“育鯤”輪閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)的分析【輪機工程畢業(yè)論文】

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　　（20 屆）</b></p><p>　　“育鯤”輪閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)的分析</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)主要用于監(jiān)控閥門狀態(tài)和實現遙控

2、操作，同時監(jiān)控船舶壓載水系統(tǒng)、艙底水系統(tǒng)以及船舶吃水及縱橫傾狀態(tài)，測量水艙、油艙液位及溫度等。目前，使用PLC作為核心控制器，進行閥門控制及數據采集與反饋的閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)正得到大力研究和推廣。經過對“育鯤”輪閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)的學習和分析，本論文主要是為了介紹閥門遙控系統(tǒng)的原理、組成及功能；了解閥門遙控系統(tǒng)的分類。另外通過“育鯤”輪輔機艙右后污水井閥BMV38、機艙低位海水箱通海閥CMV19及由閥門遙控引起的220V絕緣低等

3、故障，介紹閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)中電液驅動頭和對LPUM-S液壓系統(tǒng)進行MATLAB仿真分析，并提出單片機為核心的控制器的設計思路。最后對PLC控制進行部分程序設計，介紹PLC控制系統(tǒng)監(jiān)控軟件WinCC。</p><p>　　關鍵詞：閥門遙控 LPU 故障診斷 MATLAB仿真 PLC</p><p><b>　　Abstract</b&

4、gt;</p><p>　　Valve Remote control and level gauging system is used to monitor the valve status and achieve remote operation.In the meantime,monitor the ships' ballast water system,bilge water system and

5、the ship's draft,vertical and horizontal tilting state, measure tank level,temperature and so on.At present, the use of PLC as the core controller in valve remote control and level gauging system,which is valve contr

6、ol,data collecting and feedback,is being vigorously research and extension.Through the learnin</p><p>　　Keywords: valve remote control LPU fault diagnose MATLAB Simulation PLC </p><p>&

7、lt;b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題研究的背景及意義1</p><p>　　1.2 課題的相關技術及發(fā)展狀況1</p><p>　　1.3 論文的主要內容2</p><p>　　第2章 閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)概述2</p><p>　　2.1 閥門遙控及

8、液位遙測系統(tǒng)介紹2</p><p>　　2.1.1 閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)的功能2</p><p>　　2.1.2 閥門遙控系統(tǒng)的分類及選擇2</p><p>　　2.2 “育鯤”輪閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)組成和原理4</p><p>　　2.2.1 閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)組成4</p><p>　　2.2.2

9、 閥門遙控子系統(tǒng)及電液驅動頭介紹4</p><p>　　2.2.3 液位遙測子系統(tǒng)及傳感器簡介11</p><p>　　2.2.4 閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)的中間控制模塊PLC及其工作原理11</p><p>　　第3章 基于PLC的閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)故障分析與診斷12</p><p>　　3.1 閥門遙控系統(tǒng)中閥門電液驅動頭的電

10、氣及液壓分析12</p><p>　　3.1.1 閥門控制的電氣分析12</p><p>　　3.1.2 LPUM-S系統(tǒng)液壓原理分析17</p><p>　　3.2 帶閥位指示器的開度閥單片機控制器設計20</p><p>　　3.3 閥門遙控故障診斷21</p><p>　　3.3.1 輔機艙右后污水井閥

11、BMV38顯示“故障”狀態(tài)的原因分析21</p><p>　　3.3.2 機艙低位海水箱通海閥CWV19故障分析22</p><p>　　3.4 由閥門遙控系統(tǒng)引起的220V絕緣低報警原因分析23</p><p>　　第4章 系統(tǒng)PLC程序設計和通信及軟件組態(tài)的分析26</p><p>　　4.1 系統(tǒng)PLC程序設計26</

12、p><p>　　4.1.1 程序說明26</p><p>　　4.2系統(tǒng)PLC的通信及WinCC人機界面技術30</p><p>　　4.2.1 閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)PLC間的通信30</p><p>　　4.2.2 閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)WinCC人機界面設計31</p><p><b>　　結論3

13、2</b></p><p><b>　　致謝32</b></p><p>　　附錄.液壓執(zhí)行機構33</p><p>　　“育鯤”輪閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)的分析</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 課題研究的背景及意

14、義</p><p>　　隨著航運業(yè)的發(fā)展以及船舶自動化程度的提高，閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)開始得到廣泛應用，不僅能減輕船員的工作負擔，而且能提高船舶的運營效率和安全。閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)主要用于監(jiān)控閥門狀態(tài)和實現遙控操作，同時監(jiān)控船舶壓載水系統(tǒng)、艙底水系統(tǒng)以及船舶吃水及縱橫傾狀態(tài)，測量水艙、油艙液位及溫度等。目前，使用PLC作為核心控制器，進行閥門控制及數據采集與反饋的閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)正得到大力研究和推廣。

15、</p><p>　　“育鯤”輪是大連海事大學投資建造的我國首艘自行開發(fā)設計、引進關鍵設備的專用航海教學實習船，該船采用了目前國際上先進的閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)。它使用來自丹麥的DAMCOS公司開發(fā)閥門驅動和艙柜測量裝置，并且基于先進可靠的西門子S7-200系列可編程邏輯控制器（PLC）控制技術，屬于閥門電液分散控制系統(tǒng)。適用于海上嚴酷的環(huán)境，節(jié)省人力、操作可靠，體現了船舶自動化技術的先進性、安全性、可靠性和可擴

16、充性。所以對“育鯤”輪閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)的研究分析是我們船電專業(yè)海上實習的重點，對于今后提高船舶自動化水平、提高船舶營運安全和經濟性都有著其重要的意義。</p><p>　　1.2 課題的相關技術及發(fā)展狀況</p><p>　　閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)中的技術主要包括：電液分散式閥門遙控系統(tǒng)方案設計和開發(fā)；閥位指示及液艙參數測量的研究；信號采集與處理技術；電液驅動頭的設計制造；模擬器的設

17、計及閥門液壓系統(tǒng)的仿真等。</p><p>　　閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)的核心是電液驅動頭與艙柜參數傳感器?，F在中國市場上有很多閥門驅動器的產品，比如Greenway公司的QT系列閥門驅動器，它用一個帶有可調末端點的光學絕對值編碼器替代了傳統(tǒng)的機械式末端開關。</p><p>　　閥門遙控系統(tǒng)按驅動方式分有液壓、電動、氣動驅動三種。氣動系統(tǒng)管路結構簡單，不會對環(huán)境造成污染，但氣動驅動頭較大，

18、不利安裝，開關閥速度受氣源壓力波動影響大等，所以氣動式已很少使用。電動式閥門機械效率低，成本高且不能用于浸液的環(huán)境，大部分油船、化學品船基本不能選用，所以船舶閥門遙控系統(tǒng)主要是液壓方式。</p><p>　　目前，液位遙測系統(tǒng)也得到了快速發(fā)展。它根據現場傳感器采集的電信號，來實現液艙參數的測量?，F在船舶不僅要知道液艙的液位，還要隨時監(jiān)測艙內的溫度、氣體壓力、液貨密度、重量等參數，和船的壓載、吃水、穩(wěn)性、強度等各種

