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1、信息技术学院本科毕业论文基于PLC的船用主机遥控系统的设计The design of marine mine engine remote control system based on PLC题 目：基于PLC的船用主机遥控系统的设计专 业： 计算机科学与技术 班 级： 2004级 学生姓名： 廖锦华 指导教师： 骆晓艳 论文提交日期：2008年 6月 2日 论文答辩日期：2008年 6月 15日目 录中文摘要、关键词1英文摘要、关键词2引言3第1章 绪论41.1 船用主机遥控系统的应用现状41.2 可编程控制器（PLC）的基本组成41.3 可编程序控制器(PLC)在船舶自动化领域的作用和地位
2、5第2章 遥控系统的原理及应用62.1 船用主机遥控系统的组成62.2 遥控系统的工作原理112.2.1 电路原理图112.2.2 工作过程132.3 船用主机遥控系统的基本功能14第3章 遥控系统的硬件设计和程序设计163.1 PLC的选型与接线图163.2 遥控系统的程序设计173.2.1 设计思路173.2.2 主程序框图183.2.3 具体程序19结论22致谢23参考文献24附录25基于PLC的船用主机遥控系统的设计摘要：目前在船舶领域主机遥控系统技术方案虽多种多样，但都存在许多令人不满意的地方。本文采用基于PLC控制单机遥控系统来实现主机（主柴油机）遥控系统的功能，遥控的对象为主柴油
3、机和齿轮箱。主机是船上的动力产生装置，通过齿轮箱减速与换向，来带动螺旋桨旋转，从而推动船舶的航行，可实现人性化的操作。 本文充分地利用了欧姆龙CPM1A系列PLC的技术和优势特点，使系统具有典型的模块化结构，且经济性能好、硬件电路结构简单、工作安全可靠。这样的设计解决了当前主机遥控系统大部分以模拟量组合单元仪表为主带来的弊端，更有利于建立全船的控制管理中心，使机舱自动化程度有所提高。关键词：遥控系统 PLC 船舶主机 The design of marine main engine remote control system based on PLCAbstract: Currently, t
4、he technical scheme of main engine remote control system in ship domain is varied, but there are much unsatisfactory. Remote control system based on PLC is adopted in this article to realize the functions of the marine main engine remote control system (main diesel engine), and the main control obje
5、cts are diesel and gear box. The motive power is generated by the host, which drives the propeller to rotate and then promote the ship to sail. Then the humanized operation can be achieved.This full use of the CPM1A omron PLC technology and advantages enables the system get a typical modular structu
6、re, the good economical performance and the simple circuit system of the hardware, which is safe and reliable when it is working. The present drawbacks are brought by the main engine remote control system, which is primarily composed of many analog combination instruments. In addition the administra
