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1、 专科毕业设计（论文）设计题目： 轮机员安全报警系统PAC 控制设计 系 部： 电气工程系 专 业： 工企电气自动化 班 级： 工企电气091301 姓 名： 学 号： 093905130151 指导教师： 职 称： 讲 师 20 12年6月 南京摘 要船舶机舱监测系统是船舶自动化的重要组成部分，是代替轮机员正确实现对机舱中主，辅机等设备和各系统进行有效巡视管理的主要手段。延伸报警和轮机员召唤功能是为实现无人机舱船舶而设计的。延伸报警板上有报警批示灯及蜂鸣器，用于指示报警内容和等级，轮机员在自己的房间里即可随时监测机舱运行设备的工作状态。本课题所设计的轮机员安全报警系统采用研华PAC控制，当机
2、舱无人时，一旦有报警发生，要求值班轮机员在3分钟内到集控室复位，并到机舱采取相应措施是故障设备恢复正常工作状态。否则3分钟后所有延伸报警板蜂鸣器都会响，以告知值班轮机员不在岗位。从而使轮机员的工作更加安全可靠。关键词 轮机员安全 机舱监测报警系统 PAC 延伸报警板Abstract Ship engine room monitoring system is an important part of the ship automation, is instead of engineer manoeuvres in the engine room right to realize the main
3、, auxiliary equipment and the system is the main method effective patrol management. Extensions alarm and engineer manoeuvres summon function is to achieve the ums and design of the ship. Extensions alarm board has alarm lamp and instructions on the buzzer, used to indicate the content and level ala
4、rm, engineer in my room to monitor the operation can be the working state of the equipment. The design of this topic of engineer safety alarm system developed by China PAC control, and when the cabin no person, once there is alarming, on duty requirement of engineer in 3 minutes to ecr reset, and ta
5、ke corresponding measures to the cabin fault equipment is back to normal working condition. Or 3 minutes after all extensions alarm board will ring buzzer to inform duty of engineer is not in the post. So that the engineer manoeuvres work more safety and reliable.Keywords engineer security; The cabi
6、n monitoring alarm system; PAC; Extensions alarm board目 录1 绪论11.1 课题背景11.2 课题意义11.3 课题要求12 轮机员安全报警系统12.1 轮机员安全报警系统组成23 PAC特点及控制优势23.1 PAC的特点23.2 PAC控制与PLC控制区别33.3 轮机员安全报警系统PAC控制的优势44 PAC控制的轮机员安全报警系统44.1 报警系统的PAC控制要求44.2 PAC控制的报警系统程序设计64.3PAC外部系统接线图74.4 延伸报警显示85 系统现场安装调试95.1 轮机员安全报警系统调试95.2 延伸报警板调试10
