基于PLC的漁船吸魚裝備控制系統(tǒng)

林雯雯，劉國(guó)平，曾 鵬，蘇玉香，袁躍鋒

●（浙江海洋學(xué)院，浙江舟山 316000）

基于PLC的漁船吸魚裝備控制系統(tǒng)

林雯雯，劉國(guó)平，曾 鵬，蘇玉香，袁躍鋒

●（浙江海洋學(xué)院，浙江舟山 316000）

介紹了吸魚裝備的結(jié)構(gòu)組成及其工作原理；結(jié)合PLC技術(shù)，根據(jù)其抽氣控制系統(tǒng)、吸魚控制系統(tǒng)和排魚控制系統(tǒng)，確定系統(tǒng)I/O模塊。設(shè)計(jì)出具有自動(dòng)控制、循環(huán)的PLC控制系統(tǒng)，以改善現(xiàn)今漁船的生產(chǎn)力水平。

I/O模塊；PLC控制系統(tǒng)；吸魚裝備

0 引言

近些年，吸魚泵在漁獲的起卸和傳送上使用越來(lái)越廣泛，效果十分顯著[1]。而目前大多數(shù)使用的吸魚裝置，主要由繼電器、接觸器控制。系統(tǒng)觸點(diǎn)繁多，接線線路比較復(fù)雜，且觸點(diǎn)開(kāi)閉時(shí)存在機(jī)械磨損、電弧燒傷等現(xiàn)象，觸點(diǎn)壽命短，所以可靠性和維護(hù)性較差；在控制邏輯上，因?yàn)槔^電器觸點(diǎn)數(shù)量有限，其靈活性和可擴(kuò)展性受到很大限制，自動(dòng)控制性能較差。

PLC（可編程控制器）系統(tǒng)以其連線少，體積小，可靠性高，編程簡(jiǎn)單，易于修改、性價(jià)比高等特點(diǎn)被現(xiàn)代工業(yè)廣泛應(yīng)用。基于PLC的漁船吸魚裝置控制系統(tǒng)，提供一種全自動(dòng)抽吸漁獲的裝置，且能在完成一次循環(huán)后自動(dòng)進(jìn)行下一循環(huán)，無(wú)需人員監(jiān)控操作，可減輕船員負(fù)擔(dān)，提高漁船生產(chǎn)力水平。

1 系統(tǒng)的基本組成

真空吸魚裝置是由鋼制真空集魚桶、水環(huán)式真空泵、各類傳感器、PLC電氣控制箱、進(jìn)出氣電磁閥、出魚水密封口門、吸魚軟管等主要部分組成。其結(jié)構(gòu)形式如圖1所示[2]。

圖1 真空吸魚泵結(jié)構(gòu)圖

對(duì)整個(gè)吸魚裝置而言，真空集魚桶是主要部件。首先要求在抽真空時(shí)不漏氣，要注意各連接部位的加工工藝及配套密封膠圈，所連接的吸魚膠管有無(wú)脫落，損壞，老化，開(kāi)裂或連接太松。其次是集魚桶體內(nèi)壁必須光滑，無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)部件，當(dāng)魚被吸入時(shí)不與桶體產(chǎn)生磨擦，魚體不受損傷，且可抽吸活魚[3]。

真空泵通過(guò)導(dǎo)管連接到集魚桶的頂端，其導(dǎo)管和集魚桶的連接處設(shè)有抽/進(jìn)氣轉(zhuǎn)換閥。當(dāng)需要吸魚時(shí)，PLC控制系統(tǒng)控制抽氣閥打開(kāi)，真空泵將集魚桶內(nèi)抽成真空。當(dāng)需要排魚時(shí)，則通過(guò)抽/進(jìn)氣轉(zhuǎn)換閥切換到進(jìn)氣狀態(tài)，通過(guò)氣壓將魚水排出。集魚桶內(nèi)的頂部設(shè)有高水位傳感器，當(dāng)魚水吸入到集魚桶預(yù)設(shè)的水位時(shí)，將該信號(hào)傳送到PLC控制系統(tǒng)停止吸魚。集魚桶上設(shè)置有檢測(cè)集魚桶內(nèi)部氣壓的真空表，隨時(shí)監(jiān)測(cè)桶內(nèi)氣壓變化。魚水入口設(shè)有電磁閥門，與吸魚軟管連接，魚水出口由密封門密封，由電磁閥開(kāi)啟和關(guān)閉。