19、狀態(tài)以確保船舶裝卸與航行的安全和液貨質量，對測量精度、系統(tǒng)功能、可靠性都有大的要求。</p><p>　　測量液位的方法有多種，主要有壓力傳感器式、雷達式、浮子式、吹氣式以及超聲波式等。目前用于液位測量的方法主要是壓力傳感器式和雷達式。</p><p>　　1.3 論文的主要內容</p><p>　　經過對“育鯤”輪閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)的學習和分析，本論文主要是為

20、了介紹閥門遙控系統(tǒng)的原理、組成及功能，了解閥門遙控系統(tǒng)的分類。詳細介紹“育鯤”輪閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)中的電液驅動頭，對液位遙測子系統(tǒng)只進行簡單介紹。另外通過“育鯤”輪閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)實例，對PLC控制進行原理分析。之后對輔機艙右后污水井閥BMV38、機艙低位海水箱通海閥CMV19及由閥門遙控系統(tǒng)引起的220V絕緣低等故障進行分析診斷，對LPUM-S液壓系統(tǒng)進行MATLAB仿真分析。最后對整個系統(tǒng)進行程序設計和軟件組態(tài)分析，并提出

21、改進意見,包括閥的單片機控制器的設計，在程序設計中加入閥的安全保護，PLC間的通信，WinCC軟件的介紹等。</p><p>　　第2章 閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)概述</p><p>　　2.1 閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)介紹</p><p>　　2.1.1 閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)的功能</p><p>　　閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)一般具有以下幾個

22、功能：</p><p>　?。?）閥門遙控：根據操作人員的要求，實現船舶閥門、泵等設備的遙控操作，并能實現閥門狀態(tài)監(jiān)測，實時顯示遙控閥門的開關狀態(tài)，對有開度控制要求的閥門除開度指示器外，還要實現閥門開度在計算機等終端上的顯示。</p><p>　?。?）液艙遙測：隨時監(jiān)測各個液體艙室的液位、溫度、氣體壓力、油艙油液密度等變化情況；自動測量船舶吃水、吃水差、橫傾等數據。實現報警和參數的監(jiān)測如

23、液位、壓力、溫度、裝卸率以及比重。實時計算船舶當前裝載條件下船舶吃水、船體重心、船體穩(wěn)心、排水量等各種穩(wěn)性數據。并能模擬計算船舶各種裝載狀態(tài)下的穩(wěn)性數據，實現抗橫傾，壓載水平衡等功能。</p><p>　　（3）故障檢測：顯示系統(tǒng)的各種數據信息和報警信息，檢測硬件設備和各輸入輸出設備，當發(fā)生故障時，該系統(tǒng)能指示有關信息，供維修人員參考，也可以模擬故障樹，在人機交互界面上就能進行故障的定位。</p>

24、<p>　　2.1.2 閥門遙控系統(tǒng)的分類及選擇</p><p>　　閥門遙控系統(tǒng)按驅動方式可分為液壓、電動、氣動驅動三種，氣動系統(tǒng)管路結構簡單，不會對環(huán)境造成污染，但氣動驅動頭較大，不利安裝，開關閥速度受氣源壓力波動影響大等，所以氣動式已很少使用。電動式閥門機械效率低，成本高且不能用于浸液的環(huán)境，大部分油船、化學品船基本不能選用，所以船舶閥門遙控系統(tǒng)主要是液壓方式。根據液壓系統(tǒng)的不同構成主要分為閥門液

25、壓集中控制系統(tǒng)和閥門電液分散控制系統(tǒng)。</p><p>　?。?）閥門液壓集中控制系統(tǒng)</p><p>　　閥門液壓集中控制系統(tǒng)一般由控制臺、液壓泵站、電磁閥組、液壓執(zhí)行機構等部分組成如圖2-1-1所示。該控制系統(tǒng)中所有閥門的開閉采用集中控制，均由液壓泵站提供的液壓油實現，控制管路長而且復雜，容易漏泄，造成污染。另外無論操作哪個閥，都需要啟動液壓泵，造成能量損失，如果泵站出現故障，整個系統(tǒng)

26、都將無法工作。</p><p>　　圖2-1 閥門液壓集中控制系統(tǒng)組成圖</p><p>　?。?）閥門液壓分散控制系統(tǒng)</p><p>　　系統(tǒng)一般由監(jiān)控計算機、PLC、MIMIC控制面板、電液驅動頭、閥門等組成。由計算機、MIMIC面板等控制設備發(fā)出控制指令，控制電液驅動頭中的電機或者電磁閥，進而改變液壓油流向，通過執(zhí)行機構達到閥門開閉的目的。同時，閥位由微動限

27、位開關將閥門的實際狀態(tài)反饋至上層控制設備，通過指示燈、計算機等顯示閥位狀態(tài)。 </p><p>　　圖2-2 閥門電液分散控制系統(tǒng)組成圖</p><p>　　2.2 “育鯤”輪閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)組成和原理</p><p>　　2.2.1 閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)組成</p><p>　　“育鯤”輪的閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)能實現閥門遙控、液位

28、遙測、油艙溫度、壓載水測量等多種功能，應用在船舶壓載水系統(tǒng)、艙底水系統(tǒng)以及各個燃油艙上。主要由就地艏測量控制柜、艉測量控制柜、液位遙測及閥門遙控控制臺、計算機工作站和駕控臺遙控板等組成。由系統(tǒng)結構圖2-3可以看出是三級結構：閥門電液驅動頭及傳感器單元、中間控制模塊PLC、計算機工作站及MIMIC面板。</p><p>　　2-3閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)結構示意圖</p><p>　　2.2.

