PLC与船舶自动化的应用

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1、PLC 与船舶自动化的应用摘要本文重点介绍PLC在船舶自动化的应用，近年来，PLC在国内已 得到了迅速推广普及。它正改变船舶自动控制的面貌，对传统产业的 技术改造，发展新型工业具有重大的实际意义 。在现代船舶中越来 越讲究自动化，然而可编程控制器（PLC）在船舶自动化中是必不可 少的。本文将重点介绍可编程控制器（PLC）在船舶各种设备中的具 体应用。针对老式船舶中存在的问题从而提出了一种采用可编程控制器 （PLC ）和数字显示仪表结合组成，这样不且提高了生产效率，还提 高了生产速度和船舶的反应能力从而更安全更可靠。同时也节约费 用。目录可编程控制器述。可编程控制器的组成与工作理。采用可编程控制

2、器（PLC ）对应急发电机的自动启动控制。1 电 路 设计及器件选择。2 可 编 程 控 制 器3.采用可编程控制器（PLC）和数字仪表结合组成的应急发电机自动控制的优点。四. 结论。可编程控制器的概序可编程控制器是 60 年代末美国首先出现的，当时叫可编程逻 辑控制器PLC （pro-grammable logic controlled目的是用来取代继 电器，以执行逻辑判断。计时，计数等训序控制功能。提出 PLC 概念的是美国通用汽车公司。当时，根据汽车制造生产线的需要， 希望用电子化的新型控制器替代继电器控制柜，以减少汽车改型 时，重新设计制造继电器控制盘的成本和时间。通用汽车公司对 新型

3、控制器提出 10 点具体要求。1 编程简单，可现场修改程序。2 维护方便，采用插件式结构3 可靠性高于继电器控制柜4 体积小于继电器控制柜5 成本可与继电器控制柜竞争6 可将数据直接输入计算机7 可直接用 115V 交流输入8输出采用115V,能直接驱动电磁阀，交流接触器等；9 通用性能强，扩展很方便；10程序要能存储，存储容量可扩展到4K字节。这10点要求几乎成为当时各个自动化仪表厂商生产PLC的基 本规范。概够起来， PLC 的基本设计思想是把计算机功能完善， 灵活。通用等优点和继电器控制系统的简单易懂。操作方便。价 格便宜等优点结合起来。控制器的硬件的标准的通用的。根据实 际应用对象，将

4、控制内容编程软件写入控制器的用户程序存储器 里。控制器和被控制对象连接起来。随着半导体技术尤其是微型计算机技术的发展，到七十年代中 期以后， PLC 已广泛地使用微处理器作为中央处里器，输入输出 模块和外围电路也都采用了中。大规模甚至超大规模的集成电路， 这时的 PLC 已不再是只有逻辑判断功能，还同时具有数据处理。 PID 调节和数据通信功能。国际电工委员会（IEC）颁布的可编程控制器标准草案中对可 编程控制器作如下的定义；可编程控制器是一种数字运算操作的 电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的 存储器，要来在其内部存储器执行逻辑运算，训序控制，定时。 计算和算术运算等操作

5、的指令，并通过数字式和模拟式的输入和 输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关 外围设备，易于与工业控制系统连成一个整体，易于扩冲其功能 的设计。可编程控制器对用户来说是一种无触点设备，改变程序即可改 变生产工艺，因此可在初步设计阶段选用可编程控制器，在实施阶段再确定工艺过程。另一方面，从制造生产可编程控制器的厂商角度看，在制造阶段不需要根据用户的定货要求专门设计控制器，适合批量生产。由于这些特点，可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢迎，并得带迅速的发展。目前，可编程控制 器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的普及推广应用。可编程控制器是面向用户的专用工业控制计算机

