“育鯤”輪閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)的分析【輪機(jī)工程畢業(yè)論文】

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　“育鯤”輪閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)的分析</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)主要用于監(jiān)控閥門狀態(tài)和實現(xiàn)遙控

2、操作，同時監(jiān)控船舶壓載水系統(tǒng)、艙底水系統(tǒng)以及船舶吃水及縱橫傾狀態(tài)，測量水艙、油艙液位及溫度等。目前，使用PLC作為核心控制器，進(jìn)行閥門控制及數(shù)據(jù)采集與反饋的閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)正得到大力研究和推廣。經(jīng)過對“育鯤”輪閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和分析，本論文主要是為了介紹閥門遙控系統(tǒng)的原理、組成及功能；了解閥門遙控系統(tǒng)的分類。另外通過“育鯤”輪輔機(jī)艙右后污水井閥BMV38、機(jī)艙低位海水箱通海閥CMV19及由閥門遙控引起的220V絕緣低等

3、故障，介紹閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)中電液驅(qū)動頭和對LPUM-S液壓系統(tǒng)進(jìn)行MATLAB仿真分析，并提出單片機(jī)為核心的控制器的設(shè)計思路。最后對PLC控制進(jìn)行部分程序設(shè)計，介紹PLC控制系統(tǒng)監(jiān)控軟件WinCC。</p><p>　　關(guān)鍵詞：閥門遙控 LPU 故障診斷 MATLAB仿真 PLC</p><p><b>　　Abstract</b&

4、gt;</p><p>　　Valve Remote control and level gauging system is used to monitor the valve status and achieve remote operation.In the meantime,monitor the ships' ballast water system,bilge water system and

5、the ship's draft,vertical and horizontal tilting state, measure tank level,temperature and so on.At present, the use of PLC as the core controller in valve remote control and level gauging system,which is valve contr

6、ol,data collecting and feedback,is being vigorously research and extension.Through the learnin</p><p>　　Keywords: valve remote control LPU fault diagnose MATLAB Simulation PLC </p><p>&

7、lt;b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題研究的背景及意義1</p><p>　　1.2 課題的相關(guān)技術(shù)及發(fā)展?fàn)顩r1</p><p>　　1.3 論文的主要內(nèi)容2</p><p>　　第2章 閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)概述2</p><p>　　2.1 閥門遙控及

8、液位遙測系統(tǒng)介紹2</p><p>　　2.1.1 閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)的功能2</p><p>　　2.1.2 閥門遙控系統(tǒng)的分類及選擇2</p><p>　　2.2 “育鯤”輪閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)組成和原理4</p><p>　　2.2.1 閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)組成4</p><p>　　2.2.2

9、 閥門遙控子系統(tǒng)及電液驅(qū)動頭介紹4</p><p>　　2.2.3 液位遙測子系統(tǒng)及傳感器簡介11</p><p>　　2.2.4 閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)的中間控制模塊PLC及其工作原理11</p><p>　　第3章 基于PLC的閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)故障分析與診斷12</p><p>　　3.1 閥門遙控系統(tǒng)中閥門電液驅(qū)動頭的電

10、氣及液壓分析12</p><p>　　3.1.1 閥門控制的電氣分析12</p><p>　　3.1.2 LPUM-S系統(tǒng)液壓原理分析17</p><p>　　3.2 帶閥位指示器的開度閥單片機(jī)控制器設(shè)計20</p><p>　　3.3 閥門遙控故障診斷21</p><p>　　3.3.1 輔機(jī)艙右后污水井閥

11、BMV38顯示“故障”狀態(tài)的原因分析21</p><p>　　3.3.2 機(jī)艙低位海水箱通海閥CWV19故障分析22</p><p>　　3.4 由閥門遙控系統(tǒng)引起的220V絕緣低報警原因分析23</p><p>　　第4章 系統(tǒng)PLC程序設(shè)計和通信及軟件組態(tài)的分析26</p><p>　　4.1 系統(tǒng)PLC程序設(shè)計26</

12、p><p>　　4.1.1 程序說明26</p><p>　　4.2系統(tǒng)PLC的通信及WinCC人機(jī)界面技術(shù)30</p><p>　　4.2.1 閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)PLC間的通信30</p><p>　　4.2.2 閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)WinCC人機(jī)界面設(shè)計31</p><p><b>　　結(jié)論3

13、2</b></p><p><b>　　致謝32</b></p><p>　　附錄.液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)33</p><p>　　“育鯤”輪閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)的分析</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 課題研究的背景及意

14、義</p><p>　　隨著航運(yùn)業(yè)的發(fā)展以及船舶自動化程度的提高，閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)開始得到廣泛應(yīng)用，不僅能減輕船員的工作負(fù)擔(dān)，而且能提高船舶的運(yùn)營效率和安全。閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)主要用于監(jiān)控閥門狀態(tài)和實現(xiàn)遙控操作，同時監(jiān)控船舶壓載水系統(tǒng)、艙底水系統(tǒng)以及船舶吃水及縱橫傾狀態(tài)，測量水艙、油艙液位及溫度等。目前，使用PLC作為核心控制器，進(jìn)行閥門控制及數(shù)據(jù)采集與反饋的閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)正得到大力研究和推廣。

15、</p><p>　　“育鯤”輪是大連海事大學(xué)投資建造的我國首艘自行開發(fā)設(shè)計、引進(jìn)關(guān)鍵設(shè)備的專用航海教學(xué)實習(xí)船，該船采用了目前國際上先進(jìn)的閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)。它使用來自丹麥的DAMCOS公司開發(fā)閥門驅(qū)動和艙柜測量裝置，并且基于先進(jìn)可靠的西門子S7-200系列可編程邏輯控制器（PLC）控制技術(shù)，屬于閥門電液分散控制系統(tǒng)。適用于海上嚴(yán)酷的環(huán)境，節(jié)省人力、操作可靠，體現(xiàn)了船舶自動化技術(shù)的先進(jìn)性、安全性、可靠性和可擴(kuò)

16、充性。所以對“育鯤”輪閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)的研究分析是我們船電專業(yè)海上實習(xí)的重點(diǎn)，對于今后提高船舶自動化水平、提高船舶營運(yùn)安全和經(jīng)濟(jì)性都有著其重要的意義。</p><p>　　1.2 課題的相關(guān)技術(shù)及發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)中的技術(shù)主要包括：電液分散式閥門遙控系統(tǒng)方案設(shè)計和開發(fā)；閥位指示及液艙參數(shù)測量的研究；信號采集與處理技術(shù)；電液驅(qū)動頭的設(shè)計制造；模擬器的設(shè)

17、計及閥門液壓系統(tǒng)的仿真等。</p><p>　　閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)的核心是電液驅(qū)動頭與艙柜參數(shù)傳感器?，F(xiàn)在中國市場上有很多閥門驅(qū)動器的產(chǎn)品，比如Greenway公司的QT系列閥門驅(qū)動器，它用一個帶有可調(diào)末端點(diǎn)的光學(xué)絕對值編碼器替代了傳統(tǒng)的機(jī)械式末端開關(guān)。</p><p>　　閥門遙控系統(tǒng)按驅(qū)動方式分有液壓、電動、氣動驅(qū)動三種。氣動系統(tǒng)管路結(jié)構(gòu)簡單，不會對環(huán)境造成污染，但氣動驅(qū)動頭較大，

18、不利安裝，開關(guān)閥速度受氣源壓力波動影響大等，所以氣動式已很少使用。電動式閥門機(jī)械效率低，成本高且不能用于浸液的環(huán)境，大部分油船、化學(xué)品船基本不能選用，所以船舶閥門遙控系統(tǒng)主要是液壓方式。</p><p>　　目前，液位遙測系統(tǒng)也得到了快速發(fā)展。它根據(jù)現(xiàn)場傳感器采集的電信號，來實現(xiàn)液艙參數(shù)的測量?，F(xiàn)在船舶不僅要知道液艙的液位，還要隨時監(jiān)測艙內(nèi)的溫度、氣體壓力、液貨密度、重量等參數(shù)，和船的壓載、吃水、穩(wěn)性、強(qiáng)度等各種