29、2 閥門遙控子系統(tǒng)及電液驅動頭介紹</p><p>　　閥門遙控是由計算機、MIMIC面板等控制設備發(fā)出控制指令，輸出開或關的“1”信號；控制電液驅動頭中的電機和電磁閥，電機驅動液壓泵產生一定壓力的油壓；一種是經過換向電磁閥進而改變液壓油流向，另一種是正反轉工作的電機改變油流向；通過執(zhí)行機構，一種是普通的液壓缸，產生往復運動，用于直接開關截止閥，一種是齒輪和齒條的液壓缸，可以產生旋轉運動，用于開關蝶閥，達到閥門開

30、或閉的目的。電液驅動頭上有閥位指示器，而且閥位信號送PLC，除控制計算機顯示和MIMIC面板指示燈，還控制PLC的輸出驅動電磁閥控制電機和電磁閥等。</p><p>　　電液驅動頭是將電機、液壓泵、閥門位置指示等集成在一起，組成小型的獨立電液驅動頭，裝在每個遙控閥門上，由電信號直接控制電機正反轉或者電磁閥通位來控制閥門的開關。液壓系統(tǒng)可以采用集成油路，可以省去管路的連接和接頭，降低系統(tǒng)的復雜性，增加現場添加和更改

31、回路的柔性，具有結構緊湊、安裝維護方便、泄漏少、震動小、利于實現典型液壓系統(tǒng)的集成化和標準化等優(yōu)點。</p><p>　　“育鯤”輪所采用的是DAMCOS公司生產的閥門電液驅動頭，其動力模塊主要有以下兩種形式：（1）LPU（2）LPUM。 </p><p><b>　?。?）LPU </b></p><p>　　LPU是電液集成系統(tǒng)，用于閥門以

32、及執(zhí)行機構的遙控，直接安裝在閥門執(zhí)行機構上，在船舶領域得到廣泛應用。LPU由變量液壓泵、驅動液壓泵的電容分相的單相異步電機以及一些閥門功能模塊組成，可以通過降低可變容積式泵的流量來改變閥門執(zhí)行機構的運轉速度，同時電機消耗的功率也會降低。LPU主要分兩種型號：LPU-S和LPU-D。它有三種電氣控制方式，包括電力控制、PLC控制、P-NET總線控制。</p><p>　　下面是蝶閥（BRC型執(zhí)行機構）全開和全關的運

33、動過程。</p><p>　　圖2-4 蝶閥（BRC型執(zhí)行機構）全關至全開的運動過程</p><p>　　圖2-5 蝶閥（BRC型執(zhí)行機構）全開至全關的運動過程</p><p>　　LPU系統(tǒng)運行持續(xù)時間可以由執(zhí)行機構的排油量計算得到，LPU-S和LPU-D可以手動實現液壓油流量的調節(jié)，前者調節(jié)范圍是180－750ml/min，后者調節(jié)范圍是240－1000ml/m

34、in。不同型號執(zhí)行機構對應的最小運轉持續(xù)時間可以通過公式：運轉持續(xù)時間＝ 滿行程排油量/液壓油流量×60 sec.計算出。</p><p><b>　?。ˋ）LPU-S </b></p><p>　　LPU-S用于控制單作用彈簧關閉式執(zhí)行機構。通過建立的油壓克服彈簧彈力，實現閥門的開控制，而通過彈簧復位實現閥門的關閉，圖2-6是LPU-S系統(tǒng)的液壓原理圖。&

35、lt;/p><p>　　圖2-6 LPU-S系統(tǒng)液壓原理圖</p><p>　　當要打開閥門的時候，電機（10）起動，液壓油經過泵（14）、止回閥（17），直接到達液壓執(zhí)行機構的B口。為了防止液壓油流回油箱，電磁閥（16）通電。當閥門達到全開位置，壓力升高至150bar，使泵的安全閥（7）開啟，液壓油流回油箱。控制電機斷電，液壓執(zhí)行機構通過電磁閥鎖在當前位置。 為了防止因溫度較大的升高引起的壓

36、力升高，設有安全閥（8），當壓力達到225bar時，安全閥開啟。</p><p>　　通過切斷電機電源，閥門可以停在任何中間位置。當閥門在全開狀態(tài)下，壓力開關將會檢測到因為泄漏或者溫度波動而引起液壓油壓力降低，此時電機通電幾秒，以保持油壓，防止閥門偏移全開的位置。整個過程是自動運行的。 </p><p>　　關閉閥門時，電磁閥斷電，通過彈簧彈力作用在液壓執(zhí)行機構上，液壓油經過液壓執(zhí)行機構的

37、B口、節(jié)流閥（13）、電磁閥（16）流回油箱。</p><p>　　在應急情況下，可以通過快速接頭，外接手動泵，實現閥門的開關操作。</p><p><b>　　（B）LPU-D </b></p><p>　　LPU-D用于控制雙作用式液壓執(zhí)行機構。需要通過液壓實現閥門的開啟及關閉，圖2-7是LPU-D系統(tǒng)的液壓原理圖。 </p>

38、<p>　　圖2-7 LPU-D系統(tǒng)液壓原理圖</p><p>　　當電機和電磁閥有電時，液壓油從油箱中吸出，通過可變容積式液壓泵吸入口濾器、經泵產生高壓油，經過電磁閥、液控單向閥（13）到達液壓執(zhí)行機構B口。在液壓油壓力作用下，閥門開啟。液壓油又經過A口、液控單向閥（5）（此時在B端壓力作用下開啟）、電磁閥后返回油箱。當閥門達到全開位置時，壓力上升至150bar，使油泵安全閥打開，液壓油又流回油箱，

39、電機與電磁閥斷電。在兩個液控單向閥作用下，執(zhí)行機構鎖閉在當前位置。為了防止因溫度較大的升高引起的壓力升高，設有溢流閥（6）和（11），當壓力達到225bar時，溢流閥開啟。 </p><p>　　閥門的關閉動作與開啟類似，不同之處在于電磁閥（14）處于斷電狀態(tài)，進而改變液壓油流入執(zhí)行機構的方向，即A口和B口相反。當電機運轉的時候，液壓油的流向完全由電磁閥控制。 </p><p><b

40、>　　（2）LPUM</b></p><p>　　LPUM是電液集成系統(tǒng)，用于閥門以及執(zhí)行機構的遙控，直接安裝在閥門執(zhí)行機構上，在船舶領域得到廣泛應用。LPUM也是由變量液壓泵、驅動液壓泵的電容分相的單相異步電機以及一些閥門功能模塊組成。LPUM主要分兩種型號：LPUM-S和LPUM-D。</p><p>　?。ˋ）LPUM-S：用于彈簧關閉式單作用液壓執(zhí)行機構，液壓原理

41、如圖2-8； </p><p>　?。˙）LPUM-D：用于雙作用式液壓執(zhí)行機構，液壓原理如圖2-9。 </p><p>　　圖2-8 LPUM-S系統(tǒng)液壓原理圖</p><p>　　圖2-9 LPUM-D系統(tǒng)液壓原理圖</p><p><b>　?。?）閥位指示器</b></p><p>　　閥

42、位指示器可以分為括位置開關式和電流式。位置開關裝在開關閥上，用于在到位時停止油泵，電流式閥位指示器裝在開度閥上，可以將閥門的實際開度轉變?yōu)闃藴实碾娏餍盘枺?－20mA）,用來指示閥門的開度和控制油泵。 </p><p>　　位置開關的工作原理是在與閥門全開和全關位置相對應的位置處放置兩個常開觸點，當閥門動作時，閥桿會帶動位置開關裝置中的凸輪動作，使得與閥門開關位置相對應的常開觸點閉合，從而給出一個閥門開關與否的真

