开题报告 电气工程及自动化 基于PLC的船舶机舱监控系统设计 一、 综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 随着电子技术的革新以及组态和工控技术在工业中的迅猛发展，PLC、单片机和工控机的应用已经十分成熟，在工业控制等各方面成功的代替了以前的模拟、数字电路系统。

船舶机舱监控系统是船舶自动化系统中最重要的组成部分，主要由机舱监测报警系统、主机安全保护系统、主机遥控系统、电站监控系统, 以及泵、风机、辅锅炉自动控制等系统组成。它主要用于检测机舱内一些主要设备，如主机、辅机及其它控制设备的运行状况、当工作状况出现故障时发出报警信号的检测系统。由于船舱机舱内高温、高噪声甚至存有污染的恶劣环境，机舱监控系统通常安置在距离机舱较近，又易于观察到其中主要设备运行状态的监控室中，监视室与机舱一般隔离，从而减少机舱的高温、振动、潮湿、电磁干扰、腐蚀以及噪声等其它方面的干扰。机舱工作人员可通过机舱监控系统在监视室内了解到机舱中主要设备的工作状态，从而即改善机舱工作人员工作环境，减轻了其劳动强度又能更准确了解到主要设备的实时工作状态。

船舶机舱监控系统是跟随着电子技术和控制理论的发展而发展的，到目前为止其发展大致分为四个阶段：
1、以常规仪表监测阶段 20世纪60年代之前，工业控制自动化水平较低，那时以经典控制理论为主要控制理论，控制对象以单一。那时的电子技术水平，也只有单项自动调节控制装置得以在机舱中应用，使用的监测工具多为常规仪表，监视报警系统的主要代表是触电继电器，尚未构成完整的集中控制系统，各个系统间相互独立，自成体系。

2、以电、气动及中小规模集成电子模块组成的逻辑监控阶段 20世纪60年代中后期，随着电子技术的发展，晶体管集成元件可靠性能得以增加，出现了以电、气动及中小规模集成电子模块组成的逻辑控制为代表的机舱监视报警系统，即集中监视系统，这使主机、辅机和其它自动化设备的工作状态得到进一步监测，可靠性进一步提高。那时的监控系统主要使用模拟式仪表。但随着工艺的日益复杂和生产规模的扩大，从技术以及经济性等方面，这类监控系统仍存在许多不足。

3、以微机为基础的集散型监控阶段 20世纪70年代至80年代，随着先进控制系统如集散控制系统（简称DCS）以及其它各种现代控制理论的出现和发展完善，先进控制手段也相应产生。另外电子计算机的设计、制造与应用的技术逐渐成熟，许多国家都制造出了安装有计算机的更高自动化程度的船舶。出现了微机集中监测系统、分散监控系统和集散型微机网络监测系统。其中集散型微机网络监测系统又称网络型微机监控系统，采用高一级的微机系统组成中央单元，以多个独立微机系统组成分站，两者通过网络联结。该系统拥有集中型和分散型的优点，避免了它们的缺点，也是目前用于机舱集中监测中最多的结构形式。

4、基于现场总线技术的机舱监控系统同全船自动化系统联网监控的阶段 20世纪90年代以来，出现了基于现场总线技术的新型控制系统，又称现场总线式全分布式系统（简称FCS），并已实现了网络化结构。这是控制技术、计算机技术、通信技术的集合体现，它拥有全数字化、具有开发性和互操作性等的特点。它的出现为分布式控制系统各节点之间能够实时、可靠的数据传输提供了强有力的支持。船舶机舱分布式总线监控系统首先由加拿大海军研发并应用于驱逐舰、潜艇等，以总线为核心，将所有控制台中的微机联网，共享相关数据。该系统对资源的动态具有重构能力，便于向接入总线系统的控制台提供冗余措施，其系统结构采用了总线挂接方式。21世纪以来，各研究机构纷纷加强研究该系统，德国西门子公司、丹麦约克公司、挪威诺康公司等国际著名的船电产品制造商目前已有较成熟的技术和相配套的产品，并将其实际应用于各类船舶。展望未来，船舶自动化技术将进一步向全船综合自动化层次发展。船舶综合自动化，是集机舱自动化、机械自动化、航行自动化、装载自动化等于一体的多功能综合系统，是船舶自动化的进一步发展目标。而船舶综合监控系统的自动化水平是衡量当前船舶先进程度的一个重要标志。我国也在这方面进行研究，中国船舶重工集团公司 “船舶电站成套设备研制”项目的科研攻关是我国首次自主研制的船舶自动化电站成套装置，该项目成功地解决了我国船舶电站系统成套设备研制中的诸多关键的问题。