6、，具有许多 明显的特点； 可靠性高，抗干扰能力强;可编程控制器是专为工业控制而设计的。 除了对器件的严格涮选和老化外，在硬件和软件俩个方面还采用了屏 蔽，隔离。故障论断和自动恢复等措施，使可编程控制器具有很强的 抗干扰能力，使其平均无故障时间达到（35）X10h以上。编程简单。直观。可编程控制器是面向用户。面向现场，考虑 到大多数电气技术人员熟悉电气控制线路的特点，它没有采用微 机控制中常用的汇编语言，而采用了一种面向控制过程的梯形图 语言,梯形图语言与继电器语言相似，形象直观，易学易懂，电气 工程师和具有一定知识的电工。工艺人员都可以在短时间学会， 使用起来得心应手，计算机技术和传统的继电器

7、控制技术之间的 隔阂在可编程控制器上完全不存在，世界上许多国家的公司生产 的可编程控制器把梯形图语言作为第一用户语言。适应性好，可编程控制器是通过程序实现控制的，当控制要求 发生改变时，只要修改程序即可，由于可编程控制器产品已标准 化，系统化，模块化，因此能灵活方便地进行系统配置，组成规 模不同，功能不同的控制系统，适应能力特别强，故既可控制一 台单机，或是一条生产线，又可控制一个复杂的控制系统，既可 现场控制又可远距离控制。功能完善，接口功能强，目前的可编程控制器具有数字量和模 拟量的输入和输出，逻辑和算术运算，定时，计数，训序控制， 通信，人机对话，自检，记录和显示等功能，使设备控制水平大

8、 大提高，接口功率驱动极大地方便了用户，常用的数字量输入输 出接口，就电源而言有110V 220V交流和5V 24V 48V地直流；负 载能力可在（5A）的范围内变化，模拟量的输入和输出有多种规 格。由于PLC具有以上特点，他把计算机技术与继电器技术很好的 融合在一起，最新发展的PLC产品，还把DDC （直接数字控制） 技术加进去了，并具有与监控计算机上连网的功能，因而它的应 用几乎覆盖了所以工业企业，既能改造传统机械产品成为机电一 体化的新一代产品，又适应于生产过程控制，实现工业生产的优 质，高产，节能与降低成本。总之，PLC技术代表了当前电气程序控制的先进水平，PLC与 数控技术和工业控制

9、已成为机械工业自动化的三大支柱。可编程控制器的应用PLC的应用范围通常可分为五大类.1）训序控制，这是今天PLC最广泛应用的领域。它取代传统 的继电器应用于单机控制.多机控制.生产自动线控制。2）.运动控制。PLC制造商目前已提供了拖动步进电机或伺服 电机的单轴或多轴位置控制模块。在多数情况下， P LC 把描述目 标位置的数据送给模块，摸快移动一轴或数轴的目标位置。当每 个轴移动时，位置控制模块保持适当的速度和加速度，确保运动 平滑。3）.过程控制。PLC能控制大量的物理参数，例如温度，压力, 速度和流量。 PLC 模块的提供使 PLC 具有了闭环控制的功能，即 一个具有有 PID 可用控制

10、能力的 PLC 可要于过程控制。当由于控 制过程中变量出现偏差时， PID 控制算法会计算出正确的输出， 把变量保持在一定直上4）.数据处理。在机械加工中，出现了把支持训序控制的 PLC 和计算机数值控制（CNC）设备紧密结合的趋势。预计今后几年 CNC系统将变成以PLC为主体的控制和管理系统。5）.通信。为了适应国外近几年兴起的工厂自动化（FA）系统 发展的需要，必须发展PLC之间和上级计算机之间的通信功能， 作为实时控制系统， PLC 数据通信速度要求高，而且要考虑出现 停电，故障时的对策等。I/O模块按功能各自放置在生产现场分散 控制，然后采用网络联结构集中管理信息的分布式网络系统。可编

11、程控制器组成及工作过程PLC 实质上是一种专用于工业控制的计算机，他的硬件结构基 本上与微型计算机（PC）相同，但其工作过程与（PC）有些差别。可编程控制器构成的基本控制系统硬件简化图，其中可编程控 制器的基本组成由虚图。1）冲央处理器（CPU）它是可编程控制器的神经中枢。是系 统的运算，控制中心，他按照系统程序所给予的功能，完成以下 任务；A接收并存储用户程序和数据B 用扫描的方式接收现场输入设备的状态和数据C判断电源，PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错 误D 完成用户程序中规定的逻辑运算和算术运算任务E更新有关标志位的状态寄存器的内容，实现输出控制，制表 打印或数据通信等功能。2