19、狀態(tài)以確保船舶裝卸與航行的安全和液貨質(zhì)量，對測量精度、系統(tǒng)功能、可靠性都有大的要求。</p><p>　　測量液位的方法有多種，主要有壓力傳感器式、雷達(dá)式、浮子式、吹氣式以及超聲波式等。目前用于液位測量的方法主要是壓力傳感器式和雷達(dá)式。</p><p>　　1.3 論文的主要內(nèi)容</p><p>　　經(jīng)過對“育鯤”輪閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和分析，本論文主要是為

20、了介紹閥門遙控系統(tǒng)的原理、組成及功能，了解閥門遙控系統(tǒng)的分類。詳細(xì)介紹“育鯤”輪閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)中的電液驅(qū)動頭，對液位遙測子系統(tǒng)只進(jìn)行簡單介紹。另外通過“育鯤”輪閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)實例，對PLC控制進(jìn)行原理分析。之后對輔機(jī)艙右后污水井閥BMV38、機(jī)艙低位海水箱通海閥CMV19及由閥門遙控系統(tǒng)引起的220V絕緣低等故障進(jìn)行分析診斷，對LPUM-S液壓系統(tǒng)進(jìn)行MATLAB仿真分析。最后對整個系統(tǒng)進(jìn)行程序設(shè)計和軟件組態(tài)分析，并提出

21、改進(jìn)意見,包括閥的單片機(jī)控制器的設(shè)計，在程序設(shè)計中加入閥的安全保護(hù)，PLC間的通信，WinCC軟件的介紹等。</p><p>　　第2章 閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)概述</p><p>　　2.1 閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)介紹</p><p>　　2.1.1 閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)的功能</p><p>　　閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)一般具有以下幾個

22、功能：</p><p>　　（1）閥門遙控：根據(jù)操作人員的要求，實現(xiàn)船舶閥門、泵等設(shè)備的遙控操作，并能實現(xiàn)閥門狀態(tài)監(jiān)測，實時顯示遙控閥門的開關(guān)狀態(tài)，對有開度控制要求的閥門除開度指示器外，還要實現(xiàn)閥門開度在計算機(jī)等終端上的顯示。</p><p>　?。?）液艙遙測：隨時監(jiān)測各個液體艙室的液位、溫度、氣體壓力、油艙油液密度等變化情況；自動測量船舶吃水、吃水差、橫傾等數(shù)據(jù)。實現(xiàn)報警和參數(shù)的監(jiān)測如

23、液位、壓力、溫度、裝卸率以及比重。實時計算船舶當(dāng)前裝載條件下船舶吃水、船體重心、船體穩(wěn)心、排水量等各種穩(wěn)性數(shù)據(jù)。并能模擬計算船舶各種裝載狀態(tài)下的穩(wěn)性數(shù)據(jù)，實現(xiàn)抗橫傾，壓載水平衡等功能。</p><p>　?。?）故障檢測：顯示系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)信息和報警信息，檢測硬件設(shè)備和各輸入輸出設(shè)備，當(dāng)發(fā)生故障時，該系統(tǒng)能指示有關(guān)信息，供維修人員參考，也可以模擬故障樹，在人機(jī)交互界面上就能進(jìn)行故障的定位。</p>

24、<p>　　2.1.2 閥門遙控系統(tǒng)的分類及選擇</p><p>　　閥門遙控系統(tǒng)按驅(qū)動方式可分為液壓、電動、氣動驅(qū)動三種，氣動系統(tǒng)管路結(jié)構(gòu)簡單，不會對環(huán)境造成污染，但氣動驅(qū)動頭較大，不利安裝，開關(guān)閥速度受氣源壓力波動影響大等，所以氣動式已很少使用。電動式閥門機(jī)械效率低，成本高且不能用于浸液的環(huán)境，大部分油船、化學(xué)品船基本不能選用，所以船舶閥門遙控系統(tǒng)主要是液壓方式。根據(jù)液壓系統(tǒng)的不同構(gòu)成主要分為閥門液

25、壓集中控制系統(tǒng)和閥門電液分散控制系統(tǒng)。</p><p>　　（1）閥門液壓集中控制系統(tǒng)</p><p>　　閥門液壓集中控制系統(tǒng)一般由控制臺、液壓泵站、電磁閥組、液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)等部分組成如圖2-1-1所示。該控制系統(tǒng)中所有閥門的開閉采用集中控制，均由液壓泵站提供的液壓油實現(xiàn)，控制管路長而且復(fù)雜，容易漏泄，造成污染。另外無論操作哪個閥，都需要啟動液壓泵，造成能量損失，如果泵站出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)

26、都將無法工作。</p><p>　　圖2-1 閥門液壓集中控制系統(tǒng)組成圖</p><p>　　（2）閥門液壓分散控制系統(tǒng)</p><p>　　系統(tǒng)一般由監(jiān)控計算機(jī)、PLC、MIMIC控制面板、電液驅(qū)動頭、閥門等組成。由計算機(jī)、MIMIC面板等控制設(shè)備發(fā)出控制指令，控制電液驅(qū)動頭中的電機(jī)或者電磁閥，進(jìn)而改變液壓油流向，通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)達(dá)到閥門開閉的目的。同時，閥位由微動限

27、位開關(guān)將閥門的實際狀態(tài)反饋至上層控制設(shè)備，通過指示燈、計算機(jī)等顯示閥位狀態(tài)。 </p><p>　　圖2-2 閥門電液分散控制系統(tǒng)組成圖</p><p>　　2.2 “育鯤”輪閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)組成和原理</p><p>　　2.2.1 閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)組成</p><p>　　“育鯤”輪的閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)能實現(xiàn)閥門遙控、液位

28、遙測、油艙溫度、壓載水測量等多種功能，應(yīng)用在船舶壓載水系統(tǒng)、艙底水系統(tǒng)以及各個燃油艙上。主要由就地艏測量控制柜、艉測量控制柜、液位遙測及閥門遙控控制臺、計算機(jī)工作站和駕控臺遙控板等組成。由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2-3可以看出是三級結(jié)構(gòu)：閥門電液驅(qū)動頭及傳感器單元、中間控制模塊PLC、計算機(jī)工作站及MIMIC面板。</p><p>　　2-3閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　2.2.

29、2 閥門遙控子系統(tǒng)及電液驅(qū)動頭介紹</p><p>　　閥門遙控是由計算機(jī)、MIMIC面板等控制設(shè)備發(fā)出控制指令，輸出開或關(guān)的“1”信號；控制電液驅(qū)動頭中的電機(jī)和電磁閥，電機(jī)驅(qū)動液壓泵產(chǎn)生一定壓力的油壓；一種是經(jīng)過換向電磁閥進(jìn)而改變液壓油流向，另一種是正反轉(zhuǎn)工作的電機(jī)改變油流向；通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)，一種是普通的液壓缸，產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動，用于直接開關(guān)截止閥，一種是齒輪和齒條的液壓缸，可以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，用于開關(guān)蝶閥，達(dá)到閥門開

30、或閉的目的。電液驅(qū)動頭上有閥位指示器，而且閥位信號送PLC，除控制計算機(jī)顯示和MIMIC面板指示燈，還控制PLC的輸出驅(qū)動電磁閥控制電機(jī)和電磁閥等。</p><p>　　電液驅(qū)動頭是將電機(jī)、液壓泵、閥門位置指示等集成在一起，組成小型的獨(dú)立電液驅(qū)動頭，裝在每個遙控閥門上，由電信號直接控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)或者電磁閥通位來控制閥門的開關(guān)。液壓系統(tǒng)可以采用集成油路，可以省去管路的連接和接頭，降低系統(tǒng)的復(fù)雜性，增加現(xiàn)場添加和更改