7、tion center of the ship can be built more advantageous and the automation degree of marine can be improved, too.Key words: remote control system; PLC; the marine main engine引 言主机遥控系统是船舶自动化领域的一个重要组成部分，遥控系统主要完成主机调速与齿轮箱换向,目前主机遥控系统技术方案虽多种多样，但都存在许多令人不满意的地方。本文采用基于PLC控制单机遥控系统来实现主机（主柴油机）遥控系统的功能，遥控的对象为主柴油机和齿
8、轮箱，主机是船上的动力产生装置，通过齿轮箱减速与换向（齿轮箱中的控制杆可以打到“正”、“空”、“倒”三个位置，通过改变控制杆的位置来实现齿轮箱正转、空、倒转），来带动螺旋桨旋转，从而推动船舶的航行，可实现人性化的操作。采用的控制方案根据主机功率大小、控制精度的不同而不同，齿轮箱一般与主机配套使用。第一种是主机功率较小的，一般采用机械软轴或电子软轴来实现主机调速与齿轮箱换向，即在驾驶室中安装驾驶操纵杆，操纵杆通过两根机械软轴分别连接到机舱中的主机与齿轮箱上，如果船体较长，可先把控制信号先转化为电信号，再转化为机械动作（称电子软轴），达到主机调速、齿轮箱换向的目的，一般用于小快艇、小型船舶上。第二
9、种是主机功率较大，所配齿轮箱也有所变化，其内部有一膜片执行器，改变其位置能够实现换向，采用气控（把气信号作为控制信号）进行主机调速与齿轮箱换向，按照控制方式可分为：全气控制型和电气控制型，全气控制型是由操纵器发出气控信号，传送到机舱通过机舱阀箱来控制主机调速、齿轮箱换向，但气控信号具有很大的滞后性，调节速度不够高；电气控制型是由遥控操纵器发出电控信号，传到机舱通过机舱阀箱转化为气控信号来控制主机调速与齿轮箱换向，电气信号具有传送速度快，控制精度高等特点。第三种是利用步进电机来实现主机调速与齿轮箱换向，一般应用在控制精度较高的船舶上。本系统属于电气控制型，由遥控操纵器发出电控信号经PLC逻辑运算
10、控制输出，再通过机舱控制箱、机舱阀箱转换为气控信号对主机进行调速和齿轮箱换向。目前国内外大型船舶的自动化程度不断提高，我们可以结合中小型船舶主机遥控系统的特点，根据船舶机舱条件，充分发挥PLC 的优越性，使系统更广泛地适用于各种类型的船舶。第1章 绪论1.1船用主机遥控系统的应用现状随着船舶自动化的发展，给主机遥控系统带来了前所未有的发展机遇。主机遥控技术发展到今天，大致经过了三代的发展过程。早期的主机控制系统是有继电器来完成控制功能，第二代产品则主要通过中小规模电子集成电路来完成控制功能，第三代产品则由计算机来完成控制功能。八十年代，微机在机舱自动化中广泛推广应用。国外有许多大公司推出定型微
11、机自动控制系统，批量生产适用于多种机型。如意大利希帕公司推出的ULP-32微机自控系统；西门子DIFA系列微机主机遥控系统；挪康的NORCON系列微机主机遥控系统，己被我国远洋船舶广泛采用。它通过微机实现顺序控制，包括主机起动、停止、前进、后退等各种工况，它具有调速功能，应急停车、监视报警、越控等功能。国外对主机遥控系统的发展从设备分散控制、单机遥控、集中监视到运用大型电子计算机，再向计算机小型化发展，然后微机在机舱自动化中广泛的应用。为我国的主机遥控和机舱自动化提供了宝贵经验和技术借鉴。我国七十年代开始，有关专业制造厂及有关设计院开始研制开发生产主机遥控装置。八十年代初，我国研制成功了微机、
12、电/气转换器式的自动控制装置，并作为发展重点；1989年推出了国际新一代微机网络型自动控制装置；技术水平跟国际上的差距逐步减小。特别在可靠性、维修性方面得到了显著提高，有的型号已取代进口产品，有的自动控制装置已经出口，日益满足了我国船舶机舱自动化的要求。目前国内主机遥控装置的使用情况，主机遥控装置大致分为：机械控制式，气电混合控制式，全电控制式，电液控制式，气液控制式。根据齿轮箱换向控制方式的差异，主机遥控装置可分为：电控换向型，气控换向型，机械控制换向型，液压控制换向型。1.2可编程控制器（PLC）的基本组成1.中央处理器(CPU):中央处理器是可编程序控制器的核心部件之一，是应用控制系统的
