基于PLC的船舶甲板絞纜機(jī)械集散控制技術(shù)

孫寧寧　孫婷婷

摘要：隨著智能化、自動(dòng)化以及集成化技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，我國關(guān)于集成化技術(shù)的研究也越來越深入，其中PLC集散控制技術(shù)就是時(shí)代研究的重大產(chǎn)物。文章分析了PLC的基本工作原理和實(shí)踐應(yīng)用過程，針對(duì)其在船舶甲板機(jī)械控制系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析，探討了最佳的集散控制方案，以供參考。

關(guān)鍵詞：船舶甲板；甲板絞纜機(jī)；機(jī)械控制系統(tǒng)；集散控制技術(shù)；PLC 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：U664 文章編號(hào)：1009-2374（2015）16-0068-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.16.033

遠(yuǎn)洋航海事業(yè)是我國發(fā)展多邊貿(mào)易、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè)。而近年來，隨著該產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，為了更好更快地推動(dòng)產(chǎn)業(yè)信息系統(tǒng)的進(jìn)化，提高整體運(yùn)行的工作效率，技術(shù)人員對(duì)集散控制系統(tǒng)進(jìn)行研究，提出一種基于PLC的集散控制技術(shù)。下面將對(duì)該系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)的介紹：

1 PLC工作原理及實(shí)現(xiàn)過程

由于工業(yè)環(huán)境下工作量大、工作內(nèi)容復(fù)雜，有關(guān)科研人員便研發(fā)出可編程序控制器這類數(shù)字運(yùn)算操作點(diǎn)子系統(tǒng)來提高工作效率。在可編儲(chǔ)存器內(nèi)部通過執(zhí)行邏輯運(yùn)算、對(duì)計(jì)算的操作、定時(shí)、順序進(jìn)行控制，之后運(yùn)用數(shù)字式和模擬式對(duì)指令進(jìn)行編制，從而對(duì)不同的機(jī)械生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。

1.1 PLC的基本認(rèn)識(shí)

PLC與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)大致雷同，分硬件和軟件兩個(gè)部分。其中硬件含有中央處理器（CPU）、輸入接口、輸出接口、電源等。軟件的主要構(gòu)成部分則為應(yīng)用程序的編程語言。該套程序?qū)儆谝环N串行工作方式。當(dāng)操作人員將指令輸入到采樣輸出的過程被稱為一個(gè)掃描周期，PLC的工作流程就是不斷對(duì)掃描周期進(jìn)行重復(fù)直到系統(tǒng)停止運(yùn)行。

1.2 PLC工業(yè)控制流程

與其他控制裝置的工作流程大致相同，可以分為如下步驟：（1）要充分掌握系統(tǒng)的工藝流程和操作中的要求；（2）對(duì)控制方案進(jìn)行分析后，篩選出最為合理的方案；（3）對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行配置，對(duì)控制程序進(jìn)行編寫調(diào)試后，進(jìn)行組裝運(yùn)行測(cè)試。

2 甲板絞纜機(jī)的集中控制系統(tǒng)方案

2.1 對(duì)控制系統(tǒng)的對(duì)象的要求

絞車絞盤通常會(huì)安置在就地機(jī)旁邊的控制臺(tái)上，但在集中控制處也可以進(jìn)行控制，通常選用切換按鈕進(jìn)行設(shè)置，以便采用就地控制與集中控制的相互轉(zhuǎn)換。方便對(duì)駕駛艙進(jìn)行操作和切換，對(duì)駕駛艙內(nèi)的控制臺(tái)進(jìn)行集中的設(shè)置，其中包括2個(gè)操作指示燈同定位系統(tǒng)，利用觸摸屏對(duì)甲板進(jìn)行集中控制及對(duì)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，現(xiàn)場的控制臺(tái)需要具備以下的功能：能夠?qū)?dòng)力站液壓進(jìn)行啟動(dòng)和停止的操作、具備載重的提示功能、離合器嚙合/脫離操縱和指示等。操作室內(nèi)的控制板面需要具備以下功能：能夠?qū)?0臺(tái)絞車和6臺(tái)絞盤的回收比例進(jìn)行操作；能夠啟動(dòng)轉(zhuǎn)向液壓油泵電動(dòng)機(jī)、對(duì)離合器的離合器嚙合/脫離操縱具有警示作用；能夠顯示鋼索的長度和張力，具有綜合報(bào)警功能。

2.2 對(duì)集中控制系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)

