基于PLC的發電柴油機海水泵控制電路改造設計

楊斌斌，李 霏，王樹仁，唐 然

（中國海上衛星測控部，江蘇江陰 214431）

基于PLC的發電柴油機海水泵控制電路改造設計

楊斌斌，李 霏，王樹仁，唐 然

（中國海上衛星測控部，江蘇江陰 214431）

本文引出了發電柴油機海水泵控制電路進行PLC技術改造的必要性，詳細描述了根據繼電器控制電路進行PLC梯形圖程序設計的方法和步驟，同時給出了PLC程序及控制接線圖，并通過仿真和調試，充分驗證了PLC控制的可行性。

發電柴油機；海水泵；PLC；電路改造；仿真分析

0 引言

某船機艙泵浦電機控制電路多采用傳統的“繼電器—接觸器”控制方式，這種控制方式線路復雜、連接點多，不僅故障多，而且維修量大、維護不便。而采用PLC控制的電路具有故障率低、運行可靠和易維護等優點，同時還能在線實時監測電機運行情況，并能針對異常情況發出報警，使值班人員及時發現定位故障。本文以發電機海水泵為例，對其繼電器控制電路進行了PLC控制改造設計。

1 發電柴油機海水泵簡介

1.1 功能介紹

發電柴油機運行過程中，缸套等部件需要淡水進行循環冷卻，淡水的冷卻是通過中央冷卻器與海水進行熱交換實現，海水泵則在電機帶動下為中央冷卻器提供持續流動的海水，如果海水泵不能正常工作，最終將導致發電柴油機高溫停機。圖1所示為海水泵控制電路圖[1]。

圖1 海水泵控制電路

1.2 存在問題

目前的繼電器控制電路，由于使用了大量的中間繼電器和時間繼電器，不僅接線復雜，而且由于船舶的劇烈振動，接線松動時有發生，故障發生時由于線路交錯在一起，無法短時間定位故障點。

2 海水泵控制電路PLC改造設計

2.1 系統控制要求分析

根據繼電器控制電路，發電柴油機海水泵電機為“星—三角”降壓啟動，分手動和自動兩種工作模式[2]。

將模式選擇開關S43打到手動，按下啟動按鈕2S42或機旁啟動按鈕1SB2，可以手動啟動海水泵。

自動模式下，當模式選擇開關S44打到1主2備時，1#海水泵為主用，可以低壓自啟動，發生低壓故障能自動停機，并且切換啟動備用的2#海水泵。1#海水泵運行中，如果電網斷電后恢復供電，該泵還能延時5s自動啟動。

2.2 輸入/輸出設備確定

根據以上分析，合理分配PLC的輸入/輸出點，具體分配如表1所示。

表1 PLC的I/O分配表

2.3 控制系統接線圖繪制

由于系統所用到輸入/輸出接口比較多，故選用西門子公司生產的CPU226CN型PLC進行控制，該型號PLC具有24個輸入點和16個輸出點，正好滿足需要。考慮到PLC要控制電動機，輸出方式選用繼電器輸出，輸入電源選用AC220V。PLC控制系統的接線圖[3]如圖2所示。

2.4 PLC控制程序編寫

根據功能要求，以1#海水泵為例，手動和自動模式分開進行編程。具體程序設計如下，文字注解表示PLC輸入輸出點與外部元器件的對應關系。

2.4.1 手動控制程序設計

根據輸入輸出接口分配表，如圖3所示，當機旁維修開關打到通位置時I0.4常閉觸點閉合，模式選擇開關2S43打到手動時I0.7常開觸點閉合，按下啟動按鈕2S42或1SB2時I0.0常開觸點閉合，接通中間繼電器M0.2。中間繼電器M0.2的作用是控制1#海水泵電機“星-三角”降壓啟動。

圖2 PLC控制接線圖

如果電機過載或按下停止按鈕，中間繼電器M0.2失電，1#海水泵電機停止運行。

圖3 手動啟動程序

2.4.2 自動控制程序設計

如圖4所示，當模式選擇開關2S43打到自動時I0.7常閉觸點閉合，模式選擇開關2S44打到1主2備時I1.0常開觸點閉合，此時1#海水泵為自動控制，并且1#海水泵為主用，2#海水泵為備用。

1）管路低壓報警

如圖4所示，當海水泵剛開始啟動時，管路還未建立管壓，常開觸點I0.6閉合，中間繼電器M0.0得電動作，若低壓持續10s，中間繼電器M0.1得電動作，產生低壓報警。

圖4 管路低壓延時報警

2）低壓自啟動

如圖5所示，當海水泵管路低壓時，中間繼電器M0.0得電動作使中間繼電器M0.3得電。M0.3的作用是控制1#海水泵電機“星—三角”降壓啟動[3]。

3）備用切換自啟動

自動和2主1備模式下，若2#海水泵運行中出現管路低壓，則中間繼電器M0.6得電，2#海水泵低壓故障停機，并切換啟動1#海水泵，如圖5所示。

為了避免停機狀態下對 2#海水泵進行過載測試時使1#海水泵誤啟動，將與2#海水泵控制電路中2KM53接觸器相對應的線圈Q1.4的常開觸點串聯在電路中，如圖5所示。

4）斷電恢復延時自啟動

電網斷電恢復后，為了避免按下停止按鈕、電機過載和管路低壓故障使1#海水泵停機后，T40自動計時5s后使1#海水泵自動啟動，如圖6所示，可以利用中間繼電器M0.4，當其得電時常閉觸點斷開，這樣即使延時5s后T40常開觸點閉合，中間繼電器M0.3也不會得電。

