基于PLC 的南極磷蝦脫殼加工設(shè)備船載中央控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

張軍文，鄭曉偉，倪 錦

［1.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)機(jī)械儀器研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部遠(yuǎn)洋漁船與裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，國家水產(chǎn)品加工裝備研發(fā)分中心(上海)，海洋食品精深加工關(guān)鍵技術(shù)省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心，上海 200092］

隨著越來越多的國家進(jìn)發(fā)南極海域，南極磷蝦捕撈船只越來越多；傳統(tǒng)的船載南極磷蝦加工脫殼設(shè)備往往依靠人力操作，導(dǎo)致其加工效率低下，勞動(dòng)強(qiáng)度大。如今使用船載PLC(可編程邏輯控制器)控制的南極磷蝦脫殼系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行故障進(jìn)行監(jiān)督和安全控制；對(duì)電動(dòng)機(jī)、水泵、壓力機(jī)械等機(jī)械參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測、記錄和打印，并且對(duì)南極磷蝦脫殼加工設(shè)備的運(yùn)行過程進(jìn)行安全保護(hù)，以防止意外發(fā)生；可以為提高南極磷蝦脫殼效率提供重要的技術(shù)支撐。

一、PLC在船載南極磷蝦脫殼加工設(shè)備中央控制系統(tǒng)中應(yīng)用的優(yōu)勢

船載南極磷蝦整套加工系統(tǒng)自身很多機(jī)構(gòu)開啟動(dòng)作非常多，這就要求中央控制系統(tǒng)也要與之相適應(yīng)，需要很多控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。而PLC剛好可以滿足這一要求，其內(nèi)置很多各種用途的繼電器，能夠?qū)Υd南極磷蝦加工系統(tǒng)進(jìn)行精確控制。除此之外，由于PLC從問世到現(xiàn)在，隨著大規(guī)模集成電路及其微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，PLC在概念、設(shè)計(jì)、性能、價(jià)格比以及應(yīng)用方面都有了新的突破，具有運(yùn)行可靠、故障率低、維護(hù)費(fèi)用低、能耗低、運(yùn)行無噪聲等優(yōu)點(diǎn)。

二、船載南極磷蝦脫殼加工設(shè)備的整體技術(shù)方案

自動(dòng)控制系統(tǒng)、安全控制系統(tǒng)、檢測報(bào)警系統(tǒng)組成了船用南極磷蝦脫殼加工中央控制系統(tǒng)。

1.控制系統(tǒng)

船載PLC控制的南極磷蝦脫殼系統(tǒng)可以對(duì)船載南極磷蝦來料自動(dòng)攪拌、去殼、清洗等功能進(jìn)行控制，主要控制其開啟和關(guān)閉等；并且可以對(duì)整個(gè)系統(tǒng)工作時(shí)的電壓以及變頻器等的工作頻率自動(dòng)顯示和控制管理，從而實(shí)時(shí)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行故障進(jìn)行監(jiān)督和安全控制。

2.檢測報(bào)警系統(tǒng)

船載南極磷蝦脫殼加工檢測報(bào)警系統(tǒng)是由各種傳感器對(duì)整個(gè)系統(tǒng)從投料、攪拌、脫殼、清洗等環(huán)節(jié)對(duì)運(yùn)行過程中實(shí)施檢測，重點(diǎn)檢測變頻電機(jī)、增壓泵、壓力表等運(yùn)行參數(shù)。報(bào)警系統(tǒng)將這些檢測到的參數(shù)自動(dòng)與其限定數(shù)值進(jìn)行比對(duì)，如果超出了限定值會(huì)及時(shí)發(fā)出紅燈報(bào)警信號(hào)。當(dāng)然，整個(gè)檢測報(bào)警系統(tǒng)會(huì)對(duì)運(yùn)行參數(shù)的各種結(jié)果進(jìn)行跟蹤、記錄和打印，對(duì)超出的限定數(shù)值給予標(biāo)記。

3.安全系統(tǒng)

對(duì)于任何正常工作的系統(tǒng)來說，安全是至關(guān)重要的。同樣，對(duì)于船載南極磷蝦脫殼加工系統(tǒng)也需要設(shè)置一個(gè)安全系統(tǒng)，以應(yīng)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)發(fā)生緊急情況，起到安全保護(hù)作用，將事故造成的風(fēng)險(xiǎn)降到最低。南極磷蝦船載脫殼加工系統(tǒng)的中央控制系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 中央控制系統(tǒng)組成

三、船載南極磷蝦脫殼加工設(shè)備本地控制單元

船載南極磷蝦脫殼加工設(shè)備本地控制單元包括：進(jìn)料輸送機(jī)(輸送電機(jī)、變頻器)、均質(zhì)槽(均質(zhì)電機(jī)、液位開關(guān)、溫度傳感器、電磁閥、流量計(jì))、送料泵(送料泵、變頻器)、濾水過濾輸送機(jī)(輸送電機(jī))、磷蝦脫殼機(jī)(脫殼電機(jī)、噴淋泵)、蝦殼回收裝置(輸送電機(jī)、粉碎電機(jī))、蝦肉輸送機(jī)(輸送電機(jī))、風(fēng)淋濾水系統(tǒng)(風(fēng)機(jī)、輸送電機(jī))、壓縮裝置(壓縮電機(jī))和其他備用件等。

四、船載南極磷蝦脫殼中央控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.上層數(shù)字化檢測與控制系統(tǒng)功能概述

