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船舶电气毕业论文题目船用柴油机遥控系统设计目录摘要1前言21船舶遥控系统设计的背景和要求1.1船舶遥控系统设计的背景1.2船舶遥控系统设计的基本要求2船舶柴油机遥控的系统设计32.1系统的结构设计32.2系统的主要功能设计83系统硬件电路设计123.1系统硬件结构介绍3.2上位机电路设计143.2.1电源电路设计3.2.2显示电路设计3.3下位机电路设计153.3.1LED灯显示电路设计3.3.2继电器状态检测电路设计3.3.3继电器驱动电路设计3.3.4直流电机桥式驱动电路设计3.3.5转速脉冲降幅电路设计4系统软件设计4.1RS485通信原理与实现4.1.1RS485通信原理4.1.2RS485通信的实现4.2系统程序结构设计4.3遥控功能程序设计4.4手动功能程序设计4.5参数的测量与设备的控制5系统调试与结论致谢27参考文献28船用柴油机遥控系统设计摘要本柴油机遥控系统设计研究的主要内容是基于核心控制器atmega16单片机,围绕其检测系统、控制系统、执行系统、报警系统四大系统进行的,其核心技术涉及到柴油机各状态参数的检测、控制信号的数字输出、EIA485通信三大问题。本设计解决了船舶柴油机的遥控问题。能检测柴油机的主机滑油压力、齿轮箱滑油压力、主机转速、主机冷却水温、离合器失能、齿轮箱正车挂排缸压力、齿轮箱倒车挂排缸压力等重要参数,确保了柴油机的运行安全。且设计采用的自识别系统和优化技术,能保证推进装置始终处于最佳工作状态,解决了遥控大换向时经常出现的主机闷车熄火的通病。适用于长期在长江、内河及沿海湖泊作业的中、小型船舶。关键词atmega16单片机EIA485通信船舶柴油机遥控AbstractThisenginecontrolsystemdesign,themaincontentsisbasedonthecorecontrollerchiparounditsatmega16andtestingsystem,controlsystem,implementsystem,alarmsystem,thesystemoffourcoretechnologyinvolvesdieselstatusparameterstestingandcontrolsignaldigitaloutput,EIA485communicationsthreeproblems.ThedesignoftheMarinedieselenginecontroltosolveproblems.Todetectdieselengineluboilpressure,andthemaingearboxluboilpressureandspeed,mainenginecoolingwaterhost,clutchincapacitation,gearboxarehangedlinecylinderpressure,cargearboxhangbackrowcylinderpressureandotherimportantparameters,ensurethesafetyoperationofthedieselengine.Andthedesignandoptimizationtechnologysincerecognitionsystemcanensurepropulsionsystemarealwaysthebestworkingstate,solvedthelargeremotehoststuffyoftenappearinthecarstalled.ApplicableintheYangtzeriver,theriverandlongtermassignmentsinthecoastallakes,smallships.KeywordsAtmega16microcontrollerEIA–485communicationMarinedieselengineremote前言现代电子技术和计算机技术的迅猛发展和普及应用,使得自动测控这个技术领域发生了革命性的变化,从而波及各行各业。在船舶的控制领域,也因而发生了翻天覆地的变化。现代船舶几乎都采用了高度自动化的主机遥控系统。