船舶电动起货机仿真训练器的研究

摘要

随着船舶自动化程度的不断提高,对轮机管理人员的业务水平提出了更高的要求,利用仿真训练器进行训练是STCW78/95公约的强制性要求,因此开发适用于航海类专业实践教学的仿真训练器成为了各类从事航海类教育、培训院校的重点研究课题。船舶起货机是现代船舶的典型设备之一。其结构复杂,故障率高,难于管理,理论知识抽象,不易理解和学习。研究、开发船舶起货机仿真训练器,用于实践教学,可以使学生快速、熟练掌握甲板机械的工作原理、控制特点及常见故障的分析与处理能力。
　　本文以船舶交流电动起货机为研究对象,分析研究了交流电动起货机系统的工作原理、控制特点及常见故障,设计了仿真训练器的主电路及控制电路,实现对起货机运行过程模拟仿真。船舶电动起货机仿真训练器主要由以下四部分组成:PC机、S7-200CN PLC控制器、模拟图解屏、故障设置单元。本仿真训练器可以通过人机交互方式实现船舶电动起货机操作过程中各种控制功能的模拟操作,组态王(Vesion6.5)监控软件位于上位机中,实现对交流电动起货机仿真训练器系统的动态监控;S7-200CN PLC控制器作为下位机实现对交流电动起货机仿真训练器系统的控制;采用RS-485实现上位机与下位机的通讯;采用模拟图解屏模拟现场起货机控制过程,具有可以进行交流电动起货机系统故障设置与排查的故障设置单元。通过系统配置的故障查找流程程序,受训人员可以进行故障排除,使学生积累相关的故障排查经验,为以后的实船工作打下坚实的基础;用于专业技能培训时,轮机管理人员可以提高自身的专业技能,保障船舶的安全航行!

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 教学仿真训练器的研究现状及意义

1.2 课题研究的意义

1.2.1 课题研究的履约培训意义

1.2.2 课题研究的教学意义

1.3 课题研究的主要内容

第2章 船舶电动起货机

2.1 船舶电动起货机概述

2.1.1 船舶电动起货机分类及特点

2.1.2 船舶电动起货机的控制要求

2.1.3 船舶交流电动起货机的各种控制方法

2.2 采用变极调速的电动起货机拖动控制系统

2.2.1 采用变极调速的电动起货机拖动运动方程

2.2.2 三相异步电动机的机械特性

2.2.3 三相异步电动机的变极调速

第3章 S7-200系列PLC的应用

3.1 概述

3.1.1 PLC的产生与发展

3.1.2 PLC的基本结构

3.1.3 PLC的工作原理

3.1.4 PLC的主要特点及主要功能

3.1.5 PLC的程序设计

3.2 S7-200系列PLC

3.2.1 S7-200概述

3.2.2 S7-200的CPU模块

3.2.3 CPU扩展模块

3.2.4 S7-200的编程语言与程序结构

3.2.5 S7-200的网络通信协议

3.2.6 通信硬件组态

3.3 编程软件

第4章 监控组态软件

4.1 概述

4.1.1 组态软件的产生与发展

4.1.2 组态软件的组成

4.1.3 组态软件的特点

4.2 组态王的介绍

4.2.1 组态王的系统要求及主要功能

4.2.2 组态王的组成

4.2.3 组态王制作工程的一般过程

第5章 系统的实现

5.1 系统的组成

5.1.1 组态界面监控

5.1.2 西门子S7-200CN PLC控制

5.1.3 模拟图解屏

5.1.4 系统故障设置单元

5.2 主电路与控制电路的设计

5.2.1 主电路设计

5.2.2 控制电路设计

5.3 系统实现的要求

5.3.1 硬件要求

5.3.2 软件要求

5.4 船舶电动起货机仿真训练器控制系统编程

5.4.1 PLC选型

5.4.2 S7-200CN的参数设置

5.4.3 设置通信接口参数

5.4.4 船舶电动起货机仿真训练器控制系统I/O表

5.4.5 船舶电动起货机仿真训练器控制系统程序编写

5.5 船舶电动起货机仿真训练器在组态王中的开发

5.5.1 界面的建立

5.5.2 数据库设计

5.5.3 通讯连接

5.5.4 动画连接

5.5.5 安全管理和帮助系统

5.6 船舶交流电动起货仿真训练器模拟图解屏开发

5.7 船舶交流电动起货仿真训练器动态仿真实现

5.7.1 主令控制器置于零位

5.7.2 主令控制器扳到上升低速

5.7.3 主令控制器扳到上升中速

5.7.4 主令控制器扳到上升高速

5.7.5 主令控制器从零位迅速扳到上升高速

5.7.6 主令控制器扳从上升中速迅速扳到零位

5.7.7 主令控制器从上升高速迅速扳到下降高速

5.8 故障设置单元

5.8.1 故障设置目的

5.8.2 故障树分析法及故障查找流程图

5.8.3 系统常见故障及故障查找流程图

第6章 结论

参考文献

附录-仿真训练器部分PLC控制程序

攻读学位期间公开发表论文

致谢

研究生履历