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1、基于PLC的机舱监测与报警系统摘 要伴随着时代的不断进步与发展，机舱各种仪表设备的功能也越来越复杂，对监测报警系统的要求也越来越高。随着船舶制造工艺的飞速发展，对于机舱监测报警系统的深入研究具有重大的现实意义。本文旨在设计一套基于PLC（Programmable logic controller）的机舱监测报警系统，采用西门子S7-200PLC作为控制器，结合梯形图和STL语言语言进行程序编辑，并由程序进行报警处理，运用了EM231拓展模块解决了隔离信息干扰的问题。使用模拟量对监测点的运行状态实时检测，极大地提高了船员的工作效率。通过打印机功能将报警内容、报警时间直观的显示，方便了船员的维修管
2、理工作;模块化设计思想，提高了PLC的可拓展性,使船舶机舱检测与报警系统对运行状态的监测更加准确、可靠。关键词：PLC,机舱监测系统，报警系统AbstractWith the continuous progress and development of The Times, various instruments in the engine room are becoming more and more complex, and the requirements for monitoring and alarming are becoming higher and higher. With t
3、he rapid development of shipbuilding technology, the study and research of engine room monitoring and control system has a more crucial practical significance. This paper aims to design a set of engine room monitoring and alarm system based on PLC (Programmable logic controller). This system uses Si
4、emens S7-200 PLC as the controller, combined the ladder diagram and the statement table language to carry on the program editing, using the program carries on the processing to the alarm. The EM231 extension module is used to solve the problem of isolating information interference. The use of simula
5、tion to real-time detection of the monitoring point operation state greatly improves the crews work efficiency. Through the function of printer, the alarm content and alarm time are displayed intuitively, which facilitates the maintenance and management of crew members. The design of modular improve
6、s the expansibility of PLC; Programmed system procedures improve the stability of the control. It makes the ship engine room monitoring and alarm system more accurate and reliable.Key words: PLC,Engine room monitoring system, alarm systemII山东交通学院毕业设计（论文）目 录第一章 绪论41.1 课题研究的背景与意义41.2 机舱监测与报警系统的国内外现状4第
7、二章S7-200PLC简介62.1 西门子S7-200PLC组成62.2 PLC扫描工作原理8第三章 监测报警系统控制程序设计93.1 机舱监测与报警系统的组成93.2 机舱监测与报警系统的功能93.3 技术方案与措施10第四章 机舱监测与报警系统程序设计134.1 监测点信号采集与数据处理134.2 报警处理与打印14结 论20致 谢21参考文献23附 录24第一章 绪论1.1课题研究的背景与意义船舶作为一个不可或缺的交通工具，其安全运行对物流运输具有重要影响，船舶的控制管理系统直接决定着船舶的运行安全1。伴随现代造船业和航运业的蓬勃发展，船舶吨位越来越大，管理程度越来越复杂，使得轮机操作人
8、员对机船监测报警分析系统的自动化程度提出了更高的要求2，船舶机舱监视与报警系统是随着控制理论和电子技术的发展而发展起来的，是实现船舶自动化必不可少的条件之一3。船舶监控报警系统的安全性和可靠性对船舶安全运行的可靠性和经济性，船员运行和管理的效率，保证船舶和船上全体人员的安全至关重要，在一些自动化程度比较高的船舶上，机舱报警系统还可具有报警记录打印，参数和状态的显示等功能4。随着机舱自动化的不断发展，机舱报警系统还延伸到驾驶台、公共场所、轮机长房间及其他轮机船员的住所5。机舱监测报警系统不仅提高船舶工作人员的生活条件，缓解工作强度，同时也推动了船舶自动化的发展6。因此，船舶监测报警系统是实现无人
