【基于PLC的机舱报警监控系统总体结构设计14000字（论文）】

1基于PLC的机舱报警监控系统总体结构设计摘要现代船舶在日常运行的过程中离不开机舱报警和监控系统，该系统可以可以对船舶内部所有的机电系统、控制以及动力系统进行实时监控，若运行过程中出现任何系统出现故障，机舱监测系统会立即启动报警机制，通过声光报警系统通过船舶管理人员，这些报警信息同时会被系统记录下来。监测报警系统将对船舶内部所有系统进行实时监测，并将所监测到的数据和信息，反映到监视屏幕上，便于船舶管理者可以实时掌握船舶运行状态，这些监视屏幕通常被装于船舶操作室内。本文对“通路”号耙吸挖泥船的运行系统进行深入的研究，了解到该项目是由天津航道局和镇江亿公司联合开发的项目，且将理论知识和该船舶的实际操作情况相结合，制定出一套完善的船舶机舱报警和故障处理系统。本文对机舱监测报警系统进行了简单的阐述，并介绍了该系统发展下的环境背景，对系统中的设计理念和基本功能进行了详细的说明，并结合当下国内外的理论研究，制定出一套全新的机舱监测报警方案。在设计系统中控制器是使用的西门子S7-400，其中CPU、PLC模块都运用了PROFIBUS总线通讯，并将通过太网将PLC模块和上位机进行连接，从而达到信息共享。通过西门子Step-7软件，构建了系统的网络和硬件组织，同时使用梯形图语言作为编程语言，整个操作系统简单明了，将所有系统进行模块化设置，其中包括了FC、FB、DB以及OB等模块。以外还结合神经网络理论知识，设计了一套全新的船舶故障诊断系统。在设计过程中通过运用ELMAN网络算法、RBF网络算法以及BP网络算法，对船舶结构中的设备参数、训练函数等都进行了详细的计算。该诊断系统主要是针对船舶中的增压系统进行诊断，通过对系统中的数据和模型进行测试，再将检测数据录入网络模型中，从而达到对增压系统故障的有效识别作用。本文还根据神经网络模型在运行中的不足，通过遗传算法制定出一套优化方案，主要是通过遗传算法对神经网络中的权值和阈值进行收敛，从而提升神经网络预测的精准度，达到最佳的诊断预测效果。关键词：监控系统S7-400；总线通讯；神经网络；故障诊断；遗传算法目录TOC\o"1-3"\h\u193881引言 11114061.1研究目的和意义 1143461.2国内外研究现状 1176111.3课题主要研究内容 1375162机舱报警监控系统总体结构设计 13289262.1机舱报警监控系统的功能与要求 14291732.2系统总体框架设计 15248712.3机舱报警监控系统的硬件介绍 10195182.3.1电缆的选型 10297352.3.2UPS 10182562.3.3网络设备 1066182.3.4报警打印机 11307482.4本章小结 11281363机舱报警监控系统的下位机以及界面设计 13256573.1下位机PLC介绍 1376403.1.1PLC概述 13287303.1.2PLC模块选择 15154963.2PLC程序以及控制流程设计 1624813.2.1PLC编程语言种类介绍 16221873.2.2PLC硬件组态 17128723.2.3PLC编程设计 18307213.2.4控制流程设计 22318913.3系统通讯网络结构设计 2339283.3.1PROFIBUS现场总线技术介绍 23206183.3.2PROFIBUS-DP网络建立 24203833.3.3工业以太网的建立 25155703.4监控界面设计 28242113.5本章小结 29822结论 8316898参考文献 37PAGEPAGE81引言1.1研究目的和意义自20世纪80年代开始，我国的造船技术随着经济的发展，也实现了质的飞跃，从原来的造船弱国向造船强国发展，对于船舶技术要求也越来越高。随着船舶技术的需求的提升，也推动了船舶自动化系统的飞速发展。机舱监测报警系统作为船舶技术中最重要的一部分，技术也得到了提升。在船舶行业起步之初还是依赖于人工监控，随着计算机技术的兴起，船舶内部的监测报警系统由原来的集中监控转变为集散监测，后来随着现场总线技术的引进，船舶监测报警系统逐渐向分布式系统进行着转变。现阶段我国的船舶监测报警系统已经实现了集成化、标准化和智能化的发展，使船舶技术实现了自动化管理，机舱可以采用无人操作。而为了确保自动化系统的正常运行，船舶内部各方面数据都要做到实时操作。若船舶出现异常，检测系统要及时发现问题，并检测到异常原因，同时将异常信息向监控系统、驾驶室以及值班室传达，及时发出故障警报，并进行自我检修，如若遇到无法处理的故障，并由专业人员进行维修。