43、實反饋。但是，此種反饋裝置不可安裝在需浸沒式安裝的閥門上，因此需要重新考慮如何才能不在驅動頭處安裝反饋裝置，而又能得到一個真實反饋的問題。通過查找資料，有人分析油缸或氣缸與活塞之間的容積最大值是一定的，當這種通過壓力介質的擠入或排出來使閥門開關的驅動頭，當進入的壓力介質體積由零增大到最大時，也就標志著驅動頭帶動閥門，由一個狀態(tài)轉變到另一種狀態(tài)，也就是由開變關或者是由關變開。以此為理論依據，他提出可以采用一種新的反饋裝置，通過流量計帶動減

44、速齒輪裝置，進而通過減速齒輪另一端帶動的凸輪，在兩個常開觸點之間運動，當油缸內壓力介質的體積為零時，代表閥門關閉的常開觸點閉合，給出關閉的反饋;當油缸內壓力介質的體積為最大時，代表閥門打開的常開觸點閉合，給出打開的反饋。這樣閥的反饋裝置就沒有必要與驅動頭安裝到一起，從而解決了浸沒式安裝的閥門反饋問題。</p><p>　　電位器式用于開度閥，“育鯤”輪的閥門遙控系統(tǒng)中有兩個開度閥，壓載泵出口閥BMV91和艙底壓載

45、泵出口閥BMV92。與開關型閥位指示器不同，電流變送器型閥位指示器需要將位置開關模塊更換為繞線滑片變阻器模塊，需要電流變送器當閥門處于全關狀態(tài)時的電流為4mA，當閥門處于全開狀態(tài)時為20mA，通過流量計內的齒輪帶動減速齒輪裝置，進而帶動另一端的滑片變阻模塊，改變其中的電阻，進而在4一20mA范圍內動作，從而產生開度閥的反饋。</p><p>　　“育鯤”輪電流變送器模塊為R（300-1.4K）/I，由于不能知道它

46、具體的電路，所以畫出通用的電流變送器原理圖：</p><p>　　圖2-10 電流變送器原理圖</p><p>　　DPI系列閥位指示器設計用于DAMCOS公司90°轉角的BRC型、BRCF型閥門執(zhí)行機構，溫度使用范圍在－20℃－80℃之間，主要有以下三種型號的閥位指示器： </p><p>　　DPI-B：由旁通閥和流量指示器組成，通過液壓執(zhí)行機構中油在

47、控制管路的流動指示閥位，油的流動由凸輪帶動的旁通閥控制，當執(zhí)行機構在中間位置時，旁通閥打開，油可以任意流向。當閥達到其全開或全關位置時，止回閥將阻止液壓油流動，其位置會在流量指示器中顯示。它可以用于本地顯示。在流量指示器的后面可以安裝微動開關，用來驅動控制屏上的發(fā)光二極管，或作為計算機的輸入信號。</p><p>　　DPI-C：用于閥門開關位置指示； </p><p>　　DPI-E：用

48、于閥門開度指示，輸出連續(xù)的信號； </p><p>　　由于LPU具有信號的轉換作用，能夠輸出雙線4－20mA的模擬量信號。如果DPI-C是組合安裝的話，可以利用DMS的放大器2204將電阻信號轉換成4－20mA的標準電流信號。輸出可以通過DMS PQ48開度指示表顯示，其指示范圍：“關，1/4,1/2,3/4,開”。根據閥門在系統(tǒng)中位置以及功能的不同，選擇相應的遙控閥門，并且確定與之匹配的動力模塊、液壓執(zhí)行機構

49、、閥門位置指示。</p><p><b>　?。?）閥門</b></p><p>　　“育鯤”輪閥門遙控中的閥一般為蝶閥，蝶閥是用隨閥桿轉動的圓形蝶板作啟閉件,以實現啟閉動作的閥門。蝶閥主要用截斷閥使用,亦可設計成具有調節(jié)或截斷兼調節(jié)的功能。蝶閥的蝶板安裝于管道的直徑方向。在蝶閥閥體圓柱形通道內，圓盤形蝶板繞著軸線旋轉，旋轉角度為0°~90°之間，

50、旋轉到90°時，閥門則牌全開狀態(tài)。常用的蝶閥有對夾式蝶閥和法蘭式蝶閥兩種。對夾式蝶閥是用雙頭螺栓將閥門連接在兩管道法蘭之間，法蘭式蝶閥是閥門上帶有法蘭，用螺栓將閥門上兩端法蘭連接在管道法蘭上。 閥門的強度性能是指閥門承受介質壓力的能力。閥門是承受內壓的機械產品，因而必須具有足夠的強度和剛度，以保證長期使用而不發(fā)生破裂或產生變形。</p><p>　　2.2.3 液位遙測子系統(tǒng)及傳感器簡介</p&g

51、t;<p>　　一般液位遙測系統(tǒng)由信號處理單元、操作單元、顯示器、打印機、壓力/溫度傳感器或者雷達式壓力、溫度傳感器組成。液位遙測系統(tǒng)的概念已拓展為液艙參數測量系統(tǒng)?，F在液貨船要把各燃油艙的信息傳送至機艙集中控制臺，則可選用分散式顯示儀表顯示燃油艙的液位、溫度、重量、容積等，便于輪機部門及時了解燃油艙燃油消耗情況。各壓載艙和淡水艙液位等情況，要送到駕駛室和甲板辦公室的的計算機，使當班駕駛員能及時了解船的實時裝載、吃水、穩(wěn)性

52、等各種狀態(tài)。因此，系統(tǒng)提供了以太網絡功能。在當代最新開發(fā)應用的全船自動化系統(tǒng)中，也為測量系統(tǒng)能通過網絡功能作為液貨管理和船舶受力及穩(wěn)性監(jiān)測計算機子系統(tǒng)加入到全船監(jiān)控系統(tǒng)中。</p><p>　　液位遙測系統(tǒng)中液位檢測采用的是DAMCOS的MAS2600艙柜參數傳感器單元，它是一個雙線4-20mA變送器，由一個傳感器和通過六芯帶透氣管電纜連接的放大器組成。4-20mA信號作為中間控制模塊PLC的輸入信號。 <

53、/p><p>　　2.2.4 閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)的中間控制模塊PLC及其工作原理</p><p>　　“育鯤”輪閥門遙控系統(tǒng)采用的是西門子S7-200系列PLC，共由8臺PLC組成,其中1臺系統(tǒng)PLC位于甲板辦公室內，采用CPU222，連接一個以太網擴展模塊CP243-1，作為PLC主站，通過以太網交換機，與計算機工作站實現通訊。還連接一個EM227模塊，實現PLC與機艙IAS（Integ

54、rated Automation Systems）系統(tǒng)的PROFIBUS通訊。其余7臺PLC均采用CPU226，作為PLC從站，PLC 1在艏測量控制柜，PLC 2-5位于艉測量控制柜，與其相連的數字量I/O模塊采集來自現場的閥門狀態(tài)、泵的運行狀態(tài)信號，并且通過數字輸出控制繼電器完成閥門的遙控操作，而模擬量輸入模塊完成對各液艙液位及溫度、泵進口與出口壓力等模擬量信號的采集,PLC 5還完成位于艙底壓載泵及壓載泵出口的兩個閥門的開度控制。