从60年代之前的单个船舶装置自动化到60年中期出现的“无人机舱”，从70年代之后的电子计算机在驾驶、机舱和装载等各方面的全盘控制应用，到8O年代、90年代网络型控制系统在船舶机舱自动化中的广泛应用，世界各国对船舶自动化技术的研究不断深入。这其中，为了能快速有效地处理突发故障，对机舱设备状态的监控和故障的诊断系统成为近年来特别研究的课题。

我国同世界先进的造船国家相比，这方面有很大的差距。目前我国国产机舱监控系统的代表产品为CY8800网络型机舱监控系统，然而，我国现有的大部分船舶机舱监控系统基本仍处于各系统单独监控的状态，各监控系统之间不能进行实时的、有效地数据传输，这就要求了更多的控制设备的成本以及监控人员更多的专业要求及工作强度。国内目前所造的许多船舶的集中控制装置和系统主要应船东的要求购自国外。因此，开发性价比更高的船舶机舱监控系统，将大幅度降低生产和运营成本从而带来极大地经济效益和社会效益，加强这方面的技术研究具有强烈的要求和意义。

随着船舶自动化程度的不断提高，现代的船舶系统日趋高性能化和结构复杂化，以及船东日益关注减员增效的情况，船舶设备的自动化程度、可靠性和维修性提出了更高的要求。准确而实时地掌握船舶系统的工作状态以及预测、诊断存在和潜在的故障成为了现代船舶管理的研究的重要内容和课题。

船舶机舱监控系统应能承受船上遭遇到的环境温度、潮湿变化、电源波动、电磁干扰、振动、噪声以及腐蚀等工作条件，而且为了便于维修和更换，其硬件应由可替换的模块构成，且尽可能标准化和组件化，另外为减少备用件的数量，应尽量减少使用不同的模块。基于以上几点考虑，将抗干扰性能好、可靠性高、实时性好的PLC技术应用于船舶的机舱监控系统，实现对机舱设备多种运行状态参数的现场数据采集、变换、传输和监控。PLC 机是专门用于工程现场的自动控制装置，它在具体设计与制造时既考虑了硬件抗干扰措施，也有高效的软件保护措施，使用PLC的输入通道采集外部所有报警信号和控制信号，再利用PLC编程以软件的形式实现需要的逻辑和报警功能，能够成功地实现船舶机舱的监控。

二、 研究的基本内容，拟解决的主要问题：
研究的基本内容：
1) 船舶机舱监控系统功能。

2) 船舶机舱监控系统分析方法。

3) 船舶机舱监控系统仿真。

4) 系统优化分析。

拟解决的主要问题：
1、熟悉小吨位船舶机舱的监控系统功能。

2、完成系统网络结构的设计、设备选型、部分硬件的开发。

3、采用PLC作为主控制模块，运用软件进行上位机与下位机PLC程序的开发，并实现人声报警提示等。

三、研究步骤、方法及措施：
步骤及方法：
(1)了解国内外船舶机舱监控系统的发展动态。

(2)熟悉船舶机舱监控系统的工作对象、环境以及作用。

(3)重点讨论基于PLC的船舶机舱监控系统理论，通过仿真软件将系统应用于实际系统中，并建立数学模型。

(4)确定合理的仿真时间，对系统进行仿真、分析。

(5)得出结论。

措施：
图书馆查找相关的书籍、期刊、杂志等，通过上网寻找相关的一些资料，查看当代对该技术的研究成果和最新的动态。然后通过对这些资料的学习和研究进一步的熟悉和理解设计所需的相关知识。在设计过程中及时与指导老师探讨，对不了解的问题及时向老师请教。

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