如果故障没有在规定时间内被修复，报警系统将会再次启动，直至故障被修复。通过了船舶监测报警系统的使用，可以减少船舶管理人员的工作量，提高其工作效率，不需要24小时进行人工监控，从而实现真正的自动化船舶管理。随着社会的进步和发展，人们的环保意识也逐渐增强，原有的落后的船舶已被逐渐淘汰。各种高新技术兴起也使传统的船舶产业向现化代、智能化的方向发展，这样既可以降低运营成本，还大大减少了船舶管理人员的工作量。而船舶机舱内部新型的监测报警系统的使用，不但可以降低船舶运营成本，还保证了船舶运行的安全，由于监测报警系统可以在第一时间发现故障并进行报警，使得故障可以及时解决，增加了内部零件的使用寿命和安全性能。而当前我国的船舶行业使用的机舱监测报警技术，基本还是以国外产品为主，譬如：康斯伯格现在已经成为了我国船舶产业运用最广泛的品牌之一。由于我国的监测报警技术与国外还有着较大的差距，这使得本文的研究对于今后国内船舶监测报警技术的发展，有着重要的借鉴作用。1.2机舱监测报警技术的研究现状伴随着国际贸易的飞速发展，也为我国船舶行业提供了更广阔的发展空间，同时提升了船舶行业的经济地位。但随之而来的也有一系列的船舶管理问题，譬如：随着船舶的吨位和体积的扩大，同时增加了船舶管理人员的工作难度。为了彻底解决当前船舶行业的运营管理难题，在上世纪60年代首次提出了在船舶管理中运用自动化技术，其目的主要是为了降低人工成本，减少船舶管理人员的工作强度，从而保证船舶运行安全。到了上世纪70年代，船舶中的机舱自动化技术得到了实质性的发展，从以下三方面可以体现出来：一是，轮机自动化设备的使用，该设备可以对船舶内部的所有设备进行集中控制，同时还可以对所有系统的运行进行监测；二是，通过远程控制辅控制站，船舶驾驶可以通过远程操作实现对船舶的运行管理，这样可以大大降低船舶工作人员数量，同时减少管理人员工作量，从而降低管理成本；三是，可以通过自动化技术实现船舶机舱内的短时间无人值班，同时为今后的船舶技术的发展奠定了良好的基础。目前的机舱监测报警系统，可以根据计算机技术的运用，将其按结构进行分类，可以分为：现场总线型监控系统、全分布式系统、集散型监控系统以及集中型监控系统共四种监测系统。（1）集中型监视系统其中集中型监测系统作为初次引进计算机技术的监测系统，由于各方面尚未成熟，所以数量较少，在对于该监测系统的运用通常都是单台机操作模式，即使用单机计算进行操作。与传统的监测系统相比较，集中型监测系统的结构更加简单，并可以对船舶中的动力设备实施全方位的监测报警。其中NORCONTROL公司的DataChief系统就是典型的集中监测系统。集中型监测系统在20世纪70年代时期运用较为广泛，这个时期计算机技术刚引进船舶管理系统中，在运行过程中也存在着较多的不足，譬如：受到了计算机数量的约束，给系统带来了极大的风险，如果计算机发生故障，则整个监测系统都会瘫痪，从而给船舶运行带来了安全隐患，这也是该系统的发展瓶颈。（2）集散型监视系统集散型监测系统，是将集中和分散两种完全不同的结构形式进行了结合。该系统与最初的集中型监测系统的区别，就在于该系统的计算机数量更多。在系统运行的过程中，可以通过不同的计算机系统收集各个设备中的信息和数据，再将这些信息传递到机舱控制室，实现船舶系统的信息共享。而且由于多台计算机同时工作，集散型监测系统也有更强的稳定性，在使用过程中有较好的体验感。由于这些优势，集散型监测系统一投入市场，就很快得到了市场的认可。但是集散型监测系统也存在发展弊端，譬如：在系统运用之初，将传输信号作为模似信号，如果传输距离过长，就会对模似信号造成干扰。而且该系统会增加电费的使用量，从而增加了船舶运营管理成本。其中西门子的集散型监测报警系统就是该系统的典型代表。为了彻底集散型监测系统以上的运行弊端，专门制定了相关的解决措施：可以将处理单元模块运用于收发模拟信号中，并将处理单元模块装置于设备周边，单元模块通过电流环网络和主控单元进行信息交流和通讯，该设计理念是在子系统运行的过程中增加单元模块，从而最大化的使用监测系统。而且在系统结构中增加了处理单元模块，该模块具有通讯作用，在系统中所有的子系统都是使用现场总线来进行连接，导致现场总线的通讯较为开放，可以更好的实现信息共享，并且可以确保监测系统的安全稳定。同时集散型监测系统也推动了船舶整个控制系统的自动化进程。