这类系统的主要特点是,用微型计算机的软件程序来实现主机遥控的各种逻辑和控制回路,系统的各个环节和遥控系统的操作较为复杂,而且功能也非常的完善。此外,船舶的柴油机是船舶前行的动力装置,如何控制好该动力装置,直接关系到船舶运行的安全和效率。船舶主机的全自动控制业已成为船舶制造的一个发展方向,遥控技术的发展即可解决这个难题。实现对柴油机各状态参数的实时检测,利用自动控制算法对各参数进行处理,将处理结果清晰显示,将故障状态实时告警,根据处理结果对操作系统发出控制指令,自动控制柴油机安全可靠运行。本设计充分考虑了现实系统的各要素性质,相互关系和规律,并进行一定的抽象,建立的可以描述该系统的逻辑关系和数学关系的理论模型,然后利用编程技术将这些模型编成微型计算机系统能够识别的程序,以实现系统要求达到的功能。国内船舶柴油机的遥控属于船舶自动化技术领域,经历了由轮机当班人员依照驾驶台指令操作的本地控制、采用机舱集控室的集中控制、机舱无人值班船舶到属于全自动化以节能为中心的网络型发展的过程。由此,船舶主机遥控系统应运而生,且成立世界主要造船国家船级社的通用标准。国内外的许多同类产品的控制器都采用了PLC作为控制器,致使装置本身的体积偏大,造价成本偏高。部分产品的通信采用了TCP/IP协议,使得网络的结构复杂化,可靠性降低,可维护性不强。供电电源也较为单一,不能满足不间断电控的要求。逻辑运算能力也颇低,没有可靠的自动控制算法作保障。因而本设计采用了atmega16单片机作为控制器,以RS484通讯方式进行控制系统(上位机和下位机之间)数据和命令的传递。藉由系统里检测系统、控制系统、执行系统、报警系统四大模块,实现了船舶柴油机运行参数的检测,利用调速电机对柴油机转速和方向进行控制,以及人机交互。达到了简化系统结构、提高可维护性、显示简洁,输入操作简单,降低成本的目的。1船舶遥控系统设计的背景和要求1.1船舶遥控系统设计的背景目前,我国应用比较广泛的船用主机遥控装置,如果以控制方式进行划分,大致可分为以下四种方式机械式全气动控制式气电混合控制式全电控制式。其中,机械式还可分软轴控制式和钢丝绳控制式,因其受控制距离的限制,主要用于近距离控制或小型船舶。全气动控制式遥控装置的控制原理一般采用气动逻辑元件或气动阀件组成气动发讯及程序控制回路,然后通过气动三位置气缸控制齿轮箱换向,通过气动膜片执行器控制主机油门调速。因为气动元件以气为动力和介质而不需要电,以及气动元件的密封性和不会产生电火花,所以气动遥控装置即使在失电的情况下仍可以安全驾驶,比较适合易燃防爆(如油船、液化气船、化学品船)及环境条件比较恶劣的船舶使用。全气动遥控装置具有原理比较简单易懂,适应各种易燃、易爆等恶劣环境,维修维护比较容易等特点。另外,全气动遥控装置使用范围广,执行机构力矩大,几乎所有国产和进口机型均可采用。气电混合控制式遥控装置的控制原理是采用气动元件和电器元件结合起来,组成程序控制系统,然后通过电磁阀进行转换,再通过气动执行偶控制齿轮箱转向(如果齿轮箱为电控转向齿轮箱则不需要转换,直接控制)。而主机调速则一般直接采用气动控制,不进行转换。气电混合控制式遥控装置从全气动遥控装置的基础上发展而来,其性能和控制原理与气动控制原理基本相同,只是将其气动控制转向发令及自动程序部分改为电气控制,然后再将电信号转换为气信号通过气动执行机构执行。电动控制式遥控装置从发令到程序采用电子元件和高集成电路,然后采用控制电机转换成机械行程,控制主机和齿轮箱调速和转向。电子遥控装置安装连接比以上两种遥控装置都简单,可以实现更复杂的程序和功能,更适合多个控制站对主机组进行控制。当然其执行力矩没有以上两种装置大,其使用范围有一定的局限性。电动控制式遥控装置国内从上世纪八十年代开始研发,但其早期的电动遥控装置因安装比较复杂,元器件性能比较差,因而性能不是很稳定。现在电动遥控装置多采用先进的芯片控制技术,控制微型电机作输出位移,然后通过软轴和主机换向及油门把手连接,实现对主机的控制。电动遥控设计控制对象主要为国外进口或引进机型,对国内部分机型不太合适,存在油门执行推拉力不足的缺点。但是电动控制遥控装置无需气源,驾驶室与机舱连接完全采用电缆连接,因而安装简单。但其价格相对于国产全气动遥控与气电混合控制式遥控来说比较高。