利用工業(yè)計(jì)算機(jī)里面的控制軟件和自帶的各種接口來自動(dòng)采集南極磷蝦脫殼加工設(shè)備的各種數(shù)據(jù)(如工作的PLC、表、溫度計(jì)、電機(jī)控制的變頻器等)。再利用軟件將收集到的這些數(shù)據(jù)顯示到控制畫面上，這樣就方便遠(yuǎn)程監(jiān)控操作設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)；若設(shè)備某個(gè)地方出現(xiàn)異常或故障，系統(tǒng)報(bào)警就會(huì)及時(shí)開啟，發(fā)出警報(bào)信號(hào)。另外對(duì)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行跟蹤、記錄和打印，對(duì)超出的限定數(shù)值給予標(biāo)記。

南極磷蝦脫殼加工設(shè)備的頂層控制系統(tǒng)由上層數(shù)字化檢測系統(tǒng)和自身的監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成，兩者相互協(xié)調(diào)和同步，兩者之間的數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)一定程度的共享。其中上層數(shù)字化檢測系統(tǒng)為監(jiān)測系統(tǒng)提供了非常人性化的人機(jī)互動(dòng)界面，這樣對(duì)于維護(hù)和操作設(shè)備的人員提供了較大的便利。監(jiān)測系統(tǒng)不但對(duì)設(shè)備的故障報(bào)警界面、流程圖的動(dòng)畫界面進(jìn)行設(shè)置，還可以對(duì)上層數(shù)字化檢測收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示和預(yù)測等，這樣就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)南極磷蝦脫殼加工設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行各種監(jiān)管和控制。

2.前端控制單元軟件與監(jiān)管系統(tǒng)

南極磷蝦脫殼加工設(shè)備的前端控制單元軟件主要是由數(shù)據(jù)輸入模板、數(shù)據(jù)判斷模塊、數(shù)據(jù)打印模塊、數(shù)據(jù)檢測模塊、數(shù)據(jù)時(shí)間設(shè)置模塊以及刷新模塊等組成的模塊數(shù)據(jù)庫；每個(gè)模塊可以獨(dú)立運(yùn)行和修改，這樣可以使前端控制單元軟件具有較好的可維護(hù)性和可替換性。

監(jiān)管系統(tǒng)由3個(gè)模塊組成：①數(shù)據(jù)傳輸模塊，主要功能是采集南極磷蝦脫殼加工設(shè)備的數(shù)據(jù)；②功能模塊，以數(shù)據(jù)傳輸模塊為基礎(chǔ)，對(duì)各類指定的程序進(jìn)行調(diào)用；③管理模塊，主要功能是對(duì)各類程序進(jìn)行管理和調(diào)度。監(jiān)管系統(tǒng)的3個(gè)模塊相互匹配，可以提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度。

五、南極磷蝦電氣控制系統(tǒng)的火災(zāi)智能監(jiān)測

數(shù)字溫度傳感器設(shè)置在南極磷蝦電氣控制系統(tǒng)中，南極磷蝦電氣控制系統(tǒng)中的各類開關(guān)都配合靈敏的溫度傳感器，將專用的傳輸導(dǎo)線接入，通過監(jiān)控模塊的總線系統(tǒng)傳輸?shù)奖O(jiān)控系統(tǒng)，從而完成對(duì)各個(gè)運(yùn)行部位的實(shí)時(shí)監(jiān)測和管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)南極磷蝦電氣控制系統(tǒng)的火災(zāi)智能監(jiān)測。

六、故障處理

對(duì)于觸摸屏、PLC、電器元件和柜體等常見的故障現(xiàn)象及其解決辦法如下。

對(duì)于觸摸屏不顯示、觸摸不動(dòng)作或者通信故障，需要檢查觸摸屏接線是否松動(dòng)、檢查開關(guān)電源是否有輸出、檢查觸摸屏和PLC通訊接線是否松動(dòng)或者斷線、是否有信號(hào)干擾、環(huán)境溫度導(dǎo)致的靈敏度降低或觸摸未點(diǎn)中正確位置；對(duì)于PLC輸入/輸出異常、PLC發(fā)生不工作、斷路器跳閘或燒毀、接觸器燒毀、現(xiàn)場控制柜故障亮燈等，需要檢查PLC輸入/輸出點(diǎn)損壞、檢查輸入信號(hào)是否正常、檢查PLC電源指示燈是否正常、檢查是否電流過大或者短路的位置、檢查熔斷器是否燒壞、斷路器是否供電、變頻器是否報(bào)警等；對(duì)于電器元件出現(xiàn)接觸器吸合電機(jī)不轉(zhuǎn)、PLC輸出點(diǎn)正常但斷路器合不上閘、導(dǎo)線發(fā)熱及中間繼電器故障，檢查開關(guān)是否合閘、三相電源是否存在缺相、接觸器的接線是否正常等；對(duì)于柜體變頻器故障、觸摸柜體微麻感覺故障顯示，需查看變頻器故障代碼、檢查柜體是否有少許漏電，查詢變頻器說明書找出對(duì)應(yīng)故障說明并做好絕緣與接地工作。

七、小結(jié)

綜上所述，對(duì)基于PLC的南極磷蝦脫殼加工設(shè)備船載中央控制系統(tǒng)制定設(shè)計(jì)方案，在船載加工間建立了控制中心，實(shí)現(xiàn)南極磷蝦脫殼加工設(shè)備的自動(dòng)啟停、自動(dòng)維持電壓、頻率的穩(wěn)定；可以自動(dòng)實(shí)施監(jiān)測南極磷蝦脫殼加工設(shè)備中各設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)，能打印和記錄參數(shù)；可對(duì)運(yùn)行過程的加工設(shè)備進(jìn)行安全防護(hù)處理。同時(shí)，通過監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，人機(jī)界面操作簡單，整個(gè)南極磷蝦脫殼加工設(shè)備運(yùn)行實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制，為整個(gè)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力保證，促進(jìn)了產(chǎn)業(yè)升級(jí)發(fā)展，也提升了產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。