电气工程及其自动化毕业设计：船用自动供水（油）系统设计.doc

1、 本科 毕业设计 船用自动供水（油）系统设计 所在学院 专业班级 电气工程及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I 摘要 船用自动供水（油）系统中水（油）路的压力是系统工作的重要参数。精确控制水（油）路压力，对于提高供油水系统的动力、减少故障的产生等方面都有着重要 的意义。 在船舶机舱中，燃油泵、滑油泵、冷却水泵等许多为主、辅机服务的泵，不仅要求进行手动起停外，而且要求若运行中出现故障时，备用泵能自动投入运行，以确保主辅机安全正常运行 。 目前，绝大多数的船舶中，供水（油）系统是依靠继电器和接触器这类电器元件来实现自动控制。以继电器和接触器为主的电气设备具有可靠性、抗干

2、扰性等特点，所以在船舶电气中仍是主流元器件。通过这些电器元件实现了船舶电气、电机拖动的自动控制，让船舶在正常航行的同时，确保了船舶的安全性、可靠性、简单性及现代特色。 随着电器元件不断向电子化、智能化和可通信 化发展，以继电器和接触器为主的电气控制系统也不断地发生着变化。陆地上的 PLC、变频技术逐渐在船舶上的推广应用，这将成为我们未来另一个研究方向。 关键词 ： 船 用供水（ 油） 系统 ； 泵 ； 继电器；接触器 II Abstract Marine automatic water supply (oil) system, water (oil) pressure is the syste

3、m work the way the important parameters. Precise control of water (oil) road the pressure water system for improving the power supply, reduce production and other aspects of failure is significant.In the cabin of the ship,fuel pump, oil pump, cooling water pumps and many other pump services for the

4、main and auxiliary,not only requires a manual start and stop, and asked if the operation fails,the standby pump to automatically put into operation to ensure the normal operation of main and auxiliary security.Currently, the vast majority of ships, water (oil) system is to rely on this type of relay

5、s and contacts to achieve automatic control of electrical components. For relays and contacts based electrical equipment reliability, interference immunity characteristics, so the ship is still the mainstream of electrical components. Achieved through these electrical components of marine electrical

6、, motor drag the automatic control, so that in the normal navigation of the ship while the ship to ensure the safety, reliability, simplicity and modern features. With the electrical components to keep the electronic,intelligent and communication development,to the relay and contact-based electrical

7、 control system is also constantly changing.Land-based PLC, frequency conversion technology to promote the gradual application of the ship, which will be one of our future research directions. Keywords: Marine Water (Oil) System; Pump; Relay;Contacts III 目 录 前言 . 1 第 1 章 绪论 . 2 1.1 船用自动供水（油）系统发展历程 .

8、 2 1.2 本课题研究的相关内容及意义 . 3 第 2 章 船用自动供水（油）系统总体方案 . 4 2.1 船用自动供水（油）系统简介 . 4 2.2 船用自动供水（油）系统的构成 . 5 2.3 控制系统设计的相关内容 . 6 第 3 章 船用自动供水（油）系统设计 . 7 3.1 系统电路结构原理图 . 7 3.2 自动控制部分电路设计 . 7 3.3 主要元件继电器、接触器简介及选型 . 8 3.4 船用泵概述及选型 . 12 3.5 报警电路图设计 . 16 第 4 章 船用自动供水（油）系统各工作状态分析 . 19 4.1 手动启停控制工作状态分析 . 19 4.2 自动起动运行状

9、态分析 . 19 总结及展望 . 21 致谢 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 23 1 前言 在船舶机舱中，燃油泵、滑油泵、冷却水泵等许多为主、辅机服务的泵，不仅要求进行手动起停外，而且要求若运行中出现故障 时，备用泵能自动投入运行，以确保主辅机安全正常运行。船用自动供水（油）系统，它由两个机组组成。每一个机组中泵运转后，建立一定水（油）路压力，及时供水（油）给所需的地方，二机组同时运转提供水（油）压，亦可单独一个机组供水（油），另一机组作为备用机组，但当运行机组出现水（油）路系统故障，建立不起水（油）压时，应能自动切换到备用机组工作，而原机组进行维修保养工作。 为了实现以上功能，本设

