船用高速柴油主机推进控制系统的研究与设计

摘要

本课题以德国MTU公司生产的20V4000 M93L型船用高速柴油主机、可逆转减速齿轮箱和定距桨构成的推进系统为研究目标。在深入分析传统船舶推进控制系统的组成及功能、高速柴油机的特征和船用高速柴油主机推进系统的基础上，结合船级社相关要求规范，按照自动化机舱要求标准，研究设计船用高速柴油主机的推进控制系统功能。按照要求和设计功能，对控制器进行选型和程序编写。最后通过人机界面组态软件对推进控制系统进行集成模拟，调试和测试系统的功能。
　　 由于船用高速柴油主机具有起动快、比重量低、操作保养简单等优点，是未来政府公务船、大中型舰艇和中小型民用船舶主机的主选机型。同时推进控制系统是机舱自动化的重要组成部分，能够改善船舶操纵性能，而且还能提高船舶航行的安全性，以及主机工作的可靠性和经济性，对自动化船舶建设和安全运行有重要的作用。因此对于船用高速柴油主机推进控制系统的研究具有先进性和必要性。
　　 船用高速柴油主机推进控制系统的设计过程中采用西门子公司生产的S7-300系列可编程序控制器，充分利用S7-300可编程序控制器的优势和特点，使系统具有分布式结构。程序编写使用STEP7集成开发环境中梯形图(LAD)语言，实现了推进控制系统的各种基本控制功能。在推进控制系统的集成模拟中，利用具有良好开放性和灵活性的WinCC Flexible组态软件，对推进控制系统的功能进行了调试和测试。
　　 本文大体共分六个部分:第一部分是对船舶推进控制系统的概述;第二部分是对船用高速柴油机的特征分析和推进系统的研究;第三部分是船用高速柴油主机推进控制系统总体结构和功能的设计。第四部分则是针对设计的船用高速柴油主机推进控制系统的实现，包括硬件选型和程序编写;第五部分则是对本课题系统进行集成模拟。第六部分是结论与展望。

目录

声明

摘要

第1章 船舶推进控制系统概述

1．1 船舶推进控制系统发展概况

1．2 船舶推进控制系统的类型和功能

1．3 典型船舶推进控制系统介绍

1．3．1 Nabtecso M-800Ⅲ

1．3．2 Kongsberg Auto Chief C20

1．3．3 Blue Vision Basic New Generation

1．4 课题研究的意义和主要内容

第2章 船用高速柴油机特征分析与推进系统研究

2．1 船用高速柴油机特征分析

2．2 船用高速柴油主机推进系统研究

2．2．1 推进系统基本组成

2．2．2 推进方式和传动方式分类

2．3 MTU 20V 4000 M93L船用高速柴油机

第3章 船用高速柴油主机推进控制系统结构和功能的设计

3．1 船用高速柴油主机推进控制系统总体结构设计

3．2 船用高速柴油主机推进控制系统主要功能设计

3．2．1 操作部位转换功能设计

3．2．2 逻辑程序控制功能设计

3．2．3 转速与负荷控制功能设计

3．2．4 安全保护与应急操作功能设计

3．2．5 车钟通信功能设计

第4章 船用高速柴油主机推进控制系统功能的实现

4．1 船用高速柴油主机推进控制系统硬件的设计

4．1．1 可编程序控制器概述

4．1．2 可编程序控制器机型的选择原则

4．1．3 S7-300PLC硬件模块组成

4．1．4 S7-300PLC具体模块选型

4．2 船用高速柴油主机推进控制系统软件的设计

4．2．1 集成开发环境STEP 7概述

4．2．2 PLC程序开发步骤

4．2．3 操作部位转换功能的程序设计

4．2．4 逻辑控制功能的程序设计

4．2．5 安全保护功能的程序设计

4．2．6 车钟通信功能的程序设计

4．3 船用高速柴油主机推进控制系统通信的设计

4．3．1 S7-300PLC通信功能介绍

4．3．2 系统网络组态

第5章 船用高速柴油主机推进控制系统的集成模拟

5．1 组态软件WinCC Flexible

5．2 监控系统组态设计方法

5．3 用WinCC Flexible和PLCSIM模拟控制系统

5．3．1 S7-PLCSIM

5．3．2 WinCC Flexible与STEP 7的集成

5．4 模拟操作画面及功能说明

5．4．1 系统主画面

5．4．2 模拟操作画面

5．4．3 报警画面

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读学位期间公开发表论文

致谢

研究生履历