31、回路的柔性，具有結(jié)構(gòu)緊湊、安裝維護(hù)方便、泄漏少、震動小、利于實現(xiàn)典型液壓系統(tǒng)的集成化和標(biāo)準(zhǔn)化等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　“育鯤”輪所采用的是DAMCOS公司生產(chǎn)的閥門電液驅(qū)動頭，其動力模塊主要有以下兩種形式：（1）LPU（2）LPUM。 </p><p><b>　?。?）LPU </b></p><p>　　LPU是電液集成系統(tǒng)，用于閥門以

32、及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的遙控，直接安裝在閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)上，在船舶領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。LPU由變量液壓泵、驅(qū)動液壓泵的電容分相的單相異步電機(jī)以及一些閥門功能模塊組成，可以通過降低可變?nèi)莘e式泵的流量來改變閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，同時電機(jī)消耗的功率也會降低。LPU主要分兩種型號：LPU-S和LPU-D。它有三種電氣控制方式，包括電力控制、PLC控制、P-NET總線控制。</p><p>　　下面是蝶閥（BRC型執(zhí)行機(jī)構(gòu)）全開和全關(guān)的運(yùn)

33、動過程。</p><p>　　圖2-4 蝶閥（BRC型執(zhí)行機(jī)構(gòu)）全關(guān)至全開的運(yùn)動過程</p><p>　　圖2-5 蝶閥（BRC型執(zhí)行機(jī)構(gòu)）全開至全關(guān)的運(yùn)動過程</p><p>　　LPU系統(tǒng)運(yùn)行持續(xù)時間可以由執(zhí)行機(jī)構(gòu)的排油量計算得到，LPU-S和LPU-D可以手動實現(xiàn)液壓油流量的調(diào)節(jié)，前者調(diào)節(jié)范圍是180－750ml/min，后者調(diào)節(jié)范圍是240－1000ml/m

34、in。不同型號執(zhí)行機(jī)構(gòu)對應(yīng)的最小運(yùn)轉(zhuǎn)持續(xù)時間可以通過公式：運(yùn)轉(zhuǎn)持續(xù)時間＝ 滿行程排油量/液壓油流量×60 sec.計算出。</p><p><b>　?。ˋ）LPU-S </b></p><p>　　LPU-S用于控制單作用彈簧關(guān)閉式執(zhí)行機(jī)構(gòu)。通過建立的油壓克服彈簧彈力，實現(xiàn)閥門的開控制，而通過彈簧復(fù)位實現(xiàn)閥門的關(guān)閉，圖2-6是LPU-S系統(tǒng)的液壓原理圖。&

35、lt;/p><p>　　圖2-6 LPU-S系統(tǒng)液壓原理圖</p><p>　　當(dāng)要打開閥門的時候，電機(jī)（10）起動，液壓油經(jīng)過泵（14）、止回閥（17），直接到達(dá)液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的B口。為了防止液壓油流回油箱，電磁閥（16）通電。當(dāng)閥門達(dá)到全開位置，壓力升高至150bar，使泵的安全閥（7）開啟，液壓油流回油箱?？刂齐姍C(jī)斷電，液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過電磁閥鎖在當(dāng)前位置。 為了防止因溫度較大的升高引起的壓

36、力升高，設(shè)有安全閥（8），當(dāng)壓力達(dá)到225bar時，安全閥開啟。</p><p>　　通過切斷電機(jī)電源，閥門可以停在任何中間位置。當(dāng)閥門在全開狀態(tài)下，壓力開關(guān)將會檢測到因為泄漏或者溫度波動而引起液壓油壓力降低，此時電機(jī)通電幾秒，以保持油壓，防止閥門偏移全開的位置。整個過程是自動運(yùn)行的。 </p><p>　　關(guān)閉閥門時，電磁閥斷電，通過彈簧彈力作用在液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)上，液壓油經(jīng)過液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的

37、B口、節(jié)流閥（13）、電磁閥（16）流回油箱。</p><p>　　在應(yīng)急情況下，可以通過快速接頭，外接手動泵，實現(xiàn)閥門的開關(guān)操作。</p><p><b>　?。˙）LPU-D </b></p><p>　　LPU-D用于控制雙作用式液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)。需要通過液壓實現(xiàn)閥門的開啟及關(guān)閉，圖2-7是LPU-D系統(tǒng)的液壓原理圖。 </p>

38、<p>　　圖2-7 LPU-D系統(tǒng)液壓原理圖</p><p>　　當(dāng)電機(jī)和電磁閥有電時，液壓油從油箱中吸出，通過可變?nèi)莘e式液壓泵吸入口濾器、經(jīng)泵產(chǎn)生高壓油，經(jīng)過電磁閥、液控單向閥（13）到達(dá)液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)B口。在液壓油壓力作用下，閥門開啟。液壓油又經(jīng)過A口、液控單向閥（5）（此時在B端壓力作用下開啟）、電磁閥后返回油箱。當(dāng)閥門達(dá)到全開位置時，壓力上升至150bar，使油泵安全閥打開，液壓油又流回油箱，

39、電機(jī)與電磁閥斷電。在兩個液控單向閥作用下，執(zhí)行機(jī)構(gòu)鎖閉在當(dāng)前位置。為了防止因溫度較大的升高引起的壓力升高，設(shè)有溢流閥（6）和（11），當(dāng)壓力達(dá)到225bar時，溢流閥開啟。 </p><p>　　閥門的關(guān)閉動作與開啟類似，不同之處在于電磁閥（14）處于斷電狀態(tài)，進(jìn)而改變液壓油流入執(zhí)行機(jī)構(gòu)的方向，即A口和B口相反。當(dāng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的時候，液壓油的流向完全由電磁閥控制。 </p><p><b

40、>　?。?）LPUM</b></p><p>　　LPUM是電液集成系統(tǒng)，用于閥門以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的遙控，直接安裝在閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)上，在船舶領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。LPUM也是由變量液壓泵、驅(qū)動液壓泵的電容分相的單相異步電機(jī)以及一些閥門功能模塊組成。LPUM主要分兩種型號：LPUM-S和LPUM-D。</p><p>　?。ˋ）LPUM-S：用于彈簧關(guān)閉式單作用液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)，液壓原理

41、如圖2-8； </p><p>　?。˙）LPUM-D：用于雙作用式液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)，液壓原理如圖2-9。 </p><p>　　圖2-8 LPUM-S系統(tǒng)液壓原理圖</p><p>　　圖2-9 LPUM-D系統(tǒng)液壓原理圖</p><p><b>　?。?）閥位指示器</b></p><p>　　閥

42、位指示器可以分為括位置開關(guān)式和電流式。位置開關(guān)裝在開關(guān)閥上，用于在到位時停止油泵，電流式閥位指示器裝在開度閥上，可以將閥門的實際開度轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)的電流信號（4－20mA）,用來指示閥門的開度和控制油泵。 </p><p>　　位置開關(guān)的工作原理是在與閥門全開和全關(guān)位置相對應(yīng)的位置處放置兩個常開觸點(diǎn)，當(dāng)閥門動作時，閥桿會帶動位置開關(guān)裝置中的凸輪動作，使得與閥門開關(guān)位置相對應(yīng)的常開觸點(diǎn)閉合，從而給出一個閥門開關(guān)與否的真

43、實反饋。但是，此種反饋裝置不可安裝在需浸沒式安裝的閥門上，因此需要重新考慮如何才能不在驅(qū)動頭處安裝反饋裝置，而又能得到一個真實反饋的問題。通過查找資料，有人分析油缸或氣缸與活塞之間的容積最大值是一定的，當(dāng)這種通過壓力介質(zhì)的擠入或排出來使閥門開關(guān)的驅(qū)動頭，當(dāng)進(jìn)入的壓力介質(zhì)體積由零增大到最大時，也就標(biāo)志著驅(qū)動頭帶動閥門，由一個狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一種狀態(tài)，也就是由開變關(guān)或者是由關(guān)變開。以此為理論依據(jù)，他提出可以采用一種新的反饋裝置，通過流量計帶動減