10、计主要运用继电器和接触器为主的电器元件来实现对船舶自动供水（油）的控制。在介绍低压电器和基本控制环节的基础上，着重介绍了 继电控制的船用自动供水（油）系统的设计思想与设计方法。这类自动控制系统结构电路简单、功能针对性强、价格较低、实用性强，符合目前船舶电气的发展现状。通过对本系统的设计，让我们更加清晰、透彻的了解船用自动供水（油）系统的具体控制方法和步骤。在设计的最后，还展望了系统未来的发展趋势，结合现今状况，对船用自动供水（油）系统的发展有着巨大的现实意义。 2 第 1 章 绪论 1.1 船用自动供水（油）系统发展历程 在 20 世纪船用自动供水（油）系统压力控制技术得到了飞速发展 ， 目前

11、国内采用供水 （油）设备电控柜 ， 除采用继电接触器控制方式外，大致 可分为 以下三类： （ 1）逻辑电子电路控制方式： 这类控制电路难以实现水泵机组全部软启动、全流量变频调节。 主要 采用一台泵固定于变频状态，其余 的 泵均为工频工作状态的方式。因此水泵切换时水（油）压波动大、控制精度较低、调试较麻烦、工频泵启动时有冲击、抗干扰能力较低，但成本较低。 （ 2）单片机电路控制方式： 这类控制电路优于逻辑电路，但在应付不同管网、不同供水（油）情况时调试较麻烦，追加功能时往往要对电路进行修改，不灵活也不方便。电路的可靠性和抗 干扰能力都不是很高。 （ 3）带 PID 回路调节器和可编程序控制器（

12、PLC）的控制方式： 此时变频器的作用是为电机提供可变频率的电源，实现无极调速，从而使管网水（油）压连续变化。传感器的任务是检测管网水（油）压。压力设定单元为系统提供满足需要的水（油）压期望值。压力设定信号和压力反馈信号在输入可编程控制器后，经可编程控制器内部 PID 控制程序的计算，输出给变频器一个转速控制信号。还有一种办法是将压力设定信号和压力反馈信号送入 PID 回路调节器，由 PID 回路调节器内部进行运算后，输入给变频器一个调速信号 。 虽然采用带 PID 回路调节器和可编程序控制器（ PLC）的控制方式此类电动控制系统的控制精度和效果可以在一定程度上满足船舶运行的需求，但是并不说明

13、这种控制方式是完美无缺的。新型变频调速供水（油）设备系统开发周期比较长，对操作员的素质要求比较高，可靠性比较低，维修不方便，且不适用于恶劣的工业环境。 目前，船用自动供水（油）系统大多采用的是 继电控制系统的 供水（油）设备，针对传统的 继电控制系统的 供水（油）设备的不足之处，国内外 一些 生产厂家纷纷推出了 一部分 新型产品。这些产品将 变频器 以及简易可编程控制器的功能 都综合进 控制系统 ，形成了带有各种应用宏的变频器，由于 PID 运算在变频器内部，这就省去对可编程存控制器存贮容量的要求和对 PID 算法的编程，而且 PID 参数的在线调试非常容易，这不仅降低了生产成本，而且大大提高

14、了生产效率。由于变频器内部自带的 PID 调节器采用了优化算法。所以使水（油）压的调节十分平滑，稳定。同时，为了保证水（油）压信号反馈信号值的准确、不失信，可对该信号设置滤波时间常数，同时还可对反馈信号进行换算，使系统的调试非常简单、方便。随着科技的发展，相信在不久的将来船用自动供水（油）系统将会由变频器控制来 取代。 3 1.2 本课题研究的相关内容及意义 1.2.1 研究课题的相关内容 1）手动启停控制 ： 在起动按钮接通手动路线时，可控机组能够单独起动、停止，但不能自动切换，需手动控制转换。 2）自动起动运行 ： 在按钮接通自动控制线路，当机组 1 为工作机组，机组 2 为备用机组，机组

15、 1 出现故障时，能自动切换使 机组 2 立即投入运行；反之，当机组 2 为工作机组，机组 1为备用机组，机组 2 出现故障时，能自动切换使 机组 1 立即投入运行。 3）当系统起动后，水（油）压力不能建立，报警电路会被接通，发出声光报警 。 1.2.2 研究课题的意义 在船舶机舱中，燃油泵、滑油泵、冷却水泵等许多为主、辅机服务的泵，不仅要求进行手动起停外，而且要求若运行中出现故障时，备用泵能自动投入运行 。这样的设计能 确保主辅机安全正常运行 ，为船上持续可靠供水（油）， 能够符合各种要求下供水、供油的需求，从而节约能源，方便调控， 对船舶安全可靠工作具有重要意义。 4 第 2 章 船用自动