55、PLC6、PLC7位于甲板辦公室控制臺內，與其相連接的數字量輸入輸出模塊則接收來自MIMIC面板的閥門開關、泵的起?？刂菩盘?，并且通過數字輸出控制MIMIC面板上的閥門狀態(tài)、泵運行狀態(tài)指示燈，另外還有試燈、消聲、控制位置選擇。</p><p>　　圖2-11 閥門遙控系統(tǒng)工作原理圖</p><p>　　PLC主站與從站以及從站與從站之間通過RS485接口連接，使用PLC自由口協(xié)議實現通訊。

56、PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，在系統(tǒng)程序的監(jiān)控下，順序讀入所有輸入端子的狀態(tài)，PLC 1-5采集到各個閥門、泵的狀態(tài)信號以及艙柜液位、溫度等傳感器信號，并將這些信號發(fā)送至PLC主站，通過以太網擴展模塊以及網絡交換機，PLC主站一方面與計算機工作站建立通訊，將收到的信息發(fā)送給計算機工作站，實現計算機工作站對閥門等狀態(tài)的監(jiān)視，另一方面，PLC主站還將信息發(fā)送至PLC6、PLC7，其根據收到的信息做出相應的邏輯判斷，并輸出信號，控制MIMIC

57、面板上的指示燈。對閥門的遙控可以在MIMIC控制面板上和計算機工作站上實現。但在同一時刻，只允許通過一種方式實現對閥門的控制。 </p><p>　　當操作人員通過MIMIC控制面板上的旋鈕對各閥門及泵進行遙控操作時，此時 PLC6和PLC7的輸入口接收到對閥門的控制信號，同時將控制信號發(fā)送到PLC主站，PLC主站再將控制信號發(fā)送給PLC1－PLC5對應的從站，從站根據收到的信號，進行程序處理后，輸出控制信號，完

58、成對閥門的遙控操作，當通過計算機工作站實現閥門的遙控操作時，只需鼠標點擊，控制信號通過計算機工作站發(fā)送給PLC主站，然后與通過MIMIC面板控制時相同的過程實現對閥門的遙控操作，控制結束后狀態(tài)信號也會反饋至計算機工作站及MIMIC控制面板。 </p><p>　　第3章 基于PLC的閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)故障分析與診斷</p><p>　　3.1 閥門遙控系統(tǒng)中閥門電液驅動頭的電氣及液

59、壓分析</p><p>　　3.1.1 閥門控制的電氣分析</p><p>　　它有三種電氣控制方式，包括電力控制、PLC控制、P-NET總線控制。電源電路(電源電路圖紙現在有些問題，另外在電源指示燈線路可能接錯了)，電液驅動頭的接線，電路，PLC控制過程?！坝H”輪采用的是PLC控制，但PLC的程序應該是基于電力控制設計的，才能正確的完成閥門遙控過程。所以這里介紹電力控制和PLC控制。&

60、lt;/p><p><b>　?。ˋ）電力控制 </b></p><p>　　電力控制的LPU系統(tǒng)有內部的控制裝置，當閥門到達全開、全閉或者鎖停在中間位置時，能夠確保電機停止運轉。來自控制柜的一根包含電機控制信號以及閥門位置指示信號的電纜將控制柜與每一個LPU單元連接起來，中間通過繼電器，開關等提供230V電壓實現閥門的控制。閥門位置指示也是在LPU單元內，能實現電位計式

61、的4-20mA模擬信號和2個微動限位開關給出的到位信號。由圖3-1可以看出，當輸出模擬量時，只需兩根線接在1和2上；當輸出開關量時，需一根公共線和“開”、“關”分別一根線，接在3、4和5上。</p><p>　　圖3-1 閥門電液驅動頭LPU 電力控制電路板示意圖</p><p>　　圖3-2 閥門電液驅動頭LPU-S 電力控制電路原理圖</p><p>　　當控制

62、閥門開時，給電機和電磁閥通電，當壓力超過壓力開關設定值時，S1閉合，時間繼電器K2通電，延時7秒后給電機斷電。另外，LPU還有熱保護。當閥打開，壓力低于設定值時，能自動啟動泵，運行7秒以保持油壓。</p><p>　　圖3-3 閥門電液驅動頭LPU-D 電力控制電路原理圖</p><p>　　LPU-D需要3根線來操作閥。當電機有電，它開或關閉閥取決于電磁閥。當壓力超過70bar,7秒后時

63、間繼電器會使電機/泵停止，電路保證了LPU的高安全性，另外為了防止當失電后自動啟動，DAMCOS公司推薦當閥達到全關或全開位置時，才將電機電源切斷。</p><p><b>　?。˙）PLC控制 </b></p><p>　　PLC控制的LPU系統(tǒng)沒有內部的控制裝置，因此電機直接由PLC的輸入、輸出控制，PLC只適用于LPU-D的控制，但是同樣可以連接電力控制的LPU

64、-S和LPU-D。當開閥時，電機和電磁閥有電，當關閥時只有電機有電。當到達位置時，微動開關給出閥位反饋信號送PLC輸入口，控制輸出，通過繼電器使電機和電磁閥同時斷電。當控制閥全開或全關時，當觸發(fā)位置指示信號后，應使電機再運行5秒。這是由PLC程序控制的。</p><p>　　圖3-4 閥門電液驅動頭LPUM PLC控制接線圖</p><p>　　圖3-5 閥門電液驅動頭LPU PLC控制接

65、線圖</p><p>　　在排查220V絕緣低的故障時，斷開主配電盤的“閥門遙控”開關，絕緣恢復，此時應急配電板絕緣低報警，所以閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)是兩路供電，如圖所示。</p><p>　　圖3-6 控制臺主電源原理圖</p><p>　　由圖可以看出是常用的兩路供電方法，即將主配電盤供電的接觸器KM301的常閉觸點接在應急配電盤供電的KM302的線圈線路上。當

66、KM301有電，常開觸點KM301閉合，給系統(tǒng)供電；其常閉觸點斷開，使KM302線圈失電。當主配電盤失電后，KM301的常閉觸點閉合后，接觸器KM302有電，應急配電盤供電。</p><p>　　在BHV1閥故障時，甲板辦公室的報警指示燈G.Alarm，一直在閃，控制柜里兩個繼電器一直在不斷吸合。后發(fā)現兩個電源指示燈也是滅的。經分析電路，明白其原理。</p><p>　　圖3-7 控制臺報

67、警和試燈電路原理圖</p><p>　　3.1.2 LPUM-S系統(tǒng)液壓原理分析</p><p>　　現在輔機艙右前污水井顯示故障狀態(tài)，可以用Matlab去仿真LPUM-S系統(tǒng)，分析各個參數變化時對閥開關的影響。</p><p>　　在實際工業(yè)生產過程中, 當系統(tǒng)建立之前, 如果能夠建立一個虛擬仿真模型, 通過仿真系統(tǒng)結構和參數來模擬實際系統(tǒng)進行分析研究, 可以實現