因此，全分布式监视系统结合了集中型和集散型系统的优点并且有效的克服了其缺点，对船舶自动化技术的发展有着重大的意义。其中KONGSBERG公司的DataChiefC20机舱监测系统就是典型的集散型监测系统。（3）现场总线型监控系统现场总线监测系统是优化后的全分布式监测系统，现在全分布式系统也运用了到了现场总线技术，但与现场总线型监测系统对比，后者中的总线技术则更加成熟。其中运用最为广泛的总线包括：MODBUS总线、LONGWORK总线、CAN总线以及PROFIBUS总线等。分布式处理单元模块在总线型监测系统中的运用较为广泛，这主要是源于分布式处理单元有着较强的扩展性，可以适应船舶机舱的恶劣环境。将分布式处理单元分别与传感器和总线相连，并且将工业太网和监测设备相连，从而实现该系统的数据共享。其中KONGSBERG公司的K-Chief700系统、K-Chief600系统以及K-Chief500系统等都是现场总线型监测系统的典型代表。通过以上分析得知，总线通讯技术、模块化技术以及计算机技术，在目前的船舶自动化管理中有着十分重要的地位。如果在今后的船舶自动化技术的发展中，将这三种技术进行融合，结合三种技术的优势必定可以推动船舶自动化发展的进程，且有着十分重要的理论价值。1.3对机舱监测报警系统展开研究本文将镇江亿华公司的“通路”号船舶作为实际的研究案例，同时将理论知识和该船舶的实际操作情况相结合，制定出一套完善的船舶机舱报警和故障处理系统。在查阅了大量的国内外有关机舱监测报警系统的文献和资料后，并与实该船舶的实际情况相结合，设计出符合“通路”号船舶需求的机舱监测报警系统，并整理出该设计的结构图。可以按照设计的结构图，选择与设计相符的硬件模块，例如：确定打印机型号、UPS规格、电缆型号以及网络设备等。制定出详细的系统操作流程和控制方法，可以在Step-7软件中使用梯形图进行系统编程，使整个操作系统既简单明了，又能符合系统需求。最后确定该监测系统的通讯结构。首先要清楚工业以太网和PROFIBUS总线的结构特征，同时要了解Ethernet组态和PROFIBUS-DP组态两种组态的操作流程。这样才能够在建立网络结构时，根据不同模块的属性选择相应的功能组态，确保设计的船舶监测系统可以正常运行。2机舱报警监控系统的整体结构本章将镇江亿华公司的“能途”号进行耙吸挖泥船舶改造，作为此次机舱监测报警系统的设计基础。并且实地参与了该项目中监测报警系统的编程、安装、调试以及最后产品的连接运行等流程，该监测报警系统现已正式在“通路”号船舶中使用，且运行状况良好。基于对该系统内部结构、要求、功能等方面的了解，使本文的研究更加真实、具体。“通路”号在天津港使用，该船全长165.7米，宽30米，功率达到了22320千瓦，容载量29830吨，在亚洲疏浚产业中有着非常重要的地位，“通路”号的使用也推动了天津港的发展进程。2.1机舱报警监测系统的功能“通路”号的监测报警系统中一共拥有三个信号收集箱，主要对船舶内部的泥泵控制系统、水压、气压系统、配电系统、发电系统、齿轮箱推进系统、温控系统以及柴油机系统等系统的运行进行实时的监测，并将监测信息进行收集，该监测报警系统实现了对船舶中所有子系统的实时监测。“通路”号的机舱监测报警系统的具体功能如下：（1）监测报警系统的功能船舶由于运行环境的不同，对该船舶的需求也不相同，所以不同的船舶无论在硬件还是软件设计方面，都有着完全不同的衡量标准[4]。而在对“通路”号船舶的监测报警系统进行设计时，就结合了该船舶的功能与需求，该监测报警系统具体功能如下：（2）声光报警其中机舱监测报警系统中最基本的部分就是声光报警，同时该功能也是报警功能中必不可少的部分，在监测报警系统中有着举足轻重的作用。如果机舱监测系统检测到机舱内某设备的运行数据和标准值出现较大误差时，则判定该设备为异常设备，则会触动声光报警系统，而且会在监控屏幕中标明异常位置，或者是异常状态，以便船舶管理人员可以及时发现并处理故障。船舶管理人员接收到报警后，会第一时间取消报警代表已接收报警信息，这时声光灯会变为平光灯，故障彻底排除后会自动熄灭[5]。（3）参数和状态显示船舶在运行过程中，其监控界面会显示所有设备的运行数据，同时还附有该设备的运行标准数值以供船舶管理人员参考。若所有数值正常声光灯则显示为绿色，如果数值与标准值相差较大，则会立即触发报警系统，同时声光灯会显示为红色。（4）延时报警在机舱监测系统中增加报警延时，主要是由于一些信号会出现较大幅度的波动，为了避免频繁报警对系统的运转造成影响。