一般情況下，性能理想的真空吸魚泵應(yīng)具備以下條件：1）平穩(wěn)抽吸，在輸送魚貨時(shí)，應(yīng)避免抽吸不平穩(wěn)而損傷魚體，使魚貨變質(zhì)控制在最低限度；2）高效率，盡可能的縮短對(duì)漁獲抽吸，排卸的時(shí)間；3）設(shè)備應(yīng)防銹、耐磨，以節(jié)省停工檢修的時(shí)間；4）具有處理大量固態(tài)物體的能力，尤其是處理魚艙底部的漁獲物能力。

2 系統(tǒng)硬件組成

2.1 I/O模塊及點(diǎn)數(shù)的選擇

I/O模塊的確定，是PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。首先根據(jù)被控對(duì)象的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的總點(diǎn)數(shù)，并要考慮今后調(diào)整與擴(kuò)充，估算I/O的點(diǎn)數(shù)。其次還得考慮到I/O模塊開(kāi)關(guān)量輸入模塊和開(kāi)關(guān)量輸出模塊的選擇。進(jìn)行相應(yīng)的I/O地址分配，并據(jù)此繪制I/O接線圖[4]。

2.1.1 輸入點(diǎn)分析

1）抽氣控制。主要包括真空泵的報(bào)警控制和起停控制。報(bào)警控制根據(jù)魚艙里魚水液面的高低，過(guò)高過(guò)低都將報(bào)警；起停控制是根據(jù)魚艙里魚水液面達(dá)到一定要求，即可手動(dòng)啟動(dòng)，且在下一循環(huán)里自動(dòng)對(duì)桶體進(jìn)行抽氣。如魚艙魚水液面過(guò)低，則報(bào)警30s；如無(wú)指示自動(dòng)切停真空泵運(yùn)轉(zhuǎn)。也就是在輸入信號(hào)時(shí)，由三個(gè)模擬量輸入。所以需要三個(gè)輸入量、一個(gè)啟動(dòng)真空泵開(kāi)關(guān)、一個(gè)啟動(dòng)吸魚裝置開(kāi)關(guān)、一個(gè)復(fù)位鍵和一個(gè)停止按鈕，共需要7個(gè)輸入點(diǎn)。

2）吸魚控制。只要達(dá)到所設(shè)定的真空度便可控制吸魚閥開(kāi)啟，所以只需一個(gè)信號(hào)，即1個(gè)輸入點(diǎn)。

3）排魚控制。利用高水位傳感器控制桶體水位，達(dá)到要求即可排魚。從開(kāi)始排魚到排魚結(jié)束開(kāi)始下一循環(huán)由時(shí)間繼電器控制，時(shí)間設(shè)定為20s。所以排魚控制過(guò)程只需1個(gè)輸入點(diǎn)即可完成。

2.1.2 輸出點(diǎn)分析

1）抽氣控制。檢測(cè)魚艙內(nèi)魚水的水位，當(dāng)水位過(guò)高，蜂鳴器響起，同時(shí)黃色警示燈亮；當(dāng)水位過(guò)低，蜂鳴器響起，同時(shí)紅色警示燈亮；當(dāng)水位適中，則綠色指示燈亮，提醒操作者可進(jìn)行下一步操作。即啟動(dòng)真空泵，打開(kāi)抽氣閥門。總共需要7個(gè)輸出量。