68、許多功能,如優(yōu)化系統(tǒng)、再現系統(tǒng)故障、驗證系統(tǒng)的正確性等。今天，包括液壓與電氣設備的機電液混合控制系統(tǒng)廣泛應用在生產過程自動化中。MATLAB進行液壓仿真，運用相似原理，即各自參量間關聯(lián)規(guī)律的相似，建立了現代液壓系統(tǒng)的液阻、液感和液容等標準化元素的概念。根據這些概念可以建立各類典型子系統(tǒng)的電液相似模型。液壓傳動是以液體作為工作介質來傳遞能量（液體的壓力能），液壓傳動中的工作介質是在受控制、受調節(jié)的狀態(tài)下進行工作的。當某一物理系統(tǒng)對給定輸入

69、信號的響應已被確定，則所有可用同一方程組描述的其他物理系統(tǒng)的響應，對相同的激勵函數來說，就是已知的。</p><p>　　另外使用Matlab/Simulink軟件中的SimHydraulic可以建立相應的仿真模型。SimHydraulics 是液壓傳動和控制系統(tǒng)的建模和仿真工具，使用這個工具可以建立起含有液壓和機械元件的物理網絡模型，可用于跨專業(yè)領域系統(tǒng)的建模。它包括液壓和機械元器件模型，如泵，閥，液壓管路，可

70、以配置常用的液壓流體工作介質。每個模塊都對應真實的液壓元器件，可以通過直接描述物理構成搭建模型，而不用從基本的數學方程做起。LPUM-S電液驅動頭由油箱、濾油器、電機、液壓泵、溢流閥、電磁換向閥、節(jié)流閥、單作用的液壓柱塞和連接這些元件的油管組成。下面是簡化的Matlab仿真模型。</p><p>　　圖3-7 簡化的LPUM-S系統(tǒng)液壓仿真</p><p>　　可以通過調節(jié)電磁閥的輸入信號

71、，改變單作用驅動頭的負載（及蝶閥）等參數，分析LPUM-S系統(tǒng)的液壓工作狀態(tài)。</p><p>　　圖3-8 電磁閥仿真圖</p><p>　　圖3-9 單作用式驅動頭閥桿位置仿真圖</p><p>　　現在假設油路黏性變大，或執(zhí)行機構阻力增加等，可以改變機械負載的參數，這里改變彈簧系數，模擬負載的變化，當Spring Rate設置成8e3 N/m,得到的閥桿位置如

72、下圖所示：</p><p>　　圖3-10 單作用式驅動頭閥桿位置仿真圖</p><p>　　3.2 帶閥位指示器的開度閥單片機控制器設計</p><p>　　有些閥BMV91/BMV92（比如壓載泵出口閥、艙底壓載泵出口閥）為開度控制，設電位器式開度指示器。如果要對壓載泵出口閥開度進行精確控制，需設計執(zhí)行器對閥門開度進行PID控制，可以延遲一段時間后，停止調節(jié)。但

73、這兩個閥并不是液壓伺服控制，而是PLC實現閉環(huán)控制，設定值在計算機上可以輸入，開度顯示可以從0到100%。控制程序中應該設定了兩個閾值，比如當設定開度比實際開度大和小10% 時才產生開閥和關閥動作，當執(zhí)行過程中，實際開度與設定開度相差正負3% 時停止。</p><p>　　當BMV91和BMV92的閥門遙控PLC出現故障時，電液驅動頭等是正常的時候，此時在計算機和MIMIC面板上無法對其進行控制。通過手搖泵雖然可

74、以對閥進行操作，但是由于有些閥位指示器指示范圍是：“關，1/4,1/2,3/4,開”，當然有些閥桿可以指示閥位，但無法進行精確操控，此時對船舶壓載水的控制就會有影響。所以我想設計一個開度閥的控制器，只需將信號線接入電磁閥、電機、電位器（在電液驅動頭接線是11、12、14、3、4、5）中，能夠產生與PLC控制一樣的執(zhí)行過程。在控制器上也可以調節(jié)閥門的開度，帶相關的安全保護等。

75、 </p><p>　　另外當某閥因為電機、電磁閥、電容、或油路不清潔、執(zhí)行機構卡住等故障時，其開關閥動作時間超時，系統(tǒng)會給出“故障”狀態(tài)，此時閥在計算機和MIMIC面板上也是無法控制，當需要用PLC系統(tǒng)給出控制信號，通過觀察電液驅動頭動作情況，來隔離某些故障原因時，只能通過手搖泵使其脫離“故障”位，這對查找故障造成很大不

76、便。這個控制器可以用在故障閥上，方便查找故障，也可以在平時操作時作為本地控制單元,有些泵和閥有本地控制箱，方便起停和觀察狀態(tài)，決定是開或關。</p><p>　　這個控制器以單片機為核心，帶220V電源接入線，另外內置24V蓄電池，平時可以充電，作為單片機和繼電器線圈的電源，當應急情況下，也可以由24V蓄電池逆變提供220V電壓。其主程序流程圖如下：</p><p>　　圖3-11閥門控制

77、器主程序流程圖</p><p>　　3.3 閥門遙控故障診斷</p><p>　　船上閥門遙控系統(tǒng)，存在以下故障，電源指示燈不亮，經檢查是燈泡損壞，換新。有些重要閥如BHV1故障，在甲板辦公室的操作臺會有聲光報警。只能按“消音”按鈕，但燈不會停閃，此時觀察到繼電器K0303和K3517不斷吸合，這對繼電器壽命有影響，所以希望能有“確認”按鈕，按下后能停閃的功能，或者按下兩次“消音”按鈕。現

78、在只能通過拔下兩個繼電器或解下PLC-7 D7-5的輸出線3M.4，線號為7513。輔機艙右后污水井閥BMV38現在是“故障”狀態(tài)，在排查故障的時候，應考慮到液壓油是否不夠，但確不易觀察其油位，這在安裝的時候應考慮到。機艙低位海水箱通海閥CWV19，開或關閥到位后，PLC上一直有輸出，即給電機或電磁閥送電的電磁閥一直有電，這也需要解決。</p><p>　　3.3.1 輔機艙右后污水井閥BMV38顯示“故障”狀態(tài)

79、的原因分析</p><p>　　一般故障原因：當計算機上閥顯示“故障”狀態(tài)，此時的原因一般是在系統(tǒng)開或關閥門的指令時，一定時間內執(zhí)行機構未動作。此時的原因有：</p><p>　　電機不轉。接線有脫開，短路、接地等故障，啟動繞組上電容故障，繞組燒壞等。此時可以檢查接線問題，確認無故障后，用萬用表測電容，判斷好壞，最后測量繞組的電阻等。</p><p>　　電磁閥故障

