CN104331018A - 5000m3/h绞吸式挖泥船用柴油机组一键启动控制装置 - Google Patents

5000m3/h绞吸式挖泥船用柴油机组一键启动控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及柴油机组控制装置，具体为5000m3/h绞吸式挖泥船用柴油机组一键启动控制装置。解决5000m3/h绞吸式挖泥船用柴油机组采用人工监控存在的问题。包括15寸集控室触摸屏，机舱PLC控制单元，集控室触摸屏上设置有“一键启动”、“启动”、“停止”、“急停”4个按钮和进度指示条；机舱PLC控制单元包括电源模块、CPU模块、数字量输入模块、三个模拟量输入模块、计数模块、数字量输出模块；数据传输协议采用PROFIBUS-DP协议，集控室触摸屏的DP端口通过DP总线与机舱PLC控制单元的CPU模块的DP端口相连；本发明使现场工作人员在集控室工作间完成对柴油机及其相关辅助设备的远程一键启动功能，使其安全可靠运行。

Description

5000m3/h绞吸式挖泥船用柴油机组一键启动控制装置
技术领域
本发明涉及柴油机组控制装置，具体为5000m3/h绞吸式挖泥船用柴油机组一键启动控制装置。
背景技术
5000m3/h非自航绞吸式挖泥船使用德国道依茨可燃重油柴油机及其辅机（简称柴油机组）。两台原装德国道依茨可燃重油柴油机，每台功率为6590kW。柴油机组辅机设备包括：预润滑泵、密封油泵、曲轴箱通风机、高温冷却水泵、低温冷却水泵、海水泵、发电机冷却泵、发电机通风机进、黏度单元等。本船总装机功率达到了15300kW，最大挖深达到了30m。
对于柴油机组的控制传统都是人工监控，存在以下问题：柴油机组的工作状况严重依赖于操作人员的经验知识；当5000m3/h非自航绞吸式挖泥船的大功率柴油机及其船上设备运行时，机舱的工作环境温度高，噪音大，完全不适于人工逐一手动操作各个设备。研制和开发非自航电动绞吸式挖泥船柴油机组一键启动功能具有非常重要的意义。
发明内容
本发明解决5000m3/h绞吸式挖泥船用柴油机组采用人工监控存在的问题，提供一种5000m3/h绞吸式挖泥船用柴油机组一键启动控制装置。
本发明是采用如下技术方案实现的：5000m3/h绞吸式挖泥船用柴油机组一键启动控制装置，包括西门子型号为MP377的15寸集控室触摸屏，西门子S7-300机舱PLC控制单元，集控室触摸屏上设置有“一键启动”、“启动”、“停止”、“急停”4个按钮和进度指示条；机舱PLC控制单元包括电源模块、CPU模块、数字量输入模块DI、三个模拟量输入模块（AI1、 AI2、 AI3）、计数模块、数字量输出模块；数据传输协议采用PROFIBUS-DP协议，集控室触摸屏的DP端口通过DP总线与机舱PLC控制单元的CPU模块的DP端口相连；机舱PLC控制单元的数字量输入模块DI的各输入端分别与柴油机组故障信号即漏油箱故障、盘车闭锁、励磁故障、黏度单元故障、滑油分离机故障、滑油过滤器故障、重油分离单元故障、电气事故跳闸，柴油机组按钮开关即机舱控制柜停机按钮、机舱控制柜急停按钮，柴油机组状态反馈信号即烧轻油信号反馈、烧重油信号反馈、高温冷却水泵运行状态、低温冷却水泵运行状态、海水泵运行状态、预润滑泵运行状态、密封油泵运行状态、曲轴箱通风机运行状态相连；机舱PLC控制单元的三个模拟量输入模块的输入端分别与柴油机组传感器信号即滑油压力、控制空气压力、高温水A排出机温度、高温水B排出机温度、曲轴箱压力、第1档主轴瓦温度、第2档主轴瓦温度、第3档主轴瓦温度、第4档主轴瓦温度、第5档主轴瓦温度、第6档主轴瓦温度、第7档主轴瓦温度、第8档主轴瓦温度、第9档主轴瓦温度相连；机舱PLC控制单元的计数模块的输入端与柴油机转速传感器相连；机舱PLC控制单元的数字量输出模块的各输出端与继电器线圈相连，各继电器的触点分别与柴油机组执行机构即启动电磁阀、停止电磁阀、急停电磁阀、高温冷却水泵、低温冷却水泵、海水泵、发电机冷却泵、发电机通风机进、发电机通风机出、预润滑泵、密封油泵、曲轴箱通风机、黏度单元轻油、黏度单元重油相连。
