摘 要

船舶负载模拟装置作为一种重要的船舶系统测试装置，在船舶行业中占据着极其重要的地位。随着时代的发展，科技的进步，在船舶的设计制造过程中，人们对于船舶负载模拟装置的工作性能如负载调节能力、节能效果等有着越来越高的要求。传统的船舶负载模拟装置如测功器、水电阻、干式电阻箱等由于工作性能差，运行时释放出大量的热造成了能源浪费和环境污染等原因已经远远不能满足人们的需求。人们对一种高效、节能的船舶负载模拟装置的需求越来越迫切。

为了促进船舶负载模拟装置的发展，满足人们对于船舶负载模拟装置节能、高效的要求，使其遵循可持续发展的路线，符合建设资源节约型、环境友好型社会的要求，论文针对一种新型的具备电能回馈功能的船舶可调负载模拟装置进行了研究，论文内容主要包括以下几个方面：

首先，介绍了国内外船舶负载模拟装置的研究现状及传统负载模拟装置的优缺点；其次，设计了基于PLC、变频器、电机、能量回馈单元的船舶可调负载模拟装置；随后，运用STEP7软件实现了控制器PLC程序的编写，并完成了调试工作；最后，运用组态软件FameView设计了上位监控系统，并完成了与下位机的通信。

整个负载模拟装置满足了海事局培训评估的要求，通过能量回馈单元及变频器实现了电能回馈功能，达到了节能减排的目的；通过PID控制完成了对负载的调节；通过监控系统完成了对该装置的控制与监控。该装置工作性能良好，具有广阔的应用前景。

关键词：负载模拟装置；能量回馈；PLC；FameView

Abstract

As one of the most important testing devices, the ship load simulator plays an important role in the ship industry. With the development of the times, the progress of science and technology, in the design and manufacture of ships, people have higher and higher requirements on the working performance of the ship load simulation device, such as load regulation capacity, energy saving effect and so on. The traditional ship load simulation device, such as a dynamometer, water resistance, dry resistance box due to poor work performance, operating release a lot of heat resulting in energy waste and environmental pollution has far cannot satisfy people's needs. It is more and more urgent to people to a kind of high efficiency and energy saving ship load simulation device.

In order to promote marine development load simulation device meet people for ship load simulation device for energy-saving and efficient requirements, to follow the route of sustainable development, in line with the construction of resource-saving and environment friendly society, the paper for a model with electric energy feedback function of the ship adjustable load simulation device was studied. The content mainly includes the following aspects:

Firstly, this paper introduces the domestic and international ship load simulation device research present situation and the traditional load simulation device shortcomings and advantages; secondly, the design of the based on PLC, frequency converter, motor, energy feedback unit of ship adjustable load simulation device; subsequently, using STEP7 software to achieve the PLC program controller of preparation, and completed the debugging work. Finally, the monitoring system is designed based on FameView configuration software, and completed the communication with the lower computer.

The load simulation device can meet the requirements of maritime training assessment, through the energy feedback unit and a frequency converter to realize the electric energy feedback function, to achieve the purpose of energy saving and emission reduction; by PID control to complete the regulation of load; by monitoring the system completed the device control and monitoring. The device has good working performance and has broad application prospects.

Key Words：Load simulator；energy feedback；PLC；FameView

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1课题研究的目的及意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.2.1 国外研究现状 2

1.2.2 国内研究现状 2

1.3 本课题研究内容 4

第2章 船舶可调负载模拟装置硬件设计 5

2.1系统结构设计 5

2.2设备选型 5

2.2.1 上位机 5

2.2.2 PLC 6

2.2.3 变频器 8

2.2.4 电机 9

2.2.5 扭矩传感器 11

2.2.6 能量回馈单元 12

2.3本章小结 14

第3章 船舶可调负载模拟装置软件设计 15

3.1 PLC概述 15

3.1.1 PLC简介 15

3.1.2 PLC的组成 16

3.1.3 PLC工作原理 17

3.2 控制程序设计 18

3.3本章小结 23

第4章 上位监控系统 24

4.1 组态软件介绍 24

4.2 上位机与PLC的通讯 25

4.2.1 CP243-1以太网扩展模块 25

4.2.2 FameView的通讯设置 25

4.3 上位监控系统界面 28

4.4本章小结 30

第5章 总结与展望 31

5.1总结 31

5.2展望 31

参考文献 33

致 谢 35

第1章 绪论

1.1课题研究的目的及意义

我国是世界上能源消耗量最大的国家之一。减少能耗、节约能源、降低排放是社会和经济发展所面对的一个重要问题。目前我国各个产业能源消耗量巨大，但是能源的利用率并不高。为了实现可持续发展的目标，节能减排问题不容忽视。船舶行业作为国家经济的重要组成部分，更不能忽视节能减排。对于船舶负载模拟装置，需要过各种形式不断提升其科技水平，不断研发具有更高附加值和更高技术含量的船舶负载模拟装置^[1,2]。

目前存在的负载模拟装置有测功器、水电阻，干式电阻、电抗器等。这些传统的负载模拟装置不仅工作性能差，而且在工作过程中会释放出大量的热，这些传统的负载模拟装置对自身释放出的热能不能加以处理和回收利用，通常将其直接散失到了环境中，造成了能源浪费和环境污染。在全球能源紧张的背景下，传统负载模拟装置由于其能源消耗量大，能量利用率低，其使用成本不断上升。为了降低能耗、减少成本，船舶负载模拟装置应该遵循节能减排这一理念^[3,4]。考虑到环保性、经济性，人们对高效、节能的船舶负载模拟装置的需求越来越迫切。

在陆地上，船舶系统的测试离不开船舶负载模拟装置。该装置可对船舶负载在不同工况下的运行状态进行模拟，从而完成船舶工作性能的测试、工作性能的监控、故障原因的查找及排除。为了应对船舶在运行时可能出现的各种状况，避免船舶在实际运行时出现故障，造成损失，设计一套可以模拟船舶各电力负载的装置是必要的。