44、速齒輪裝置，進(jìn)而通過減速齒輪另一端帶動的凸輪，在兩個常開觸點(diǎn)之間運(yùn)動，當(dāng)油缸內(nèi)壓力介質(zhì)的體積為零時，代表閥門關(guān)閉的常開觸點(diǎn)閉合，給出關(guān)閉的反饋;當(dāng)油缸內(nèi)壓力介質(zhì)的體積為最大時，代表閥門打開的常開觸點(diǎn)閉合，給出打開的反饋。這樣閥的反饋裝置就沒有必要與驅(qū)動頭安裝到一起，從而解決了浸沒式安裝的閥門反饋問題。</p><p>　　電位器式用于開度閥，“育鯤”輪的閥門遙控系統(tǒng)中有兩個開度閥，壓載泵出口閥BMV91和艙底壓載

45、泵出口閥BMV92。與開關(guān)型閥位指示器不同，電流變送器型閥位指示器需要將位置開關(guān)模塊更換為繞線滑片變阻器模塊，需要電流變送器當(dāng)閥門處于全關(guān)狀態(tài)時的電流為4mA，當(dāng)閥門處于全開狀態(tài)時為20mA，通過流量計內(nèi)的齒輪帶動減速齒輪裝置，進(jìn)而帶動另一端的滑片變阻模塊，改變其中的電阻，進(jìn)而在4一20mA范圍內(nèi)動作，從而產(chǎn)生開度閥的反饋。</p><p>　　“育鯤”輪電流變送器模塊為R（300-1.4K）/I，由于不能知道它

46、具體的電路，所以畫出通用的電流變送器原理圖：</p><p>　　圖2-10 電流變送器原理圖</p><p>　　DPI系列閥位指示器設(shè)計用于DAMCOS公司90°轉(zhuǎn)角的BRC型、BRCF型閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)，溫度使用范圍在－20℃－80℃之間，主要有以下三種型號的閥位指示器： </p><p>　　DPI-B：由旁通閥和流量指示器組成，通過液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)中油在

47、控制管路的流動指示閥位，油的流動由凸輪帶動的旁通閥控制，當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在中間位置時，旁通閥打開，油可以任意流向。當(dāng)閥達(dá)到其全開或全關(guān)位置時，止回閥將阻止液壓油流動，其位置會在流量指示器中顯示。它可以用于本地顯示。在流量指示器的后面可以安裝微動開關(guān)，用來驅(qū)動控制屏上的發(fā)光二極管，或作為計算機(jī)的輸入信號。</p><p>　　DPI-C：用于閥門開關(guān)位置指示； </p><p>　　DPI-E：用

48、于閥門開度指示，輸出連續(xù)的信號； </p><p>　　由于LPU具有信號的轉(zhuǎn)換作用，能夠輸出雙線4－20mA的模擬量信號。如果DPI-C是組合安裝的話，可以利用DMS的放大器2204將電阻信號轉(zhuǎn)換成4－20mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號。輸出可以通過DMS PQ48開度指示表顯示，其指示范圍：“關(guān)，1/4,1/2,3/4,開”。根據(jù)閥門在系統(tǒng)中位置以及功能的不同，選擇相應(yīng)的遙控閥門，并且確定與之匹配的動力模塊、液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)

49、、閥門位置指示。</p><p><b>　?。?）閥門</b></p><p>　　“育鯤”輪閥門遙控中的閥一般為蝶閥，蝶閥是用隨閥桿轉(zhuǎn)動的圓形蝶板作啟閉件,以實現(xiàn)啟閉動作的閥門。蝶閥主要用截斷閥使用,亦可設(shè)計成具有調(diào)節(jié)或截斷兼調(diào)節(jié)的功能。蝶閥的蝶板安裝于管道的直徑方向。在蝶閥閥體圓柱形通道內(nèi)，圓盤形蝶板繞著軸線旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度為0°~90°之間，

50、旋轉(zhuǎn)到90°時，閥門則牌全開狀態(tài)。常用的蝶閥有對夾式蝶閥和法蘭式蝶閥兩種。對夾式蝶閥是用雙頭螺栓將閥門連接在兩管道法蘭之間，法蘭式蝶閥是閥門上帶有法蘭，用螺栓將閥門上兩端法蘭連接在管道法蘭上。 閥門的強(qiáng)度性能是指閥門承受介質(zhì)壓力的能力。閥門是承受內(nèi)壓的機(jī)械產(chǎn)品，因而必須具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以保證長期使用而不發(fā)生破裂或產(chǎn)生變形。</p><p>　　2.2.3 液位遙測子系統(tǒng)及傳感器簡介</p&g

51、t;<p>　　一般液位遙測系統(tǒng)由信號處理單元、操作單元、顯示器、打印機(jī)、壓力/溫度傳感器或者雷達(dá)式壓力、溫度傳感器組成。液位遙測系統(tǒng)的概念已拓展為液艙參數(shù)測量系統(tǒng)?，F(xiàn)在液貨船要把各燃油艙的信息傳送至機(jī)艙集中控制臺，則可選用分散式顯示儀表顯示燃油艙的液位、溫度、重量、容積等，便于輪機(jī)部門及時了解燃油艙燃油消耗情況。各壓載艙和淡水艙液位等情況，要送到駕駛室和甲板辦公室的的計算機(jī)，使當(dāng)班駕駛員能及時了解船的實時裝載、吃水、穩(wěn)性

52、等各種狀態(tài)。因此，系統(tǒng)提供了以太網(wǎng)絡(luò)功能。在當(dāng)代最新開發(fā)應(yīng)用的全船自動化系統(tǒng)中，也為測量系統(tǒng)能通過網(wǎng)絡(luò)功能作為液貨管理和船舶受力及穩(wěn)性監(jiān)測計算機(jī)子系統(tǒng)加入到全船監(jiān)控系統(tǒng)中。</p><p>　　液位遙測系統(tǒng)中液位檢測采用的是DAMCOS的MAS2600艙柜參數(shù)傳感器單元，它是一個雙線4-20mA變送器，由一個傳感器和通過六芯帶透氣管電纜連接的放大器組成。4-20mA信號作為中間控制模塊PLC的輸入信號。 <

53、/p><p>　　2.2.4 閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)的中間控制模塊PLC及其工作原理</p><p>　　“育鯤”輪閥門遙控系統(tǒng)采用的是西門子S7-200系列PLC，共由8臺PLC組成,其中1臺系統(tǒng)PLC位于甲板辦公室內(nèi)，采用CPU222，連接一個以太網(wǎng)擴(kuò)展模塊CP243-1，作為PLC主站，通過以太網(wǎng)交換機(jī)，與計算機(jī)工作站實現(xiàn)通訊。還連接一個EM227模塊，實現(xiàn)PLC與機(jī)艙IAS（Integ

54、rated Automation Systems）系統(tǒng)的PROFIBUS通訊。其余7臺PLC均采用CPU226，作為PLC從站，PLC 1在艏測量控制柜，PLC 2-5位于艉測量控制柜，與其相連的數(shù)字量I/O模塊采集來自現(xiàn)場的閥門狀態(tài)、泵的運(yùn)行狀態(tài)信號，并且通過數(shù)字輸出控制繼電器完成閥門的遙控操作，而模擬量輸入模塊完成對各液艙液位及溫度、泵進(jìn)口與出口壓力等模擬量信號的采集,PLC 5還完成位于艙底壓載泵及壓載泵出口的兩個閥門的開度控制。

55、PLC6、PLC7位于甲板辦公室控制臺內(nèi)，與其相連接的數(shù)字量輸入輸出模塊則接收來自MIMIC面板的閥門開關(guān)、泵的起?？刂菩盘?，并且通過數(shù)字輸出控制MIMIC面板上的閥門狀態(tài)、泵運(yùn)行狀態(tài)指示燈，另外還有試燈、消聲、控制位置選擇。</p><p>　　圖2-11 閥門遙控系統(tǒng)工作原理圖</p><p>　　PLC主站與從站以及從站與從站之間通過RS485接口連接，使用PLC自由口協(xié)議實現(xiàn)通訊。

