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1、精品文档！基于PLC的船舶主机遥控系统摘要：可编程程序控制器（PLC）在主机遥控系统中的作用和在船舶起动、换向、变速、停车等具体操作中的动作原理。对其主要实现的功能做了说明。关键词：船舶，主机遥控系统，PLC，起动，换向，变速，停车。Abstract：Programmable controller ( PLC ) in the main engine remote control system and the role of the ship starting, reversing, speed, parking and other specific operation action prin
2、ciple. Its main function is to achieve in the paper.Key word: The ship, the main engine remote control system, PLC, starting, reverse-speed, parking1 引言随着微处理器和大规模集成电路的发展和应用，可编程程序控制器（PLC）在已发展并熟并日趋完善，已成为现代工业自动控制的三大支柱之一。PLC结构简单、使用方便，抗干扰能力强，控制精确及系统功能可拓展性强等特点使它具有强大的逻辑运算处理功能，同时还具备数字运算，联网通信等功能，因此它被广泛应用于船舶自
3、动化控制系统。船舶自动化领域的一个重要组成部分是主机遥控系统。目前主机遥控系统技术方案多种多样，本文采用PLC工业控制网络来实现主机遥控系统的功能，具有经济性能好、硬件电路结构简单、工作安全可靠的特点。在多PLC控制网络实现主机遥控系统设计的基础上，研讨主要设计整个PLC网络的总体结构和通讯方案，并通过通讯网络实现对主机的起停部分的自动控制及安保系统设计。2 PLC简介2.1 PLC概述 可编程控制器（Programmable Logic Controller）简称 PLC，它具备了模 拟量控制、过程控制以及远程通信等强大功能，所以美国电气制造商协会将其正 式命名为可编程控制器（Program
4、mable Controller）,简称 PC。但是个人计算 机（Personal Computer）也简称 PC，为了避免混淆，将用于逻辑控制的可编程 控制叫做 PLC（Programmable Logic Controller）. PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置，它 其实就是一台计算机，它采用可以编制程序的存储器，在其内部执行逻辑运算、 顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，它以接入式 CPU 为核心，通过 数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC 及其有关 的外围设备，都是很容易与工业控制系统形成一个整体，容易扩展其功能的
5、。 可编程控制器是一种工业现场用计算机。它是为工业环境下应用而设计的， 工业环境一般办公环境有较大的区别。由于 PLC 的特殊构造，使它能在高粉尘、 高噪音、强电磁干扰和温度变化剧烈的环境下正常工作。为了能控制机械或生产 过程，它要能很容易的与工业控制系统形成一个整体，这些都是个人计算机无法 比拟的。 可编程控制器是一种通用的工业控制计算机。 它能控制各种类型的工业设备 及生产过程。 它的功能能够很容易地扩展， 它的程序是可以根据控制对象的不同， 让使用者来编制的。也就是说，可编程控制器较其以前的工业控制计算机，如单 片机工业控制系统，具有更大的灵活性，它可以方便地应用在各种场合。 通过以上定
6、义还可以了解到，相对一般意义上的计算机，可编程控制器不仅 具有计算机的内核，它还配置了许多使其适用于工业控制的器件。它实质上是经 过一次开发的工业控制计算机。从另一个方面来说，它是一种通用机，经过二次 开发，它可以在任何具体的工业设备上使用。它在很大程度上使的工业自动化设计从专业设计院走进工厂和矿山， 变成了普通工程技术人员甚至普通电气工人力 所能及的工作。再加上体积小、工作可靠性高、抗干扰能力强、控制功能完善， 适应性强，安装接线简单等众多优点，可编程控制器在短短的 30 年中获得了突 飞猛进的发展，在工业控制领域获得了非常广泛的应用。PLC系统主要由中央处理器（CPU）、存储器、输入单元、
7、输出单元、通信接口、扩展接口电源等部分组成。其中，CPU是PLC的核心，输入单元与输出单元是连接现场输入/输出设备与CPU之间的接口电路，通信接口用于与编程器、上位计算机等外设连接。 在PLC中CPU按系统程序赋予的功能，指挥PLC有条不紊地进行工作，归纳起来主要有以下几个方面：1）接收从编程器输入的用户程序和数据。2）诊断电源、PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错误等。3）通过输入接口接收现场的状态或数据，并存入输入映象寄有器或数据寄存器中。4）从存储器逐条读取用户程序，经过解释后执行。5）根据执行的结果，更新有关标志位的状态和输出映象寄存器的内容，通过输出单元实现输出控制。有些PLC还
8、具有制表打印或数据通信等功能。2.2 PLC的显著特点（1）可靠性高，抗干扰能力强 船舶上的环境可以算一个非常恶劣的:油雾，潮湿，高温因此对船用电气设备的要求也是非常高的。PLC是专门为工业设计的，早设计过程中采用多层次抗干扰，精选元件。可在恶劣的条件下与强电一起工作，运行的稳定性，可靠性都是比较高的。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这给船舶修理人员带来了很大的方便，大大节约了修理时间，船舶在海上航行的时候，修理时间越长，你的船的危险就越大。正如一句