7、5.3 巡视定时器测试115.4 轮机员呼叫系统功能测试12结 论13致 谢14参 考 文 献151 绪论1.1 课题背景传统轮机员安全报警系统虽然可以实现轮机员安全报警系统装置控制要求，但由于继电接触控制装置的工作可靠性不能得到保证，尤其是在一些比较复杂的控制电路中，一旦出现故障后，检修时间长而且比较复杂，因此继电接触控制的轮机员安全报警系统已很难满足船舶这种要求故障排除时间短的场合。1.2 课题意义近年来，电气自动化控制系统技术不断发展与趋于完善，船舶制造业水平的不断提高，大量自动化控制设备应用到船舶控制中，采用PAC控制的船舶电气控制逐渐代替继电接触控制。因此很多设备的运行已不再需要人工
8、看护和操作，轮机员只需在必要的时候对机舱设备进行巡检就可以了，出现了无人机舱。轮机员安全报警系统即无人机舱报警系统，必须具有极高的可靠性才能保障值班轮机员的安全。而PAC控制的轮机员安全报警系统不仅可以提升电气设备的可靠性和减少故障诊断时间；而且当设备由于实际控制要求变化时，只需改动PAC程序和外围的接线，即能实现新的控制。这远比继电接触控制硬逻辑改造更加方便，也便于调试和检修。1.3 课题要求 在船舶航行中，当轮机员下机舱工作前开通轮机员安全报警系统就可以保障轮机员的安全。轮机员下机舱检修设备前，旋开带有钥匙的开关按钮盒来启动系统。系统开始倒计时30分钟，到27分钟时复位指示灯亮，提示轮机员
9、在三分钟内复位，否则系统将会开启报警灯柱和延伸报警板，并发出全船报警，以防轮机员在下机舱检修设备时发生意外并提醒其他船员前来救助。如果轮机员在3分钟内对系统进行了复位，系统将重新倒计时。当轮机员检修结束安全离开机舱后，用钥匙关闭此系统，系统停止工作。2 轮机员安全报警系统本课题所设计的轮机员安全报警系统是依附于机舱监测报警系统中的一个子系统。但轮机员安全报警系统又是独立于机舱监测报警系统的，机舱监测报警系统出现故障将不会影响轮机员安全报警系统的运行。2.1 轮机员安全报警系统组成本轮机员安全报警系统由轮机员安全主控模块、轮机员安全复位模块、轮机员安全起/停模块三部分构成。一个轮机员安全主控模块
10、可配置4个区域的轮机员安全子系统，每个轮机员安全子系统可配置多个轮机员安全复位模块和一个轮机员安全子系统起/停模块。并且轮机员安全报警系统具有延伸报警功能。本轮机员安全报警系统设计是以研华ADMA-5510EKW/TCP八槽的PAC为自动控制器，主机采用研华的UNO-2178A工控机，上位机程序是基于研华WebAccess网际组态软件设计轮机员安全报警界面，延伸报警显示采用的是研华的人机界面触摸屏。3 PAC特点及控制优势可编程自动化控制器（Programmable Automation Controller，PAC）是结合了可编程逻辑控制器（PLC）与工业电脑（IPC）的多功能工业用自动化控
11、制器，硬件结合可编程控制器的耐用度以及工业电脑的强大功能，而且采用IEC 61131-3开放式且高弹性的软件架构. 3.1 PAC的特点可编程自动化控制器（PAC）拥有嵌入式PC的处理器、RAM和软件的优势，以及PLC的可靠性、坚固性和分布特性。集成了多领域功能、共用的开发平台、开放式接口以及分布式模块架构，可以满足用户单一平台多功能的需求。同时，采用软逻辑技术，软逻辑内核运行于后台，可以和其它的应用程序如HMI软件、数据库软件等同时在PAC系统中并存，实现实时控制、HMI组态软件、数据库等等功能同时运行于一台控制器中，真正实现了PAC的单一平台多功能的特点。在系统整合性、稳定性、低成本等等方