报警延时系统的设计原理，是当设备运行数值差过标准值后会即该触发报警器中的计时器，而当达到规定时间后才会正式启动报警设备，通常计时时间可以自行设定。（5）报警回差机舱监测报警系统还具有报警回差功能，该作用与之前的报警延时原理相似，都是为了避免不稳定信号而引发的频繁报警，主要区别为：报警回差是用于恢复通道，而报警延时是用于计时器。譬如：当某个设备的最大值是50，而回差值是5时，如果监测结果大于50就会触动报警系统，船舶管理人员在接收到报警信号后，会进行人工操作将其值降回45，此时通道会自动关闭。如果监测到的数值小于50同样也会触发报警系统，但此时该数值必须达到55，报警系统才会关闭。（6）报警应答报警应答主要是针对船舶管理工作者而制定的。当报警系统启动后，船舶管理人员在接收到信号后，会通过人工操作进行应答，用来消除报警声音，同时会安排专业维修人员进行维修，当系统恢复正常后，管理人员也会通过人工操作解除报警，此时声光灯会转红为绿，监测屏幕的报警提示也会自动消除。（7）报警打印作用监测报警系统中的报警打印分为：历史打印和实时打印两种。在对历史信息进行打印时，需要通过查询界面，调出需要查询的历史记录，然后根据自己的打印需求进行选择性打印。而实时打印则是将每一个报警记录第一时间打印出来。（8）延伸报警作用监测报警系统中的延伸报警主要是指，向船舶中的其它工作人员传达报警信号，该装置通常位于船长室、船舶的公共场所或者驾驶舱内等场所。而且延伸报警主要是，通过指示灯和触摸屏实现报警作用。2.2机舱监测报警系统的框架设计机舱监测报警系统主要是由延伸报警板、通讯模块、工作站、S7-400PLC模块、工业交换机以及数据收集单元所组成的。该系统通过当前最先进的人机界面显示各项信息，船舶管理人员主要通过键盘和轨迹球实现对人机界面的操作，比如：选择图形模似界面或者是报警界面，查看某项设备的运行数据了解该设备的运行状况等，同时还可以在该界面中下达控制指令等，其具体结构如图2.1。而机舱监测系统中的数据采集设备则可以装置于任何位置，该单元主要是进行各项数据的输入和导出，其中有开关量和模拟量两个部分。由于监测系统自带延伸报警功能，所以在在驾驶室或船舶上的公共场所均装置有延伸报警面板。而且可以根据需求设制多个延伸报警面板，向船舶上的所有工作人员传达报警信息[9]。在各个设备主要通过PROFIBUS总线实现接口模块、CPU模块和数据采集单元进行通讯，同时通过运用工业以太网实现上位机和CPU模块间的数据共享，但由于船舶内环境较为恶劣并且通讯距离较长，而工业以太网具有极高的抗干扰功能，所以选择工业以太网作为船舶自动化系统中的主要通讯网络。图2.1机舱监测报警系统结构图Fig.2.1StructuralDiagramofengineroommonitoringandalarmsystemPAGEPAGE122.3机舱监测报警系统具备的硬件2.3.1电缆要求由于国家出台的环保政策以及船舶所处环境较为恶劣，所以船舶中的电缆等材料比其它行业要求更高。而在机舱监测报警系统设计前，就必须先确定好电缆品牌，由于船舶上在供电和数据传送等方面都需要用到电缆，所以电缆的需求量较大，必须慎重选择。由于船舶上电费的需求量大，使用成本自然也高，所以为了有效控制船舶运营成本，不仅要选择品质优良的电费，还要考虑到电缆价格等方面。而且由于船舶常年与水面接触，会经常受到水蒸气、凝结水以及水雾等影响，根据有关规定在这些地点使用的电缆一定要在电缆外面加上保护套，同时船舶所用电费还必须符合防水、防压、防火、防腐蚀以及防电磁干扰等作用根据以上这些要求，镇江亿华公司在该项目开工前，就选用了CKJPJ85/SC型号的电缆，此电缆采用了绝缘材料聚氯乙烯，且可耐高温250度，符合船舶电缆需求。2.3.2UPSUPS是一种恒压恒频的可以储能的不间断电源，是以逆变器[11]为主要组成部件。它一般用于电子设备、网络系统、机舱报警系统等对电流有要求的设施，其中UPS电源电力情况不稳定的情况时给机舱报警系统提供稳定的电流以及流畅的网络。如果船舶机舱在电力充足的情况下，UPS主要的工作是将电力均衡，把稳压后的电流给负荷的设备以及系统使用，使电流压力减轻；如果船舶机舱在电力断路的情况下，UPS主要的工作是将电力通过逆变器供给所有断电设备使用，以防无法正常运作以及造成设备中零件的损坏。