潜艇悬停及均衡试验装置控制系统的研制

摘要

潜艇因其具有强大的作战能力和威慑作用，在各国海军中备受关注和重视。研究潜艇的操纵控制方法和规律，对提高其作战能力具有重要的军事意义。悬停及均衡试验装置，不仅可以在实验室完成悬停、均衡控制技术及控制规律的研究，而且还能在实验室进行新型潜艇的抗沉和容错功能的研究。
　　悬停及均衡试验装置由显示控制台、一套水路系统和气路系统等组成。其中，水路系统分为悬停模拟分系统、浮力均衡模拟分系统、纵倾平衡模拟分系统，采用合适容积的耐压水罐模拟实艇上的悬停专用水舱、浮力调整水舱、纵倾平衡水舱，用与装艇设备相近的泵阀将各水舱按艇上的基本要求与模拟舷外海水的深度水舱连接起来。在本地电动模式下，由显示控制台独立控制相应的泵阀，完成悬停自流注水、悬停泵排水、悬停水舱移补水、均衡自流注水、舱底泵/舱底泵排水、纵倾水舱间移水等工况。本地自动模式下，显示控制台通过以太网接收抗沉台指令，完成相应的工况。在遥控模式下，泵阀的控制权切换给容错台，由其完成悬停和均衡试验；显示控制台显示泵阀状态等并将相关信息上传到以太网。
　　悬停及均衡试验装置中的显示控制台、容错控制台、抗沉控制台、潜艇运动仿真设备之间构建以太网，采用UDP协议进行数据通讯。显示控制台以西门子S7-300 PLC为控制中心，利用CPU集成DP口和CP通讯模块分别建立两个PROFIBUS DP现场总线网。其中所有的PA传感器构建一个PA总线网再并入1＃DP网；带CAN接口的流量调节阀和供排气阀组也组成两个CAN总线网，使用PB-B-CAN设备与所有DP流量传感器一起接入2＃DP网。PLC内部使用通讯模块和控制功能块，实现数据采集和处理，并将逻辑运算结果输出到指定泵阀，实现相应的闭环控制功能。深度舱的压力控制和悬停舱内外压差控制由气路供排气阀组完成，水路的注排水量调节由海水流量调节阀实现。
　　PLC通过其PROFINIT接口与上位机连接，采用UDP协议进行数据通讯。无论装置处于哪种工作模式，PLC均会采集泵阀的状态信号、流量、压力、液位等信号，并周期地上传给上位机。同时，上位机在其主界面上以图形、曲线和数字的方式显示接收到的信息。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究概况

1.3 论文的主要研究内容

2 系统总体设计方案

2.1 水路系统组成与原理

2.2 控制系统设计

2.3 电路设计

2.4 本章小结

3 PLC控制系统设计与实现

3.1 主要硬件设备的选型

3.2 硬件配置

3.3 PROFIBUS总线构建

3.4 CAN网构建

3.5 手动流量调节的实现

3.6 本章小结

4 软件设计与实现

4.1 软件的功能要求

4.2 PLC逻辑程序设计

4.3 PLC与上位机通信

4.4 本章小结

5 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 课题展望

致谢

参考文献

附录1 控制柜实物图