基于PLC的多用途裝填控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

王 華，賀旭光

（中船重工集團(tuán)公司第713 研究所，河南 鄭州 450015）

0 引言

隨著現(xiàn)代艦船對(duì)艦載武器的作戰(zhàn)效能的要求越來越高，多用途裝填設(shè)備成為現(xiàn)代艦載武器的發(fā)展趨勢(shì)。受艦船安裝空間環(huán)境影響，實(shí)現(xiàn)一種裝填設(shè)備為多種武器系統(tǒng)提供彈藥，就能有效解決該問題。本文介紹基于S7-200 系列的PLC 來實(shí)現(xiàn)對(duì)多用途裝填設(shè)備的控制。

1 多用途裝填系統(tǒng)功能介紹（系統(tǒng)組成及其工作過程）

本裝填系統(tǒng)是多用途彈藥輸送裝置，具有提、退、補(bǔ)、卸A 型彈和補(bǔ)、卸B 型彈等多種功能，可以完成A型彈在主炮炮位甲板（1 甲板）－主炮轉(zhuǎn)運(yùn)間甲板（2 甲板）－彈藥艙甲板之間（3 甲板）進(jìn)行輸送；以及B 型彈在主炮炮位甲板（1 甲板）－彈藥艙甲板（3 甲板）之間進(jìn)行輸送的功能。在主炮固定方位角（當(dāng)輸送B 型彈時(shí)，B 型彈發(fā)射裝置需固定旋回角和高低角）條件下，利用戰(zhàn)前準(zhǔn)備、戰(zhàn)斗間隙或日常訓(xùn)練時(shí)間，完成如下功能：

（1）提（揚(yáng)）彈：將彈藥艙甲板的A 型彈經(jīng)由A 型彈通道 （小通道） 輸送到主炮轉(zhuǎn)運(yùn)間甲板。

（2）退彈：將主炮轉(zhuǎn)運(yùn)間甲板的A 型彈經(jīng)由A 型彈通道 （小通道） 輸送到彈藥艙甲板。

（3）補(bǔ)彈：將主炮炮位甲板的A 型彈經(jīng)由A 型彈通道（小通道）輸送到彈藥艙甲板或主炮轉(zhuǎn)運(yùn)間甲板；或者將主炮炮位甲板的B 型彈經(jīng)由B 型彈通道（大通道）輸送到彈藥艙甲板。

（4）卸彈：將彈藥艙甲板或主炮轉(zhuǎn)運(yùn)間甲板的A 型彈經(jīng)由A 型彈通道（小通道）輸送到主炮炮位甲板；或者將彈藥艙甲板的B 型彈經(jīng)由B 型彈通道（大通道）輸送到主炮炮位甲板。

2 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 控制系統(tǒng)硬件組成和設(shè)計(jì)

多用途裝填控制系統(tǒng)采用PLC 控制，該控制系統(tǒng)具有工作方式及工況選擇、彈位顯示、操作提示、電氣聯(lián)鎖、自動(dòng)定位和緊急停機(jī)等功能。電動(dòng)操作時(shí)，在控制系統(tǒng)的控制下，完成提彈、退彈、補(bǔ)彈、卸彈等工況。圖1 為多用途裝填機(jī)電氣系統(tǒng)配置圖，其主要設(shè)備有控制箱、配電箱、接線箱、甲板操作盒、彈倉(cāng)控制盒、傳感器、執(zhí)行器件等。

圖1 多用途裝填電氣系統(tǒng)配置圖Fig.1 Multi-purpose loading control system configuration diagram

該控制系統(tǒng)的PLC 控制元器件選用S7-200 系列產(chǎn)品中的CPU226 主控模塊，該模塊有24 點(diǎn)輸入，16 點(diǎn)輸出，可以滿足系統(tǒng)的I/O 點(diǎn)數(shù)要求。該控制系統(tǒng)主要控制裝填電機(jī)的啟/停和正/反轉(zhuǎn)。在主電路的設(shè)計(jì)過程中，主要考慮以下幾個(gè)方面因素： 裝填電機(jī)的過熱、過載和過流保護(hù)；導(dǎo)線截面積與電路電流的對(duì)應(yīng)匹配關(guān)系；多處設(shè)置急停按鈕。S7-200 模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使其具有良好的電磁兼容性、工業(yè)環(huán)境適應(yīng)性和擴(kuò)展性。

