基于Profibus现场总线的船舶电站自动监控系统开发与研究毕业论文Word文件下载.docx
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5.装订顺序
1)设计(论文)
2)附件:
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文(复印件)次序装订
指导教师评阅书
指导教师评价:
一、撰写(设计)过程
1、学生在论文(设计)过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
4、研究方法的科学性;
技术线路的可行性;
设计方案的合理性
5、完成毕业论文(设计)期间的出勤情况
二、论文(设计)质量
1、论文(设计)的整体结构是否符合撰写规范?
2、是否完成指定的论文(设计)任务(包括装订及附件)?
三、论文(设计)水平
1、论文(设计)的理论意义或对解决实际问题的指导意义
2、论文的观念是否有新意?
设计是否有创意?
3、论文(设计说明书)所体现的整体水平
建议成绩:
(在所选等级前的□内画“√”)
指导教师:
(签名)单位:
(盖章)
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价:
一、论文(设计)质量
二、论文(设计)水平
评阅教师:
教研室(或答辩小组)及教学系意见
教研室(或答辩小组)评价:
一、答辩过程
1、毕业论文(设计)的基本要点和见解的叙述情况
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
3、学生答辩过程中的精神状态
评定成绩:
教研室主任(或答辩小组组长):
(签名)
教学系意见:
系主任:
摘要
船舶作为一种最经济的运输方式,在交通运输中的地位是不可动摇的。
随着世界经济的发展,对船舶自动化水平的要求越来越高,而船舶自动化很大程度上依赖于船舶电站的自动化。
因此,船舶的大型化与自动化趋势便对船舶电站的自动化水平提出了新的要求。
而随着自动控制技术、虚拟仪器技术、计算机技术与现场总线技术等的高速发展,这些高科技技术的综合运用,正在向船舶自动化领域渗透。
对这些多种技术的综合运用,不但可以相互弥补单独运用一项技术时候的弊端,并且实现的功能要大于各项技术单独功能的罗列相加。
特别是在具有多台发电机组的大型船舶上,需要采集的柴油机、断路器、发电机等设备上的信息繁多,并且还需要对这些信息进行处理、判断、发出合理的命令,来应对各种各样的工况。
所以更需要各个环节的相互配合,来组成一个比较安全、可靠、经济的船舶电站自动监控系统。
在对船舶电站各项功能原理进行分析、研究的基础上,对船舶电站自动监控系统进行软硬件设计。
并且通过分层的思想把船舶电站自动监控系统分为信息层、控制层与设备层。
信息层最主要的是上位机PC以及装在其上边的LabVIEW。
控制层主要的包括PPU、Profibus-DP现场总线、西门子S7-300PLC。
设备层主要包括机旁控制箱、柴油机、传感器、执行器等等。
通过对虚拟仪器技术LabVIEW、西门子S7-300PLC/PPU控制技术、Profibus-DP现场总线技术以及各层之间通讯的综合应用,完成了具体的监控系统功能设计。
对LabVIEW与PLC/PPU进行模块化编程。
使LabVIEW界面的可视化、强大的测控功能与PLC/PPU控制系统强大的逻辑控制功能结合起来,并且通过抗干扰能力强、传输速度快的Profibus-DP现场总线进行信号传输。
以达到船舶电站自动监控系统安全、可靠、经济的各项目标。
对设计完成的船舶电站自动监控系统进行了实际调试实验。
并根据调试结果进行了一些整改与完善。
虽然还有一些不足,但结合已有的AMS报警系统等本设计以外的设备。
已基本实现良好的船舶电站自动监控功能。
关键字:
船舶电站;
Profibus-DP现场总线;
LabVIEW;
PLC;
自动监控
ABSTRACT
Shipasoneofthemosteconomicalmodeoftransportation,hispositionintransportationisunshakable.Asthedevelopmentofworldeconomy,thelevelofautomationoftheshiphavebecomeincreasinglydemanding,andshipautomationreliesheavilyonautomatedshippowerstation.Therefore,ship’slarge-scaleandautomationtrendswillbeproposednewrequirementsonthelevelofautomationoftheshippowerstation.Withautomaticcontroltechnology,virtualinstrumenttechnology,computertechnologyandfieldbustechnology’shigh-speeddevelopment,integrateduseofthesehightechnologyaretoinfiltratetheshipautomation.Thesecomprehensiveuseofvarioustechnologies,notonlycanmakeupfortheshortcomingsofeachothertechnologyalone,butalsorealizethefunctionsaregreaterthanthelistedfeaturesareadded.Especiallyonlargevesselswithmultiplegenerators,therewillalotofinformationshouldbecollectedondieselengine,circuitbreakers,generatorsandotheravarietyofdevices.Andthenalsoneedtoprocesstheseinformationforjudgeandbarkreasonableordertodealwithallsortsofconditions.Soitneedsallaspectstocooperatewitheachotherandtoformamoresecure,reliableandeconomyshippowerstationautomaticmonitoringsystem.
