船用阀门控制器的设计.doc

前言 从上个世纪的“十阀九漏”，到目前不少产品出口国外，我国的阀门行业取得长足进步。但来自中国通用机械工业协会阀门会的资料显示，我国每年阀门市场成交额高达500亿左右，其中却有100多亿元的市场被国外阀门企业占领，要改变这种现状，通过创新技术提高阀门质量是关键。 随着全球经济和海洋运输业的发展，遥控阀门系统成为大型化，高自动化船舶中必须配置的设备之一，而阀门驱动器则是实现船用阀门遥控系统国产化的关键部件。特别是针对化学制品船、油船能带有危险性的船舶有其重要的作用。随着工业自动化的不断发展，国内外的多家船舶制造商都开始将总线控制技术引入到船舶自动化系统中，从而提高了船用阀门控制系统的稳定性和可靠性。 在谈到我国阀门行业的现状时，北京市市政工程设计研究总院教授级高级工程师王光杰、张延蕙认为，虽然我国从事阀门生产的企业很多，但多属中小企业。少数小企业既无图纸，也无工艺，更没有技术人员，产品不符合国家标准，甚至生产假冒伪劣产品，严重扰乱了阀门市场，也浪费了宝贵的资源。不少大的国有企业面临着包袱重、资金困难、技术陈旧的问题，又没有力量进行技术改造和投资新项目。阀门技术与国际先进水平大概相差10年左右，比如一些高温高压和耐强腐蚀的产品无法生产，海洋石油开采使用的阀门要求10～15年不泄漏，我们也基本达不到这种要求。长途管道输送主线还都用的是国外产品，国内产品只能用在支线上。 基于上述这一情况，本文设计了基于嵌入式智能阀门控制器的设计。控制器的设计用ARM微处理器，集测量、控制和远程传输于一体。通信部分的设计采用工业控制计算机、通过CAN总线与电液阀控制器通信，可以实现远程控制阀门开关、实时显示阀门的各相关信息等。软件设计采用Visual Basic 6.0实现对下位机控制系统的信息采集、处理与远程监控等。然后进行初步的分析设计和进一步的实施，通过VB编写需要的程序，最后对系统总体性能进行测试研究。 　　 1绪论 1.1课题研究背景 按照阀门驱动性质划分，管路上阀门的驱动装置主要有液压驱动、电气驱动、气动驱动以及电液驱动等，各种方式都有其优缺点。传统的船用阀门普遍采用液压驱动方式，液压驱动是以一定压力的油液作为工作介质来驱动液压驱动头来工作，并将驱动头的水平运动转换为开关阀门的操作。其中每个阀门须两根由铜管制成的油路管作用于阀门，从而实现对阀门的开启、关闭，以及调节控制，所以控制装置与执行装置之间的距离一般又比较远，故使得这种阀门控制方式既浪费铜材又增加了船体自身的重量，还占据了船体有限的空间。 基于传统阀门控制的这一缺点，国内外的多家船舶制造商开始研究新的解决方案。一种基于现场总线的电子液压驱动方式逐渐被引入到船舶阀门制造领域。现场总线是一种应用于生产现场，在现场设备之间、现场设备与控制装置之间实现双向、串行、多节点数字通信的技术。现场总线体现了分布、开放、互联、高可靠性的特点。 1.2课题研究的意义及内容 近年来，随着船舶自动化程度的提高，越来越多的油船、化学制品船都采用远程阀门遥控系统，一来体现了阀门遥控系统的迅速发展，二来提高了其安全性、稳定性和可靠性，成为了船舶货油系统和压载水系统稳定运行的有力保障。 我国作为造船大国，每年船舶的产量都在数百上千艘，在世界上与日本相当且仅次于韩国。随着国际造船业日益向着自动化、智能化、舒适化等目标发展，船舶对于装卸自动化系统以及动力、滑油冷却、消防等系统的高端配套设备提出了更高的要求。通常船舶上的阀门很多，其中大部分工作在危险的地方，这些危险的地方就需要阀门遥控系统来精确的控制它们的开关。但是我国的阀门遥控系统以及其所属的船舶装卸自动化系统技术几乎都被国外产品所垄断，我国自主生产率极低，所以发展我国船舶阀门遥控系统自主化刻不容缓。 嵌入式系统的引进，可提高遥控系统的精确度，提升设备的性能和优化其结构。针对其结构特点开发相应软件的程序员不需要知道设备的具体结构，也不需要知道其具体的工作原理，就可以开发出想对应的工业软件，这在一定程度上减轻了推广智能阀门远程遥控系统的难度。 1.3 课题研究的目的 本文研究了船用阀门控制器的设计，此次设计综合利用了嵌入式系统，总线技术，工业控制等，完成了船用智能阀门控制器的设计。船用智能阀门控制器的设计不仅提高了生产的可靠性和稳定性，也促进了工业化的高速发展，在每次的设计与突破之中，船用阀门控制器会得到不断的创新与发展。同时，也提高了我独立思考问题的能力，进一步让我了解到了关于船用阀门的技术知识。 2 CAN总线与嵌入式技术 2.1 CAN总线 CAN 是Controller Area Network 的缩写，是ISO国际标准化的串行通信协议。在当前的汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来。由于这