對(duì)甲板機(jī)械監(jiān)控采用集中方案的時(shí)候，需要根據(jù)駕駛臺(tái)和現(xiàn)場兩個(gè)方面綜合考慮控制器的輸出與輸入，從而令工業(yè)控制具有通用性，同時(shí)在編程的時(shí)候也具備一定的靈活性，通過控制器對(duì)絞線之間的連接與交換從而形成了PLC的控制網(wǎng)絡(luò)，利用電子觸屏實(shí)現(xiàn)集中操作和控制顯示，同時(shí)需要在每臺(tái)設(shè)備的附近安置操作箱方便操作，在實(shí)現(xiàn)集中控制和獨(dú)立分散控制后，可采用西門子的CPU作為機(jī)械操作的核心系統(tǒng)，利用雙絞線對(duì)控制中心進(jìn)行連接來實(shí)現(xiàn)駕駛室的集中操作。其中該動(dòng)力系統(tǒng)為PLC，相互之間聯(lián)系的系統(tǒng)為ppi系統(tǒng)，它可以促使系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換盡快完成。其中，整個(gè)系統(tǒng)有4臺(tái)PLC，至少需要有3臺(tái)操作機(jī)可進(jìn)行獨(dú)立操作。同時(shí)PLC模塊上需要設(shè)置運(yùn)行燈、故障燈和待機(jī)燈，用戶可通過其他的燈對(duì)PLC進(jìn)行判斷，若PLC出現(xiàn)故障后，運(yùn)行燈將會(huì)停止運(yùn)行，相應(yīng)的故障提示燈會(huì)亮起，設(shè)備將會(huì)自動(dòng)關(guān)閉輸出系統(tǒng)。

2.3 對(duì)甲板硬件系統(tǒng)的配置

通過甲板的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以看出，絞車和絞盤通常位于甲板左右舷和艏升高甲板左右舷四處，同時(shí)每臺(tái)設(shè)備需要的輸入信號(hào)應(yīng)不低于4，輸出信號(hào)應(yīng)不低于3。每處至少要配置一臺(tái)微型的PLC，同時(shí)需要不低于2臺(tái)的絞車和絞盤，輸入信號(hào)總數(shù)約為18左右，輸出信號(hào)約14左右。因此，建議采用穩(wěn)定性高的西門子A8，該設(shè)備的CPU參數(shù)為226，其中輸出量為22，輸入量為16，具有較強(qiáng)的可靠性和較高的性價(jià)比。在操縱之前需要對(duì)鋼絲繩的張力進(jìn)行模擬，以便張力能符合控制的相關(guān)要求。為了設(shè)備具有維護(hù)性，需要對(duì)控制泵站和駕控臺(tái)進(jìn)行集中控制，同樣采用CPU226。通過對(duì)控制系統(tǒng)整體進(jìn)行分析，得知本系統(tǒng)的通信結(jié)構(gòu)較為簡單，具體體現(xiàn)在對(duì)現(xiàn)場控制、對(duì)泵站的控制上。因此，可采用以PPI為主通訊協(xié)議方式。在這樣的協(xié)議下，可利用NETW（寫）和NETR（讀）指令實(shí)現(xiàn)各站之間的數(shù)據(jù)通信。同時(shí)利用雙絞線對(duì)其進(jìn)行連接，可將4臺(tái)現(xiàn)場控制臺(tái)設(shè)置為從站，泵站和駕控臺(tái)設(shè)置為主站，滿足系統(tǒng)對(duì)通訊功能的

要求。

3 對(duì)控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)

通過上述的介紹可以得知PLC的控制器共6臺(tái)，其中現(xiàn)場箱有4臺(tái)，對(duì)控制板面的主要設(shè)計(jì)如下：

3.1 硬件設(shè)計(jì)

主控制為CPU226，利用外接繼電器對(duì)輸出進(jìn)行隔離，同時(shí)需要配一塊輸入輸出為EM235的擴(kuò)展模塊，輸出點(diǎn)為16，輸出點(diǎn)為22，因此需要對(duì)外加繼電器進(jìn)行電位隔離，并將2個(gè)RS485進(jìn)行自由組網(wǎng)，令系統(tǒng)的集成能力得到提高。具體的參數(shù)如表1，對(duì)模塊的模擬參數(shù)見表2。

4 結(jié)語

（1）改善了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，系統(tǒng)采用容錯(cuò)技術(shù)，集散控制，使得單元故障問題只影響局部運(yùn)行，且系統(tǒng)具有自診斷、報(bào)警功能；（2）工作原理簡單、靈活，便捷方便。采用標(biāo)準(zhǔn)的硬件模塊和軟件模塊，能靈活組建，節(jié)約了成本，提高了工作效率。所以，PLC在船舶甲板機(jī)械集散控制系統(tǒng)中的應(yīng)用能提升整體工作效率、節(jié)約成本，具有積極的推廣意義。

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作者簡介：孫寧寧（1986-），男，山東榮成人，榮成市泓遠(yuǎn)化工有限公司助理工程師，研究方向：技術(shù)員；孫婷婷（1987-），女，山東榮成人，威海海洋職業(yè)學(xué)院助教，碩士，研究方向：教學(xué)。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）