船舶主机遥控系统设计与应用研究

摘要

随着船舶网络化和智能化的不断发展，机舱自动化程度越来越高。本文重点研究了船舶机舱自动化的一个重要组成部分——主机遥控系统。论文以12VE230ZC、6300ZC、6350ZC和轻12V180ZC等型号柴油主机的遥控控制为研究对象，提出了一种通用型主机遥控系统方案，实现了船舶主机的集控室遥控，并可通过无线遥控接口，实现主机的远程无线遥控控制。 系统采用可编程序控制器作为系统控制器，直流永磁力矩电动机作为控制系统执行元件，光电和电感式传感器作为位置检测元件。控制器接收指令后按程序要求控制电动机，电动机经蜗杆减速器、离合器和连接机构驱动主机操控手柄或手轮，实现主机的各项控制。 设计了系统的总体结构。对系统由电动机、减速器、离合器、连接机构、组成的执行机构和由控制器、驱动电路、传感器、转速检测和位置反馈等装置组成的控制系统进行了设计。并对整体结构和关键部件进行了强度分析计算。 提出一种主机转速稳定控制方法。该方法利用可编程序控制器的PID调节功能，通过对执行电动机的角度控制，改变主机调速器调节量，实现主机转速在外界干扰下稳定在一定的转速范围内。 针对系统控制要求高、结构复杂，对控制程序要求高的问题，论文采用了Petri网理论，建立了控制系统的Petri网模型，推导出了逻辑方程，对系统控制程序进行设计和优化。同时运用Petri网分析方法对控制系统进行了性能分析，并利用仿真软件对设计的系统程序进行了验证。 完成了样机制造和陆上联调，并进行了实船安装和系泊、海上航行试验。试验证明，系统性能稳定可靠，各项指标达到预期目标。

目录

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第1章 绪论

1.1机舱自动化的发展概况

1.2主机遥控系统的现状

1.2.1国外船舶自动控制系统

1.2.2国内主机遥控系统发展现状

1.3课题的提出及意义

1.4课题研究内容

第2章 主机遥控系统总体方案设计

2.1概述

2.2主机遥控系统功能设计

2.3主机遥控系统方案设计

2.3.1执行机构结构设计

2.3.2控制系统结构设计

2.4本章小结

第3章 主机遥控系统硬件设计

3.1执行机构设计

3.1.1电动机选型

3.1.2减速器选型

3.1.3离合器设计

3.1.4链传动设计

3.2控制系统设计

3.2.1控制器

3.2.2驱动电路

3.2.3电磁阀保护电路

3.2.4电源连锁电路

3.3本章小结

第4章主机转速稳定控制方法研究

4.1主机转速稳定控制系统工作原理

4.2主机转速稳定控制系统设计

4.2.1转速测量

4.2.2位置反馈

4.3 PID控制参数整定

4.3.1控制指令

4.3.2参数整定

4.4本章小结

第5章 主机遥控系统软件设计方法研究

5.1 PN法在主机遥控系统程序设计中的运用

5.1.1 PN的定义

5.1.2 PN的分析方法

5.1.3 PN模型到梯形图的转换

5.2主机遥控系统PN模型的建立

5.2.1主机遥控系统控制要求

5.2.2主机遥控系统PN模型建立

5.2.3逻辑方程推导

5.2.4 I／O地址分配

5.3主机遥控系统的PN模型性能分析

5.4本章小结

第6章 主机遥控系统试验

6.1陆上联调

6.1.1控制箱检查

6.1.2控制程序调试

6.1.3陆上联调结论

6.2系泊试验

6.2.1主机起动延时时间的测定

6.2.2控制位的确定

6.2.3集控室遥控功能验证

6.2.4系泊试验结论

6.3航行试验

6.3.1控制位置调整

6.3.2转速稳定控制功能验证

6.3.3海上航行试验结论

6.4安全保护试验

6.5本章小结

结论

参考文献

致谢

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