摘 要

近年来我国的科技技术水平在不断的提高，随着经济的快速发展，人工劳动力的成本也越来越高。为此，出现了许多节约劳动力、提高生产效率的自动化设备。运用上位机触摸屏、PLC 、传感器以及智能仪器等硬件，自动化船舶中的分油机进行自动化改造。

本文在编写与计算的过程中，严格遵守了相关规范要求，在满足分油机的各种性能要求情况下进行设计。查阅了相关专业文献及资料后，结合行业知识与背景，完成了应用西门子200系列PLC进行分油机控制系统的设计。

关键词：分油机；PLC；触摸屏；传感器；自动化控制；

Abstract

In recent years, the level of science and technology in China is constantly improving. With the rapid development of economy, the cost of labor force is also higher and higher. For this reason, there are many automation equipments which can save labor and improve production efficiency. The upper computer touch screen, PLC, sensor, intelligent instrument and other hardware are used to automate the oil separator in the ship.

In the process of compilation and calculation, this paper strictly abides by the requirements of relevant specifications, and designs the oil separator under the condition of meeting various performance requirements. After consulting the relevant professional literature and data, combined with the industry knowledge and background, the application of Siemens 200 series PLC to the design of the oil separator control system is completed.

Keywords: oil separator；PLC； touch screen； automation control；

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题背景与研究的意义 1

1.2 分油机研究现状 1

1.3 研究路线与方法 2

第2章 系统方案设计 4

2.1 PLC控制 4

2.2 PLC与继电器-接触器比较 4

2.3 单片机控制 5

2.4 控制方案比较 6

2.5 分油机构成 6

2.6 PID控制算法 8

第3章 系统硬件设计 10

3.1 PLC的原理及选型 10

3.2 按钮开关的选型 11

3.2.1 按钮开关的定义 11

3.2.2 按钮开关的结构原理 11

3.2.3 按钮开关的选型 11

3.3 电动机的原理及选型 12

3.4 蒸汽换热比例阀 14

3.5 温度传感器的原理及选型 16

3.6 系统的I/O地址分配 17

3.7 PLC接线图设计 18

3.8 主控电路设计 19

第4章 系统软件设计 20

4.1 程序的设计 20

4.1.1 温度读取与转换 20

4.1.2 系统自动启停控制 21

4.1.3 PID控制子程序设置及调用 21

4.1.4 分油机控制动作程序 22

4.1.5 故障报警及复位 22

4.2 人机交互展示 23

4.2.1 MCGS组态画面建立 23

4.2.2 画面展示 25

第5章 结论 26

参考文献 27

致 谢 28

第1章 绪论

1.1 课题背景与研究的意义

伴随着世界经济的飞速发展，经济全球化已成为一种必然趋势，各国之间的联系也变的越来越紧密，运输行业得到巨大发展。在地球上海洋的面积占比高达71%，水上运输是运输行业的主要阵地，航运业迅猛发展^[1]。为了降低运输成本，使用柴油机的运输船只普遍采用劣质的低价油，劣质低价油由于生产工艺水平不高和加工设备陈旧的原因，其中的水份和杂质含量较高，使得柴油机的工作环境恶劣，加剧了零件的磨损，降低了柴油机的使用寿命^[2]。

为了解决这一问题，多数船舶都安装了分油机，将劣质重油中的水分和杂质分离出去之后，再进入柴油机燃烧^[3]。这样，通过分油机的作用适当延长了柴油机的使用寿命，提高了柴油机的工作效率，成为船舶上必不可少的重要设备。因此，分油机的工作状态直接影响了柴油机的工作效率。传统的分油机采用手动操作^[4]，导致分油机工作效率低，操作人员工作量较大，且最后对劣质油的净化效果差。

随着基于计算机的控制技术被广泛应用和电子技术的的飞速发展，船舶中的各个设备已经向着自动化和智能化的方向发展^[5-7]。分油机作为船舶的重要设备之一，其智能化控制技术一直以来都是人们研究的热点^[8]。为分油机设计一套安全可靠的自动化控制系统，不仅能够提高分油机的净化效率，同时也降低了操作工人劳动强度。PLC作为一种可编程控制器采用软、硬结合的方式可以增加控制系统的安全性，适合于目前船舶发展所提出来的新要求。

1.2 分油机研究现状

对于分油机而言，其从技术革新方面经历了三个阶段，最早为手动排渣、后演进为手动控制的自动排查，到如今的全自动化排查，基于控制系统的支持使得分油机在技术提升及使用效率提高的同时全面实现了自动化操作目标^[9]。在传统的纯手动排渣时期，需要对分油机定期进行清理，其过程十分繁琐需要将分油机停车并将分离筒进行拆卸，然后人工对其进行清除。整个过程既降低了分油机工作效率，同时又增加了工人的工作量。随后进入手动控制分油机工作时代，在分油机上安装控制系统，人们通过操作控制按钮对分油机进行控制，最终完成分油和排渣的过程。最后当人工智能普及，人们对设备自动化和智能化的不断追求，分油机整个工作过程都不需要进行人工操作，极大程度解放了操作工人。

1999年大连海事大学聂延生提出了一种基于工控机的船舶分油机控制^[10]，该系统选用研华工控主机，一块PCL-733 DI 信号接口板, 一块PCL-734 D0信号接口板，GENIE组态软件。PCL-733 接口板作为一种特殊的数字通道，其拥有了32路的光电隔离及双路中断功能。从功能上分析，该接口板的控制系统与采用微处理器控制系统以及PLC控制系统的功能较为相似，但是采用工控机可以实现多台分油机同时控制适合产业化的船舶。该控制系统也有不足之处，可以通过计算机进行控制，但缺乏友好的人机界面，需要进一步完善其功能，其次开发成本较高不适用于普通民用船舶。

2002年福建厦门集美大学阮礽忠等人，在船舶分油机控制系统中采用了PLC技术^[11]。采用软件和硬件相结合的办法进行设计，对继电-接触器控制系统进行了修复，在实际使用过程中具有良好的效果。控制系统修复所用的零件是凸轮变速机构价格昂贵，而采用PLC进行修复所用成本较低，修复后的控制系统比原来的更加可靠，功能更强大，后期损坏率较低。