)，再由分布式I/O負(fù)責(zé)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(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，將情況傳送至上位計算機(jī)進(jìn)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(jī)完成。</p><p>　　本系統(tǒng)集采集信號、控制系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)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(jī)、輔機(jī)及其它動力設(shè)備等系統(tǒng)的運(yùn)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(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)測、報警等功能。系統(tǒng)按模塊化、標(biāo)

40、準(zhǔn)化設(shè)計，把整個機(jī)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(jī)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(jìn)行延伸至駕駛室、輪機(jī)長及有關(guān)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(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)原理</p><p>　　在有了系統(tǒng)構(gòu)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(jìn)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(diǎn)去控制指示燈、蜂鳴器或控制電磁閥, 做出相應(yīng)報警。利用485 標(biāo)準(zhǔn)的通信口將報警延伸至集控室、駕駛室、輪機(jī)長或相關(guān)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(jī)和輔機(jī)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(jìn)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(jī)失靈,柴油機(jī)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(shè)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(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)原理圖</p><p>　　當(dāng)各輸入信號均為高電平狀態(tài)時表示各設(shè)

43、備運(yùn)行正常，此時監(jiān)測系統(tǒng)顯示一切正常。當(dāng)某個監(jiān)控點(diǎn)發(fā)生故障時，該信號點(diǎn)輸入出現(xiàn)下降沿，系統(tǒng)發(fā)出對應(yīng)的報警，打印機(jī)打印出報警的具體時間和故障的地點(diǎn)。當(dāng)系統(tǒng)任一監(jiān)測點(diǎn)發(fā)出報警，報警指示燈發(fā)出相應(yīng)信號的報警，蜂鳴器發(fā)出蜂鳴報警。另外系統(tǒng)應(yīng)具有消聲和自檢等操作和控制功能。</p><p>　　2.3 機(jī)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(shè)計，首先要了解系統(tǒng)的基本功能、相關(guān)

44、規(guī)范和技術(shù)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(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)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(shè)備實(shí)時運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)和報警時報警點(diǎn)相關(guān)

45、信息。列表顯示根據(jù)功能不同又可分為設(shè)備實(shí)時的狀態(tài)顯示、設(shè)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(diǎn)名稱和對應(yīng)編號、實(shí)時狀態(tài)數(shù)據(jù)、功能簡碼、相關(guān)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(yùn)行和報警狀態(tài)。</p><p><b>　?。?）數(shù)據(jù)監(jiān)測</b></p><p>　　監(jiān)控系統(tǒng)要對機(jī)艙中重要電氣設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)和系

46、統(tǒng)的實(shí)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(jī)監(jiān)測人員可簡單便捷的與設(shè)定限值進(jìn)行比較，同時發(fā)生報警時，系統(tǒng)能及時的給相關(guān)人員進(jìn)行報警信息反饋。為了更直觀方便的監(jiān)測數(shù)據(jù)，設(shè)計系統(tǒng)時還經(jīng)常提供一些模擬圖，在監(jiān)控設(shè)備和系統(tǒng)的原理圖基礎(chǔ)上，將設(shè)備做成較為具體的實(shí)物的視圖圖形，再將實(shí)時數(shù)據(jù)，參數(shù)范圍和報警信息等內(nèi)容顯示在對應(yīng)位置，監(jiān)測人員就可以輕松的了解到各設(shè)備的實(shí)時狀態(tài)了。</p><p>