现今,国内外的同类产品都在向着带有简易传令车钟装置,体积小,建议操作,直观感强的方向发展。部分产品已经做到了只需4X1电缆即可完成整个系统(报警箱报警采集点除外),结构相对较为简单。其供电电源多希望采用两路电源自动切换措施,一保障供电的可靠性,设备的可靠性。以求适应恶劣环境、保证线路简单、程序极易修改的目的。在初级逻辑运算的基础上,希望增加数值运算、死循环调节功能,增加模拟量和PID调节模块,提高运算的速度。因此本设计采用的控制方式为电动控制遥控方式。1.2船舶遥控系统设计的基本要求目前国内外大型船舶的自动化程度都比较高,技术上基本采用了当前最新的计算机网络监控于控制技术,真正实现了无人机舱。但由于结构复杂和其初始投资较高,故在小型船舶上的推广应用还有一定的难度。同时大多数主机遥控装置使用自行研发的专业控制装置,可靠性差,通用性弱。因而船舶的遥控设计要求装置简单,易操作,可靠性强,耗能低,抗干扰能力强,控制精确及系统的可拓展性强。结合机舱条件、调试简单、维护简单等因素,我们需要使船舶的遥控在设计的时候满足下列要求灵活性好、可调性高、通讯性强、性价比高,维护性好。过去,电气工程师必须为每套设备配置专用的控制装置,严重的限制了遥控装置的通用性和拓展能力。现在采用电气控制遥控装置,主控芯片采用高性能单片机,因而我们只需要根据不同的环境编写不同的控制程序。如此可使得遥控装置的灵活性得到了大大的提高,在性能拓展方面,我们只需根据实际需要添加相应的程序即可完成功能的拓展。而一旦出现故障,系统的自检功能将指出故障的部位,便于维修人员更换模块,使维修难度和时间降低到了最低程度。同时,亦压缩了备件库存。降低了成本。船舶遥控装置设计的初期,需要做大量的调试工作,利用单片机可对所控制的功能在实验室内进行模拟调试,大大增加了系统的调试性能,缩短了现场调试的时间和难度,减少了遥控产品的开发周期。目前,随着船舶的大型化,其需要连接的控制设备的距离也增加了许多。要实现对主机及各设备的精确和及时控制,势必对遥控系统的通信能力提出了很高的要求。利用单片机做控制器,可灵活的选用成熟的串口通信技术实现及时通讯。如RS485技术便可完全满足现代规模庞大、结构复杂、功能综合、因素众多的工程大系统的控制要求。由于单片机自身数据处理、逻辑判断能力相对都较强,且可与外部电路配合,特别是与集成电路元件配合,可大大降低遥控装置的成本。此外,应用集成元件可降低系统的复杂度,结构变的极为简单。若在硬件设计上采取光电隔离、滤波等技术,在软件上利用一系列控制算法、滤波技术、自诊断等技术,既可抵消环境的干扰,又提高了设备的可靠性。船舶遥控的主要设计依据是船用中速柴油机主机遥控装置技术规格书,内河钢船建造规范,钢质海船入级与建造规范,船舶与海上设施与电气电子设备型式试验指南。由上述规范知在驾驶室用操纵手柄直接遥控齿轮箱按设定的程序换向和控制主机按给定的加速和减速程序调速。操纵器发送指令(正车、停车或倒车指令),若齿轮箱处于相反工作状态,则齿轮箱等待脱排,延时0.5秒后开始脱排,同时接通柴油机限速阀,延时5分钟后脱排完成。接通相应换向阀(正车或倒车换向阀),断开柴油机限速阀,齿轮箱开始脱排若齿轮箱正处于脱排状态,则直接连通相应的换向阀,齿轮箱开始合拍整个指令的完成过程时间不能超过12秒。控制器接收到急停命令,检测齿轮箱工作状态,若齿轮箱处于合排状态,则要求齿轮箱等待脱排,延时0.5秒后开始脱排,延时5秒后脱排完成,保持脱排状态若齿轮箱已处于脱排状态则保持脱排状态。一旦实施过急脱排控制,只有确认主机状态正常后,由机旁输入急停指令才可以解除该状态。系统由操纵器发出指令,直到齿轮箱到达相应指令要求的状态,整个相应过程应不超过12秒,若超过时间,控制器发出错向报警。2船舶柴油机遥控装置的系统设计2.1系统结构设计本设计主要有两个大的组成部分,即上位机控制部分、下位机控制部分和RS485通信部分组成。其系统结构框图如图2.1。图2.1系统结构框图
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zhaozilong上传于2013-11-21

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