圖5 自動啟動程序

圖6 順序啟動控制

5）手動與自動切換

為了使手動切換到自動時1#海水泵不停機，將中間繼電器M0.2的常開觸點與 IO.7常開觸點和IO.O常開觸點并聯，同時將M0.1常閉觸點串聯在電路中，如圖3所示，當模式選擇開關2S43打到自動時，中間繼電器M0.2保持通電，電機不會停機。此時當電機過載或管路低壓故障時，可以使1#海水泵停機，同時切換啟動備用的2#海水泵。

為了使自動切換到手動時1#海水泵不停機，將中間繼電器M0.3的常開觸點與 IO.7常閉觸點、MO.O常開觸點和I1.0常開觸點并聯，如圖5所示，這樣當模式選擇開關2S43打到手動時，中間繼電器M0.3保持通電。此時由于IO.7常閉觸點處于斷開狀態，中間繼電器M0.0不會得電，1#海水泵不會低壓停機，也不會切換啟動2#海水泵，同時也不會發生電機過載切換。如果按下停止按鈕，1#海水泵可以停機，并且不會低壓自啟動。

6）停機與故障切換

自動和1主2備模式下，將模式選擇開關2S43打到手動，按下停止按鈕，可以使1#海水泵停機。當1#海水泵運行中出現管路低壓持續10s，中間繼電器M0.1立即得電動作，使1#海水泵停機，同時切換啟動備用的2#海水泵；當1#海水泵電機過載時，I0.5常開觸點閉合，使1#海水泵停機，同時切換啟動備用的2#海水泵。

2.4.3 “星—三角”降壓啟動控制

如圖7所示，當中間繼電器M0.2或M0.3得電后，先使線圈Q1.1和Q1.2得電，使電機星形降壓啟動。經T38延時30秒后，線圈Q1.2失電，線圈Q1.3得電，使電機切換為三角形運行[4]。

圖7 星-三角降壓啟動控制

2.5 指示電路設計

指示電路與控制電路分開，如圖8所示，Q0.0線圈得電輸出時運行指示燈亮，Q0.1線圈得電輸出時管路低壓故障指示燈亮，Q0.2線圈得電輸出時過載指示燈亮。自動模式下，1#海水泵為備用時，Q0.3線圈得電輸出，1#海水泵備用指示燈亮。

圖8 指示電路

以上是1#海水泵的PLC程序設計，2#海水泵的PLC程序與其類同，只是相關輸入輸出點不同，詳細程序見附錄。

3 仿真分析

為檢驗編寫的 PLC程序是否正確，可借助S7-200 SIM 2.0仿真軟件進行調試。仿真分手動和自動，單擊按鈕“I0.7”和“I1.7”，1#和2#泵為手動控制模式，可以手動啟動海水泵，如圖9所示。按鈕“I0.7”和“I1.7”保持初始不變時，1#和 2#泵為自動控制模式，單擊按鈕“I1.0”時，為1主2備，1#海水泵可以自動啟動。通過仿真分析，PLC程序能夠實現既定功能，說明程序是正確的。

圖9 仿真截圖

4 實際電路接線調試

根據設計的海水泵PLC控制接線圖，接出實際電路[5]，并將PLC控制程序下載到PLC，然后進行空載調試。通過調試，1#海水泵和2#海水泵能實現繼電器控制的一切功能，并能獨立輸出低壓報警和過載報警，說明用PLC控制發電柴油機海水泵是可行的。海水泵PLC控制程序如圖10和圖11所示。

圖10 海水泵PLC控制程序

5 結束語

本文通過程序設計、仿真和調試，驗證PLC控制海水泵的可行性。此次改造設計不改動控制柜操作面板，只對內部控制電路進行PLC控制改造，操作人員不用改變長期形成的操作習慣。改造后的PLC控制電路具有接線簡單、工作可靠、故障發生率低等優點，可以使發電柴油機海水泵的工作可靠性明顯增強。利用PLC的模擬量模塊和通信模塊，還可以對以海水泵為代表的機艙泵浦電機運行電流進行聯網在線監測，當電流異常波動時可以輸出報警，有助于工作人員第一時間發現電機過載、軸承

圖11 海水泵PLC控制程序

干磨等故障，并及時進行檢查維護，從而將故障消除在萌芽狀態。

[1]丁根林.主配電板工作圖.鎮江船舶電器有限責任公司,2006.

[2]秦曾煌.電工學(第六版)[M].高等教育出版社,1999.

[3]向曉漢.S7-200 PLC基礎及工程應用[M].機械工業出版社,2014.

[4]蔡杏山.學 PLC技術超簡單[M].機械工業出版社,2015.

[5]廖常初.PLC編程及應用[M].北京:機械工業出版社,2002.

Design of control circuit of seawater cooling pump of power generating diesel engine based on PLC

Yang Bin-bin,Li Fei,Wang Shu-ren,Tang Ran
(China Satellite Maritime Tracking Control Department,Jiangsu Jiangyin 214431,China)

In this paper,the necessity of the PLC technology is introduced,the method and procedure of the PLC ladder diagram programming are described in detail.The PLC program and control wiring diagram are given.The feasibility of PLC control is verified by simulation and debugging.

generator diesel engine; seawater cooling pump; PLC control circuit; simulation analysis

TM921.02

A

10.14141/j.31-1981.2015.06.010

楊斌斌（1985-），男，助理工程師，研究方向：船舶電氣設備。