船用高精度液位遥测及控制系统的设计

摘要

随着船舶自动化水平的提高，液位遥测系统成为船舶配套系统中的重要组成部分，在目前新建的船舶上应用越来越广泛。通过液位遥测系统可以监控船舱的液位、舱容、温度、压力等参数并对异常情况进行报警。其中，液位和舱容值是船舶监测参数中的一项重要指标，通过调节船舱的液位值可以改变船舶的运行姿态。为了精确控制船舶的运行姿态和保障船舶的运行安全，液位测量值的精度要求越来越高。本文结合压力式与雷达式液位测量方法，分别从液位测量原理和系统精确测量原理、系统硬件和软件设计、验证性试验分析设计了一套高精度的液位遥测及控制系统。试验结果都表明本文设计的系统精确度高，稳定性强，具有良好的实际应用价值。
　　本文完成的主要内容包括：
　　1.分析了压力式和雷达式液位测量原理。然后，在对比两种液位测量方法的基础上给出了基于这两种液位测量方法的液位遥测系统框架图。
　　2.分析影响液位遥测系统测量精度的主要原因，对船舱液位和舱容的精确测量作了详细阐述。液位的精确测量主要分为对传感器测量值的预处理、船舶横纵倾液位值的修正以及对波动液位的滤波处理。其中，详细介绍了采用扩展卡尔曼滤波和低通滤波方法实现对波动液位的滤波处理过程。另外，提出了一种基于多传感器融合的精确液位测量方法；舱容的精确测量则主要是对舱容表采取分段拟合的方法重新获取精确的舱容曲线。
　　3.在给出液位遥测及控制系统架构的基础上，详细说明了其各个子系统的工作原理、硬件设备的选型以及接线方式。
　　4.针对不同的硬件连接完成了基于DCON Utility软件的系统数据采集模块的设置和基于TRACE MODE6组态软件的上位机监测与控制程序的设计。另外，在C＃.NET平台开发了一套液位遥测及控制系统的历史测量、控制以及异常报警参数的查询界面。
　　5.对设计的系统采用两种方式进行试验验证。一方面，通过单舱液位测量验证系统测量的精确度。另一方面，为了进一步验证系统的可行性和精确度，将本文设计的系统运用于浮动船坞模型进行试验验证。

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目录

第1章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 液位测量系统研究现状

1.3 主要研究内容

1.4 章节安排

1.5 本章小结

第2章 液位遥测系统的原理

2.1 液位测量方法的比较

2.2 液位测量系统

2.4 本章小结

第3章 液位遥测系统的精度分析

3.1 传感器测量数据的预处理

3.2 船舶横纵倾液位的修正原理

3.3 波动液位的精确测量原理

3.4 舱容的精确测量原理

3.5 本章小结

第4章 系统的硬件设计

4.1 系统总架构

4.2 液位测量系统

4.3 阀门控制系统

4.4 异常报警子系统

4.5 本章小结

第5章 系统的软件设计

5.1 软件开发环境介绍

5.2液位监测与控制程序的设计

5.3历史数据查询界面的设计

5.4本章小结

第6章 实验结果分析与数据处理

6.1液位测量系统的初步验证

6.2浮船坞实例验证

6.3 本章小结

总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致谢