柴油机及各个辅机的所有信号连接到机舱PLC控制单元。集控室触摸屏上设有柴油机组“一键启动”按钮，“启动”，“停止”，“急停”按钮，按钮的状态变量通过PROFIBUS-DP总线传输给机舱PLC控制单元。机舱PLC控制单元判断柴油机组的信号状态正常，在满足启动条件时，根据柴油机组的工况要求启动柴油机辅机，进而在条件满足时，启动柴油机。使得柴油机组启动并工作。
根据5000m3/h非自航绞吸式挖泥船的工况要求，柴油机组的远程“一键启动”要求为：1. 盘车闭锁开关解锁状态，或称为盘车脱开；2. 整个柴油机组系统无故障报警；3. 燃油处理模块已正常运行，并且处于轻油待机状态；4. 柴油机主机未运行（柴油机已经运行时，按下启动按钮无效）5.急停电磁阀断开；6.停机电磁阀断开；7.启动预滑油泵，预润滑泵运行，获得0.8bar以上滑油压力；8.控制空气压力大于6bar；9.密封油泵运行；10.曲轴箱通风机运行；11.高温冷却水泵运行；12.低温冷却水泵运行；13.海水泵运行；14.未按下停机按钮；15.未按下急停按钮。
本发明所述的柴油机组一键启动控制装置，利用西门子触摸屏与PLC实现，减少了控制元件的数量，提高了可靠性。使现场工作人员在集控室工作间完成对柴油机及其相关辅助设备的远程一键启动功能，使其安全可靠运行。并成功应用于泰州市华夏机械制造有限公司制造的“华夏重工一号”5000m3/h非自航绞吸式挖泥船用柴油机组，适应船用工作条件，实现柴油机（或机组）的安全可靠启动，满足用户的实际需求，取得了良好的经济和社会效益。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为CPU模块控制软件的主程序流程图；
图3为CPU模块控制软件的柴油机主机启动子程序流程图；
图4为CPU模块控制软件的故障统计子程序流程图；
图5为CPU模块控制软件的辅机状态统计子程序流程图；
图6为CPU模块控制软件的调用柴油机主机状态查询子程序流程图。
具体实施方式
5000m3/h绞吸式挖泥船用柴油机组一键启动控制装置，包括西门子型号为MP377的15寸集控室触摸屏，西门子S7-300机舱PLC控制单元，集控室触摸屏上设置有“一键启动”、“启动”、“停止”、“急停”4个按钮和进度指示条；机舱PLC控制单元包括电源模块、CPU模块、数字量输入模块DI、三个模拟量输入模块（AI1、 AI2、 AI3）、计数模块、数字量输出模块；数据传输协议采用PROFIBUS-DP协议，集控室触摸屏的DP端口通过DP总线与机舱PLC控制单元的CPU模块的DP端口相连；机舱PLC控制单元的数字量输入模块DI的各输入端分别与柴油机组故障信号即漏油箱故障、盘车闭锁、励磁故障、黏度单元故障、滑油分离机故障、滑油过滤器故障、重油分离单元故障、电气事故跳闸，柴油机组按钮开关即机舱控制柜停机按钮、机舱控制柜急停按钮，柴油机组状态反馈信号即烧轻油信号反馈、烧重油信号反馈、高温冷却水泵运行状态、低温冷却水泵运行状态、海水泵运行状态、预润滑泵运行状态、密封油泵运行状态、曲轴箱通风机运行状态相连；机舱PLC控制单元的三个模拟