13、指挥中心。2.存储器:用来存放系统软件和应用软件。3.输入/输出(1/0)接口:输入模块把外部信号转变成中央处理器能处理的电信号并且把这些信号传送给内存或中央处理器；输出模块把可编程序控制器发给外部的信号转变成外部能接受的信号，并且传给外部。4.电源:为PLC和内部总线提供电源。5.编程器:是用户输入程序指令和对系统进行调试的装置，由主机、键盘、显示终端、打印机、编程软件组成。可编程序控制器结构原理如图1.1:编程器 电源中央处理器内存输入暂存区输出暂存区输入输出打印机通信接口现场现场图1.1可编程控制器结构原理图1.3可编程序控制器(PLC)在船舶自动化领域的作用和地位可编程序控制器(Pro
14、grammable logic controller,简称PLC)是面向用户的电子计算机，能用来完成各种各样的复杂程度不同的工业控制功能。一度成为工业自动化领域的三大支柱，即工业机器人，CAD/CAM，可编程序控制器（PLC）。可编程序控制器（PLC）具有灵活性，成本低，可靠性高，构成简单，使用方便，可维护性好，模拟调试和强大的通讯能力能优点。PLC结构紧凑、安装简单、使用方便、抗干扰能力强，不仅具有很强的逻辑处理功能，同时还具备数字运算、联网通讯等功能，国际造船和海运界纷纷开始了PLC在船舶自动化中的应用研究。八十年代初，由英国工程师在著名的“伊丽莎白女皇二世”号豪华游轮上应用美国德州仪器公
15、司5TI型PLC全面改造了船用透平主锅炉，获得成功。国内也有利用PLC成功改造船舶三速交流起货机控制系统、船舶机舱泵浦自动切换系统等成功的实例。近年新造的船舶上，各种以PLC为核心的控制系统已广泛应用于船舶各种设备的控制，如船舶电站自动化管理系统、船用报警监视系统、船用子母钟系统、船舶主机遥控系统、锅炉控制系统及一些特种船舶的特种设备的控制系统，直至利用PLC实现全船自动化网络。第2章 遥控系统的原理及应用2.1船用主机遥控系统的组成常规的主机遥控系统主要有电动式主机遥控系统、气动式主机遥控系统、电气式主机遥控系统、微型计算机控制主机遥控系统等。根据主柴油机台数的多少，还可以分为：单机遥控系统
16、、双机遥控系统、三机遥控系统等。如果是一地遥控，操纵器一般安装在驾驶室，如果是两地遥控，操纵器一般安装在驾驶室和集控室，如果是三地遥控，操纵器一般位于驾驶室、集控室、机舱，如果是五地遥控，操纵器一般位于驾驶室、集控室、机舱、桥楼左、右翼。操纵器是发出主机和齿轮箱动作指令的装置，也可以根据操纵器的数目来判断是几地遥控控制。本系统由遥控操纵器、PLC控制单元、检测报警单元、状态显示单元、机舱控制箱、机舱阀箱、气源处理装置和电源系统等组成。其总体结构框图如图2.1所示：遥控操纵器检测报警单元辅车钟单元遥控电源报警继电器执行继电器状态显示单元机舱控制箱机舱阀箱主推进装置气源处理板P L C1M Pa气
17、源图2.1 系统总体结构框图全电型遥控系统没有机舱阀箱和气源处理装置，而有随动执行器或步进电机，由随动执行器或步进电机控制主机调速和齿轮箱换向。机舱控制箱安装于机舱内，距离主机调速手柄较近且便于操作处，控制箱面板上设有供联络、控制及报警用的各种转换开关，消音、试灯按钮以及各种指示灯，可指示驾驶室各种运行指令及操作状态。机舱阀箱安装于机舱控制箱旁，以便于操作。其内部安装程序换向和程序调速的功能部件、方式选择转换阀（“遥控机控”或“遥控机旁”）和手动换向阀（“正车空车倒车”）等器件。气源处理装置主要用来净化处理控制气源。1.0MPa的气源经两个手动两位三通阀、空气过滤器、油污过滤器、空气过滤减压器