56、PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，在系統(tǒng)程序的監(jiān)控下，順序讀入所有輸入端子的狀態(tài)，PLC 1-5采集到各個閥門、泵的狀態(tài)信號以及艙柜液位、溫度等傳感器信號，并將這些信號發(fā)送至PLC主站，通過以太網(wǎng)擴(kuò)展模塊以及網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，PLC主站一方面與計算機(jī)工作站建立通訊，將收到的信息發(fā)送給計算機(jī)工作站，實現(xiàn)計算機(jī)工作站對閥門等狀態(tài)的監(jiān)視，另一方面，PLC主站還將信息發(fā)送至PLC6、PLC7，其根據(jù)收到的信息做出相應(yīng)的邏輯判斷，并輸出信號，控制MIMIC

57、面板上的指示燈。對閥門的遙控可以在MIMIC控制面板上和計算機(jī)工作站上實現(xiàn)。但在同一時刻，只允許通過一種方式實現(xiàn)對閥門的控制。 </p><p>　　當(dāng)操作人員通過MIMIC控制面板上的旋鈕對各閥門及泵進(jìn)行遙控操作時，此時 PLC6和PLC7的輸入口接收到對閥門的控制信號，同時將控制信號發(fā)送到PLC主站，PLC主站再將控制信號發(fā)送給PLC1－PLC5對應(yīng)的從站，從站根據(jù)收到的信號，進(jìn)行程序處理后，輸出控制信號，完

58、成對閥門的遙控操作，當(dāng)通過計算機(jī)工作站實現(xiàn)閥門的遙控操作時，只需鼠標(biāo)點(diǎn)擊，控制信號通過計算機(jī)工作站發(fā)送給PLC主站，然后與通過MIMIC面板控制時相同的過程實現(xiàn)對閥門的遙控操作，控制結(jié)束后狀態(tài)信號也會反饋至計算機(jī)工作站及MIMIC控制面板。 </p><p>　　第3章 基于PLC的閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)故障分析與診斷</p><p>　　3.1 閥門遙控系統(tǒng)中閥門電液驅(qū)動頭的電氣及液

59、壓分析</p><p>　　3.1.1 閥門控制的電氣分析</p><p>　　它有三種電氣控制方式，包括電力控制、PLC控制、P-NET總線控制。電源電路(電源電路圖紙現(xiàn)在有些問題，另外在電源指示燈線路可能接錯了)，電液驅(qū)動頭的接線，電路，PLC控制過程。“育鯤”輪采用的是PLC控制，但PLC的程序應(yīng)該是基于電力控制設(shè)計的，才能正確的完成閥門遙控過程。所以這里介紹電力控制和PLC控制。&

60、lt;/p><p><b>　?。ˋ）電力控制 </b></p><p>　　電力控制的LPU系統(tǒng)有內(nèi)部的控制裝置，當(dāng)閥門到達(dá)全開、全閉或者鎖停在中間位置時，能夠確保電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。來自控制柜的一根包含電機(jī)控制信號以及閥門位置指示信號的電纜將控制柜與每一個LPU單元連接起來，中間通過繼電器，開關(guān)等提供230V電壓實現(xiàn)閥門的控制。閥門位置指示也是在LPU單元內(nèi)，能實現(xiàn)電位計式

61、的4-20mA模擬信號和2個微動限位開關(guān)給出的到位信號。由圖3-1可以看出，當(dāng)輸出模擬量時，只需兩根線接在1和2上；當(dāng)輸出開關(guān)量時，需一根公共線和“開”、“關(guān)”分別一根線，接在3、4和5上。</p><p>　　圖3-1 閥門電液驅(qū)動頭LPU 電力控制電路板示意圖</p><p>　　圖3-2 閥門電液驅(qū)動頭LPU-S 電力控制電路原理圖</p><p>　　當(dāng)控制

62、閥門開時，給電機(jī)和電磁閥通電，當(dāng)壓力超過壓力開關(guān)設(shè)定值時，S1閉合，時間繼電器K2通電，延時7秒后給電機(jī)斷電。另外，LPU還有熱保護(hù)。當(dāng)閥打開，壓力低于設(shè)定值時，能自動啟動泵，運(yùn)行7秒以保持油壓。</p><p>　　圖3-3 閥門電液驅(qū)動頭LPU-D 電力控制電路原理圖</p><p>　　LPU-D需要3根線來操作閥。當(dāng)電機(jī)有電，它開或關(guān)閉閥取決于電磁閥。當(dāng)壓力超過70bar,7秒后時

63、間繼電器會使電機(jī)/泵停止，電路保證了LPU的高安全性，另外為了防止當(dāng)失電后自動啟動，DAMCOS公司推薦當(dāng)閥達(dá)到全關(guān)或全開位置時，才將電機(jī)電源切斷。</p><p><b>　?。˙）PLC控制 </b></p><p>　　PLC控制的LPU系統(tǒng)沒有內(nèi)部的控制裝置，因此電機(jī)直接由PLC的輸入、輸出控制，PLC只適用于LPU-D的控制，但是同樣可以連接電力控制的LPU

64、-S和LPU-D。當(dāng)開閥時，電機(jī)和電磁閥有電，當(dāng)關(guān)閥時只有電機(jī)有電。當(dāng)?shù)竭_(dá)位置時，微動開關(guān)給出閥位反饋信號送PLC輸入口，控制輸出，通過繼電器使電機(jī)和電磁閥同時斷電。當(dāng)控制閥全開或全關(guān)時，當(dāng)觸發(fā)位置指示信號后，應(yīng)使電機(jī)再運(yùn)行5秒。這是由PLC程序控制的。</p><p>　　圖3-4 閥門電液驅(qū)動頭LPUM PLC控制接線圖</p><p>　　圖3-5 閥門電液驅(qū)動頭LPU PLC控制接

65、線圖</p><p>　　在排查220V絕緣低的故障時，斷開主配電盤的“閥門遙控”開關(guān)，絕緣恢復(fù)，此時應(yīng)急配電板絕緣低報警，所以閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)是兩路供電，如圖所示。</p><p>　　圖3-6 控制臺主電源原理圖</p><p>　　由圖可以看出是常用的兩路供電方法，即將主配電盤供電的接觸器KM301的常閉觸點(diǎn)接在應(yīng)急配電盤供電的KM302的線圈線路上。當(dāng)

66、KM301有電，常開觸點(diǎn)KM301閉合，給系統(tǒng)供電；其常閉觸點(diǎn)斷開，使KM302線圈失電。當(dāng)主配電盤失電后，KM301的常閉觸點(diǎn)閉合后，接觸器KM302有電，應(yīng)急配電盤供電。</p><p>　　在BHV1閥故障時，甲板辦公室的報警指示燈G.Alarm，一直在閃，控制柜里兩個繼電器一直在不斷吸合。后發(fā)現(xiàn)兩個電源指示燈也是滅的。經(jīng)分析電路，明白其原理。</p><p>　　圖3-7 控制臺報

67、警和試燈電路原理圖</p><p>　　3.1.2 LPUM-S系統(tǒng)液壓原理分析</p><p>　　現(xiàn)在輔機(jī)艙右前污水井顯示故障狀態(tài)，可以用Matlab去仿真LPUM-S系統(tǒng)，分析各個參數(shù)變化時對閥開關(guān)的影響。</p><p>　　在實際工業(yè)生產(chǎn)過程中, 當(dāng)系統(tǒng)建立之前, 如果能夠建立一個虛擬仿真模型, 通過仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)來模擬實際系統(tǒng)進(jìn)行分析研究, 可以實現(xiàn)