Onthebasisofanalyzeandresearchofshippowerstation’sfunctionalprincipletodesigntheautomaticmonitoringsystem’shardwareandsoftware,anddividedthesystemintotheinformationlayer,thecontrollayerandthedevicelayerbythethinkingofhierarchical.TheinformationlayermainlyincludesthehostcomputerPCwithLabVIEWinstalled.ThecontrollayermainlyincludesPPU,Profibus-DPfieldbus,SiemensS7-300PLC.Thedevicelayerincludesmachinecontrolbox,dieselengines,sensors,actuatorsandsoon.ThroughthecomprehensiveapplicationofvirtualinstrumenttechnologyLabVIEW,SiemensS7-300PLC/PPUcontroltechnology,Profibus-DPfieldbustechnologyandthecommunicationbetweenthelayers,andcompletedthedetailfunctionaldesign.ProgrammewithLabVIEWandPLC/PPUinmodularway.CombineLabVIEW’spowerfulvisualizedinterfaceandmonitoringfeatureswithPLC/PPUcontrolsystem’spowerfullogiccontrol,andsignaltransfersthroughtheProfibus-DPfieldbuswhichhasanti-interferenceandthefasttransmissionspeedsability,toachievethegoalsofshippowerstationautomaticmonitoringsystem’ssafety,reliabilityandeconomicalefficiency.
Apracticaldebuggingexperimentsareconductedafterthedesignsarecompleted.Anddosomerectificationandimprovementaccordingthedebuggingresults.Althoughthisdesignhassomeshortcomings,combinewithsomedeviceexistingsuchasAMSalarmsystem,ithasbeenrealizedthebasicallyfunctions.
Keywords:
shippowerstation;
Profibus-DPfieldbus;
LabVIEW;
PLC;
automaticmonitorandcontrol
目录
摘要I
第一章绪论3
1.1船舶电站自动监控系统的研究目的及意义3
1.2船舶电站自动监控系统的发展历程及国内外研究现状3
1.3船舶电站自动监控系统技术的发展趋势4
1.4国内船舶电站自动监控系统的发展存在的问题及展望4
1.5研究的内容以及论文结构5
第二章船舶电站自动监控系统的构成及工作原理8
2.1船舶电力系统主要组成8
2.2船舶电站系统的主要硬件组成9
2.3船舶电站自动监控系统的子系统组成9
2.3.2自动控制系统10
2.3.3自动监测报警系统10
2.4船舶电站自动控制系统的工作原理11
2.4.1电机组的自启动与停机11
2.4.2发电机组的自动并车13
2.4.3船舶发电机组的自动调频调载15
2.5本章小结21
第三章船舶电站自动监控系统的硬件与软件设计22
3.1船舶电站自动监控系统的硬件设计22
3.2船舶电站自动监控系统的硬件设备选用23
3.2.1上位机的选型23
3.2.2PLC模块选用24
3.2.3信号处理模块的选用25
3.2.4现场总线的简介与选用27
3.2.5上位机PC与下位机PLC的通信31
3.3船舶电站自动监控系统的PLC软件设计32
3.3.1西门子S7-300PLC开发环境简介32
3.3.2系统的主程序框架设计36
3.3.3系统各子程序模块的设计38
3.4船舶电站的监测界面LabVIEW程序编程设计46
3.4.1LabVIEW介绍46
3.4.2LabVIEW编程的基本思路48
3.4.3基于LabVIEW的船舶电站的主监控界面设计49
3.4.4发电机组状态监视详细界面51
3.4.5同步屏界面51
3.4.6数据趋势图界面52
3.4.7管理员登录界面53
3.4.8部分程序设计展示54
3.5LabVIEW与西门子S7-300PLC之间的通信连接设计54
3.6本章小结61
第四章实机试验与结果62
4.1实机试验62
4.2调试结果与分析64
4.3本章小结66
第五章总结与展望67
5.1总结67
5.2展望67
参考文献68
致谢71
在读期间发表的学术论文及研究成果72