18、、梭阀等处理后变成0.6MPa的控制气源，通入机舱阀箱控制主机调速与齿轮箱换向。本系统为一地遥控控制方式的单机遥控系统，遥控操纵器安装在驾控台上，由以下几个部分组成：（1）PLC控制单元在主机遥控系统的实际工作过程中，PLC作为主控器件，PLC除了接收来自操纵器的“正车”、“空车”、“倒车”的遥控信号外，还要接收急停信号（由急停按钮发出）、失气信号（由阀箱检测发出）、机控信号（驾驶室机控、机舱机控）、高速脱排、油压检测板检测的正车合排、倒车合排等信号，把这些信号作为输入信号，每一个循环周期读取一次并存储到输入缓冲寄存器中，生成“输入映像”，为下一步逻辑运算做好准备。PLC根据读入的“输入映像”
19、状态以及内部标志寄存器、数据寄存器、输出缓冲寄存器的数据状态，来进行逻辑运算处理，判断是否输出“正车阀继电器”、“倒车阀继电器”、“空车输出”（状态显示之用）、“错向阀继电器”（用于直接切断调速回路）、“错向报警继电器”（用于报警监测和报警停车）、“失气阀继电器”（用于控制失气自保电磁阀,完成失气自保功能），同时，将结果存储到其标志寄存器、数据寄存器、输出缓冲寄存器中，准备对外部进行控制输出。PLC将输出缓冲寄存器中的数据状态输出到PLC的输出端，控制各个继电器的通断状态，从而控制正车电磁阀、倒车电磁阀、空车电磁阀（可以没有，跟阀箱的具体结构有关）急停电磁阀、报警电磁阀等是否得电，进而控制主推
20、进装置的正车合排、正车脱排、倒车合排、倒车脱排、主机急停、降速等，完成对主推进装置的远距离遥控功能。（2）遥控操纵器遥控操纵器的主要功能为：通过操纵器控制手柄一方面发出“正车、空车、倒车”的遥控信号传送给PLC控制单元进行齿轮箱换向控制，另一方面发出4-20mA的调速信号传送给机舱阀箱中的电气比例阀进行主机调速的控制。操纵器也是车令的发出装置，与其配套使用的一般为车令显示板，车令显示板由数码管、单片机及其外围电路组成，操纵器通过串行通信将车令信号传送给车令显示板，这样可以把车令状况“正车1、2、3、4、倒车1、2、3、4” 显示出来，当正车时，“正车”旁边的绿LED指示灯亮，倒车时，“倒车”旁
21、边的红LED指示灯亮，这样可以很好地区分正倒车指令。操纵器有带主车钟功能和不带主车钟功能之分，所谓车钟功能就是当主机处于非遥控控制状态时能够实现船舶驾驶室与机舱（或集控室）之间车钟信号传递，在机舱进行人为对主推进装置操纵，不带主车钟功能的操纵器就是上述所说的，操纵器内部没有车钟单元，不能发出车钟信号；带主车钟功能的操纵器由发送器和接收器组成，发送器与不带主车钟功能的操纵器外观基本相同，不同的是多一个车钟通讯数据口，内部分遥控控制和车钟单元，这两个单元机械上共用，电气上完全独立，当遥控控制时，实现遥控功能，当非遥控状态时实现车钟功能，当发送器发出改变主机运转情况的命令时，发送器的失步报警电路工作
22、，发出声光报警信号，机舱回令后失步报警解除，主机实际转向与车钟发令要求转向不一致时发出误车报警，当主车钟出现故障时，可利用应急联络按钮与机舱进行应急联络。在实际操作过程中，空车档位打到正中间，向PLC发出空车指令，向前推进控制手柄，为正车车令控制，推一格为“正1档”，推两格为“2档”，推3格、4格依次为“3档、4档”；倒车与正车相似，从“空车档”向后拉即可，每一档之间都有明显的手感，操纵很方便。另外，操纵器还带有与VDR串行通讯接口，可直接与VDR相连，记录车钟数据。（3）检测报警单元检测报警单元在遥控系统中起着相当重要的作用，主要对主机燃油压力、主机高压燃油管泄露、主机滑油压力、主机海水压力
23、、主机淡水压力、主机排气温度、齿轮箱滑油压力、遥控失电、失气等系统参数进行检测报警，对系统的安全运行提供有力的保证。主要有：检测器件（各类传感器）、检测主控板、检测采集板、报警显示板、蜂鸣器、电铃等。检测器件：主要为压力传感器、温度传感器、压力控制器、继电器等，一般与现场直接相连，所检测到的数据类型分为：数字量、模拟量，数字量的信号直接与检测主控板或检测采集板相连，模拟量的信号经过A/D转换后，再传送给检测板。检测主控板和检测采集板：一般安装在控制板芯上，其功能都是对报警信号进行采集，但检测主控板还带有对信号的运算处理功能，检测采集板只是对检测主控板的扩展，通过数据线连到一起，它们内部由单片机