量输入模块的输入端分别与柴油机组传感器信号即滑油压力、控制空气压力、高温水A排出机温度、高温水B排出机温度、曲轴箱压力、第1档主轴瓦温度、第2档主轴瓦温度、第3档主轴瓦温度、第4档主轴瓦温度、第5档主轴瓦温度、第6档主轴瓦温度、第7档主轴瓦温度、第8档主轴瓦温度、第9档主轴瓦温度相连；机舱PLC控制单元的计数模块的输入端与柴油机转速传感器相连；机舱PLC控制单元的数字量输出模块的各输出端与继电器线圈相连，各继电器的触点分别与柴油机组执行机构即启动电磁阀、停止电磁阀、急停电磁阀、高温冷却水泵、低温冷却水泵、海水泵、发电机冷却泵、发电机通风机进、发电机通风机出、预润滑泵、密封油泵、曲轴箱通风机、黏度单元轻油、黏度单元重油相连。
5000m3/h绞吸式挖泥船柴油机组“一键启动”控制装置选用西门子S7-300PLC、与15寸触摸屏实现，数据传输协议采用PROFIBUS-DP协议。集控室触摸屏选用西门子15寸触摸屏MP377，其上设置有“一键启动”、“启动”、“停止”、“急停”4个按钮和进度指示条。“一键启动”按下后，条件运行时，依次启动柴油机辅机系统，进度指示条由每个指示块组成，分别代表“一键启动”条件，只有当进度指示条全变为绿色（不符合条件为白色）时，表示柴油机辅机已正常工作，具备柴油机主机启动条件，按下“启动”按钮，柴油机启动。此时完成柴油机组启动工作。“停止”按钮用于远程停止柴油机组，“急停”用于在紧急情况下远程急停柴油机主机。
机舱PLC控制单元由S7-300系列PLC组成：电源模块为整个机架上的每个PLC模块提供工作电源。CPU模块为“一键启动”功能实现相关数据信息存储、管理、控制算法实现、数据交换（其上的DP端口与触摸屏DP端口通过通信总线连接）。数据交换量包括：触摸屏上进度指示条每个指示块关联变量和4个按钮关联变量，具体结合算法流程图说明。一个数字量输入模块（DI）采集柴油机组故障信号、运行状态反馈信号、机舱控制柜上的停止和急停按钮信号；信号形式为24V电平信号，高电平有效。一个模拟量输入模块（AI1）采集柴油机组的温度和压力信息，信号形式为4-20mA。两个输入模块（AI2、 AI3）采集柴油机主轴承的温度信号，信号形式PT100热电阻。AI模块的通道端子通过线缆相应的柴油机组传感器连接。一个计数模块（FM）连接到柴油机转速传感器，采集柴油机转速。一个数字量输出模块（DO）为PLC的控制输出，每个端子与继电器线圈连接，继电器触点与相应的柴油机主机与辅机控制执行单元相连，实现柴油机组的控制。
机舱PLC控制单元的CPU模块的控制软件包括主程序、柴油机主机启动子程序、故障统计子程序、辅机状态统计子程序以及调用柴油机主机状态查询子程序。主程序流程图如图2所示，其中图3为柴油机主机启动子程序流程图，图4为故障统计子程序流程图，图5为辅机状态统计子程序流程图，图6为调用柴油机主机状态查询子程序流程图。为方便表示规定：TP：表示集控室触摸屏；TP-进度指示条：表示集控室触摸屏上进度指示条，它由16个进度格组成。每个进度格的颜色由其相关变量值决定，为0显示白色，表示此项条件不满足，为1显示绿色，表示此格条件满足，只有所有的进度格全部为绿色时，柴油机组一键启动条件满足，流程图中TP-进度指示条-4=1表示第四个进度格为绿色；PLC-DI-3：表示机舱PLC控制单元DI模块第3通道信号，即励磁故障。