68、許多功能,如優(yōu)化系統(tǒng)、再現(xiàn)系統(tǒng)故障、驗證系統(tǒng)的正確性等。今天，包括液壓與電氣設(shè)備的機(jī)電液混合控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)過程自動化中。MATLAB進(jìn)行液壓仿真，運(yùn)用相似原理，即各自參量間關(guān)聯(lián)規(guī)律的相似，建立了現(xiàn)代液壓系統(tǒng)的液阻、液感和液容等標(biāo)準(zhǔn)化元素的概念。根據(jù)這些概念可以建立各類典型子系統(tǒng)的電液相似模型。液壓傳動是以液體作為工作介質(zhì)來傳遞能量（液體的壓力能），液壓傳動中的工作介質(zhì)是在受控制、受調(diào)節(jié)的狀態(tài)下進(jìn)行工作的。當(dāng)某一物理系統(tǒng)對給定輸入

69、信號的響應(yīng)已被確定，則所有可用同一方程組描述的其他物理系統(tǒng)的響應(yīng)，對相同的激勵函數(shù)來說，就是已知的。</p><p>　　另外使用Matlab/Simulink軟件中的SimHydraulic可以建立相應(yīng)的仿真模型。SimHydraulics 是液壓傳動和控制系統(tǒng)的建模和仿真工具，使用這個工具可以建立起含有液壓和機(jī)械元件的物理網(wǎng)絡(luò)模型，可用于跨專業(yè)領(lǐng)域系統(tǒng)的建模。它包括液壓和機(jī)械元器件模型，如泵，閥，液壓管路，可

70、以配置常用的液壓流體工作介質(zhì)。每個模塊都對應(yīng)真實的液壓元器件，可以通過直接描述物理構(gòu)成搭建模型，而不用從基本的數(shù)學(xué)方程做起。LPUM-S電液驅(qū)動頭由油箱、濾油器、電機(jī)、液壓泵、溢流閥、電磁換向閥、節(jié)流閥、單作用的液壓柱塞和連接這些元件的油管組成。下面是簡化的Matlab仿真模型。</p><p>　　圖3-7 簡化的LPUM-S系統(tǒng)液壓仿真</p><p>　　可以通過調(diào)節(jié)電磁閥的輸入信號

71、，改變單作用驅(qū)動頭的負(fù)載（及蝶閥）等參數(shù)，分析LPUM-S系統(tǒng)的液壓工作狀態(tài)。</p><p>　　圖3-8 電磁閥仿真圖</p><p>　　圖3-9 單作用式驅(qū)動頭閥桿位置仿真圖</p><p>　　現(xiàn)在假設(shè)油路黏性變大，或執(zhí)行機(jī)構(gòu)阻力增加等，可以改變機(jī)械負(fù)載的參數(shù)，這里改變彈簧系數(shù)，模擬負(fù)載的變化，當(dāng)Spring Rate設(shè)置成8e3 N/m,得到的閥桿位置如

72、下圖所示：</p><p>　　圖3-10 單作用式驅(qū)動頭閥桿位置仿真圖</p><p>　　3.2 帶閥位指示器的開度閥單片機(jī)控制器設(shè)計</p><p>　　有些閥BMV91/BMV92（比如壓載泵出口閥、艙底壓載泵出口閥）為開度控制，設(shè)電位器式開度指示器。如果要對壓載泵出口閥開度進(jìn)行精確控制，需設(shè)計執(zhí)行器對閥門開度進(jìn)行PID控制，可以延遲一段時間后，停止調(diào)節(jié)。但

73、這兩個閥并不是液壓伺服控制，而是PLC實現(xiàn)閉環(huán)控制，設(shè)定值在計算機(jī)上可以輸入，開度顯示可以從0到100%?？刂瞥绦蛑袘?yīng)該設(shè)定了兩個閾值，比如當(dāng)設(shè)定開度比實際開度大和小10% 時才產(chǎn)生開閥和關(guān)閥動作，當(dāng)執(zhí)行過程中，實際開度與設(shè)定開度相差正負(fù)3% 時停止。</p><p>　　當(dāng)BMV91和BMV92的閥門遙控PLC出現(xiàn)故障時，電液驅(qū)動頭等是正常的時候，此時在計算機(jī)和MIMIC面板上無法對其進(jìn)行控制。通過手搖泵雖然可

74、以對閥進(jìn)行操作，但是由于有些閥位指示器指示范圍是：“關(guān)，1/4,1/2,3/4,開”，當(dāng)然有些閥桿可以指示閥位，但無法進(jìn)行精確操控，此時對船舶壓載水的控制就會有影響。所以我想設(shè)計一個開度閥的控制器，只需將信號線接入電磁閥、電機(jī)、電位器（在電液驅(qū)動頭接線是11、12、14、3、4、5）中，能夠產(chǎn)生與PLC控制一樣的執(zhí)行過程。在控制器上也可以調(diào)節(jié)閥門的開度，帶相關(guān)的安全保護(hù)等。

75、 </p><p>　　另外當(dāng)某閥因為電機(jī)、電磁閥、電容、或油路不清潔、執(zhí)行機(jī)構(gòu)卡住等故障時，其開關(guān)閥動作時間超時，系統(tǒng)會給出“故障”狀態(tài)，此時閥在計算機(jī)和MIMIC面板上也是無法控制，當(dāng)需要用PLC系統(tǒng)給出控制信號，通過觀察電液驅(qū)動頭動作情況，來隔離某些故障原因時，只能通過手搖泵使其脫離“故障”位，這對查找故障造成很大不

76、便。這個控制器可以用在故障閥上，方便查找故障，也可以在平時操作時作為本地控制單元,有些泵和閥有本地控制箱，方便起停和觀察狀態(tài)，決定是開或關(guān)。</p><p>　　這個控制器以單片機(jī)為核心，帶220V電源接入線，另外內(nèi)置24V蓄電池，平時可以充電，作為單片機(jī)和繼電器線圈的電源，當(dāng)應(yīng)急情況下，也可以由24V蓄電池逆變提供220V電壓。其主程序流程圖如下：</p><p>　　圖3-11閥門控制

77、器主程序流程圖</p><p>　　3.3 閥門遙控故障診斷</p><p>　　船上閥門遙控系統(tǒng)，存在以下故障，電源指示燈不亮，經(jīng)檢查是燈泡損壞，換新。有些重要閥如BHV1故障，在甲板辦公室的操作臺會有聲光報警。只能按“消音”按鈕，但燈不會停閃，此時觀察到繼電器K0303和K3517不斷吸合，這對繼電器壽命有影響，所以希望能有“確認(rèn)”按鈕，按下后能停閃的功能，或者按下兩次“消音”按鈕。現(xiàn)

78、在只能通過拔下兩個繼電器或解下PLC-7 D7-5的輸出線3M.4，線號為7513。輔機(jī)艙右后污水井閥BMV38現(xiàn)在是“故障”狀態(tài)，在排查故障的時候，應(yīng)考慮到液壓油是否不夠，但確不易觀察其油位，這在安裝的時候應(yīng)考慮到。機(jī)艙低位海水箱通海閥CWV19，開或關(guān)閥到位后，PLC上一直有輸出，即給電機(jī)或電磁閥送電的電磁閥一直有電，這也需要解決。</p><p>　　3.3.1 輔機(jī)艙右后污水井閥BMV38顯示“故障”狀態(tài)

79、的原因分析</p><p>　　一般故障原因：當(dāng)計算機(jī)上閥顯示“故障”狀態(tài)，此時的原因一般是在系統(tǒng)開或關(guān)閥門的指令時，一定時間內(nèi)執(zhí)行機(jī)構(gòu)未動作。此時的原因有：</p><p>　　電機(jī)不轉(zhuǎn)。接線有脫開，短路、接地等故障，啟動繞組上電容故障，繞組燒壞等。此時可以檢查接線問題，確認(rèn)無故障后，用萬用表測電容，判斷好壞，最后測量繞組的電阻等。</p><p>　　電磁閥故障