80、。用萬用表測量電磁閥線圈的電阻值。</p><p>　　液壓油路問題。檢查電液驅動頭內油位，一般沒過泵的柱塞。當以上問題檢查后，故障依然存在時，可以解體閥門，清潔油路，觀察某些執(zhí)行元件是否有卡死的故障。</p><p>　　BMV38閥顯示“故障”，后檢查接線，發(fā)現電磁閥的進線已經壓斷，重新接線，檢查其他線路，合上接線盒，確認不會壓到其他線后，鎖緊螺絲。在集控室計算機上操作BMV38,依然

81、顯示“故障”狀態(tài)，說明還存在其它故障。</p><p>　　3.3.2 機艙低位海水箱通海閥CWV19故障分析</p><p>　　CWV19是電液驅動頭是LPU-D。開閥時，電機和電磁閥有電，當閥全開到位后電機和電磁閥斷電。關閥時，電機有電，電磁閥未通電，當閥全關到位后，電機斷電。</p><p>　　現在CWV19閥的故障現象：閥處于“開位”狀態(tài)，現在操作關閥，

82、20幾秒后，監(jiān)控計算機上閥位顯示為“關”，但觀察電機未停轉，此時電磁閥也有電。去輪機測試室查看PLC的I/O口后發(fā)現在PLC5的D5-1的I口1M 1.0 1.1指示燈狀態(tài)分別為0，1，說明閥是開狀態(tài)，與現場閥位和監(jiān)控計算機上顯示相反。為保護電機和電磁閥，在PLC控制柜處斷電復位后，電機，電磁閥斷電。于是拆開電液驅動頭LPU-D的接線盒，發(fā)現限位開關接線X24-61和X24-62，即Open,Close正好相反。當將兩根線對調后，PLC

83、的輸入口指示燈能給出正常閥位，但監(jiān)控計算機、觸摸屏及MIMIC面板上閥位指示是反的。此時操作開閥，電機有電，但執(zhí)行機構未動作。所以我們猜想，當時調試閥門遙控系統(tǒng)時，發(fā)現了某個問題，于是人為改的線，讓閥執(zhí)行正確的程序。那么首先閥位狀態(tài)采集信號的反過來，然后電機接線反過來就行了，這樣能實現閥門的正常關閉。但液壓泵是個單向泵，所以可能是換向電磁閥接雙作用驅動頭的A、B口是反著的。</p><p>　　從頭開始假設，此時

84、只要指令是對的，指令地址正好相反，閥位反饋都是反的，此時如果電磁閥通位后的管路是反的，即A、B口是反接的。即使執(zhí)行是相反的程序，也可以正常操作閥。如閥是關的，開閥，執(zhí)行是關閥程序，電機有電，電磁閥沒電，由于液壓油經過電磁換向閥往開閥的方向流動，所以能開閥；當關閥時，PLC閥位反饋是關閥，執(zhí)行的是開閥程序，電機有電，電磁閥有電，但是液壓油往關閥的方向流動?，F在閥開到位后，PLC輸出給電機的信號依然有；關閥到位后，PLC輸出電機有電，電磁閥

85、也電?，F在PLC已經接受到閥位反饋的信號，所以兩個限位開關不會有問題。那么只能是復位程序無法執(zhí)行。當反復調整后，現在PLC輸出給電機和電磁閥即使有電，由于CWV內部接線可能是電力控制，所以進電機和電磁閥的電源已斷開。為了使CWV19這個閥動作正常，加裝內部電力控制線，可能是壓力開關，修改限位開關的兩根線，修改PLC輸出指令。當然這些都是我的推斷，真實情況只有拆開電液驅動頭和取下電路板才能知道。</p><p>　

86、　在Damcos公司的資料中，有部分故障診斷內容，里面有提到當執(zhí)行指令和閥門實際動作相反時的電力控制的閥門遙控系統(tǒng)的故障可能原因：</p><p>　　控制信號線接反了（LPU或控制箱內,指限位開關），檢查接線正確。</p><p>　　b.電機線交換了，檢查接線盒內的接線。</p><p>　　注意：如果電機（綠色和黃色線），和壓力開關（開或關）線都交換了，那么電

87、力控制LPU將會反過來，能實現開關閥的全過程。如果只是壓力開關或者電機線分別交換了，那么當執(zhí)行機構到達全開或全關位置時，電機不會自動停下來。</p><p>　　3.4 由閥門遙控系統(tǒng)引起的220V絕緣低報警原因分析</p><p>　　經過排查，判斷220v絕緣低是由閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)引起的。先分析電源線路，確定220v交流電，通過KM301，KM302兩個接觸器（主、應急配電板兩路

88、供電）后送a.AC/DC整流器，b.PLC電液驅動頭（繼電器Relay,一路是220V公共端，一路經繼電器模塊的觸點送電液驅動頭上電機和電磁閥，繼電器由PLC控制），c.主控臺（甲板辦公室）內PLC等電源還通過UPS（有可能出現絕緣低故障）。</p><p>　　圖3-12 MAIN POWER FOR CABINET AFT</p><p>　　我們決定從送PLC電液驅動頭處開始，先斷F

89、202~F205，它們分別控制多個閥。后查出由F204和F205一起造成絕緣低，斷開它們之后，絕緣值恢復到0.3MΩ以上。于是我們通過查看圖紙，先確定F204控制PLC4中的閥的名稱，包括BMV38和BMV41等，正好有幾個故障閥。解下PLC4控制的各個繼電器的AC輸入端電源線，后絕緣依然低（此時F205已斷開，分區(qū)分段查找絕緣故障）。</p><p>　　圖3-13繼電器接線圖</p><p

90、>　　當時猜測還有PLC4的模擬量I/O模塊A4-1~A4-4,可能有關系，但排除了它的可能（液位遙測及液艙溫度、壓力等測量，24v電源），王老師根據經驗判斷應該還有另一路線，即公共線。順著這個思路，我們找到X22接線端子，在進線處先斷開一路，AC-L22C，絕緣恢復，（公共220V線接線排是幾根進，然后分出很多送個電液驅動頭）此時就算合上F205，絕緣依舊是0.3MΩ左右，所以剩下的就是查出線端，解下后絕緣能恢復的便是故障所在處

91、。經多次排查確定是X22-15和X22-13，通過接線圖對照是BMV38和BMV41，絕緣低故障點因此找到了。</p><p>　　圖3-14閥門遙控及液位遙測部分接線圖</p><p>　　輪機測試室No.2控制柜220v電機線及220v電磁閥線以及3跟信號線都送到閥本地的接線箱上，然后送到各電液驅動頭。于是先測試No.2控制柜至接線箱的線路是否接地，經查無故障，于是拆開BMV38和BM