12、面为现有的采用PC+PLC的客户提供了一个全新的系统方案。集成硬件和软件在编程时也是一个优势：集成开发环境（IDE）用于对PAC编程包括所有开发工具均能识别的通用标记名数据库。PAC使用一个软件包而不是来自不同厂商的多个软件包来解决现有及将来可能的自动化需求。PAC的另一个优势是控制系统的升级非常简单。模块化的处理器硬件轻松替换，无需拔下传感器和激励的接线。由于其小巧的尺寸，一个PAC能为机柜节省宝贵的空间。PAC拥有现代化的网络和通信能力，还能够实时的获取信息。这反过来使得数据收集更准确和及时，因此更有商业使用的价值。PAC能够提供多种经济方面的优势： 1.由于硬件的费用较低，开发和集成所花
13、时间更少，所以控制系统的总成本降低。购买PAC的价格往往比在PLC上增加类似的功能更为经济。2. 由于自动化系统的应用范围的延伸，PAC在资产收益率，降低生命周期成本，降低总拥有成本等方面都有提高。3. 现金流动得到改善：添加I / O作为单独的模块意味着在初始的开发阶段只需要最少数量的模块，剩下的模块到项目结束前再添加。PAC如图1所示： 图1 研华5510KW四槽 PAC3.2 PAC控制与PLC控制区别 PAC与PLC根本的不同之处在于它们的基础不同。PLC的性能依赖于专用的硬件，其应用程序是依靠专用硬件芯片来实现的。对于改进PLC功能，比如增加运动控制、过程控制或通信能力，就需要使用不
14、同的硬件。即使同一厂家的PLC，专用的硬件也很难移植到不同性能的PLC中，而且传统的PLC厂家的硬件结构体系都是专有的，甚至处理器芯片都是专用的，这就导致随着PLC功能需求的不断提高，PLC的硬件体系变得越来越复杂，而且硬件的非通用性将会导致系统的功能前景和可开放性受到限制。另外，PLC的操作系统通常是各PLC厂家的专用操作系统，与目前流行的实时操作系统不兼容。由于是专用操作系统，它的实时可靠性与功能都无法与通用的实时操作系统相比，这就使得PLC具有整体性能的专用性和封闭性。PAC的性能则是基于它的轻便控制引擎和标准的、通用的、开放的实时操作系统，嵌人式硬件系统设计以及背板总线。PAC的轻便控
15、制引擎是它最明显的特点，在使用PAC控制之前的PLC控制系统，用户应用程序的招待是通过硬件实现的。而PAC设计了一个通用的、软件形式的控制引擎用于应用程序的执行，控制引擎在实时操作系统与应用程序之间，这个控制引擎与最根本的不同在于它们的基础不同。3.3 轮机员安全报警系统PAC控制的优势现代大型船舶对电气设备自动化控制的可靠性程度要求越来越高。PAC作为一种通用的控制器，其面向控制过程出色的程序修改调试能力、良好的抗干扰性能和运行可靠性及强大的自诊断能力，使之成为现代控制的主流控制器之一。继电接触控制装置工作的可靠性不高，尤其在一些比较复杂的控制电路中，继电器出现故障后，检修时间长，已不能满足
16、要求故障排除时间短的船舶电气控制场合。因此，船舶电气控制已经逐渐采用PAC控制。轮机员安全报警系统必须具有极高的可靠性才能保障值班轮机员的安全。轮机员安全报警系统继电接触的硬逻辑接线方式已被采用PAC的自动控制所代替。这不仅可以提升电气设备的可靠性和减少故障诊断时间，而且当设备由于实际控制要求变化时，只需改动PAC程序和外围的接线，即能实现新的控制。这比继电接触控制硬逻辑改造更加方便，也便于调试和检修。4 PAC控制的轮机员安全报警系统4.1 报警系统的PAC控制要求本轮机员安全报警系统由轮机员安全主控模块、轮机员安全复位模块、轮机员安全起/停模块三部分构成。一个轮机员安全主控模块可配置4个区
17、域的轮机员安全子系统，每个轮机员安全子系统可配置多个轮机员安全复位模块和一个轮机员安全子系统起/停模块。本系统需要实现启动、停止、复位和求救信号的采集、报警定时、预报警和报警输出等，轮机员安全主控模块安装在各机舱舱室内，轮机员安全复位模块上含有报警灯、复位按钮、求救按钮、喇叭等，它被安装在一个区域的多个部位，实现轮机员安全监控和求救的功能。轮机员安全子系统起/停模块上含有电源指示灯、起/停按钮、声光报警等，它被安装在一个区域的入口处，实现轮机员安全监控子系统的运行和停止运行等功能。图2 轮机员安全报警系统工作流程图系统流程框图如图2所示。当船员进入机舱内开启起停模块上的起停开关后，系统初始化后