24、及其外围电路组成，把检测到的数据进行运算处理后传送给报警显示板。它们根据采集路数不同可分为：16路主控采集、16路采集1、采集2，即可以最多对48个报警点进行采集；24路主控采集、24路采集1、采集2，即可以最多对72个报警点进行采集；32路主控采集、采集1、采集2，即可以最多对96个报警点进行采集。有时报警点较多，除了上述所介绍的报警点外还有应急发电机滑油压力、应急发电机滑油温度、应急发电机超速、1#、2#、3#舵机工作、断相、失电、锅炉综合故障、应急停炉等系统参数，可根据实际需要进行选择检测报警主控板和采集板的路数及块数，来满足对报警信号的检测。报警显示板：报警显示板被安装在金属外壳、塑料
25、面板的盒子内，整体安装在控制台及机舱控制箱面板上，由红色LED灯实现闪光报警、蜂鸣器发出声响报警，塑料面板可用PVC薄膜将具体的报警点、消音按钮、实验按钮、蜂鸣器指示标签贴在面板上，对各个报警点实现声光报警功能，当出现声光报警时，按下消音按钮，声响信号消失、灯光有闪光变为平光，直到故障信号消除为止。通过航空插头与外部通讯，除了接收来自报警检测主控板、采集板的报警信号外，还要接收实验信号、消音信号（来自实验与消音按钮），它的报警输出用于接通外部蜂鸣器、电铃控制回路。报警显示板也有16路报警显示、24路报警显示之分，各自又分地址1、地址2、地址3、地址4（16路的只有前两者），可根据实际报警点的多
26、少及采集主控板、采集板的路数来选择报警显示板。蜂鸣器、电铃：主要对重要报警信号（如遥控失电、主机急停、越控、错向等）的声响报警进一步放大，使得全体船员警觉，迅速排除故障。（4）状态显示单元状态显示单元把系统运行过程中的主要信号用不同颜色的指示灯显示出来，并且能够进行主机急停、主机越控、消音、实验等操作，安装在控制台及机舱控制箱的面板上，主要由铝面板、指示灯、试灯板、调光电位器和蜂鸣器（一般只有驾控台的状态显示面板上才有）、主机急停、主机越控、实验、消音按钮组成。铝面板及开孔的大小根据实际指示灯和按钮的多少、外形尺寸来决定，表面一般用黑漆喷涂，达到更好的显示效果。指示灯一般有AC220V电源指示
27、（绿色,也有AC240V电源指示）、DC24V电源指示（白色）、气源指示（绿色）、正车合排（绿色）、空车指示（白色）、倒车合排（红色）、遥控（绿色）机控（黄色）、遥控（绿色）、集控（黄色）（两地或多地遥控才有）等，电源指示灯是用来显示电源的接通情况，控制接通信号来自电源部分的接触器或继电器；气源指示灯是指示遥控气源的正常与否，控制接通信号来自机舱阀箱中的压力控制器的“气源正常”输出（压力控制器内部有一常闭、一常开无源触点，当压力达到设定值时，触点动作，通过接入电源将其转换为有源触点接到试灯板上，接通气源指示灯）；正车合排、倒车合排指示灯是指示齿轮箱合排情况，控制接通信号来自齿轮箱油压检测板上的
28、正车压力控制器、倒车压力控制器的正车、倒车合排信号输出。空车指示灯表示机组处于空车状态控制接通信号来自PLC的“空车输出”；遥控机控指示灯，当遥控灯亮时，表示遥控控制，当机控灯亮时，表示机组处于机控状态，控制接通信号来自PLC的“驾控指示、机控指示” 输出，遥控集控指示灯，与遥控机控指示灯相似。指示灯的额定电压有ADC24V、AC220V、AC380V等，外形有圆形的、方形的，具体型号及生产厂家，可根据实际需求来选择。试灯板结构很简单，内部主要有二极管组成，有一个接线端子与内部所有二极管的正极相连，一般接实验按钮，做试灯之用，输入端接来自不同地方的指示灯接通信号，输出端接相应的指示灯，指示灯的
29、负极并在一起串入调光电位器，再到电源负极。主机急停按钮、主机越控按钮与其它按钮不同，按钮为红色、带灯、带自锁、带急停罩，当按下之后，自锁并且其指示灯亮，同时将“主机急停、主机越控信号”传送给PLC、检测报警单元和机舱控制箱，实现对主机急停、主机越控的控制。实验按钮一般用绿色，消音按钮用黄色，多为复位型、不带灯、不带急停罩，实验按钮，主要完成对各个指示灯、报警显示板的检验功能，除了与试灯板相接外，还与消音按钮一起将实验信号、消音信号传送到报警显示板上，实现对报警显示板的检验与消音功能。（5）辅车钟单元辅车钟在遥控系统中起联络信号、遥控机控转换的功能，安装在驾控台、集控台（安装在集控台的叫辅车钟复