16、供水（油）系统总体方案 2.1 船用自动供水（油）系统简介 在现代海洋船舶的所有方面，自动控制发挥着重要的作用。 而且，随着生产和科学技术的发展，船舶自动控制技术所起的作用愈来愈重要，自动化的水平也越来越高。 在船舶机舱中，燃油泵、滑油泵、冷却水泵等许多为主、辅机服务的泵，不仅要求进行手动起停外，而且要求运行中若出现故障时，备用泵能自动投入运行，以确保主辅机安全正常运行 。 自动供水（油）系统，它由两个机组组成。每一个机组中泵运转后，建立一定水（油）路压力，及时供水（油）给所需的地方，给二机组可以同时运转提供水 (油 )压，亦可单独一个机组供水（油），另一机组作为备用机组，但当运行机组出现水（

17、油）路系统故障，建立不起水（油）压时 ，应能自动切换到备用机组工作，而原机组进行维修保养工作。 图 2.1 船舶供水 (油）自动控制总框图 自 动 供 水 （油） 控 制 模 块 燃油泵 滑油泵 冷却水泵 淡水泵 各种为主、辅机服务的泵 主、辅机；各用水（油）系统 5 2.2 船用自动供水（油）系统的构成 2.2.1 系统流程图 图 2.2 自动供水（油）系统流程图 自动供水（油）系统，它由两个机组组成 。每一个机组中泵运转后，建立一定水（油）路压力，及时供水（油）给所需的地方，给二机组可以同时运转提供水 (油 )压，亦可单独一个机组供水（油），另一机组作为备用机组，但当运行机组出现水（油）路

18、系统故障，建立不起水（油）压时，应能自动切换到备用机组工作，而原机组进行维修保养工作。 2.2.2 系统各模块的作用 1）主控按钮：用与选择船用自动供水（油）系统进行手动启停控制还是自动起动运行。通过选择，能够符合各种要求下供水、供油的需求，从而节约能源，方便调控。 2）手动启停控制：在起动按钮接通手动路线时，可控机组能够 单独起动、停止，但不能自动切换，需手动控制转换。 3）自动起动运行：在按钮接通自动控制线路，当机组 1 为工作机组，机组 2 为备用机组，机自动起动运行 运行机组 故障 主控按钮 手动启停控制 备用机组 主、辅机 报警电路 6 组 1 出现故障时，能自动切换使 机组 2 立

19、即投入运行；反之，当机组 2 为工作机组时，机组 1为备用机组，机组 2 出现故障时，能自动切换使 机组 1 立即投入运行。 4）运行机组：船舶正常运行时，主要提供供水（油）的机组。运行机组是否能够正常工作，决定了船舶主、辅机能否正常工作。 5）备用机组：备用机组是当运行机组出现故障时，代替运行机组，保证主、辅机能正常运行的辅助机组。 6）报警电路：当故障出 现时， 水（油）压力不能建立， 能够发出声光报警。 2.3 控制系统设计的相关内容 通过已学的基础知识的相互结合，综合运用现代工程、船舶、机械、电子、电气控制等技术，设计一个船舶自动供水（油）控制系统。本设计针对船舶自动供水（油）系统进行

20、研究，须在了解国内外科技发展动态的基础上，通过实船观察及性能比较分析，设计制定船舶自动供水（油）控制系统的总体方案。 1、手动启停控制 当需要进行手动控制为船舶供水（油）时，按下控制按钮，自动供水（油）系统能够切换到手动启停控制。手动控制任一台泵起动、停止。 2、自动起 动运行 当需要系统自动切换泵供水（油）时，通过主控按钮，能够让自动供水（油）系统进入自动调节控制。使一台泵自启动运行，令一台泵备用。 3、故障自动切换 当运行机组出现故障后，系统自动发出故障报警信号。同时通过自动供水（油）系统的自动转换，备用机组能够立即启动投入运行，以确保主辅机安全正常运行。 4、报警系统 当故障出现时，水（油）压力不能建立，能够发出声光报警。