2.3.3网络设备（1）网络交换机网络交换机的参数如下图表2：表2网络交换机参数Table2Networkswitchparametertable（2）网关网关又称转换连接器，它主要是不同协议网络设备之间的桥梁，用于翻译解释发送达到互相通讯的方法，它需要具备支持Windows、Linux、UniX以及Mac系统,提供UDPServer/Client、TCPServer、TCPClient不同的网络通讯操作以及需要TCP/IP的网络协议以及操作配置。电子设备通过网关与其他电子设备在不同协议下联系在一起，网关具有过滤的功能，起到安全的作用。为了设备零件的正常安全给它添加了15KV电压的保护，避免受到超前电压异常的破坏。2.3.4报警打印机在机舱集控室配备机舱报警系统打印机1台，每次报警就打印出来并记录，如下表3所示：表3打印机参数Table3Printerparameters2.4本章小结通过以“通路”号挖泥船改造项目为研究对象，简要介绍了该挖泥船改造项目的机舱监测报警系统详细结构，分析了机舱监测报警系统的大致功能情况以及设计的原理，通过该系统的硬件进行详细的资料查询并加以探究，比如：电缆的选型、UPS的持续供电设备、报警打印机等等。PAGEPAGE133机舱报警监控系统的下位机以及界面设计根据对机舱报警监控系统的下位机进行研究，探讨PLC控制器的详情、组成、计算机语言、程序设计以及通讯控制等等。3.1下位机PLC介绍3.1.1PLC概述PCL是可编程控制器的简称，是一种适合批量生产而发展起来的工业控制设备，它是通过计算、编写以及控制等操作命令的数字运算操作系统[12]。此工作原理是根据可以编程的存储器编制并且执行相关指令以运行控制或者模拟输入模拟输出达到控制设备工作的能力。PCL与电子设备的组件结构大致相同，PCL的结构主要三个，其中第一个CPU,它是硬件里面尤其重要的一个；第二个存储器，用于存储数据信息的组件；第三个输入接口、输出接口，用于发射控制命令的信号。虽然比其他电子设备面积小，但是它的易操作易上手以及修理简单[13]使它成为工业领域的重要工具之一。它部件组成的详细信息以及PCL的结构图4如下：中央处理单元/CPUCPU是PLC的重要组成部分，是PCL运转控制的核心。它通过编写输入信息数据等相关操作，验证程序以及语法的正确性。PLC通过相关命令的正确与否执行系统所需要完成的各项操作，将经过系统转换之后得到的信息输出结果，供电路运转使用。CPU是整个PLC系统建立的关键，依照系统需求的不同CPU的工作也不尽相同，例如用于通讯的CPU组件、用于拍照的CPU组件等。存储器PLC存储器是PCL系统信息以及其他非系统信息的完全存储。PCL系统信息存储首先是关于PCL系统自带的主要程序；其次是模块化应用功能所存储的内部程序；然后是模块化应用程序通过命令解释等相关操作使主程序运行；最后是通过输入输出接口、计时器等系统调整自己的参数设置。非系统信息主要用于存储编写者程序的设计，对于编写者编写的程序放置在供有持续性电源的PAM设备中，防止非系统程序造成系统崩溃状态。输入/输出接口PCL本身知道的信号电平与实际的外部电平有着相当大的区别，通过把外部电平通过中间模块的功能将调整外部电平，让它与PLC本身的信号电平一样。这个中间模块就是输入/输出接口模块，它用于程序数据录入的输入输出达到控制设备，它的隔离性以及过滤性对于系统操作有着重要的作用。

图 PLC结构图Fig.4PLCstructurediagramPAGEPAGE163.1.2PLC模块选择现今工厂都普遍使用PCL系统，使用PCL的工厂有很多，比如已经有完善的PCL系统的三菱公司、罗克韦尔公司以及西门子公司，此次论文主要研究模块S7-400型号的西门子公司，该公司S7-400的CPU型号的设计不仅功能齐全，延展性以及包容性也非常的友好，该模块的详细设计如下所述：（1）中央处理单元（CPU）S7-400该模块有414F-3PN/DP、416-1、416-2DP、416-3DP、416-3PN/DP、416F-3PN/DP等等的CPU类型实现了各自不同的功能，机舱报警监控系统的下位机主要使用CPU是DP组态的功能，源于它通讯的复杂多变。（2）接口模块PCL系统的接口模块需要根据工厂工作的不同而发生不一样的变化，工厂工程规模宏大导致PLC系统自己的接口没有达到工厂所需要的数量，此时PLC系统需要将接口模块用于连接通讯工厂与CPU之间提高了效率。接口模式的通讯主要有第一种MPI通信方式，它只用于近距离的情况下；第二种PROFIBUS-DP通信方式，他用于远距离的情况下。其中船舶机舱的报警系统环境距离都比较复杂，在接口模块方面选择PROFIBUS-DP的通信方式最为便利以及安全。