机舱PLC控制单元的CPU模块控制软件的主程序是由如下步骤实现的：1）开始→按下一键启动按钮（TP-一键启动按钮）→黏度单元轻油启动（PLC-DO-13输出）→预润滑泵延时1秒启动（PLC-DO-10输出）→密封油泵延时10秒启动（PLC-DO-11输出）→曲轴箱通风机延时20秒启动（PLC-DO-12输出）→高温冷却水泵延时30秒启动（PLC-DO-4输出）→低温冷却水泵延时40秒启动（PLC-DO-5输出）→海水泵延时50秒启动（PLC-DO-6输出）→发电机冷却泵延时60秒启动（PLC-DO-7输出）→发电机通风机进延时70秒启动（PLC-DO-8输出）→发电机通风机出延时80秒启动（PLC-DO-9输出）→按下启动按钮（TP-启动按钮）→调用柴油机主机启动程序→结束。
机舱PLC控制单元的CPU模块控制软件的柴油机主机启动子程序是由如下步骤实现的：开始→信号采集→调用故障统计子程序→判断有无故障，如无结束，如有→进度指示条的第一指示块变绿（TP-进度指示条－1＝1）→判断滑油压力是否大于0.8bar（PLC-AI1-1信号值）,如否则结束，如是→进度指示条的第十五指示块变绿（TP-进度指示条－15＝1）→判断控制空气压力是否大于6bar（PLC-AI1-2信号值），如否则结束，如是→进度指示条的第十六指示块变绿（TP-进度指示条－16＝1）→调用辅机状态统计程序→判断辅机状态标志位是否等于7，如否则结束，如是→调用柴油机主机状态查询子程序→判断主机启动状态标志位是否等于6，如否则结束，如是→启动主机（PLC-DO-1输出）→结束。
机舱PLC控制单元的CPU模块控制软件的故障统计子程序是由如下步骤实现的：开始→故障计数器置零→判断电气事故跳闸是否有信号，如有则故障计数器加1或无→判断柴油机转速是否大于600rpm（PLC-FM-1›600rpm），如是故障计数器加1或否→曲轴箱压力是否大于0.35bar（PLC-AI1-5大于0.35bar），如是故障计数器加1或否→滑油压力是否小于0.8bar（PLC-AI1-5小于0.8bar），如是故障计数器加1或否→高温水A排出机温度是否大于95℃（PLC-AI1-3大于95℃），如是故障计数器加1或否→高温水B排出机温度是否大于95℃（PLC-AI1-4大于95℃），如是故障计数器加1或否→主轴瓦1温度是否大于95℃（PLC-AI2-1大于95℃），如是故障计数器加1或否→主轴瓦2温度是否大于95℃（PLC-AI2-2大于95℃），如是故障计数器加1或否→主轴瓦3温度是否大于95℃（PLC-AI2-3大于95℃），如是故障计数器加1或否→主轴瓦4温度是否大于95℃（PLC-AI2-4大于95℃），如是故障计数器加1或否→主轴瓦5温度是否大于95℃（PLC-AI2-5大于95℃），如是故障计数器加1或否→主轴瓦6温度是否大于95℃（PLC-AI2-6大于95℃），如是故障计数器加1或否→主轴瓦7温度是否大于95℃（PLC-AI2-7大于95℃），如是故障计数器加1或否→主轴瓦8温度是否大于95℃（PLC-AI2-8大于95℃），如是故障计数器加1或否→主轴瓦9温度是否大于95℃（PLC-AI3-1大于95℃），如是故障计数器加1或否→结束。
机舱PLC控制单元的CPU模块控制软件的辅机状态统计子程序是由如下步骤实现的：开始→辅机状态标志位置零→轻油是否运行（PLC-DI-11有输入），如是进度指示条的第2指示块变绿且辅机状态标志位加1或否→预润滑泵是否运行（PLC-DI-16信号值），如是进度指示条的第3指示块变绿且辅机状态标志位加1或否→密封油泵是否运行（PLC-DI-17信号值），如是进度指示条的第4指示块变绿且辅机状态标志位加1或否→曲轴箱通风机是否运行（PLC-DI-18信号值），如是进度指示条的第5指示块变绿且辅机状态标志位加1或否→高温冷却水泵是否运行（PLC-DI-13信号值），如是进度指示条的第6指示块变绿且辅机状态标志位加1或否→低温冷却水泵是否运行（PLC-DI-14信号值），如是进度指示条的第7指示块变绿且辅机状态标志位加1或否→海水泵是否运行（PLC-DI-15信号值），如是进度指示条的第8指示块变绿且辅机状态标志位加1或否→结束。