47、<b>　　（3）報警打印</b></p><p>　　系統(tǒng)打印報警日志，主要是將各設(shè)備監(jiān)測點(diǎn)各階段運(yùn)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(jī)打印輸出，變成書面形式進(jìn)行查詢和貯存。一般打印內(nèi)容會按照監(jiān)控主機(jī)監(jiān)控軟件的設(shè)置要求自動打印各種不同類型的日志，如船舶所有設(shè)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(diǎn)相關(guān)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(rèn)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(jī)的同時，也將被歷史數(shù)據(jù)庫中記錄，實(shí)現(xiàn)電子形式進(jìn)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(shè)備正常運(yùn)行或停機(jī)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(yīng)發(fā)出警報，所以應(yīng)通過切斷報警線路或?qū)ΡO(jiān)控主機(jī)監(jiān)控進(jìn)行相關(guān)設(shè)置設(shè)置，從而抑制相關(guān)監(jiān)測點(diǎn)的監(jiān)視和報警。</p><p><b>　?。?）報警延伸</b></p><p>　　對于無人機(jī)艙監(jiān)測系統(tǒng)，就要將監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)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(jī)艙管理人員的

50、房間，實(shí)現(xiàn)聲光提示報警。</p><p><b>　　（7）系統(tǒng)自檢</b></p><p>　　若系統(tǒng)本身出現(xiàn)故障時，應(yīng)能夠自動進(jìn)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(yùn)行。</p><p>　　2.3.2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范相關(guān)要求</p><p>　　對于應(yīng)用于海船上的設(shè)備系統(tǒng)，必須得到船級社的認(rèn)證以及船

51、檢部門的一系列檢驗(yàn)，包括圖紙的審查以及硬件的各種試驗(yàn)。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(jī)艙監(jiān)視報警裝置技術(shù)條件》對船舶設(shè)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(guān)規(guī)范。</p><p>　　下面是幾條關(guān)鍵性要求的摘錄:</p><p>　　（1）報警裝置正常工作的環(huán)境條件：環(huán)境溫度:0~55℃；當(dāng)溫度小于或等于40℃時，

52、相對濕度可以達(dá)到95~100%，當(dāng)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(shè)備發(fā)生故障的情況時，報警系統(tǒng)應(yīng)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(yīng)答確認(rèn)、消聲等)、故障才被消除。</p><p&

53、gt;　?。?）若報警己經(jīng)應(yīng)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(yīng)再次發(fā)出視覺和聽覺報警信號。另外，瞬時的故障信號導(dǎo)致的報警在應(yīng)答前要予以保持。</p><p><b>　　2.4 設(shè)計方案</b></p><p>　　對于一個復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計首先要明確設(shè)計思路，如圖2.3為本系統(tǒng)的設(shè)計流程圖。在機(jī)艙系統(tǒng)設(shè)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(jìn)行各種設(shè)備選型和程序編寫，最后進(jìn)行驗(yàn)收交付。</p><p>　　圖2.3 系統(tǒng)設(shè)計流程</p><p>　　2.4.1 系統(tǒng)技術(shù)規(guī)格</p><p>　　船舶機(jī)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(hù)維修方便，如備件更換和故障排除方便，平均故障修復(fù)時間要在60分鐘以下。船用設(shè)備的易維修性能不僅關(guān)系到船舶設(shè)備和人員的安全，也關(guān)系到船舶運(yùn)營成本的問題。</p><p>　　根據(jù)本系統(tǒng)設(shè)計的要求，此系統(tǒng)的其他一些技術(shù)規(guī)格要求如下：</p><p>　　（1）系統(tǒng)必須滿足中國船級社《鋼質(zhì)海船入級規(guī)范》中關(guān)于輪機(jī)自動化的有關(guān)規(guī)定和要求。</p><p>　　(2)系統(tǒng)

56、能夠接收并處理機(jī)艙的模擬量及開關(guān)量信號，進(jìn)行相應(yīng)的狀態(tài)顯示和報警，能接收其它設(shè)備(通訊方式RS485等)傳來的信號，并對相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。</p><p>　　（3）本系統(tǒng)由于沒有針對具體規(guī)格的船舶設(shè)備，導(dǎo)致測點(diǎn)容量不能確定，因此應(yīng)具有靈活的模塊擴(kuò)展功能和通信功能，系統(tǒng)應(yīng)配置有報警燈板和運(yùn)行燈板對船舶設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行實(shí)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(jī)艙