第一章绪论
1.1船舶电站自动监控系统的研究目的及意义
众所周知,船舶是最为重要的水上运输工具。
然而,这些年来随着科技,特别是计算机技术与电子技术的发展、全球航海运输业的不断发展、海洋研究领域的不断扩展、人们生活以及安全性要求的不断提高等等,给船舶的综合性能提出了更高的要求。
比如豪华游艇、综合船桥系统、船舶动力定位系统等,都对船舶电站有特别高的要求[1]。
我们更需要更安全、更环保、更舒适的先进性船舶,而船舶先进性最重要的指标之一便是船舶电站自动监控系统的先进性。
同时,它也是船舶现代化的重要标志之一。
可靠的船舶电站自动监控系统的主要优点如下:
(1)安全性
船舶电站自动监控系统性能的提高,为船舶电站的供电能力提供了较好的连续性和可靠性保障。
可以为船上的用电设备提供一个事宜的环境使它处于一个良好的运行状态,出现的各种故障也可以较为快捷的发现并处理,避免了更多的因船员误操作而导致的事故发生。
(2)环保性
船舶电站自动监控系统性能的提高,可以减少船舶事故的发生,便有效的减少了海洋污染。
随着全球经济的发展,大型油轮、化学品等船越来越多,试想多发生一出事故,就可能会对海洋生态环境造成大范围无可挽回的破坏。
(3)经济性
首先,船舶电站自动监控系统性能的提高,可以使船舶发电机始终工作在最经济的工作状态,比如自动解列功能的实现,便会使不必要的发电机组自动解列停机,从而让船舶电站工作在最佳输出范围内。
再者,可以使船员的数量减少的同时减轻船员的劳动强度以及改善其工作条件,并且工作效率也会随着提高。
减少不必要的人力付出与经济开支,体现节能经济性的同时也体现出了人文性。
同时,战略性、可持续发展性等一系列优点在船舶电站自动监控水平的提升中都有所体现。
再者,船舶先进性也和国家的海洋军事息息相关。
特别是近年来,各国军方对船舶的研究也逐渐重视起来。
所以对船舶电站综合自动化研究的重要性不言而喻。
1.2船舶电站自动监控系统的发展历程及国内外研究现状
百年前电能就在船舶上得到应用,但是由于那时的船舶都是直流电,点在船上的作用基本上便是照明。
大约1950年以后,交流电致才逐渐发展起来并走进了船舶。
如今,交流电制在船舶上应用已十分广泛。
船舶电站自动监控技术的发展也由此发展起来[2]。
最先对船舶电站自动监控系统进行深入研究是在1960年代以后,代表国家为英国、日本、德国等发达国家,设计了如XET与MMF等自动并车装置,但他们的作品稳定性远远不够。
随后的十年,人们改变自动化装置的单一性思想,把系统多元化为成套的自动化装备。
再加上数字、模拟集成电路的发展,使得设计出来的监控系统性能更稳定话、功能更多元化。
系统可在集控室进行集中控制,如德国西门子公司生产的EEA-22。
1980年以后,国外通过单片微机控制技术完成了一些自动控制装备,如丹麦的APM,当时广州远洋公司的船舶上便安装了此款系统。
但由于此项技术的抗干扰能力不足,因此也没有在船舶上得到广泛的应用。
90年代后,出现了性能稳定可靠、逻辑控制能力强的PLC(ProgrammableLogicController,可编程逻辑控制器)技术。
并且随着其性能的不断发展,船舶电站自动监控系统的发展逐渐理想起来。
到21世纪以后,船舶自动化技术的更新越来越快,近些年来,国内外己研制出更可靠、更智能的网络型船舶电站自动监控系统,船舶机电产品制造商技术的代表有,ALATOM公司、ABB公司、西门子公司以及我国上海船舶运输研究所等等。
我国在船舶电站自动监控方面也有研究,但是和一些发达国家相比还是有很大差距,很难与国际接轨。
应国际航运的现实需求,国内船舶电站走动监控系统配置都应船东要求直接钩于国外[3]。
国产化的科技含量高的船舶配套控制产品市场有较大开发潜力。
1.3船舶电站自动监控系统技术的发展趋势
船舶电站的自动化单从技术上讨论经历了几种自动化控制方式,分别是单元分立式、集中式、集散式和现场总线式。
单元器件自动化,在各种功能的稳定性上表现的远远不够。
之后把系统多元化为成套的自动化装备,自动化装置各方面性能都有很大改善。
之后,随着微型计算机技术、电力电子技术等的发展,先后出现了微机集中式、分散式和集散式自动化系统。
但各有其优缺点,因此还需要进一步发展,如现在已经初步应用的现场总线控制方式,便是一种趋势。
现代船舶逐步走向大型化、智能化,对应于船舶电站的发展要求便是高容量化和自动化、智能化,另外现在越来越重视环境问题与人文问题,船舶电气设备还得向高可靠性、节能性、安全性的方向发展。
那么分布式、现场总线式、多微机网络型的电站自动化系统,将是未来船舶电站自动化的主流发展方向。
1.4国内船舶电站自动监控系统的发展存在的问题及展望
对国内现状而言,我国的船舶电站自动化技术发展虽然取得了不少成就,如我国新制造的军用舰艇船舶自动化系统,但在民用船舶上,国产产品设备的装船率很低。
与国外先进国家相比,还有很大一段路要走。
近些年来,我国船舶自动化技术虽有进步,但没有形成规模,一些大的船舶工业单位只是应船东的要求,购进国外的成品。
只进行简单的组装,船厂利润也被降的很低。
目前,国内只有少量船舶自动化技术领头单位,如704、711研究所、上海船研所等[4]。
并且其主要经理还是放在国防军用船舶上面,而国内民营船舶企业主要精
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