（3）信号模块（SM）在S7-400系列PLC中，信号模块分为两种型号，一种为SM421，另一种为SM422。通过传输过来的外部电平与PLC的自身处理电平保持一致的信号模块就是SM421模块。该模块一般用于启动与关闭装置，比如：接触器、电磁阀等需要连接的设备，不仅有信号输入地方32个，而且还有24伏直流电的负载电压，供电通过信号输入每8个一组的方式进行。SM421的显示状态情况与交通信号灯差不多，不同的颜色信号代表着不同的意思。如果红色代表线路销毁造成的断电以及负荷过重则表示你所选的都信号模块型号为6ES7422-1FF以及6ES7422-1FH等。通讯模块PCL系统与设备设施之间想要做到互相通信就需要借助通讯模块。PCL系统与PCL系统的互相交流是在于选择PROFIBUS-DP的通讯网络组态以及工业以太网，一般使用工具都是Step-7软件，在工业以太网下选择组态是PCL系统与船舶机舱的报警系统互相交流的常用方式。3.2PLC程序以及控制流程设计3.2.1PLC编程语言种类介绍在PLC中的S7-400系列，它的编程语言使用最广的就是梯形图编程语言、语句表编程语言、顺序功能图编程语言以及功能块图编程语言，其中我们以梯形图编程语言讲解。作为PCL编程语言中使用最多的梯形图编程语言，它主要靠继电器来管理控制的一种语言。由于它的易操作性以及简单明了成为了便于使用者快速学习以及操作的最好语言，让它在实际使用中逐渐成为人们最喜欢的语言。梯形图编程语言与其他语言相比，汇编语言的逻辑性让梯形图编程语言与其他语言都不一样，梯形图编程语言是以系统化编程为主的抽象语言，汇编语言经常转变成梯形图语言，梯形图也亦然。顺序功能图编程语言与功能块图编程语言大致相同，通过标记输入与输出符号简化编程语言，让它更加简洁，虽然顺序功能图编程语言与功能块图编程语言都是通过画图的方式，但是功能块图编程语言比其他语言更加复杂深奥，它功能的逻辑性让使用者必须有很丰富的数学功底以及电路物理知识。3.2.2PLC硬件组态PCL编程首先是设置硬件组态，在打开软件界面通过创建一个新项目，添加站点在新项目中，比如：SIMATIC400的站点，在选取站点SIMATIC400型号下的导轨模块、电源模块、中央处理器模快、接口模块以及信号模块后点击硬件图标完成硬件组态的设置，组态界面图如图5，图5大致结构图表在左侧，PLC型号的配置选择都在左侧。图5组态界面图Fig.5Configurationinterfacediagram机架类型有四种，比如：UR、ER、CR和UR2-H。由于机舱报警系统的项目，需要用到的机架类型是UR1和ER1这两种，其中UR1类型使用范围广，很多模块都能见到UR1类型；ER1使用范围比UR1类型小，比如：信号模块、接口模块等。CPU选用的型号是具有通讯模块的416-2DP，它可以解决PROFIBUS的遇到的问题，这是CPU型号的配置。不仅要配置CPU型号还要配置CPU参数，它的参数分为存储器、中断、日时间中断、循环中断以及诊断/时钟等等，它的CPU参数如下图6。PAGEPAGE18图6CPU参数图Fig..6CPUparameterdiagram因为通讯组件要在工业以太网的环境下运行实施，所以提前增加CP443-1模块，便于连接工业以太网。选择电源的型号为PS40710A，选用模拟量输入的AI8x13bite模块型号；选用模拟量输出的AO8x13bite模块型号；选用数字量的输入的DI32xDC24V模块型号；选用数字量的输出的DO32xDC24V/0.5模块型号；选用接口模块的IM460-0和IM461-0型号，硬件组态图的详细数据如图7所示：图7硬件组态图Fig.7Hardwareconfigurationdiagram3.2.3PLC编程设计（1）符号表通过让编写者更加容易操作，在程序软件方面研发者向STEP7软件以及受众者提供并且增加了符号表这个新功能，符号表的增加为受众者带来了一系列方便的行为，就是以符号地址去访问自己需要的数据，符号地址是由绝对地址转化而成的。因为STEP7软件向受众者提供了这个小功能，让我们可以不用使用太过麻烦的方式去访问。STEP7软件项目建成后点击进入符号表页面，编辑并且操作符号表数据，符号表如图8。我们可以根据下图图8可以看出，符号表界面有四大块课可填写的区域，例如：状态、符号以及地址等。其中以I/O接口、位存储器、定时器、计数器、数据块等等形式的地址，符号表的写入一般不包括传输元件，符号表的不同使项目的内容也不尽相同。图8符号表界面Fig.8Symboltableinterface项目的侧重点以及主要作用要通过大量的测量计算进行确定，比如通过泥泵控制系统、齿轮箱推进系统、压力系统、温度系统、发电系统等等系统进行监控运行记录数据，由于数量众多并且任务巨大需要使用便利的符号表工具，通过对各个部位的系统进行监控与数据记录从而制作符号表，项目部分监测点符号表如图9所示：PAGEPAGE20（2）数据采集