57、管理人員的房間。</p><p>　　2.4.2 監(jiān)測點(diǎn)明細(xì)表編制</p><p>　　監(jiān)測點(diǎn)明細(xì)表是進(jìn)行機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)，必須保證各點(diǎn)統(tǒng)計和標(biāo)注絕對準(zhǔn)確和全面。機(jī)艙各系統(tǒng)參數(shù)點(diǎn)繁雜，既有模擬量，又有開關(guān)量，系統(tǒng)規(guī)模有大有小，從幾十點(diǎn)到上千點(diǎn)不等，標(biāo)記各個點(diǎn)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(diǎn)編號時，規(guī)則一般是編號前面為各系統(tǒng)設(shè)備編號，后面為系統(tǒng)內(nèi)測點(diǎn)序號，各子系統(tǒng)內(nèi)測點(diǎn)序號按照模擬量和開關(guān)量分開，例如編號“101”，即定義“l(fā)”為l#主機(jī)，“01”就是說l#主機(jī)的第一個監(jiān)測點(diǎn)。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(diǎn)編號，軟件顯示的測點(diǎn)編號，PLC外設(shè)端口分配順序、各模塊接線編號等得到統(tǒng)一。可以預(yù)見合理有序的對測點(diǎn)進(jìn)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(hù)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(jìn)行具體的監(jiān)測點(diǎn)明細(xì)表的編制。</p><p>　　2.4.3 主控模塊選擇</p><p>　　船舶機(jī)艙設(shè)備多種多樣，各設(shè)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(biāo)準(zhǔn)接口多樣、擴(kuò)展靈活方便等特點(diǎn)的控制器尤為重要。經(jīng)過查閱相關(guān)資料以及從自己學(xué)習(xí)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(shè)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(shè)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(hù)和管理簡單等特點(diǎn)，另外，其輸入輸出接口擴(kuò)展靈活方便的特點(diǎn)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(luò)系統(tǒng)設(shè)定擁有RS485通訊接口通信給PLC外，各有一些開關(guān)量和模擬量的輸入點(diǎn)。因此需要對應(yīng)的一些通信模塊及模擬量功能擴(kuò)展模塊。另外考慮到現(xiàn)場有部分監(jiān)測點(diǎn)可能需要調(diào)整，模塊應(yīng)留有一些輸

61、入輸出余量或?qū)δK進(jìn)行擴(kuò)展從而滿足設(shè)計要求，選用的FX2N系列屬于中小型PLC，可靈便擴(kuò)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(kuò)展板，F(xiàn)X2N-4AD模塊用于模擬控制。船舶機(jī)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(diǎn)控制要求也各有不同，本系統(tǒng)對這些運(yùn)行參數(shù)能較好地處理。</p><p>　　2.4.4 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)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(jī)相連實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)通信。</p><p><b>　　2.5 供電設(shè)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?？稍陬~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(guān)電源提供穩(wěn)定的DC24V替代，下文介紹。</p><p>　　對于一個獨(dú)立的系統(tǒng)，要保證其穩(wěn)定運(yùn)行，就需要系統(tǒng)安全正常的給其供電。在系統(tǒng)設(shè)計時就應(yīng)考慮供電的設(shè)計，供電設(shè)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(dāng)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(dāng)機(jī)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(jìn)行穩(wěn)壓，然后供應(yīng)給負(fù)載使用，另外，UPS還能向機(jī)內(nèi)電池充電;當(dāng)主電源失電時，它立即將機(jī)內(nèi)電池的電能，通過逆變向負(fù)載繼續(xù)供應(yīng)220V交流電，使負(fù)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(yīng)急供電，從而保證機(jī)艙設(shè)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(jī)內(nèi)部運(yùn)行數(shù)據(jù)、提高電源質(zhì)量，防止各種停電事故對設(shè)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(jī)應(yīng)用與檢驗(yàn)指南》中對電源作了相關(guān)規(guī)定“如系統(tǒng)因失電會導(dǎo)致重要數(shù)據(jù)丟失時，應(yīng)設(shè)有不間斷備用電源至少持續(xù)供電30min”。關(guān)于UPS容量大小的計算需向船級

