船舶日用淡水变频供水系统仿真设计与实现

摘要

船舶淡水系统是船舶系统的重要组成部分。随着船舶大型化发展，淡水系统的性能将直接影响到船舶安全和营运效益。同时依据绿色船舶概念和船舶智能化的发展，运用先进自动化控制技术的恒压供水系统将成为大型邮轮和实习船发展的必然趋势。淡水供水系统的稳定工作和运行同时需要轮机员对系统充分了解的基础上进行熟练操作和故障分析。本文以船舶供水系统为研究对象，对船用变频恒压供水系统进行建模、仿真实验，制作了配套的硬件仿真实验装置。进一步探讨系统在大型船用供水系统（如大型邮轮、教学实习船）进行变频应用的可行性。
　　本文首先对淡水供水系统组成和控制过程进行简要概述，其次对水泵调速特性及管路特性进行分析，在MATLAB中对泵调速特性进行曲线拟合，依据状态机理论对多泵工况控制策略进行分析。
　　而后，在C＃中实现了变频恒压淡水供水系统的管网建模（控制对象）、控制器建模，编写了人机界面，可进行实时仿真与训练，制作了变频恒压供水系统仿真软件。
　　进一步，本文设计、制作了变频恒压供水系统控制箱硬件，使用PLC作为控制器，进行硬件选型，对I/O地址分配，突出泵的切换条件同时编写下位机控制程序。接着对OPC通信技术进行简要介绍，通过OPC通讯实现了软、硬件联合的硬件在回路仿真实验。
　　研究成果表明恒压供水系统应用于船舶的合理性，仿真系统符合实船运行工况，操作界面友好直观，PLC控制运行稳定可靠，对恒压变频供水系统在大型邮轮和实习船上的应用提供一定的参考价值，为轮机员相关操作培训提供帮助。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 变频供水系统发展现状

1．3 本文的主要研究工作

第2章 变频恒压供水系统研究

2．1 变频调速技术综述

2．1．1 恒压供水系统结构概述

2．1．2 系统变频调速节能机理分析

2．2 离心泵性能特性曲线拟合

2．2．1 单泵调速性能曲线拟合

2．2．2 双泵调速性能曲线拟合

2．3 恒压供水控制模型及控制策略拟定

2．3．1 恒压供水系统数学模型

2．3．2 基于状态机的多泵工况控制

2．4 本章小结

第3章 变频供水仿真软件实现

3．1 数学模型建立

3．1．1 管路水力数学模型

3．1．2 节流原件的数学模型

3．1．3 淡水柜数学模型

3．2 可视化界面设计

3．2．1 开发环境选择

3．2．2 界面设计方法选择

3．2．3 界面底图设计

3．3 仿真软件程序设计与实现

3．3．1 程序体系结构设计

3．3．2 自定义控件开发

3．3．3 人机界面功能介绍

3．4 本章小结

第4章 变频供水控制器选型设计与实现

4．1 PLC简介及模块选择

4．1．1 PLC原理简介

4．1．2 PLC选型组态

4．2 变频供水系统程序开发

4．2．1 编程功能简介

4．2．2 框架程序设计

4．2．3 自动控制工况设计

4．2．4 手动控制工况设计

4．2．5 报警程序设计

4．3 硬件控制箱设计与实现

4．3．1 硬件控制箱图纸设计

4．3．2 控制箱接线图绘制

4．4 本章小结

第5章 仿真软件与控制系统通讯实现

5．1 OPC通讯

5．1．1 OPC简介

5．1．2 OPC读写方式

5．1．3 OPC访问接口方式

5．2 OPC服务器与PLC的通讯组态

5．3 在C#中实现OPC数据访问

5．4 本章小结

第6章 结论与展望

参考文献

附录

致谢

研究生履历