80、。用萬用表測量電磁閥線圈的電阻值。</p><p>　　液壓油路問題。檢查電液驅(qū)動頭內(nèi)油位，一般沒過泵的柱塞。當(dāng)以上問題檢查后，故障依然存在時，可以解體閥門，清潔油路，觀察某些執(zhí)行元件是否有卡死的故障。</p><p>　　BMV38閥顯示“故障”，后檢查接線，發(fā)現(xiàn)電磁閥的進(jìn)線已經(jīng)壓斷，重新接線，檢查其他線路，合上接線盒，確認(rèn)不會壓到其他線后，鎖緊螺絲。在集控室計算機(jī)上操作BMV38,依然

81、顯示“故障”狀態(tài)，說明還存在其它故障。</p><p>　　3.3.2 機(jī)艙低位海水箱通海閥CWV19故障分析</p><p>　　CWV19是電液驅(qū)動頭是LPU-D。開閥時，電機(jī)和電磁閥有電，當(dāng)閥全開到位后電機(jī)和電磁閥斷電。關(guān)閥時，電機(jī)有電，電磁閥未通電，當(dāng)閥全關(guān)到位后，電機(jī)斷電。</p><p>　　現(xiàn)在CWV19閥的故障現(xiàn)象：閥處于“開位”狀態(tài)，現(xiàn)在操作關(guān)閥，

82、20幾秒后，監(jiān)控計算機(jī)上閥位顯示為“關(guān)”，但觀察電機(jī)未停轉(zhuǎn)，此時電磁閥也有電。去輪機(jī)測試室查看PLC的I/O口后發(fā)現(xiàn)在PLC5的D5-1的I口1M 1.0 1.1指示燈狀態(tài)分別為0，1，說明閥是開狀態(tài)，與現(xiàn)場閥位和監(jiān)控計算機(jī)上顯示相反。為保護(hù)電機(jī)和電磁閥，在PLC控制柜處斷電復(fù)位后，電機(jī)，電磁閥斷電。于是拆開電液驅(qū)動頭LPU-D的接線盒，發(fā)現(xiàn)限位開關(guān)接線X24-61和X24-62，即Open,Close正好相反。當(dāng)將兩根線對調(diào)后，PLC

83、的輸入口指示燈能給出正常閥位，但監(jiān)控計算機(jī)、觸摸屏及MIMIC面板上閥位指示是反的。此時操作開閥，電機(jī)有電，但執(zhí)行機(jī)構(gòu)未動作。所以我們猜想，當(dāng)時調(diào)試閥門遙控系統(tǒng)時，發(fā)現(xiàn)了某個問題，于是人為改的線，讓閥執(zhí)行正確的程序。那么首先閥位狀態(tài)采集信號的反過來，然后電機(jī)接線反過來就行了，這樣能實現(xiàn)閥門的正常關(guān)閉。但液壓泵是個單向泵，所以可能是換向電磁閥接雙作用驅(qū)動頭的A、B口是反著的。</p><p>　　從頭開始假設(shè)，此時

84、只要指令是對的，指令地址正好相反，閥位反饋都是反的，此時如果電磁閥通位后的管路是反的，即A、B口是反接的。即使執(zhí)行是相反的程序，也可以正常操作閥。如閥是關(guān)的，開閥，執(zhí)行是關(guān)閥程序，電機(jī)有電，電磁閥沒電，由于液壓油經(jīng)過電磁換向閥往開閥的方向流動，所以能開閥；當(dāng)關(guān)閥時，PLC閥位反饋是關(guān)閥，執(zhí)行的是開閥程序，電機(jī)有電，電磁閥有電，但是液壓油往關(guān)閥的方向流動?，F(xiàn)在閥開到位后，PLC輸出給電機(jī)的信號依然有；關(guān)閥到位后，PLC輸出電機(jī)有電，電磁閥

85、也電。現(xiàn)在PLC已經(jīng)接受到閥位反饋的信號，所以兩個限位開關(guān)不會有問題。那么只能是復(fù)位程序無法執(zhí)行。當(dāng)反復(fù)調(diào)整后，現(xiàn)在PLC輸出給電機(jī)和電磁閥即使有電，由于CWV內(nèi)部接線可能是電力控制，所以進(jìn)電機(jī)和電磁閥的電源已斷開。為了使CWV19這個閥動作正常，加裝內(nèi)部電力控制線，可能是壓力開關(guān)，修改限位開關(guān)的兩根線，修改PLC輸出指令。當(dāng)然這些都是我的推斷，真實情況只有拆開電液驅(qū)動頭和取下電路板才能知道。</p><p>　

86、　在Damcos公司的資料中，有部分故障診斷內(nèi)容，里面有提到當(dāng)執(zhí)行指令和閥門實際動作相反時的電力控制的閥門遙控系統(tǒng)的故障可能原因：</p><p>　　控制信號線接反了（LPU或控制箱內(nèi),指限位開關(guān)），檢查接線正確。</p><p>　　b.電機(jī)線交換了，檢查接線盒內(nèi)的接線。</p><p>　　注意：如果電機(jī)（綠色和黃色線），和壓力開關(guān)（開或關(guān)）線都交換了，那么電

87、力控制LPU將會反過來，能實現(xiàn)開關(guān)閥的全過程。如果只是壓力開關(guān)或者電機(jī)線分別交換了，那么當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)到達(dá)全開或全關(guān)位置時，電機(jī)不會自動停下來。</p><p>　　3.4 由閥門遙控系統(tǒng)引起的220V絕緣低報警原因分析</p><p>　　經(jīng)過排查，判斷220v絕緣低是由閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)引起的。先分析電源線路，確定220v交流電，通過KM301，KM302兩個接觸器（主、應(yīng)急配電板兩路

88、供電）后送a.AC/DC整流器，b.PLC電液驅(qū)動頭（繼電器Relay,一路是220V公共端，一路經(jīng)繼電器模塊的觸點(diǎn)送電液驅(qū)動頭上電機(jī)和電磁閥，繼電器由PLC控制），c.主控臺（甲板辦公室）內(nèi)PLC等電源還通過UPS（有可能出現(xiàn)絕緣低故障）。</p><p>　　圖3-12 MAIN POWER FOR CABINET AFT</p><p>　　我們決定從送PLC電液驅(qū)動頭處開始，先斷F

89、202~F205，它們分別控制多個閥。后查出由F204和F205一起造成絕緣低，斷開它們之后，絕緣值恢復(fù)到0.3MΩ以上。于是我們通過查看圖紙，先確定F204控制PLC4中的閥的名稱，包括BMV38和BMV41等，正好有幾個故障閥。解下PLC4控制的各個繼電器的AC輸入端電源線，后絕緣依然低（此時F205已斷開，分區(qū)分段查找絕緣故障）。</p><p>　　圖3-13繼電器接線圖</p><p

90、>　　當(dāng)時猜測還有PLC4的模擬量I/O模塊A4-1~A4-4,可能有關(guān)系，但排除了它的可能（液位遙測及液艙溫度、壓力等測量，24v電源），王老師根據(jù)經(jīng)驗判斷應(yīng)該還有另一路線，即公共線。順著這個思路，我們找到X22接線端子，在進(jìn)線處先斷開一路，AC-L22C，絕緣恢復(fù)，（公共220V線接線排是幾根進(jìn)，然后分出很多送個電液驅(qū)動頭）此時就算合上F205，絕緣依舊是0.3MΩ左右，所以剩下的就是查出線端，解下后絕緣能恢復(fù)的便是故障所在處

91、。經(jīng)多次排查確定是X22-15和X22-13，通過接線圖對照是BMV38和BMV41，絕緣低故障點(diǎn)因此找到了。</p><p>　　圖3-14閥門遙控及液位遙測部分接線圖</p><p>　　輪機(jī)測試室No.2控制柜220v電機(jī)線及220v電磁閥線以及3跟信號線都送到閥本地的接線箱上，然后送到各電液驅(qū)動頭。于是先測試No.2控制柜至接線箱的線路是否接地，經(jīng)查無故障，于是拆開BMV38和BM