18、进入正常工作状态，计时器开始倒计时，到达预报警指定时间27分钟时开启预报警，复位模块声光报警启动，此时计时器继续计时。若船员按下复位键，报警取消，计时器重新计时；如果复位没有按下且已经到达事故报警指定时间则开启事故报警，起停模块声光报警启动。4.2 PAC控制的报警系统程序设计4.2.1 系统程序设计的I/O分配表 表1 I/O接线列表I0.0 SB1复位按钮I0.3启动按钮I0.1I0.2转换开关K2I0.4 停止按钮Q0.0KM1Q0.7机舱报警灯柱Q0.1KM2Q1.0机舱检测报警Q0.2H1Q1.1KM3Q0.3KM5Q1.2H2Q0.6KM84.2.2 轮机员安全报警系统梯形程序图
19、根据轮机员安全报警系统的控制要求及I/O分配，其程序如图3所示,图中T37代表时间继电器KT1，T 38代表时间继电器KT2，I0.1是启动箱的启动按钮,I0.4是启动控制箱的停止按钮，I0.0是轮机员值班现场的复位按钮，指示灯H1、H2分别是Q1.1、Q1.2。+1620s3分钟延时报警程序27分钟预报警程序顺序控制程序启停控制程序 图3系统梯形图4.3 PAC外部系统接线图根据轮机员安全报警控制要求及梯形图，连接PAC外部接线图如图4所示。PAC图4 PAC外部接线图图4为PLC 船舶报警系统的PAC外部接线。图中， Q0.0、QO.1、Q0.3、 Q0.4、Q0.5分接线圈KM1、KM2
20、、 KM5、KM6、KM9和 KM8，T38是时间继电器KT2，T37是时间继电器KT1，I0.1是启动箱的启动按钮SB1,I0.2是启动控制箱的停止按钮SB2，I0.0是轮机员值班现场的复位按钮SB3，指示灯H1、H2分别接Q1.1，Q1.2。4.4 延伸报警显示在居住区域和驾驶室安装有报警显示屏，其目的在于万一在机舱控制室无人操作期间发生报警时，可在这些区域显示报警并引起值班轮机员注意。扩展报警报警系统可得到两种面板：就地操作员面板，其带有4行40字符的液晶显示器。该报警面板典型的安装在下列处所：舱室，餐厅，驾驶室。扩展报警系统所连接的最多报警面板数量为：至多16个就地操作员面板，面板最多
21、为24个。所以报警显示屏均通过现场总线与两上I/O服务器相连接。在主操作员工作站及备用操作员工作站的I/O服务器含有扩展报警系统用的下述输入/输出（I/O）： 表2 输入/输出硬件输入继电器输出有人（值守）有人（值守）无人（值守）无人（值守）复位定时器定时器终止（27分钟）轮机员通用报警系统（GEA）GEA5系统现场安装调试 在PAC断电状态下连接线路，并检查线路正确后通电。将设计好的程序下载到PAC中，然后调试程序正常后，进行连机调试。根据控制要求开始启动各按钮，观察现象，直至整个程序运行完毕。5.1 轮机员安全报警系统调试1. 轮机员安全报警系统不运行时，启停盒和复位盒上的运行指示灯不亮，
22、打开启停盒上的钥匙开关，启停盒和复位盒上的运行指示灯亮，主控单元显示器和延伸报警板显示30分钟倒计时；2. 过了27分钟后，产生轮机员安全系统预报警，启停盒和复位盒上的蜂鸣器响，此时按复位盒上的复位按钮可以复位轮机员安全系统（图5启停盒复位盒），重新开发30分钟倒计时； 图5 启停盒复位盒3. 如果27分钟后未复位，再过3分钟后会，系统产生一个轮机员安全系统声光报警，报警同时延伸到延伸报警板上，此时需要消音复位报警后轮机员安全报警系统方可恢复工作。4. 若关闭启停盒上的钥匙开关，启停盒和复位盒上的运行指示灯熄灭，主控单元显示器和延伸报警板停止倒计时，轮机员安全报警系统停止运行。 图6 轮机员安
23、全报警界面5.2 延伸报警板调试外接报警延伸功能试验：通过信号模拟箱，模拟开关量和模拟量输入报警，延伸报警板产生声光报警，进行消音复位操作；通过信号模拟箱上的仪表显示模拟量输出，通过继电器测试开关量输出。 图7 延伸报警板在居住区域和驾驶室安装有报警显示屏，其目的在于万一在机舱控制室无人操作期间发生报警时，可在这些区域显示报警并引起值班轮机员注意。5.3 巡视定时器测试巡视定时器剩余时间显示在操作员工作站每个显示屏的顶部。这是一个倒计时定时器，它从三十分钟倒计时到零分钟。如没有产生定时器复位，且三分钟时间到了，而在27分钟之内没有按下“复位”按钮，则操作员工作站即产生报警。此时在I/O服务期上