机舱PLC控制单元的CPU模块控制软件的调用柴油机主机状态查询子程序是由如下步骤实现的：开始→主机启动状态标志位置零→盘车是否脱开（PLC-DI-2无输入），如是进度指示条的第9指示块变绿且主机启动状态标志位加1或否→主机是否未运行（PLC-FM-1小于2rpm），如是进度指示条的第10指示块变绿且主机启动状态标志位加1或否→停机电磁阀是否断开（PLC-DO-2无输出），如是进度指示条的第11指示块变绿且主机启动状态标志位加1或否→急停电磁阀是否断开（PLC-DO-3无输出），如是进度指示条的第12指示块变绿且主机启动状态标志位加1或否→是否有停机请求（PLC-DI-9或TP-停机按钮无输入），如是进度指示条的第13指示块变绿且主机启动状态标志位加1或否→是否有急停请求（PLC-DI-10或TP-急停按钮无输入），如是进度指示条的第14指示块变绿且主机启动状态标志位加1或否→结束。

Claims (2)

1.一种5000m3/h绞吸式挖泥船用柴油机组一键启动控制装置，其特征在于，包括西门子型号为MP377的15寸集控室触摸屏，西门子S7-300机舱PLC控制单元，集控室触摸屏上设置有“一键启动”、“启动”、“停止”、“急停”4个按钮和进度指示条；机舱PLC控制单元包括电源模块、CPU模块、数字量输入模块（DI）、三个模拟量输入模块（AI1、 AI2、 AI3）、计数模块（FM）、数字量输出模块（DO）；数据传输协议采用PROFIBUS-DP协议，集控室触摸屏的DP端口通过DP总线与机舱PLC控制单元的CPU模块的DP端口相连；机舱PLC控制单元的数字量输入模块（DI）的各输入端分别与柴油机组故障信号即漏油箱故障、盘车闭锁、励磁故障、黏度单元故障、滑油分离机故障、滑油过滤器故障、重油分离单元故障、电气事故跳闸，柴油机组按钮开关即机舱控制柜停机按钮、机舱控制柜急停按钮，柴油机组状态反馈信号即烧轻油信号反馈、烧重油信号反馈、高温冷却水泵运行状态、低温冷却水泵运行状态、海水泵运行状态、预润滑泵运行状态、密封油泵运行状态、曲轴箱通风机运行状态相连；机舱PLC控制单元的三个模拟量输入模块的输入端分别与柴油机组传感器信号即滑油压力、控制空气压力、高温水A排出机温度、高温水B排出机温度、曲轴箱压力、第1档主轴瓦温度、第2档主轴瓦温度、第3档主轴瓦温度、第4档主轴瓦温度、第5档主轴瓦温度、第6档主轴瓦温度、第7档主轴瓦温度、第8档主轴瓦温度、第9档主轴瓦温度相连；机舱PLC控制单元的计数模块的输入端与柴油机转速传感器相连；机舱PLC控制单元的数字量输出模块的各输出端与继电器线圈相连，各继电器的触点分别与柴油机组执行机构即启动电磁阀、停止电磁阀、急停电磁阀、高温冷却水泵、低温冷却水泵、海水泵、发电机冷却泵、发电机通风机进、发电机通风机出、预润滑泵、密封油泵、曲轴箱通风机、黏度单元轻油、黏度单元重油相连。
2.根据权利要求1所述的5000m3/h绞吸式挖泥船用柴油机组一键启动控制装置，其特征在于，机舱PLC控制单元的CPU模块的控制软件包括主程序、柴油机主机启动子程序、故障统计子程序、辅机状态统计子程序以及调用柴油机主机状态查询子程序；