67、社提交相關(guān)報告，船級社將會進(jìn)行相關(guān)審查認(rèn)可，以及存檔備查。UPS容量計算時，計算機(jī)、顯示器、打印機(jī)、報警燈等都應(yīng)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(yīng)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(dāng)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(yùn)行。若半小時后主電源仍不能恢復(fù)，此時應(yīng)急充放電板的D

68、C24V可以供應(yīng)給PLC系統(tǒng)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和報警功能仍可實(shí)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(jī)艙實(shí)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(dá)到規(guī)范所要求的基礎(chǔ)上，還應(yīng)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(jié)水的場所、機(jī)器處所等條件差的地點(diǎn)環(huán)境，在其他任何地點(diǎn)鋪設(shè)的電纜其外護(hù)套最低要求為非金屬以及金屬不透性護(hù)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(dá)到一定的防火、抗電磁干擾、防擠壓、耐腐蝕耐油、可行性鋪設(shè)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(hù)套、銅導(dǎo)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(dǎo)線最高工作溫度可達(dá)到250℃（短路時），正常工作時為80℃。聚氯乙烯外護(hù)套屬于非金屬不透性護(hù)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(shù)是以傳感技術(shù)、電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)等技術(shù)為基礎(chǔ)的一門綜合型應(yīng)用技術(shù)，它是組成信息技術(shù)的

71、重要部分。信息技術(shù)包括信息獲取、傳輸、處理、存儲、顯示和應(yīng)用等。信息獲取技術(shù)是信息技術(shù)的基礎(chǔ)和前提，而數(shù)據(jù)采集技術(shù)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(jī)系統(tǒng)中進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(diǎn)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(diǎn)信號直接從設(shè)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(yīng)一個點(diǎn)，使信號更具有可靠性。本系統(tǒng)中硬接線信號包括設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、報警、試燈、消聲、確認(rèn)等信號。</p><p>　　一般從其它設(shè)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(shè)備的相應(yīng)通訊協(xié)議進(jìn)行解析和校驗(yàn)，然后再讀取所需的有效數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)中主、副機(jī)等設(shè)備均提供有RS485接口，能方便的實(shí)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(guān)鍵設(shè)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(guān)電源等。本系統(tǒng)采集站放置在機(jī)艙集控室。</p><p>

74、;　　本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集按種類分有開關(guān)量數(shù)字信號采集和模擬量信號采集兩種。對于開關(guān)量數(shù)字信號采集，可以直接在PLC緩存區(qū)讀取對應(yīng)點(diǎn)的通道實(shí)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(jìn)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(jī)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(dǎo)致競爭，所有的通信過程由機(jī)

75、艙監(jiān)控計算機(jī)控制，采用上位監(jiān)控主機(jī)主導(dǎo)命令和響應(yīng)方式。PLC沒有與監(jiān)測計算機(jī)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(shè)計</b></p><p>　　燈板的設(shè)計要求能夠滿足船級社相關(guān)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(yùn)行指示燈板</p><p>　　系統(tǒng)對一些設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，除了要在監(jiān)控報警計算機(jī)上進(jìn)行顯示，還要使用專用的燈板對這些設(shè)備的情況進(jìn)行指示，這樣能有效防止在上位監(jiān)控主機(jī)發(fā)生故障時而導(dǎo)致不能準(zhǔn)確的了解設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的缺點(diǎn)。指示燈板只需要對部分重要的設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)顯示。確定了監(jiān)控點(diǎn)以后，要將其進(jìn)行分類，一般分為電源指示、風(fēng)機(jī)、泵類、空壓機(jī)和其他設(shè)備及系統(tǒng)五類。泵類與空壓機(jī)作為起停頻繁的動力設(shè)備，要分別單獨(dú)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(yùn)行燈板上所有點(diǎn)的信號進(jìn)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(jī)和其他設(shè)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(fēng)機(jī)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(yùn)行指示 燈板上指示的信號為監(jiān)控點(diǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)