2.2 控制系統(tǒng)原理

該控制系統(tǒng)控制原理簡(jiǎn)單，技術(shù)成熟、可靠，其原理圖如圖2 所示，控制系統(tǒng)PLC 的部分I/O 信號(hào)如表1 所示。

控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)各傳感器狀態(tài)，并根據(jù)不同工況下，多用途裝填機(jī)的動(dòng)作時(shí)序進(jìn)行運(yùn)算，根據(jù)運(yùn)算結(jié)果控制各執(zhí)行器件動(dòng)作，完成相應(yīng)控制功能。同時(shí)，控制過程中不斷與正常工作狀態(tài)進(jìn)行比較，判定機(jī)構(gòu)動(dòng)作是否故障，出現(xiàn)故障時(shí)及時(shí)斷開執(zhí)行器件動(dòng)作，并給出相應(yīng)故障信息的提示。

圖2 多用途裝填控制系統(tǒng)部分原理圖Fig.2 Part of multi-purpose loading control system schematic diagram

為了方便操作，提高安全可靠性，在多用途裝填機(jī)需要人工操作的地方（彈藥艙、轉(zhuǎn)運(yùn)間和1 甲板處）都設(shè)置有控制操作盒。在不同的工況情況下，需要相應(yīng)的控制操作盒和主操作箱進(jìn)行協(xié)調(diào)動(dòng)作，完成相應(yīng)的工作，并在主操作箱和每個(gè)控制操作盒上都設(shè)有緊急停機(jī)按鈕，保證設(shè)備在任何部位出現(xiàn)故障或誤操作時(shí)都能及時(shí)緊急停機(jī)。

表1 控制系統(tǒng)PLC 的部分I/O 信號(hào)表Tab.1 Part of PLC I/O signal table for control system

2.3 控制系統(tǒng)流程

根據(jù)多用途裝填機(jī)的功能要求，首先系統(tǒng)開機(jī)進(jìn)行自檢，自檢正常后，可進(jìn)行裝填控制系統(tǒng)路徑工況的選擇，多用途裝填機(jī)可進(jìn)行提、退、補(bǔ)和卸彈并實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)信號(hào)狀態(tài)，遇異常時(shí)點(diǎn)亮相關(guān)指示燈，嚴(yán)重時(shí)可自動(dòng)停機(jī)，控制系統(tǒng)流程如圖3 所示。

2.4 控制系統(tǒng)梯形圖

根據(jù)多用途裝填機(jī)控制系統(tǒng)流程圖，采用PLC 控制系統(tǒng)梯形圖，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)多用途裝填控制系統(tǒng)的控制。

多用途裝填控制系統(tǒng)部分梯形圖如圖4 所示。

圖3 控制系統(tǒng)流程圖Fig.3 Flow chart of control system

圖4 多用途裝填控制系統(tǒng)部分梯形圖Fig.4 Part of LAD for multi-purpose loading control system

3 結(jié)束語(yǔ)

基于S7-200 系列PLC 開發(fā)的多用途裝填控制系統(tǒng)，具有操作簡(jiǎn)潔，實(shí)時(shí)監(jiān)控等功能，實(shí)際應(yīng)用表明，該控制系統(tǒng)性能穩(wěn)定、安全可靠、易于維護(hù)，目前該設(shè)備已在某型艦船上投入使用。

[1] 李建興. 可編程控制器應(yīng)用技術(shù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[2] 易泓可. 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)與范例（第2 版）[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[3] 西門子（中國(guó)）有限公司自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)集團(tuán).S7-200 可編程控制器[M]. 機(jī)械工業(yè)出版社，2008.