30、试器，没有转换开关，只能起到显示的功能）、机舱控制箱的面板上，辅车钟面板上有一转换开关可以打到“遥控”、“机控”、“ 备车”、“完车”进行驾驶室、机舱信号传递，其外部接线除了电源、通讯线之外，还有VDR、机控信号输出（驾控台上的辅车钟）、报警信号输出、遥控信号输出（机舱控制箱）等，根据实际需要有可能接线方式不同。（6）机舱控制箱机舱控制箱安装在机舱底部主机旁，便于进行机旁操纵，一般为长方体，箱体的大小根据控制要求的多少，箱体面板元器件的多少与大小尺寸而定，一般为550mm450mm200mm（长宽高），箱体颜色与驾控台、集控台基本相配，壳体优质冷轧薄钢板、板金制作而成。箱体面板上装有车令显示板
31、、辅车钟、安全报警板、状态指示板、实验按钮、消音按钮、停车复位按钮等，通过箱体内部的控制板芯装有中间继电器、闪光继电器、试灯板、接线端子、接线槽等，把面板上的设备连接起来，实现控制箱与外部联络、控制及报警功能。（7）机舱阀箱，机舱阀箱安装在机舱控制箱旁边，共同完成对主推进装置的操纵，也为长方体，一般为600mm450mm240mm（长宽高），箱体颜色一般与机舱控制箱的颜色相同，壳体同样也为优质冷轧薄钢板、板金制作而成。机舱阀箱是主推进装置气控换向方式的重要部件，是保证主推进装置的能够正常运行的关键所在。（8）电源系统1.遥控电源组成遥控电源采用双电源供电，主电源来自主配电板（MSB），备用电源
32、来自备用配电板，遥控电源装置主要有熔断器、转换开关、接触器、继电器、开关电源、整流桥、接线端子等组成，电路示意图如图2.2所示：主配电板来自应急配电板电 源 开 关开关电源整 流 桥备用配电板熔断器熔断器熔断器控制电源报警电源安全电源接线端子图2.2 电源电路示意图2.工作原理AC220V电源通过主配电板、DC24V电源通过备用配电板经保护装置，再通过电源开关，主电AC220V电源经开关电源转换为DC24V电源,与应急电源DC24V被整流桥相隔，利用二极管的单向导电性，一方面不会造成电源之间的环流，另一方面可以防止DC24V电源正负极接反，最后经熔断器为遥控系统供电，当主电源失电时，由备用电源
33、向摇控系统供电，并发出失电声光报警，提醒操作人员检查故障及时维修，使遥控系统电源供电稳定，保证船的正常航行。3.结构特点结构简单，方便接线与维修，稳定性强，能够长时间对遥控系统不间断供电，对船的安全航行提供了强有力的保障。2.2遥控系统的工作原理遥控系统主要任务是完成主机调速和齿轮箱换向，独立于导航系统、内通系统。2.2.1 电路原理图船用主机遥控系统的电路原理图按照一定的电器规则、技术要求把所用到的元器件通过相应的导线连接成一个整体，来实现远距离对主推进装置的遥控功能，其系统电气原理示意图如图2.3所示。1.0MPa气源驾驶室X2X1X3驾驶室状态显示板空车倒车正车 P L CX1X4集控室
34、状态显示板机舱温度、压力和转速检测AC220VDC24V 集控室主控板电源单元机舱控制箱机舱阀箱E/P调速器急停电磁阀柴油机（主机）齿轮箱气源处理板图2.3 系统示意图在一地遥控系统中，遥控操纵器一般安装于驾控台，发出正车、空车、倒车及调速信号，传送给主控制板（主控制板可根据实际需要灵活安装在驾控台或集控台台体内），PLC根据输入信号及内部寄存器的状态进行逻辑判断控制输出，经机舱控制箱将控制信号中转、放大，控制机舱阀箱中的电气比例阀、正车电磁阀、倒车电磁阀、空车电磁阀以及失气自保阀，从而控制主机调速和齿轮箱换向。同时检测装置将主机滑油压力、主机淡水温度、主机转速、艉轴转速、齿轮箱合排信号等重要
35、系统参数传送给检测主控板或PLC,再通过驾驶室、集控室状态显示板、转速表以及机舱控制箱面板上的状态显示板显示出来，完成对主推进装置的控制功能。2.2.2 工作过程第一步：检验整个遥控装置打开电源开关，按下实验按钮，检查各个指示灯是否完好，报警功能是否正常，气路管道是否正常等。第二步：发出遥控信号由驾控台遥控操纵器发出遥控信号，集控台及机舱控制箱上的辅车钟、机舱阀箱上的 “遥控机旁”选择开关如果不在“遥控”位置，将发出声光报警信号，提醒操纵人员把开关打到“遥控”位置，做好遥控控制准备。第三步：发出“正车”或“倒车”信号由驾控台遥控操纵器发出“正车”、“空车”、“倒车”信号及4-20mA的电流调速