9、熟语“时间就是生命”。在实习期间我也是深刻理解了PLC系统的方便和实用性。有的时候会碰到一些不起眼的故障，自己就这么检查很那查到。但是用电脑查PLC的语言，这样就很容易看出故障在什么地方了。所以PLC可编程软件是很适合在船舶系统中使用的。（2）硬件配套齐全，功能完善，适用性强 PLC发展到今天已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用。用户进行控制系统设计时，不需要自己设计和制作硬件装备，只需要根据自己的要求进行模块的配置。对于一个控制系统，当控制要求改变时，只需修改程序就能变更控制能力，使得控制系统变得简便，这样相应的减轻了船上电气师的工作压力，随时可以根据船舶表现出
10、来的问题，修改PLC的梯形图，使得系统更加完善。这样船舶的操作系统更加的稳定和完全。（3）编程方便，易于掌握 PLC最大的特点就是采用了易学易懂的梯形图，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能所以船舶人员也能够使用起来。我们大学的时候学了一点理论知识，它的语言还不是很复杂。（4）系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造 PLC用存储逻辑代替接线逻辑，PLC的体积也是很小的，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，相对减轻了很大一部分人力，这对船舶
11、系统是非常具有重要性的（船舶系统的人员配置是非常少的）同时维护也是非常方便的。（5）功能完善，性价比高。除了逻辑控制，定时计数，数字运算外，配合特殊模块外还能实现点位控制，PID运算，过程控制，数字控制等功能。还可以与上位机通信，远程控制。这样比以前继电器模式的电路比较起来它的性价比低的很多，降低了船舶的造价，这也是一个很大提高。技术改革带来的提高（6）能适应恶劣的环境，PLC技术条件能在一般高温，震动，冲击和粉尘等恶劣条件下，能在能电磁干扰下工作。船舶现实的环境就是这么的恶劣，只有能够在这样的环境下能存在下来，才能够在船舶系统中的到广泛的应用。这就是PLC市场生存价值，也是PLC能在船舶系统
12、中生存下来的价值。2.3 PLC的主要应用和功能 PLC 在钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、 环保及文化娱乐等各个行业的应用也越来越广泛，主要可以归纳为以下几类： （1）开关量的逻辑控制 可编程控制器可实现逻辑控制、顺序控制，也可用于单台设备的控制，又 可用于多机群控制及自动化流水线。 （2）模拟量控制 在工业生产过程中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速 度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog） 和数字量（Digital）之间的 A/D 转换及 D/A 转换。 （3）运动控制 PLC 可以用于圆周运动或直线运动的
13、控制。从控制机构配置来说，早期直接 用开关量 I/O 模块连接位置传感器和执行机构， 现在一般使用专用的运动控制模 块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。 （4）过程控制 过程控制是指对连续变化的量进行控制。如对温度、压力、流量等模拟量的 闭环控制。作为工业控制计算机，PLC 能编制各种各样的控制算法程序，完成闭 环控制。目前已广泛应用于冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合。（5）PLC在船舶自动化领域里面的广泛应用3 主机遥控系统的结构和功能主机遥控是指远离机旁在驾驶台( 或集控室 )通过自动控制装置对船舶柴油机主机进行操纵。如同所有的控制系统一样, 主机遥控系统是由控制器和
14、控制对象( 主机 )二部份组成的。控制器的任务在于不断地采集来自驾驶台的操纵命令和来自主机的运行状态信息，做出判断，自动地根据系统的控制要求，向被控对象发出控制信号，以达到控制目标。 随着船舶自动化技术的发展, 装设主机遥控系统的船舶逐年增多。 比较完善的主机遥控系统通常设有如下功能(或环节):（1）逻辑程序控制，它包括操纵转换位置判断、自动换向、自动起动、重复起动、重起动、制动的逻辑控制，（2）转速与负荷控制，它包括转速信号发送速率限制和负荷程序等，（3）安全保护与应急操作，（4）系统功能模拟试验，（5）系统故障自检等。组成自动控制系统的元件有气动、机械、液压、继电器-接触器、半导体分立元件
15、、 小规模集成电路等不同种类, 在技术发展的不同阶段，主机遥控系统的类型随采用的控制元件不同也有气动式、电动式、电-气式、电-液式等不同。随着微型计算机在控制领域的广泛应用, 自上世纪八十年代远洋船舶主机遥控系统普遍采用了微型机做为控制器的核心，使系统的设计、生产、使用和维修都更为简单, 可靠性也大大提高目前，大型船舶的推进装置主要有柴油加推进和电力推进两类。采用柴油机推进时，直接驱动螺旋桨的柴油机称为主柴油机。主柴油机一般可以在机旁、集控室和驾驶台三个操作部位进行操作和控制。当离开机旁在集控室和驾驶台操作时，无法通过机旁操纵机构直接操作主机，这就需要在操作部位与主机之间设置一套能够对其进行远
16、距离操纵的控制系统，称为主机遥控系统。驾驶员操车，操纵人员只需操动一次车钟手柄，自动化设备就会根据主机当时的运行状态，自动依照主机的操纵规律，实现主机工况的自动控制与变换，直到主机运行状态同车钟指令完全一致为止。在船舶集控室或驾驶台通过自动控制设备操纵主机的系统称为主机遥控系统。主机遥控系统是机舱自动化系统的一个重要组成部分，是现代船舶不可缺少的设备之一。主机遥控系统的形成和发展是和机电控制技术的发展密切相关的。五十年代开始从不完善的机械式远距离操纵起步，到了六十年代初期，已经出现了集控室或驾驶室主机遥控;与此同时，机舱内各主要设备的自动化程度也有进一步提高，例如船舶电站自动化、辅机动力设备的自动切换，出现了性能良好的机舱故障报警系统等等。到了六十年代中期，各船级社纷纷提出机舱无人值班的技术规范，这对机舱自动化技术的不断发展起了很好的推动作用。