12、）.存储器。存储器用来存储数据和程序，它包够随即存取的 存储器 RAM 和在工作过程中只能读出，不能写入的 EPROM RAM 中的用户程序可以用EPROM写入器写入到EPROM心片中，写入 了用户程序的 EPROM 又可以通过外部接口与主机连接，然后让 主机按EPROM中的程序运行。EPROM是可擦可读的只读的存储 器，如果存储的内容不需要时，可以用紫外线擦除，重新写入新的程序。3) I/O模块。I/O模块是CPU与现场I/O装置或其它外部设 备之间的连接部件，PLC提供了各种操作电平与驱动能力的I/O 组建，供用户选用。4) 电源。 PLC 配有开关式稳压电源模块，用来对 PLC 的内 部

13、电路供电。PLC 采用集中采样，集中输出的工作方式，减少了外界干扰的 影响， PLC 的工作过程分为三个阶段进行，即输入采样阶段，程 序执行阶段，如图；1) 输入采样阶段， PLC 以扫描工作方式，按训序将所有信 号读入到寄存输入状态的输入映象区中的存储，在本工 作周期内，这个采样结果的内容不会改变。2) 程序执行阶段， PLC 按训序对程序进行扫描，分别从输 入映象区和输出映象区中得到所需要的数据进行运算。 处理。再将程序执行的结果写入输出映象区中储存，但 这个结果在整个程序未执行完毕之前不会送到输出借 口上去。3）输出刷新阶段。在执行完用户所有程序后，PLC将映象寄存器中的内容送入到输出锁

14、存器中，再去驱动用户设备。PLC重复执行以上三个阶段，每一次重复的时间为一个扫描 周期。在PLC中常采用一种为：“看门狗”（watchdog ）的定 时监视器来监视PLC的实际工作周期是不是超时，以避免PLC 在执行程序过程中进入死循环，或执行了非预定的程序而造 成系统瘫痪。采用可编程控制器（PLC）的应急发电机的自动启动控制 采用可编程控制器（PLC）和数字显示仪表结合组成的应急发 电机组的自动启动控制器，能适应不同电压等极及频率的应急发 电机组，能自动检测主电网的欠压，自动启动应急发电机组，自 动合闸供电，并能发出启动成功或启动失败的报警信号，和适应 但台发电机的自动启动控制。1. 电路设

15、计和器件选择电路设计主要分为主电路及PLC控制电路俩大部份组成 主电路包括控制 400V 配电屏向应急负载供电的自动空气开关 ACB1 和控制应急发电机组向应急负载供电的自动空气开关ACB2。ACB1和 ACB2 选用可以自动合闸和分闸的 DW914 或其它合适的型号，这一部 分原理较为简单，就不加介绍了。自动控制电路以 PLC 为中心，加上提供输入信号的数 字电压表，数字频率表和电压继电器，以及作为输出执行功能的一组中间继电器组成。其电路如图这部分是整个应急发电机组自动控制器的核心，主要 分为信号变换及输入部分，输出执行部分和程序控制部分。 总体工作如下；400V主汇流排电压下降到310V以下，延 时5秒，即发出欠压信号，PLC控制ACB1分闸，主开关欠 压保护，同时发出应急发电机组启动信号，应急发电机组 开始启动，电压逐渐上升，转速加快，逐渐接近额定转速 通过数字电压表和数字频率表测量应急发电机组的电压和 频率，并将俩表的BCD码数字信号送入PLC进行比较，运 算。在启动后 15 秒内应急发电机组电压达到 370V390V 频率达到 4852HZ 即认为启动成功，向 ACB2 发出合闸信 号，如果 15 秒内没有达到 370V390V 频率达到 4852HZ