图9项目部分监测点符号表Fig.9Thepartsymboldiagramoftheproject船舶机舱报警系统首先应该收集准确大量的数据，数据采集是处理实际数据的关键因素，船舶机舱工作环境繁杂，设施设备也很多，需要大量的对于各个设备的数据进行采集并且监控。两种最常用的数据，首先是硬接线数据，它是与PLC系统数据连接的电缆线路，是一种现实中可以触摸，可以看见的物理线路，比如：热电偶、热电阻、开关量等等线路；最后是通讯数据，他是与PLC系统数据连接的网络数据传输通道，比如：PROFIBUS、MODBUS、OPC以及TCL/IP等等协议数据通道。此次的船舶机舱报警系统都是整理收集通讯数据以及硬接线数据。如下图10的信号采集箱，它用于采集通讯数据以及硬接线数据，是一个存储大量数据的网络设备，此次的船舶机舱报警系统的采集箱一共设有3个，由于船舶机舱报警系统的项目工程所以采用了3个采集箱便于采集不同的数据以及信息，她们采用串联电路的方式互相工作，由其中一个采集箱为主要的硬接线数据采集说明讲解，该采集箱主要对于燃料之间的采集数据，比如：燃油温度、燃油库存余量等等。如果在编写PLC程序中，主锁紧泵的运行状态错误被PLC程序检测出来，常开触点会迅速做出反应执行关闭命令，所有的泵触点都没有使用串联程序，都是一个一个独立的，触点经过传输信号到达CPU，CPU通过记录数据错误的信息达到数据采集的目的，如下图11所示：图10信号采集箱Fig.10SignalcollectionboxPAGEPAGE24XR14XR1401 020304050607080910DI14+DI14-DI15+DI15-DI16+DI16-DI17+DI17-DI18+DI18-111图11采集箱部分接线原理图Fig.11ThepartwiringschematicoftheAcquisitionbox图12主选锁紧泵报警PLC程序图Fig.12ThePLCprogrammapofthemainoptionlockpumpalarm模块化编程PCL系统根据船舶报警系统的警报来解决相关问题，将每个采集箱的数据借助物理线路或者网络通信进行传输到达CPU，由CPU运行打印不同的数据结果形式。在系统运行的整个过程中，会调用到不同的模块，比如OB模块，FC模块以及DB模块等等，模块化编程将一个大程序通过分割，分成一小块一小块的实现，让编程速度得到提高，编程思想更清晰，比如OB主模块通过FC子模块功能的运行实现数据保存与删除的功能。它的模块化编程图如下所示：13模块化编程结构图Fig.13Modularprogrammingstructurediagram3.2.4控制流程设计不仅需要模块化编程的确定，而且还需要任务的控制流程设计。控制流程通过采集数据给CPU的工作流程，通过不同的数据传输方式传递给CPU中央处理器运行解决，控制流程思想是整个系统的操作与实施的重要环节。通过船舶警报系统的需求以及操作形式，控制流程设计结构如下：船舶开始工作前，报警系统检测燃油压力、燃油温度、滑油压力、滑油温度、循环水压力、油舱液位等检测指标，如果都正常，则开始启动各电机工作，通过触发继电器设置，运行合排泥泵程序；如果出现错误，通过报警装置报警并且为了让所有程序运行正常，将手动阀调到正确的位置。船舶运行时如果检测到滑油温度出现90°的异常，通过把异常数据传输运行引发报警装置报警，并且CPU迅速做出回应让变频器相应的改变自己的数据让泥泵电机减缓工作，直到滑油温度达到正常；如果检测滑油温度出现95°的异常，听过异常数据的传输到达CPU，CPU根据其影响做出不同的命令，启动报警装置报警，发送信息给继电器，让继电器运行控制泥泵脱排，通过泥泵脱排的发现让相关工作人员迅速检查维修；如果检测到滑油压力不足的时候，会迅速将相关信息发给CPU，CPU迅速给变频器发送命令，控制它的速度，达到稳定正常；如果检测到滑油压力严重不足的时候，CPU接到信息控制继电器，让其做出泥泵脱排的情况，让相关工作人员迅速维修。