2）吸魚控制。在對(duì)桶體抽氣達(dá)到一定真空度時(shí)，便打開(kāi)吸魚電磁閥。對(duì)應(yīng)1個(gè)輸出數(shù)字量。

3）排魚控制。高水位傳感器感應(yīng)到液位達(dá)到要求，控制轉(zhuǎn)換閥使抽氣變送氣，同時(shí)控制排魚電磁閥打開(kāi)。對(duì)應(yīng)2個(gè)輸出量。

綜上所述，PLC所需的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)量確定結(jié)果如表1、表2所示。

表1 輸入模塊對(duì)應(yīng)用途

表2 輸出模塊對(duì)應(yīng)用途

2.2 PLC配線圖

確定了系統(tǒng)被控對(duì)象后，PLC的線路設(shè)計(jì)是硬件設(shè)計(jì)的主要工作，線路的設(shè)計(jì)也就是整個(gè)系統(tǒng)電路的連接。在所有的電器元件中PLC起著核心的作用。與傳統(tǒng)繼電器、接觸器控制系統(tǒng)相比，不僅大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)復(fù)雜程度，也提高了系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性。從本質(zhì)上來(lái)看，基于 PLC的吸魚裝置控制系統(tǒng)的控制思路仍然與繼電器、接觸器控制系統(tǒng)相似。只是在控制手段上采用了更先進(jìn)控制設(shè)備。這樣更有利于被操作人員接受及掌握。吸魚裝置PLC控制系統(tǒng)配線圖，如圖2所示。

圖2 吸魚裝置PLC配線圖

3 系統(tǒng)自動(dòng)控制軟件設(shè)計(jì)

PLC控制程序主要由一個(gè)主程序和若干子程序構(gòu)成。在軟件設(shè)計(jì)中，按照系統(tǒng)功能要求，根據(jù)不同模塊具體作用，做出如圖3所示的流程圖。

圖3 PLC控制程序框圖

真空吸魚裝置的具體工作過(guò)程是將吸魚軟管放入一定魚水比例的魚艙中，其魚水比例一般為1:1甚至更高，此時(shí)啟動(dòng)控制箱面板上的真空泵開(kāi)關(guān) X1，水環(huán)式真空泵Y5開(kāi)始工作。等水環(huán)式真空泵正常運(yùn)行后，起動(dòng)吸魚裝置開(kāi)關(guān)X2，真空集魚桶的抽氣電磁閥Y6即打開(kāi)，而吸魚水進(jìn)口閥則處于關(guān)閉狀態(tài)，排魚水的密封門也同時(shí)閉合。集魚桶內(nèi)整個(gè)系統(tǒng)被抽氣形成負(fù)壓，當(dāng)真空度傳感器X13感應(yīng)到桶內(nèi)負(fù)壓達(dá)到一定真空度時(shí)，立即反饋給PLC，控制吸魚口電磁閥 Y7自動(dòng)開(kāi)啟，魚、水通過(guò)吸魚軟管被吸入到集魚桶內(nèi)。等高水位傳感器X14感應(yīng)到桶內(nèi)水位達(dá)到所設(shè)定的高水位時(shí)，高水位傳感器立即把信號(hào)反饋給PLC，使抽/進(jìn)氣閥Y10轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換閥便由向集魚桶抽氣狀態(tài)轉(zhuǎn)變成向其送氣加壓狀態(tài)。同時(shí)打開(kāi)魚、水出口閥 Y11，在向桶內(nèi)加壓的同時(shí)將魚、水排送到指定位置，完成延時(shí)排魚出水工作。PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)上訴工作的同時(shí)，自動(dòng)循環(huán)以上工作程序和步驟。這樣，就能間歇式地達(dá)到吸魚裝置輸送漁獲的目的[1,5]。