9、机舱的必备条件之一7。在现代自动化船舶机舱中，所有船舶设备的运行状态、参数和故障状态都会被收集到控制室设置的屏幕上8。机舱监测报警系统具有较高的精度，能够对机舱内驾驶员的各种状态进行监控，反映驾驶员在机舱内的运行情况9。同时为了保证船舶的正常运行，必须对船舶机舱内运行状态进行实时监测10。一旦发生故障，可以发出声音和视觉报警，同时将其记录到数据库中。机舱监测与报警系统可以定期自动地将运行状态和参数写入数据库，节省了大量的维护时间，改善了设备的工作状态，保证了设备的可靠性。在有自动要求的船舶上，机舱报警监控系统将报警扩展到W/H、公共场所、C/E舱和值班人员。总之，机舱报警监控系统是船舶自动化的
10、重要组成部分11。1.2机舱监测与报警系统的国内外现状国外起步较早，并且在上世纪90年代便出现了基于现场总线的控制系统，采用了网络化结构14。德国的SIEMENZ公司、挪威的Kongsberg公司、日本的JRCS公司在机舱监测报警领域已经有了较为先进的技术，其中Kongsberg公司已经成为该领域的先进代表，比如该公司的DateChief C20（）系统，DC C20采用了CAN 总线以及以太网相结合的网络结构形式15。我国监测与报警系统起步于60年代末期，通过学习研究国外类似产品，结合大量自我创新，各种功能不断完善较之以前已经有了长足的进步，但总体来说与国外仍有较大的差距12。目前国内企业、
11、研究所研发的主要产品有天津斯莱顿电子有限公司和中国科学院以及天津大学合作研发的基于CAN(Controll Area Network)总线的STI-06A型报警系统、上海三进科技有限公司开发的的CJBW3100系列船用监测与报警系统13。最近几年，随着我国科研能力的逐步提升，工作人员对监测与报警系统的要求越来越高，这就促使了火灾报警系统计算在我国得到巨大发展17。但在实际使用中，船舶机舱监测与报警系统并未像国外那样先进，许多技术存在落后现象。由于我国发展此技术起步较晚，船舶智能化程度较低，使得我国目前集成程度较低，系统仍处在单独监控的现状18。随着科技的发展，船舶机舱报警系统的全数字化，智能性
12、和网络化程度不断提升，系统结构更加灵活16。计算机监测强大的计算能力为系统的准确性和可靠性作出了巨大贡献。目前，机舱监测报警系统正朝着智能化、网络化、集成化发展。由于船舶需要监测的设备功能越来越复杂，数量越来越巨大，监测处理应融入更多、更先进、更可靠的智能算法，提高系统的准确性和可靠性。第二章 S7-200PLC简介2.1 西门子S7-200PLC组成PLC是一种专用的机器控制计算机，用于读取各种传感器的数字和模拟输入，执行用户定义的逻辑程序，并将产生的数字和模拟输出值写入各种输出元件，如液压和气动执行器、指示灯、电磁阀线圈等23。早期的PLC是为了取代继电器逻辑系统而设计的。这些PLC是在“
13、阶梯逻辑”中编写的，非常类似于继电器逻辑的示意图。选择这种程序符号是为了减少对现有技术人员的培训需求。其他早期的PLC使用了一种基于堆栈逻辑求解器的指令列表编程形式。PLC有输入线，其中感应器连接以通知事件(例如高于或低于某一水平的温度、达到的液位等)和输出线，其中致动器连接到影响或信号反应进入事件(如启动发动机，打开/关闭阀门等)。该系统是用户可编程的。它使用了一种名为“中继梯”或RLL(中继梯形逻辑)的语言。这种语言的名称意味着早期的控制逻辑(由继电器构建)正在被模拟24。使用的其他一些语言包括：顺序函数图、功能框图、结构化文本、指令列表、连续函数图。图2.1 PLC硬件结构图Fig 2.
14、1 Hardware structure diagram of PLC目前性能较为卓越的PLC品牌有德国的西门子、日本的三菱、欧姆龙、美国的AB、施耐德等公司，根据性价比的选择以及工艺、扫描速度等方面考虑，本设计采用西门子S7-200系列PLC。S7-200系列是一种可以控制多种自动化应用的微型可编程逻辑控制器。紧凑的设计、廉价的成本、强大的指令集使得S7-200成为了一个完美的解决方案。各种各样的S7-200模块和基于Windows的编程工具为用户的使用提供了解决自动化问题可能，便于维护的系统使得控制系统的可靠性大大提高25。柔性化的控制系统使得节点计数器、继电器、传感器、定时器等硬件与PL
15、C融为一体并方便了系统配置。西门子的理念是全集成自动化，信息化管理的生产，这种理念极大地提高了制造业的效率和产能26。基本实现生产、包装、物流供应的自动化的西门子公司俨然使PLC现代自动化工业的三大支柱之一。西门子S7-200共有5种型号的CPU分别为CPU221、CPU222、CPU223、CPU224、CPU226。CPU模块包括CPU、存储器、输入/输出点和功能拓展模块等。(1)中央处理器(CPU)CPU主要通过它的处理器和内存系统来控制所有的系统活动。CPU由微处理器、存储芯片等集成电路组成，用于控制逻辑、监控和通信。CPU有不同的工作模式。在编程模式下，CPU将接受从PC上下载的逻辑
16、更改。当CPU处于运行模式时，它将执行程序并运行进程。从连接的现场设备(如开关、传感器等)输入数据被处理，然后CPU执行存储在其内存系统中的控制程序。由于PLC是一个专用控制器，它将一次又一次地处理这个程序。一个周期所花费的时间称为扫描时间，并且CPU中的内存存储程序处理得非常快，同时保持I/O的状态，并提供存储值。(2) 存储器所有PLC都有一个内存映射。根据微PLC的型号和型号，内存可以从2K到16K不等。存储器分为三部分:程序寄存器、字寄存器和离散寄存器。程序(梯形逻辑)和字寄存器通常存储在闪存中，而离散寄存器则存储在RAM中。离散存储区用于输入、输出和控制继电器。不过，还可以从离散寄存器访问位数据类型。（3