78、，所有LED運(yùn)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(guān)鍵設(shè)備（如主機(jī)、副機(jī)、主配電板、火災(zāi)報警裝置、舵機(jī)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(jī)艙管理人員的房間。本系統(tǒng)按將采取每個設(shè)備系統(tǒng)取一個綜合報警信號（如主機(jī)綜合報警信號、副機(jī)綜合報警信號等）進(jìn)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(yīng)

79、設(shè)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(dú)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(yīng)能提供報警設(shè)備和報警等級等相關(guān)性息。</p><p>　　聲光報警信號實(shí)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(shè)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(shè)備主要是設(shè)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(shè)備監(jiān)控點(diǎn)中，有很大一部分監(jiān)控點(diǎn)報警并不需要PLC進(jìn)行聲光報警處理，

81、這些監(jiān)控點(diǎn)報警信號只需采集并存貯好，然后送到上位機(jī)的監(jiān)控軟件顯示或在控制臺上的運(yùn)行燈板上進(jìn)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(guān)量的報警狀態(tài)只需判斷信號是否被抑制就能進(jìn)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(jī)軟件來設(shè)置，然后存入PLC進(jìn)行邏輯判斷后進(jìn)行報警判斷。</p><p>　　第3章 機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)下位機(jī)PLC邏輯實(shí)現(xiàn)</p><

82、p>　　3.1 三菱FX2N系列PLC及其擴(kuò)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(shí)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(yùn)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(jī)(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(shè)計的專用計算機(jī)，盡管其品種繁多，結(jié)構(gòu)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(jìn)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(guān) 指示燈</p><p>　　KV觸點(diǎn)

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(jī)</b></p><p><b>　　計算機(jī)</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(jié)構(gòu)與計算機(jī)類似，主要包括微處理器、存儲器、I/O接口、電源、擴(kuò)展和外設(shè)接口等。</p><p>　　3.1.2 PLC的特點(diǎn)及發(fā)展趨勢</p><p>　　在PLC出現(xiàn)以前，機(jī)械控制系統(tǒng)基本由繼電器控制構(gòu)成。在一個復(fù)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?yàn)楦淖兞松a(chǎn)工藝而需要改變系統(tǒng)，元件的跟換和接線會是相當(dāng)漫長和昂貴的，而且系

89、統(tǒng)中有個別繼電器故障會導(dǎo)致影響到整個系統(tǒng)的正常運(yùn)行。由于元件多，接線復(fù)雜，維護(hù)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(jī)控制，PLC具有以下特點(diǎn)：</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(shí)現(xiàn)不同的控制功能。</p><p>　　（2）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(qiáng)，同時考慮到技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣和實(shí)際應(yīng)用，易于程序的編寫和修改。</p><p><b>　　（3）接線簡單</b&

91、gt;</p><p>　　PLC只需將輸入設(shè)備(如開關(guān)、按扭等)輸出設(shè)備(如繼電器、電磁閥等)與程序中對應(yīng)的輸入輸出端口相連即可。接線簡單方便。</p><p>　　（4）可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)</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(diǎn)競爭和時序失配問題，這是PLC可靠性高，抗干擾能力

92、強(qiáng)顯著特點(diǎn)的主要原因之一。</p><p>　?。?）體積小、重量輕、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)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(qiáng)，易于置入機(jī)械內(nèi)部，因此，在機(jī)電一體化中得以廣泛應(yīng)用。</p><p><b>　?。?）功能強(qiáng)</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(yùn)算和處理以及通信等。PLC可以對開關(guān)量和模擬量都進(jìn)行控制?？煽刂贫鄠€系統(tǒng)，可進(jìn)行現(xiàn)場控制，也可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制。其硬件和軟件普遍采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此可以輕易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的擴(kuò)展以和聯(lián)網(wǎng)。</p><p>　　隨著技術(shù)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(shù)和信息處理有機(jī)的結(jié)合，使其功能更加強(qiáng)大。目前，為適應(yīng)各種企業(yè)的不同需要，PLC正朝著體積更小、功能更

