船舶閥門遙控及液位遙測系統的設計與實現

摘 要：本文以集裝箱船壓載系統為基礎，從軟件和硬件方面設計了基于MCGS組態軟件和PLC的船舶閥門遙控與液位遙測系統。利用液位傳感器和壓力傳感器實時采集四角吃水、壓載艙液位和壓載泵進出口壓力值等信號，經過 PLC 處理后能夠在上位機監控畫面中顯示，實現壓載艙閥門和壓載泵的控制。

關鍵詞：PLC；閥門遙控；液位遙測

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.22.111

當代船舶工業中，控制船體的平衡是重要的課題。船舶在裝卸貨物時需對壓載水進行調節，譬如船在裝貨時，船體勢必向裝貨的方向傾斜，這時候需將裝貨的艙室所對應的壓載艙內的水排出；卸荷時，壓載水注入與卸料艙相對應的壓載艙內。現代船舶控制系統具有自動化、集成化、安全運行、穩定性好等優點。本文在PLC的基礎上設計開發了閥門遙控及液位遙測系統。

1 系統硬件結構設計

閥門遙控和遙測系統分三層結構：電液閥的驅動頭和傳感器單元、控制模塊，監測控制面板MIMIC。從控制系統的角度出發，對船舶各部分進行分散控制，并在控制室和監控平臺上進行集中管理。系統結構如圖1所示。

1.1 閥門電液驅動頭及傳感器單元

閥門開關的動力來源由液壓油所提供，傳動機構由液壓泵、電機、控制附件等組成。由PLC采集的信號控制電磁閥的接通和斷開，液壓部分的集成油路能夠避免管路連接不完整，它具有整體結構，維修方便等優點。每個閥門對應一個電液驅動頭，所以各控制單元之間是獨立的，互不影響，所以能夠提高其可靠性。

該設計選用了壓力式液位傳感器，適用于各種壓載船、燃油艙及船舶液貨的液位測量。傳感器把收集來的液位、船舶吃水、溫度信號轉換為5-20mA的基準電流作為PLC的輸入信號。

1.2 中間控制模塊

中間控制模塊由8臺西門子7S-200系列PLC及相應的擴展模塊組成，其中1臺連接以太網擴展模塊。PLC主站通過交換機與監控機實現通信，PLC從站使用7臺PLC，PLC的主站與從站間、PLC各從站間使用RS485接口進行連接。與PLC1-PLC5相連的數字量輸入/輸出模塊，用來采集來自現場的閥門狀態、泵的運行狀態信號，數字量輸出控制繼電器對閥門進行遙控操作，對各艙的液位、溫度、泵進出口的壓力由模擬量輸入模塊進行采集；數字輸入/輸出模塊連接PLC6和PLC7獲得閥門的開關狀態和MIMIC模擬面板上的啟停控制信號，根據這些信號運行，其輸出驅動閥門的開關，還控制MIMIC模擬面板上的泵操作的指示燈。

2 系統的軟件設計與實現

2.1 監控軟件的設計與實現

本設計通過人機界面實現模塊化、分層化設計，能夠動態顯示液體在管道中的流動，利用鼠標或鍵盤可以打開和關閉閥門上的接口，完成泵的啟動和停止，還可以監控閥門、水泵的實時狀態，便于查找和分析故障。

2.2 PLC程序設計與實現

監控機與PLC主站之間采用以太網模塊進行通信，PLC主站與PLC從站及PLC從站之間采用RS485串行通信接口。PLC自由口協議通信，并且對PLC特殊功能寄存器進行相應的設置，從而定義信息收發的開始和停止條件。

3 系統工作原理及功能

本設計中由PLC1-PLC5負責采集各閥門的開關狀態、液艙的液位、溫度等信號。PLC依次采集所有輸入端子的狀態，作為程序運行時的數據。PLC主站接收采集來的輸入信號，并與監控機進行通信，把信息傳送到監控機，從而使監控機對閥門、泵等狀態進行監控。此外，PLC主站發送接收來的信息到PLC6和PLC7，根據接收到的信息進行相應的操作，輸出控制MIMIC模擬屏指示燈，閥門和泵的狀態也可以顯示在MIMIC模擬屏上。閥門的遠程控制可以在監視器和MIMIC模擬面板上執行，但不能同時進行。當閥門在MIMIC模擬面板遠程操作時，相應的閥的控制信號由PLC6或PLC7收集，并發送到PLC主站，然后發送到相應的PLC1-PLC5從站，實現閥門的遠程控制，從站狀態反饋到監控機和MIMIC模擬控制面板。當監控機遠程操作閥門時，控制信號通過鼠標利用以太網交換機發送到PLC主站，閥門的遠程操作由MIMIC模擬面板完成。其工作原理如圖2所示。

4 結語

該系統工作穩定，運行可靠，人機界面友好，是船舶實現遠程監控的重要部分，能夠體現船舶自動化的發展趨勢。

參考文獻：

[1]靳占光.多功能船舶閥門遙控系統微機系統控制方案[J].海洋技術，2014，23（03）：130-133.

[2]張興彪.液艙閥門控制系統經濟性和可靠性研究[M].大連：大連海事大學出版社，2004.

作者簡介：秦富貞（1981-），女，碩士，副教授，主要研究方向：電氣控制。endprint