36、信号，将“正车”、“空车”、“倒车”信号传送至PLC，调速信号经遥控继电器的常开触点、错向阀继电器的常闭触点，传送到集控台转至机舱控制箱，再串入停车继电器的常闭触点，且经降速继电器的常开触点并入一个330欧姆1/4瓦的降速电阻（只有当降速继电器得电时才接入电路分流，减小调速电流），最后传送至机舱阀箱中的电气比例阀的调速信号输入端，从而控制通过电气比例阀的调速气体的流量，达到主机调速的目的。第四步：PLC接收输入信号PLC将“倒车合排”、“正车合排”、“失气信号”、“遥控信号”等一次性输入到内部输入缓冲寄存器中，生成“输入映像”，准备进行内部逻辑运算。第五步：PLC进行逻辑运算PLC根据输入状态
37、及内部寄存器的状态进行逻辑运算，如果是“正车信号”输入，就输出正车输出信号，则正车阀继电器线圈得电，控制正车电磁阀线圈得电，则正车控制气通入齿轮箱，进行正车合排，带动螺旋桨正转，推动船的正车航行，倒车航行亦如此。第六步：档位控制当主推进装置处于正车合排状态时，可以进行正车档位控制，即正车1档、正车2档、正车3档、正车4档，将遥控操纵器向前推动一格-由1档转换为2档，则内部输出电流相应增加，使得调速气体压强增大，主机油门加大，转速增加至2档，带动螺旋桨达到2档；操纵器再向前推动一格、两格-换为3档、4档，道理一样；倒车换挡同正车换挡。第七步：正常停车正常停车操纵，将遥控操纵器打到空车位置，PLC
38、输出空车控制信号，状态指示板上的空车指示灯亮，同时，机舱阀箱中的正车电磁阀或倒车电磁阀失电，正车控制气或倒车控制气被堵住，只有空车控制气通入到齿轮箱，在有的机舱阀箱中有空车电磁阀，其得电后，空车控制气进入齿轮箱，控制正车脱排或倒车脱排，使螺旋桨停转，完成停车操作。第八步：主机降速、紧急停车主机降速与紧急停车是两个不同的操作过程，主机降速是当出现主机淡水高温、主机超速、主机滑油低压等时，检测报警板发出声光报警，同时降速继电器得电将降速电阻并入调速回路，减小调速电流，使得主机转速下降；紧急停车是当出现主机滑油过低压、主机燃油泄露、齿轮箱滑油过低压等重要参数超出最大限定值时，报警板发出声光报警，同时
39、急停继电器得电，接通急停电磁阀回路，切断主机燃油供应回路，使得主机缺燃油而减速、停机，使得螺旋桨停转，或当航行时出现紧急情况时，操纵人员按下“主机急停”按钮，同样能够使得急停继电器得电，达到主机急停的目的，然后再按“主机急停”按钮，使其复位。第九步：主机越控主机越控是指在航行过程中，遇到某些特殊情况，即使已经满足主机降速或急停的条件也不能让主机降速或停车，此时，操纵人员按下“主机越控”按钮，主机越控继电器得电，切断主机降速、紧急停车控制回路，保证按照当前的航行状态继续航行，直到再次按下“主机越控”按钮，使其复位为止。在此过程中，状态指示板上的电源指示灯、气源指示灯、正车合排指示灯等都应亮；通过
40、压力和温度传感器对主机滑油压力、齿轮箱滑油压力、主机淡水温度和主机滑油温度等测量并由压力表、温度表显示出来；报警检测板通过传感器对各个报警点进行检测、判断是否超过限定值，如果超出则发出声光报警；特别是当主机启动、停车时，必须在机旁操纵；齿轮箱进行正车合排、倒车合排或正车脱排、倒车脱排时，必须保证主机不能够熄灭或飞车。 2.3船用主机遥控系统的基本功能主机遥控系统的基本功能是在驾驶室和集控室实现对船舶主推进装置的远距离控制，主要包括操纵主机组的起动、换向、调速、停车、安全保护，齿轮箱的正向、倒向、脱排等。机旁控制则在机舱主机旁的控制箱手动进行。操作人员可通过驾驶台上的遥控操纵器手柄完成对主机各种
41、工况的操纵。遥控操纵器手柄上设有空车档，正车1、2、3、4档和倒车1、2、3、4档共9个车位,根据这些车位的变化, 可以实现主机的正、倒车起动, 正倒车停车, 正倒车换向和正倒车调速等远距离操纵。除了完成以上控制功能外, 系统还具有如下几个功能：1.“遥控-机旁”转换功能系统在机旁和驾驶台各设有一个手动转换开关,可以对主机进行“遥控-机旁”控制切换。当两个开关位置不符时, 有声音报警和灯光指示, 只有两个开关都处在“遥控”位置时, PLC才参与控制, 以确保一致性和安全性。2.离合器自动合闭和脱开功能系统能够根据转速变化和车位的要求自动脱开或合上离合器，当遥控操纵器在空车位时, 要求脱开离合器
