船舶三速起货机的控制系统设计文献综述
2020-04-15 09:04
船舶的运营时间主要由航行时间和停泊时间两部分组成。船舶在港停泊的时间越长，其航行时间就越短，运力的发挥也就越差。对于货船而言，杠泊时间的长短，主要取决于货物的装卸时间。因此，提高装卸效率，缩短港泊时间，对加快船舶周转，降低运输成本，增加港口的货物吞吐量和加速货物的运输，都具有重要意义。
船舶起货机是远洋船舶甲板机械最典型的设备之一。其结构复杂，难于管理，专业性强，不易掌握口。船舶起货机多采用传统的继电器接触器控制系统,该控制方式故障率高，可靠性和可维护性差，灵活性和扩展性也很差，在船舶进行装卸货物操作时，尤其是工作年限较长的船舶在装卸货物时，经常会因为副接触点跟时间继电器的故障而导致控制的紊乱，使系统无法正常运行。所以有必要采用先进的PLC控制技术来取代。本文将把继电器接触器控制系统和PLC控制系统的优缺点进行详细的比较分析。船舶起货机的安全保护主要依靠机械限位，缺少软件方面上的安全评估和超前保护。船舶起货机的操纵需要使用者全身心地投入工作，缺少软件上的预测控制，不能有效防止操纵失误而导致的货物跌落或货物撞地现象。因此船舶起货机的控制应重点考虑使用者的经验不足，这需要软件开发来补充和完善,本文增加了光电开关传感器，感知被升降货物的位置和速率，系统安全性极大增强。另一方面，基于PLC的船舶电动起货机明显提高了系统的安全可靠性、稳定性，并降低了维修成本。改用PLC控制系统后的起货机，不仅减少了管理人员的日常维护管理，而且有效地降低了故障发生率，大大的提高了船舶装卸货物的效率。
PLC即可编程序控制器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，它为以微处理器为核心，集计算机技术、自动控制技术、及通信技术于一体。它用程序取代了传统控制电路中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，具有如下优点：
(1)软硬件功能强：PLC的功能非常强大,其内部具备很多功能，如时序计算器、主控继电器、移位寄存器及中间寄存器等，能够方便地实现延时锁存、比较跳转和强制I/O等功能。PLC不仅可进行逻辑运算算术运算数据转换以及顺序控制，还可以实现模拟运算、显示、监控、打印及报表生成等功能，并具有完善的输人输出系统；
(2)编程容易：编程语言面向电气工程人员，采用与继电器控制电路相似的梯形图(或顺序控制流程图)进行设计，简洁直观，易于理解和掌握；
(3)使用维护方便：PLC输人输出接口是已经按不同需求做好的,可直接与控制现场的设备接口相连。PLC控制系统的维护也非常简单，只要利用其自诊断功能和监控功能，就可以迅速查找到故障并及时给予排除；
(4)PLC的接线十分简单：只需将输人设备(按钮开关等)与PLC输人端子连接;接收输出信号执行控制功能的执行元件(接触器电磁阀等)与PLC输出端子连接即可，工作量相对要少得多。同时也极大地方便了船员对现代船舶的掌控，保证了船舶的安全高效营运。
目前， 随着 PLC 控制技术的迅速发展， 将 PLC 技术运用到船舶起货机控制上也是顺其自然。本文目的就是引入PLC来实现三速起货机的自动控制，取代了传统继电器，改用 PLC 控制系统后的起货机， 不仅减少了管理人员的日常维护管理， 而且有效地降低了故障发生率， 大大的提高了船舶装卸货物的效率。
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2. 研究的基本内容与方案
{title}起货机的PLC控制技术己经得到了船东的广泛认可，既可提高起货机装卸货物的效率又可提高起货机管理的水平，本文通过査阅资料调查了船用起货机的控制现状，及使用PLC技术进行控制的情况。对PLC主要是德国西门子的S7系列的硬件结构和编程语言进行了深入学习和研究，掌握了其主要特点和编程方法。并对大型船用起货机进行了深入学习和研究，在此基础上设计了一套船用起货机控制系统。本文主要内容如下:
(1)介绍船用起货机自动控制系统的各个组成部分及各部分的控制对象、控制目标。
(2)分析传统继电控制起货机控制系统的情况，指出了常规继电接触控制装置存在的不足。
(3)详细介绍PLC 控制的船用起货机的原理、控制方法以及优点。
(4)电动起货机的逻辑时序程序控制。
(5)船舶起货机的自动控制系统运行监控方案和界面设置。
(6)结论。
2）技术方案及措施
(1)分析被控对象并提出控制要求
详细分析船舶起货机的工艺过程及工作特点，了解船舶起货机的机、电、液之间的配合,提出船舶起货机对PLC控制系统的控制要求，确定控制方案。
(2)确定输入/输出设备
根据系统的控制要求，确定系统所需的全部输入设备(如:按纽、位置开关、转换开关及各种传感器等)和输出设备(如:接触器、电磁阀、信号指示灯及其它执行器等)，确定与PLC有关的输入/输出设备,确定PLC的I/O点数。
(3)选择PLC
PLC选择包括对PLC的机型、容量、I/O模块、电源等的选择，本文采用的是西门子S7系列。
(4)分配I/O点并设计PLC外围硬件线路
①分配I/O点
画出PLC的I/O点与输入/输出设备的连接图或对应关系表。
②设计PLC外围硬件线路
画出系统其他部分的电气线路图，包括主电路和未进入可编程序控制器的控制电路等。
(5)程序设计
根据系统的控制要求，采用合适的设计方法来设计PLC程序。程序要以满足系统控制要求为主线，逐一编写实现各控制功能或各子任务的程序，逐步完善系统指定的功能。除此之外，程序通常还应包括以下内容:
①设计控制柜和操作台等部分的电器布置图及安装接线图。
②设计系统各部分之间的电气互连图。
③根据施工图纸进行现场接线，并进行详细检查。
(7)联机调试
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