吸魚裝置的吸魚軟管置于裝滿魚的魚艙內(nèi)，艙內(nèi)裝有三個(gè)液面?zhèn)鞲衅鳌．?dāng)魚艙內(nèi)的魚即將抽吸完畢時(shí)，處于最低位置的傳感器即報(bào)警，并在報(bào)警30s內(nèi)未做出相應(yīng)解決動(dòng)作便向泵發(fā)出停止工作的信號(hào)。當(dāng)魚艙重新裝進(jìn)魚時(shí)，第二個(gè)傳感器啟動(dòng)，發(fā)出信號(hào)，便可人為的啟動(dòng)真空泵，使泵高速運(yùn)轉(zhuǎn)，開(kāi)始工作。第三個(gè)傳感器裝于魚艙頂部，作為輔助防護(hù)措施，如果漁獲物液面接觸該傳感器，則聲光報(bào)警顯示，表示停止向魚艙輸送漁獲物，以防魚艙過(guò)滿。上述3個(gè)傳感器分別連接到PLC控制系統(tǒng)的I/O口X10、X11、X12。

4 結(jié)論

本文根據(jù)目前吸魚裝置所存在的不足，基于PLC系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化、改進(jìn)。介紹了吸魚裝置的基本組成，明確了系統(tǒng)研究對(duì)象。在硬件設(shè)計(jì)上，通過(guò)將被控對(duì)象按功能進(jìn)行相互獨(dú)立的分解，確定I/O模塊，對(duì)其進(jìn)行線路連接。

在軟件設(shè)計(jì)上，畫出具體程序框圖，采用三菱FX2N系列PLC對(duì)漁船吸魚裝備進(jìn)行自動(dòng)化控制，實(shí)現(xiàn)了吸魚過(guò)程的基本功能，充分發(fā)揮了PLC系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。從而優(yōu)化了電路的控制結(jié)構(gòu)，提高了設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。

[1]葉燮明, 徐君卓. 國(guó)內(nèi)外吸魚泵研制現(xiàn)狀[J]. 現(xiàn)代漁業(yè)信息, 2005(9): 7-8.

[2]黃濱, 關(guān)長(zhǎng)濤, 林德芳, 等. 網(wǎng)箱真空活魚起捕機(jī)的研究[J]. 海洋水產(chǎn)研究, 2004(3): 54-60.

[3]葉燮明, 徐君卓. 網(wǎng)箱吸魚泵的研制和試驗(yàn)[J]. 漁業(yè)現(xiàn)代化, 2003(3): 25-26.

[4]王萬(wàn)新. 基于 PLC的開(kāi)放式數(shù)控車床系統(tǒng)開(kāi)發(fā)研究[J]. 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造, 2008(9): 160-162.

[5]朱健康, 丁蘭. 深水區(qū)大型抗風(fēng)浪網(wǎng)箱配套設(shè)施系統(tǒng)[J]. 福建水產(chǎn), 2005(4): 70-72.

Control System in Finishing Installation for Fishing Vessels Based on PLC

LIN Wen-wen, LIU Guo-ping, ZENG Peng, SU Yu-xiang, YUAN Yue-feng
(Zhejiang Ocean University, Zhejiang Zhoushan316000, China)

The structures about the fishing installation and its works principle were introduced. According to the exhaustion control system, fish intake control system and the fish eduction control system, with PLC technology, its specific automatic and circular control circuit system were designed to determine the I/O module of the system in order to improve the level of the productivity created by modernized fishing vessels.

I/O module; PLC control; fishing installation

TU85

A

浙江省重大科技專項(xiàng)計(jì)劃項(xiàng)目“大型遠(yuǎn)洋拖網(wǎng)加工漁船吸魚裝備關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”（2011C11070）；2012年浙江省大學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)計(jì)劃（新苗人才計(jì)劃）資助項(xiàng)目（2012R411048）。

林雯雯（1988-），女，碩士研究生。研究方向：漁船裝備與技術(shù)。