24、即产生定时器终止输出，而巡视定时器“剩余时间”指示灯为红色显示。当按下“轮机员通用报警”按钮或在倒计时到零分钟（三分钟报警周期，以越过）后，这意味着在最近的三十分钟时间内没有按下复位键，并启动了轮机员通用报警。当值班入口装置上的“巡视值班”键钮开关设在“接通”位置并按下了操作员工作站或值班入口装置上的“有人（值守）”按钮时，巡视报警定时器即进入“值班接通，倒计时”阶段。值得注意的是操作员工作站上的“确认”或关闭报警时，其得到的功能与本系统置于有人值班时相同。按下操作员工作站或值班入口装置上的“无人值守”按钮时，本装置即返回至“巡视定时器断开”的位置。将值班入口装置的“巡视值班”键钮开关放在“断
25、开位置”的位置，使该装置失去作用。此键钮开关不能从“断开”位置离开。巡视值班键钮开关置于“接通”位置即接通了巡视报警装置。本装置功能失效，“巡视值班断开”指示灯和“复位钮”即点亮。5.4 轮机员呼叫系统功能测试当机舱控制房为无人值守时，值班指示灯点亮。当值班指示灯接通时，任何重要报警都在显示屏上显示，并伴随着闪烁的报警！（ALARM!）,其内部蜂鸣器鸣响（外设蜂鸣器为选项）。按下确认钮使闪烁的报警（ALARM!）转为稳定光，并使舱室装置内的蜂鸣器消声。当机舱控制房为“有人值守”或轮机员按下了机舱控制房的“确认”按钮时，报警通道就消失。当呼叫任何轮机员时，来自机舱控制房的呼叫或来自桥楼的呼叫信息
26、即出现在显示器上，且蜂鸣器鸣响。按下“接受”钮，即清除呼叫器上的呼叫信息，并使餐厅装置（不是舱室装置）中的蜂鸣器消声。取消轮机员呼叫装置的 呼叫也将关断LED并使餐厅装置中的蜂鸣器消声。结 论本系统主控制器采用了研华5510KW四槽PAC和5510EKW八槽PAC，其紧凑的结构，良好的扩展性能，强大的指令功能，利用LAN通信口进行信息传送, 并自行设计相应接口而组成的船舶机舱监测报警系统充分应用了PAC的硬件资源，发挥了其软件优势。输入输出采用差动方式提高了抗干扰能力，同时主机和多台终端可以全部并联在一对双绞线上进行多机通讯，节省了传输线，所以本系统小但功能齐全，稳定性可靠，为用户带来极大的方
27、便。在近年的实际运行中为船舶的安全、可靠的航运起到了非常重要的作用。通过PAC程序的控制使轮机员安全报警的工作过程更加的安全可靠，使无人机舱技术应用得到更好推广和发展。同时利用PAC程序的控制大大的节约了机械继电装置的应用，从而使轮机员安全报警器的形状更加小，继而节约空间。轮机员安全报警系统具有监视机舱内人员情况并在发生危险时自动报警的功能，可以避免或降低事故造成的人身伤害和财产。主要应用于人员比较稀少的大型船舶无人机舱，也可以应用于类似环境下的工厂或实验室。致 谢大学的学习生活即将结束，而这篇论文作为我在学校的最后一份答卷，敬献给各位老师。在江苏海事学院的三年的学习和生活期间，我不仅学习到了
28、丰富的专业知识，更学到了各位老师认真工作、爱岗敬业、为人师表的优良品质。在此，谨向各位老师表示深深的敬意和谢意！这次毕业论文能够得以顺利完成，在论文的修改过程中，衷心的感谢指导老师尽心尽力的对我的论文进行了仔细地修改，无论是在格式上还是内容上，都要求的极为严格。使我在从中学到了更多的东西。我要在这里对他们表示深深的谢意！感谢我的指导老师姚苏华老师，没有您的悉心指导就没有这篇论文的顺利完成。感谢辅导员王丽老师，班主任季明丽老师，三年的生活虽相处不久，却从您身上学到了太多，必将终身受益。感谢所有教授过我课程的老师们，是你们诲人不倦才有了现在的我。感谢身边所有的朋友与同学，谢谢你们三年来的关照与宽容，与你们一起走过的缤纷时代，将会是我一生最珍贵的回忆。参 考 文 献1田瑞庭.可编程控制器应用技术M.北京：机械工业出版社,1994年2闫世杰.船舶信号M.北京：人民交通出版社,2006年3梁国彬.基于PLC控制的船舶机舱监测系统及其软件实现C4孙聚川.基于嵌入式技术的机舱轮机员安全系统中国计算机报 2008，75唐唯唯.船舶机舱监视与报警人机交互系统的设计C.大连海事大学 6研华PAC产品使用说明手册 7研华Webaccess软件使用教程8镇江赛尔尼克自动化有限公司参考资料9中国船级社2006年钢质海船入级规范