42、, 其它车位时, 要合上离合器。但是离合器脱离与闭合又受到主机转速的限制, 以免造成主机飞车和离合器损坏等事故。3.监控安全保护功能当主机的滑油压力、滑油温度、冷却水温度、齿轮箱滑油压力和淡水压力等重要参数越限时, 进行声光报警, 并自动降速或停车, 实现安全保护。4.应急停车功能在紧急情况下,如主机的一些重要参数越过危险值时，检测报警单元便发出“故障停车”信号输向遥控控制单元，遥控控制单元使主机油门拉杆上的电磁阀动作，能够迅速切断主机供油,从而使主机转速降到最低，实现应急停车。故障停车后若要重新使遥控工作，必须满足以下条件：“故障停车”信号消失，操纵器手柄在停车位置。5.试灯和消音功能遥控台
43、上的试灯按钮用来检查系统中各指示灯和报警声响是否正常；消音按钮可在系统有声光报警时, 消除声响, 并且将报警灯定光。6. 程序调速、换向 遥控应能实现随手柄的转动，自动地按照程序进行无级调速，并可实现程序换向。无论驾驶员扳动手柄多快，遥控装置均按一定的逻辑与时间要求控制主机调速，不使主机的热负荷变化过于剧烈。 7.机旁集控室驾驶室三地无扰转换 机旁优先、集控室次之、驾驶室最低。他们之间的转换具有清晰明确的信号，且在任何工况下均可实现无扰转换。转换开关在机旁。 第3章 遥控系统的硬件设计和程序设计3.1 PLC的选型与接线图根据本系统的控制特点及控制要求，本系统PLC的输入、输出点分配如表3.1
44、、3.2所示：表3.1 PLC输入点0000000001000020000300004000050000600007000080000900010正车输入倒车输入空车输入倒车合排正车 合排 驾驶室机控机舱机控失气信号急停信号表3.2 PLC输出点0100001001010020100301004010050100601007正车阀继电器倒车阀继电器错向阀继电器空车输出错向报警继电器 遥控指示机控指示失气阀继电器并且从经济角度考虑，选择欧姆龙公司的PLC，具体型号为：CPM1A-20CDR-D-V1，它不仅具备了以往的小型PLC所具有的功能，还尽可能使安装空间最小化，并实现了具有10点100点输
45、入输出点数的弹性构成，而且还可连接可编程控制终端，创造了尚无前例的灵活运用。它不仅可以替代继电器控制柜，就是作为小型控制器或在传感器应用中，亦能适应生产现场不同的需求。其相关技术参数如下：内置：数字I/O:10-40，中断输入：2-4，高数计数：5kHz，脉冲：2kHz，CPU特展/扩展板：内置DC或AC电源单元，2个模拟量设定最大数字I/O点：10-100，处理速度（位指令）：0.72-1.72s，程序容量：2K，字数据容量：1K字外部存储器。根据系统输入点和输出点的分配，可知其具体接线方式如图3.1所示：PLC电源采用DC24V电源，正车指令、倒车指令、空车指令（正常停车信号）来自遥控操纵
46、器；正、倒车合排信号来自机舱齿轮箱的油压检测板，当正车合排时，油压检测板上的正车压力控制器动作得到正车合排信号，倒车合排信号是由倒车压力控制器动作得到的；驾驶室机控和机舱机控分别来自驾控台和机舱控制箱上的辅车钟，通过辅车钟上的转换开关可进行 “遥控机控” 状态的选择，有时可以把“驾驶室机控”和“机舱机控” 两个输入信号由驾控台上的辅车钟发出一个“遥控输入”信号代替；失气信号来自机舱阀箱中的压力控制器，通过压力控制器动作来对控制气源的检测；急停信号来自驾控台上的主机急停按钮。经过PLC内部逻辑运算，判断输出。DC24VDC24V正车输入倒车输入倒车合排信号错向阀继电器驾驶室机控机舱机控失气信号驾驶室机控输出0100001001010020100301004010050100601007COMCOMCOMCOM NCNC输入COM000000000100002000030000400005000060000700008000090001000011PLC正车阀继电器倒车阀继电器空车输出错向报警继电器遥控指示机控指示错向阀继电器失气阀继电器DC2