94、強(qiáng)、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(yùn)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(fù)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(yīng)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(jìn)行邏輯運(yùn)算，根據(jù)運(yùn)算結(jié)果刷新系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)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(diǎn)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)不變;③輸出刷新:掃描程序結(jié)束后，PLC進(jìn)行輸出刷新。CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)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(shè)，實(shí)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(jī)與PLC之間的關(guān)系是主從應(yīng)答關(guān)系，計算機(jī)擁有初始信號傳送優(yōu)先權(quán)，根據(jù)需要可以向PLC發(fā)出讀寫命令;PLC處于響應(yīng)上位機(jī)命令的被動狀態(tài)。計算機(jī)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(yīng)命令，將數(shù)據(jù)傳回計算機(jī)，計算機(jī)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(jī)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(qiáng)、速度最快的微型可編程控制器。它輕易的實(shí)現(xiàn)各種功能模塊的擴(kuò)展，可以用于輸入輸出點(diǎn)數(shù)多、控制功能復(fù)雜、要求聯(lián)網(wǎng)通信的系統(tǒng)。船舶機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)不同的船舶大小和類型導(dǎo)致監(jiān)測點(diǎn)數(shù)不同，從幾十點(diǎn)到幾千點(diǎn)不等，因此選用FX2N-64MR型，該P(yáng)LC通過

100、一些擴(kuò)展模塊能輕易增加輸入輸出點(diǎn)數(shù)從而達(dá)到系統(tǒng)要求，另外PLC內(nèi)可以安裝FX2N-485-BD通信用功能擴(kuò)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(shí)物圖，圖3.4為其基本單元外形圖。表3.1為其輸入輸出點(diǎn)數(shù)和擴(kuò)展模塊點(diǎn)數(shù)。</p><p>　　圖3.3 FX2N-64MR實(shí)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(dǎo)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(shè)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(kuò)展設(shè)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(diǎn)數(shù)和擴(kuò)展模塊點(diǎn)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(kuò)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(kuò)展板實(shí)物圖及其安裝

103、。</p><p>　　圖3.5 FX2N-485-BD實(shí)物圖 圖3.6 FX2N-485-BD的安裝</p><p>　　安裝FX2N-485-BD需要設(shè)置PLC的D8120寄存器，需要使用SWGP/WIN-C軟件來進(jìn)行串行口設(shè)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(jī)與PLC，在“PLC”下拉菜單中懸著“串行口設(shè)置（D8120）

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

105、mode”如圖3.8 D8120串口設(shè)置。點(diǎn)擊“確認(rèn)”后將PLC從新上電，設(shè)置才能生效。</p><p>　　3.1.5 PLC接口的擴(kuò)展</p><p>　　下面介紹用FX2N系列PLC開發(fā)的機(jī)艙監(jiān)測報警系統(tǒng)并對接口進(jìn)行擴(kuò)展情況等。</p><p>　　船舶機(jī)艙實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)包含有開關(guān)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(jī)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(jī)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(shí)現(xiàn)站間開關(guān)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(jī)系統(tǒng)等設(shè)備運(yùn)行狀態(tài) 輔機(jī)、發(fā)

109、電機(jī)等設(shè)備運(yùn)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(guān)量和模擬量輸入接口的擴(kuò)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(jī)艙實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)的規(guī)模大到近千點(diǎn)、小到幾十點(diǎn)不等，要使系統(tǒng)能夠滿足不同規(guī)模監(jiān)測點(diǎn)的要求，系統(tǒng)應(yīng)能夠進(jìn)行開關(guān)量和模擬輸入接