船舶综合控制系统的研究与设计

论文摘要

近年来,我国造船业正处于快速发展时期。但是,在船舶自动化领域,由于国产的民用船舶控制设备在技术上远落后于各造船强国,大部分船舶控制设备的生产和销售均被国际各大著名船舶控制系统供应商所垄断。目前国产船舶控制系统大部分以模拟量组合单元仪表为主,而且各控制系统之间相互独立,缺乏面向全船的综合资源与信息管理平台,因而操作繁琐,控制精度低、效果差,在线故障诊断与系统维护困难,无法满足船东的需要。目前国内还没有一家企业能够提供船舶综合自动化系统的整体解决方案,更不用说完善的全球服务体系。因此本文在对国际领先的船舶自动化技术和产品进行了调研与分析的基础上,提出了一套船舶综合控制系统设计方案,主要工作如下:1)通过对各子系统单独控制的传统船舶控制系统进行分析,提出了基于分布式控制单元的控制系统设计方案,并对二者进行分析和比较后得出结论:该设计方案不仅能够克服传统船舶控制系统的缺点,而且其灵活的结构能够在最大程度上满足各种船舶的控制需求。因此本文采用该方案对船舶综合控制系统进行了总体设计。2)由于船舶环境条件的特殊性,为了使船舶控制系统能够适应海洋环境的影响,本文讨论了船舶控制系统的环境适应性设计与可靠性设计方法。3)对船舶机舱控制系统中的两个核心子系统——主机控制系统和电站控制系统进行了详细设计,包括系统整体结构、主要功能以及控制程序的设计。4)采用基于分布式控制单元的控制系统设计方案并以中控WebFieldECS-100控制系统为平台实现了船舶综合控制仿真模拟系统。测试结果表明该方案取得了良好的控制效果,不仅提供了全船级的综合资源与信息管理平台,在保证各子系统控制功能分散的同时使操作和管理更加集中,而且通过分布全船的过程控制环网将各子系统的控制站、操作站与显控台等联系起来,各现场设备就近接入分布式远程IO单元,这样就大大减少了线缆使用量,提高了信号稳定性,使系统的配置和安装更为灵活,可扩展性更好,既方便了施工和维护,又能够有效地减少船员编制,使整个控制系统更加安全、可靠、高效。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目次
• 1 绪论
• 1.1 船舶控制系统发展概况
• 1.2 课题研究背景与意义
• 1.3 课题研究现状
• 1.3.1 船舶自动化技术国外发展现状
• 1.3.2 船舶自动化技术国内发展现状
• 1.4 课题研究内容
• 1.5 论文的结构
• 2 船舶综合控制系统的总体设计
• 2.1 引言
• 2.2 船舶控制系统的组成与分类
• 2.3 传统的船舶自动控制系统结构
• 2.4 基于分布式控制单元的控制系统
• 2.5 控制系统的网络体系结构
• 2.6 船舶控制系统的环境适应性与可靠性
• 2.6.1 船舶环境条件对电子设备的影响
• 2.6.2 船舶环境条件对控制系统的要求
• 2.6.3 船舶控制系统的环境适应性设计
• 2.6.4 船舶控制系统的可靠性设计
• 2.7 小结
• 3 主机控制系统设计
• 3.1 引言
• 3.2 主机控制系统的组成
• 3.3 主机控制系统的主要功能
• 3.3.1 逻辑控制
• 3.3.2 转速与负荷控制
• 3.3.3 应急操纵
• 3.3.4 安全保护
• 3.3.5 模拟测试
• 3.4 逻辑控制程序设计
• 3.4.1 启动逻辑控制程序
• 3.4.2 换向逻辑控制程序
• 3.4.3 制动逻辑控制程序
• 3.5 转速与负荷控制方案设计
• 3.6 小结
• 4 电站控制系统设计
• 4.1 引言
• 4.2 船舶电力系统的组成
• 4.3 电站控制系统的组成
• 4.4 电站控制系统的主要功能
• 4.5 电站控制程序设计
• 4.5.1 发电机组增机控制程序
• 4.5.2 发电机组并车控制程序
• 4.5.3 发电机组解列控制程序
• 4.6 小结
• 5 仿真模拟系统实现
• 5.1 引言
• 5.2 仿真模拟系统的网络结构
• 5.2.1 划分操作节点网
• 5.2.2 过程控制网的组网
• 5.2.3 组播技术与控制域的连接
• 5.3 仿真模拟系统的软件实现
• 5.3.1 系统的组态
• 5.3.2 主要的控制功能块
• 5.3.3 实时监控画面
• 5.4 测试验证分析
• 5.5 小结
• 6 总结与展望
• 参考文献
• 作者简历及在学期间所取得的科研成果
• 作者简历
• 在学期间所取得的科研成果