如果检测到水箱温度在90°的时候，CPU接到信息控制水箱阀门设施，并且启动抽水泵电机设施将冷水注入水箱，达到降温的目的；如果检测到水箱温度在100°的时候，CPU接到信息控制报警器触发报警按钮，控制电机运行终止以及发送继电器让它做出泥浆脱排的动作；如果检测到水箱压力低的时候，CPU接到信息控制报警器触发报警按钮，通知工作人员自己手动设置手动阀的大小，缓解水箱压力；如果检测到油舱液位不正常时，CPU触发报警装置；如果检测到油舱液位极度异常，触发报警并且控制继电器让它运行泥泵脱排的指令。船舶运行结束时，CPU会给每个部位发送工作停止的命令，比如：关闭阀门指令、继电器泥泵脱排指令、由控制变频器发送信息传递停止运转的一系列命令等等让船舶工作运行停止。3.3系统通讯网络结构设计本次项目在通讯方面所使用的为以太网与PROFIBUS相结合的通讯方式。如下图14所示，主要是系统网络的结构图，图中可以了解到都是在以太网的环境下运行的，使用的通讯方式是PROFIBUS-DP总线，报警也有模块扩展。图14系统网络结构图Fig.14Systemnetworkstructure3.3.1PROFIBUS现场总线技术介绍西门子公司发明了功能性强、速度快捷、方便的一种PROFIBUS现场总线，PROFIBUS总线是国际使用最多的技术之一。它是凭借光纤以及防止干扰的双绞线为媒介进行通讯，通讯速度最快可达每秒12兆的字节流量，传输范围广泛。PROFIBUS总线经常用的就有PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS和PROFIBUS-PA，其中PROFIBUS-FMS用于自动的装置设备中；PROFIBUS-PA用于控制流程的范围中。3.3.2PROFIBUS-DP网络建立PROFIBUS-DP网络建立在于选择它的硬件组态，就是选择CPU中的DP模块。船舶警报系统的CPU模块选择的是一种CPU416-1DP类型的带有参数订货号6ES7416-2XN05-OABO以及固件V5.0。CPU硬件组态的建立，进入DP组态界面图，如图14所示：在组态界面图中，它的属性包括常规属性、地址属性、工作属性、组态属性以及时钟属性，进入DP属性设置界面，咋爱啊常规项选择中通过DP组态的简单描述、DP组态名称以及接口属性设置，如下图的16展示的是网络属性配置图，通过参数设置，选择建立子网的网络传输速度为度1.5Mbps，为DP组态提供良好的网络环境，在根据它的各项属性参数调整到合适的位置即可。15DP组态界面图Fig.15DPconfigurationinterfacediagramPAGEPAGE2616网络属性配置图Fig16NetworkpropertyconfigurationdiagramDP网络组态的设置成功，从中选择需要的模块以便后续程序的使用，通过添加不同的组件实现不同的功能。比如要实现通讯功能就需要通讯模块、要实现监控功能就要监控模块等等，下面的图17就是PROFIBUS的网络组态图：17PROFIBUS网络组态图Fig.17PROFIBUSnetworkconfigurationdiagram3.3.3工业以太网的建立工业以太网与计算机网络之间的设置基本都是一样的，通过确定CP443-1的属性参数进入以太网建立界面，如下面图片18。在设置CP443-1的属性进入Ethernet设置，通过勾选合适的参数类型，选择正确的选项，如下面的图19.PAGEPAGE2818以太网建立界面Fig.18Ethernetestablishmentinterface19以太属性设置界面Fig19Ethernetpropertysettinginterface根据属性状态的不同参数设置也不一样，参数设置IP地址、路由去地址、子网掩码等等创建出一个工业以太网，调整选项PROFIBUS模块参数以及以太网参数，通过各项参数的设置完成构建了一个基础的网络环境，该网络主要用于数据间的互相传递。20网络组态结构图Fig.20Networkconfigurationdiagram3.4监控界面设计 监控界面是便于观察者注意以及获取数据让其展现的主要形式，它是把电脑上的计算机语言模式的信息，转换成人类能看清楚能理解的方式，它主要用于计算机与人类交流的转换工具。通过每个采集箱收集每个系统的各种信息数据通过监控显示屏界面呈现出来，该机舱人员通过显示屏出现的各项数据判断系统是否正常运作。该监控界面主要使用的是C++语言是基于（1）分组列表显示功