92、V41的接線盒，解掉公共220v線，絕緣恢復，判斷是電機或電磁閥有接地故障（它們都有公共線接在14端上）。進一步排查，將輔機艙右前污水井閥BMV41的220公共進線接上，解掉去電磁閥的220v公共線出線，絕緣良好。重新接上電磁閥出現，絕緣良好。于是重新檢查接線，蓋上接線盒.將BMV38的220ｖ公共進線接上，絕緣依舊良好，蓋上接線盒后，絕緣低報警，確定是有接地故障，重新仔細檢查接線，發(fā)現電磁閥進線已被壓斷，處理后，蓋上接線盒。絕緣良好，

93、故障排除。有個現象：當剛接完線時，閥顯示“故障”消失，但對其操作后，又變成故障，得出結論，接地是“故障”狀態(tài)的原因，該閥還有其它故障。</p><p>　　第4章 系統(tǒng)PLC程序設計和通信及軟件組態(tài)的分析</p><p>　　4.1 系統(tǒng)PLC程序設計</p><p>　　4.1.1 程序說明</p><p>　　閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)選用

94、的為西門子S7-200系列PLC，PLC是計算機技術與傳統(tǒng)繼電接觸器控制技術相結合的產物，它的硬件結構主要由中央處理單元、存儲器、輸入/輸出部件、通信接口、電源和編程器組成，它具有高可靠性，內部電路都采取了抗干擾措施，并且是模塊式結構，容易修復，系統(tǒng)程序在斷電后不會丟失等特點。</p><p>　　西門子的PLC控制系統(tǒng)是全集成自動化的重要組成部分，一般由人機界面、控制器與I/O、傳感器與執(zhí)行器、網絡通信、項目管

95、理軟件組成。在對閥門遙控系統(tǒng)進行維修的過程中包括LPU-D和LPUM-S兩種電液驅動頭的PLC控制。于是通過了解到的PLC控制過程，試著寫下PLC的部分程序。</p><p>　　微動限位開關信號用V_Close和V_Open送PLC輸入口，如1M0.0和1M0.1，給V100.0和V100.1置位或復位。執(zhí)行邏輯判斷程序后，V1000.0和V1000.1送直接控制電機和電磁閥繼電器的PLC輸出口，如1L0.0和

96、1L0.1.控制電液驅動頭。開閥和關閥的指令假設送另一臺PLC6或7的2M0.0和2M0.1。分為三個部分。包括閥位狀態(tài)采集，閥門邏輯判斷及控制，復位及指示燈狀態(tài)顯示。另外加進了安全保護程序，實現電機和電磁閥的超時保護。</p><p>　　4.1.2 程序設計</p><p><b>　　具體設計過程如下：</b></p><p>　　PLC

97、4：I/O點的確定</p><p>　　輸入點：微動開關V_Close、微動開關V_Open.</p><p>　　輸出點：控制電機繼電器線圈KA1、控制電磁閥繼電器線圈KA2</p><p><b>　　I/O點的地址分配</b></p><p>　　輸入：V_Close--I0.0;V_Open--I0.1.<

98、/p><p>　　輸出：KA1--Q0.0,KA2--Q0.1.</p><p>　　PLC7：I/O點的確定</p><p>　　輸入點：開閥旋鈕SB1、關閥旋鈕SB2.</p><p>　　輸出點：MIMIC面板指示燈V_CL、V_OL.</p><p><b>　　I/O點的地址分配</b>&l

99、t;/p><p>　　輸入：SB1--I1.0、SB2--I1.1.</p><p>　　輸出：V_CL--Q1.0;V_OL--Q1.1.</p><p><b>　　PLC外部接線</b></p><p>　　圖4-1 PLC外部接線簡圖</p><p>　　PLC4與PLC7的通信采用RS485

100、串行通訊接口連接，自由口協(xié)議進行通訊。發(fā)送和接收程序中使用的數據存儲區(qū)字節(jié)。</p><p><b>　　程序如下：</b></p><p>　　圖4-2 PLC程序圖</p><p>　　4.2系統(tǒng)PLC的通信及WinCC人機界面技術</p><p>　　在工業(yè)控制中，PLC由于其安全可靠、功能齊全、應用靈活、操作維修

101、容易和穩(wěn)定可靠等特點而得到廣泛應用。但它無法顯示各種控制圖表，人機交互性差。所以一般與計算機組成控制系統(tǒng)?！坝H”輪閥門遙控及液位遙測的PLC之間使用RS485進行連接，PLC主站與從站以及從站與從站之間通過PLC自由口協(xié)議實現通訊。PLC主站連接一個以太網擴展模塊CP243-1，通過以太網交換機，與計算機工作站實現通訊。通過對集控室計算機工作站上的監(jiān)控軟件的分析，是將PLC作為下位機，通過Visual Basic 6.0編程實現計算機

102、與PLC的通信，完成閥門遙控及液位遙測閥門的操作以及液艙參數的顯示。</p><p>　　4.2.1 閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)PLC間的通信</p><p>　　S7-200 CPU的通信口可以設置為自由口模式。選擇自由口模式后，用戶程序就可以完全控制通信端口的操作，通信協(xié)議也完全受用戶程序控制。S7-200 CPU上的通信口在電氣上是標準的RS-485半雙工串行通信口。此串行字符通信的格式

103、可以包括：</p><p><b>　　一個起始位 </b></p><p>　　7或8位字符（數據字節(jié)） </p><p>　　一個奇/偶校驗位，或者沒有校驗位 </p><p><b>　　一個停止位 </b></p><p>　　自由口通信速波特率可以設置為1200、2

104、400、4800、9600、19200、38400、57600或112500。凡是符合這些格式的串行通信設備，理論上都可以和S7-200 CPU通信。自由口通信的核心指令是發(fā)送（XMT）和接收（RCV）指令。在自由口通信常用的中斷有“接收指令結束中斷”、“發(fā)送指令結束中斷”，以及通信端口緩沖區(qū)接收中斷。由于S7-200的通信端口是半雙工RS-485芯片，XMT指令和RCV指令不能同時有效。</p><p>　　但

105、自由口通訊具有其局限性，如果主站PLC為S7-300，帶有PROFIBUS-DP接口，通過EM277可以很方便的與S7-200建立通信連接。為S7-300及7個EM277指定不同的站地址,EM277地址是通過模塊上的位置編碼開關設定。還需要在STEP7中進行S7-300站組態(tài)，在STEP7 "hardware configuration"中組態(tài)PROFIBUS-DP網絡，包括站類型、站地址、通信速率。EM277 DP

106、 從站的配置包括DP地址映射數據在S7-200中地址偏移量和緩沖區(qū)大小。</p><p>　　4.2.2 閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)WinCC人機界面設計</p><p>　　在構建控制系統(tǒng)的時候經常會使用西門子的監(jiān)控軟件WinCC，但是S7-200不能像S7-300/400那樣直接和WinCC通信，所以西門子專門為此編寫了PC Access軟件來解決WinCC與S7-200的通信問題。運行在