机舱PLC控制单元的CPU模块控制软件的主程序是由如下步骤实现的：开始→按下一键启动按钮→黏度单元轻油启动→预润滑泵延时1秒启动→密封油泵延时10秒启动→曲轴箱通风机延时20秒启动→高温冷却水泵延时30秒启动→低温冷却水泵延时40秒启动→海水泵延时50秒启动→发电机冷却泵延时60秒启动→发电机通风机进延时70秒启动→发电机通风机出延时80秒启动→按下启动按钮→调用柴油机主机启动程序→结束；
机舱PLC控制单元的CPU模块控制软件的柴油机主机启动子程序是由如下步骤实现的：开始→信号采集→调用故障统计子程序→判断有无故障，如无结束，如有→进度指示条的第一指示块变绿→判断滑油压力是否大于0.8bar,如否则结束，如是→进度指示条的第十五指示块变绿→判断控制空气压力是否大于6bar，如否则结束，如是→进度指示条的第十六指示块变绿→调用辅机状态统计程序→判断辅机状态标志位是否等于7，如否则结束，如是→调用柴油机主机状态查询子程序→判断主机启动状态标志位是否等于6，如否则结束，如是→启动主机→结束；
机舱PLC控制单元的CPU模块控制软件的故障统计子程序是由如下步骤实现的：开始→故障计数器置零→判断电气事故跳闸是否有信号，如有则故障计数器加1或无→判断柴油机转速是否大于600rpm，如是故障计数器加1或否→曲轴箱压力是否大于0.35bar，如是故障计数器加1或否→滑油压力是否小于0.8bar，如是故障计数器加1或否→高温水A排出机温度是否大于95℃，如是故障计数器加1或否→高温水B排出机温度是否大于95℃，如是故障计数器加1或否→主轴瓦1温度是否大于95℃，如是故障计数器加1或否→主轴瓦2温度是否大于95℃，如是故障计数器加1或否→主轴瓦3温度是否大于95℃，如是故障计数器加1或否→主轴瓦4温度是否大于95℃，如是故障计数器加1或否→主轴瓦5温度是否大于95℃，如是故障计数器加1或否→主轴瓦6温度是否大于95℃，如是故障计数器加1或否→主轴瓦7温度是否大于95℃，如是故障计数器加1或否→主轴瓦8温度是否大于95℃，如是故障计数器加1或否→主轴瓦9温度是否大于95℃，如是故障计数器加1或否→结束；
机舱PLC控制单元的CPU模块控制软件的辅机状态统计子程序是由如下步骤实现的：开始→辅机状态标志位置零→轻油是否运行，如是进度指示条的第2指示块变绿且辅机状态标志位加1或否→预润滑泵是否运行，如是进度指示条的第3指示块变绿且辅机状态标志位加1或否→密封油泵是否运行，如是进度指示条的第4指示块变绿且辅机状态标志位加1或否→曲轴箱通风机是否运行，如是进度指示条的第5指示块变绿且辅机状态标志位加1或否→高温冷却水泵是否运行，如是进度指示条的第6指示块变绿且辅机状态标志位加1或否→低温冷却水泵是否运行，如是进度指示条的第7指示块变绿且辅机状态标志位加1或否→海水泵是否运行，如是进度指示条的第8指示块变绿且辅机状态标志位加1或否→结束；
机舱PLC控制单元的CPU模块控制软件的调用柴油机主机状态查询子程序是由如下步骤实现的：开始→主机启动状态标志位置零→盘车是否脱开，如是进度指示条的第9指示块变绿且主机启动状态标志位加1或否→主机是否未运行，如是进度指示条的第10指示块变绿且主机启动状态标志位加1或否→停机电磁阀是否断开，如是进度指示条的第11指示块变绿且主机启动状态标志位加1或否→急停电磁阀是否断开，如是进度指示条的第12指示块变绿且主机启动状态标志位加1或否→是否有停机请求，如是进度指示条的第13指示块变绿且主机启动状态标志位加1或否→是否有急停请求，如是进度指示条的第14指示块变绿且主机启动状态标志位加1或否→结束。
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