92、V41的接線盒，解掉公共220v線，絕緣恢復(fù)，判斷是電機(jī)或電磁閥有接地故障（它們都有公共線接在14端上）。進(jìn)一步排查，將輔機(jī)艙右前污水井閥BMV41的220公共進(jìn)線接上，解掉去電磁閥的220v公共線出線，絕緣良好。重新接上電磁閥出現(xiàn)，絕緣良好。于是重新檢查接線，蓋上接線盒.將BMV38的220ｖ公共進(jìn)線接上，絕緣依舊良好，蓋上接線盒后，絕緣低報警，確定是有接地故障，重新仔細(xì)檢查接線，發(fā)現(xiàn)電磁閥進(jìn)線已被壓斷，處理后，蓋上接線盒。絕緣良好，

93、故障排除。有個現(xiàn)象：當(dāng)剛接完線時，閥顯示“故障”消失，但對其操作后，又變成故障，得出結(jié)論，接地是“故障”狀態(tài)的原因，該閥還有其它故障。</p><p>　　第4章 系統(tǒng)PLC程序設(shè)計和通信及軟件組態(tài)的分析</p><p>　　4.1 系統(tǒng)PLC程序設(shè)計</p><p>　　4.1.1 程序說明</p><p>　　閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)選用

94、的為西門子S7-200系列PLC，PLC是計算機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)繼電接觸器控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它的硬件結(jié)構(gòu)主要由中央處理單元、存儲器、輸入/輸出部件、通信接口、電源和編程器組成，它具有高可靠性，內(nèi)部電路都采取了抗干擾措施，并且是模塊式結(jié)構(gòu)，容易修復(fù)，系統(tǒng)程序在斷電后不會丟失等特點(diǎn)。</p><p>　　西門子的PLC控制系統(tǒng)是全集成自動化的重要組成部分，一般由人機(jī)界面、控制器與I/O、傳感器與執(zhí)行器、網(wǎng)絡(luò)通信、項目管

95、理軟件組成。在對閥門遙控系統(tǒng)進(jìn)行維修的過程中包括LPU-D和LPUM-S兩種電液驅(qū)動頭的PLC控制。于是通過了解到的PLC控制過程，試著寫下PLC的部分程序。</p><p>　　微動限位開關(guān)信號用V_Close和V_Open送PLC輸入口，如1M0.0和1M0.1，給V100.0和V100.1置位或復(fù)位。執(zhí)行邏輯判斷程序后，V1000.0和V1000.1送直接控制電機(jī)和電磁閥繼電器的PLC輸出口，如1L0.0和

96、1L0.1.控制電液驅(qū)動頭。開閥和關(guān)閥的指令假設(shè)送另一臺PLC6或7的2M0.0和2M0.1。分為三個部分。包括閥位狀態(tài)采集，閥門邏輯判斷及控制，復(fù)位及指示燈狀態(tài)顯示。另外加進(jìn)了安全保護(hù)程序，實現(xiàn)電機(jī)和電磁閥的超時保護(hù)。</p><p>　　4.1.2 程序設(shè)計</p><p><b>　　具體設(shè)計過程如下：</b></p><p>　　PLC

97、4：I/O點(diǎn)的確定</p><p>　　輸入點(diǎn)：微動開關(guān)V_Close、微動開關(guān)V_Open.</p><p>　　輸出點(diǎn)：控制電機(jī)繼電器線圈KA1、控制電磁閥繼電器線圈KA2</p><p><b>　　I/O點(diǎn)的地址分配</b></p><p>　　輸入：V_Close--I0.0;V_Open--I0.1.<

98、/p><p>　　輸出：KA1--Q0.0,KA2--Q0.1.</p><p>　　PLC7：I/O點(diǎn)的確定</p><p>　　輸入點(diǎn)：開閥旋鈕SB1、關(guān)閥旋鈕SB2.</p><p>　　輸出點(diǎn)：MIMIC面板指示燈V_CL、V_OL.</p><p><b>　　I/O點(diǎn)的地址分配</b>&l

99、t;/p><p>　　輸入：SB1--I1.0、SB2--I1.1.</p><p>　　輸出：V_CL--Q1.0;V_OL--Q1.1.</p><p><b>　　PLC外部接線</b></p><p>　　圖4-1 PLC外部接線簡圖</p><p>　　PLC4與PLC7的通信采用RS485

100、串行通訊接口連接，自由口協(xié)議進(jìn)行通訊。發(fā)送和接收程序中使用的數(shù)據(jù)存儲區(qū)字節(jié)。</p><p><b>　　程序如下：</b></p><p>　　圖4-2 PLC程序圖</p><p>　　4.2系統(tǒng)PLC的通信及WinCC人機(jī)界面技術(shù)</p><p>　　在工業(yè)控制中，PLC由于其安全可靠、功能齊全、應(yīng)用靈活、操作維修

101、容易和穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。但它無法顯示各種控制圖表，人機(jī)交互性差。所以一般與計算機(jī)組成控制系統(tǒng)。“育鯤”輪閥門遙控及液位遙測的PLC之間使用RS485進(jìn)行連接，PLC主站與從站以及從站與從站之間通過PLC自由口協(xié)議實現(xiàn)通訊。PLC主站連接一個以太網(wǎng)擴(kuò)展模塊CP243-1，通過以太網(wǎng)交換機(jī)，與計算機(jī)工作站實現(xiàn)通訊。通過對集控室計算機(jī)工作站上的監(jiān)控軟件的分析，是將PLC作為下位機(jī)，通過Visual Basic 6.0編程實現(xiàn)計算機(jī)

102、與PLC的通信，完成閥門遙控及液位遙測閥門的操作以及液艙參數(shù)的顯示。</p><p>　　4.2.1 閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)PLC間的通信</p><p>　　S7-200 CPU的通信口可以設(shè)置為自由口模式。選擇自由口模式后，用戶程序就可以完全控制通信端口的操作，通信協(xié)議也完全受用戶程序控制。S7-200 CPU上的通信口在電氣上是標(biāo)準(zhǔn)的RS-485半雙工串行通信口。此串行字符通信的格式

103、可以包括：</p><p><b>　　一個起始位 </b></p><p>　　7或8位字符（數(shù)據(jù)字節(jié)） </p><p>　　一個奇/偶校驗位，或者沒有校驗位 </p><p><b>　　一個停止位 </b></p><p>　　自由口通信速波特率可以設(shè)置為1200、2

104、400、4800、9600、19200、38400、57600或112500。凡是符合這些格式的串行通信設(shè)備，理論上都可以和S7-200 CPU通信。自由口通信的核心指令是發(fā)送（XMT）和接收（RCV）指令。在自由口通信常用的中斷有“接收指令結(jié)束中斷”、“發(fā)送指令結(jié)束中斷”，以及通信端口緩沖區(qū)接收中斷。由于S7-200的通信端口是半雙工RS-485芯片，XMT指令和RCV指令不能同時有效。</p><p>　　但

105、自由口通訊具有其局限性，如果主站PLC為S7-300，帶有PROFIBUS-DP接口，通過EM277可以很方便的與S7-200建立通信連接。為S7-300及7個EM277指定不同的站地址,EM277地址是通過模塊上的位置編碼開關(guān)設(shè)定。還需要在STEP7中進(jìn)行S7-300站組態(tài)，在STEP7 "hardware configuration"中組態(tài)PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)，包括站類型、站地址、通信速率。EM277 DP

106、 從站的配置包括DP地址映射數(shù)據(jù)在S7-200中地址偏移量和緩沖區(qū)大小。</p><p>　　4.2.2 閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)WinCC人機(jī)界面設(shè)計</p><p>　　在構(gòu)建控制系統(tǒng)的時候經(jīng)常會使用西門子的監(jiān)控軟件WinCC，但是S7-200不能像S7-300/400那樣直接和WinCC通信，所以西門子專門為此編寫了PC Access軟件來解決WinCC與S7-200的通信問題。運(yùn)行在