大型集裝箱船照明系統(tǒng)PLC和電磁繼電器控制系統(tǒng)的分析比較

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(南通中遠(yuǎn)川崎船舶工程有限公司，江蘇 南通 226005)

南通中遠(yuǎn)川崎船舶工程有限公司(NACKS)在建造10 000 TEU大型集裝箱船時(shí)，采用電磁繼電器(MC)在駕駛室和甲板辦公室遠(yuǎn)程控制船上各處照明，控制臺(tái)體積很大，使用物料較多，現(xiàn)場(chǎng)施工難度也很大。之后，在建造13 000 TEU新項(xiàng)目上采用PLC遠(yuǎn)程控制照明系統(tǒng)，優(yōu)化設(shè)計(jì)的同時(shí)減少了物料、降低了施工難度。本文對(duì)這兩種設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析對(duì)比。

1 電磁繼電器控制系統(tǒng)

1.1 電磁繼電器遠(yuǎn)程控制照明回路

電磁繼電器(MC)是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動(dòng)開關(guān)”[1]。NACKS在以往照明遠(yuǎn)程控制中都是通過電磁繼電器來實(shí)現(xiàn)的。以10 000 TEU船設(shè)計(jì)為例，在駕駛室和甲板辦公室分別控制船上43處照明，一方面需要在照明配電箱內(nèi)設(shè)置MC，直接控制相應(yīng)的照明回路；另一方面需要在駕控臺(tái)內(nèi)安裝MC，控制駕駛室和甲板辦公室開關(guān)指示燈和照明配電箱內(nèi)的MC。

單個(gè)回路的控制電路見圖1。

撥動(dòng)開關(guān)H1A或H1B，駕控臺(tái)內(nèi)MC(H1)得電,H1觸點(diǎn)閉合，開關(guān)指示燈L點(diǎn)亮；同時(shí)照明配電箱內(nèi)MC(H2)得電,H2觸點(diǎn)閉合，前桅探照燈照明回路得電。

圖1 MC控制回路示意

1.2 10 000 TEU船照明控制設(shè)計(jì)分析

10 000 TEU船照明遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)是由布置在不同區(qū)域的12個(gè)照明配電箱控制43處區(qū)域照明，相應(yīng)的在駕控臺(tái)內(nèi)需要安裝43個(gè)電磁繼電器，另外分別在駕控臺(tái)和甲板辦公室內(nèi)安裝43個(gè)撥動(dòng)開關(guān)和相應(yīng)的指示燈，每個(gè)區(qū)域的兩個(gè)控制開關(guān)之間需要3芯電纜連接，然后通過MC觸點(diǎn)送2芯電纜到照明配電箱內(nèi)。

駕控臺(tái)內(nèi)安裝數(shù)量眾多的MC導(dǎo)致駕控臺(tái)體積巨大，占用了駕駛室很大的空間也增加了施工難度；另外由于板面大小的限制，43個(gè)開關(guān)無法組合到一個(gè)控制面板上，需要分成3個(gè)面板，每個(gè)面板布置15個(gè)開關(guān)左右，即使如此，單個(gè)面板的大小也達(dá)到了700 mm×460 mm。兩控制板以及控制板到各處照明配電箱的電纜如果都換算成20芯線，那么總長將達(dá)到1 700 m左右，現(xiàn)場(chǎng)工人的接線和施工量很大。

單個(gè)控制面板的布置見圖2，方框所示為開關(guān)。MC控制系統(tǒng)簡(jiǎn)易電路示意見圖3。

從10 000 TEU的MC控制設(shè)計(jì)可以看出，雖然MC控制思路比較簡(jiǎn)單，但在控制區(qū)域數(shù)量較多的情況下，MC控制一方面會(huì)使得控制臺(tái)體積巨大，占用寶貴的布置空間，增加了設(shè)計(jì)初期的布置難度；另一方面大量的開關(guān)集中布置在一起也影響駕控臺(tái)版面的美觀，同時(shí)對(duì)實(shí)際操作也帶來諸多的不便，容易造成船員誤操作；另外控制板之間大量的電纜芯線(本船需要130芯線左右)也增加了船員以后維修檢驗(yàn)的難度。

圖2 單個(gè)控制面板示意

圖3 10 000 TEU船照明電路控制示意

NACKS新的13 000 TEU船更是需要遠(yuǎn)程控制多達(dá)51處區(qū)域照明，有必要研究一個(gè)更加優(yōu)良的控制方案應(yīng)用在新船上。

2 PLC控制系統(tǒng)

2.1 PLC簡(jiǎn)介

PLC即可編程邏輯控制器，在PLC出現(xiàn)之前，一般要使用成百上千的繼電器以及計(jì)數(shù)器才能組成具有相同功能的自動(dòng)化系統(tǒng)，而經(jīng)過編程的邏輯控制器模塊基本上可以代替這些大型裝置[2]。

2.2 PLC控制照明設(shè)計(jì)分析

在控制處所和每個(gè)照明配電箱內(nèi)分別安裝PLC控制模塊，將控制處所的幾十個(gè)開關(guān)改為巴掌大小的觸摸屏，根據(jù)實(shí)際控制需要，通過PLC編程滿足相關(guān)的操作和顯示要求。然后通過一根網(wǎng)線將所有控制板和配電箱串聯(lián)起來，如果要增加控制處所，直接增加控制模塊即可。

目前PLC控制技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，PLC的這些優(yōu)點(diǎn)可以解決在10 000 TEU船上出現(xiàn)的種種不便，為此在13 000 TEU船上采用了PLC系統(tǒng)控制照明。

3 13 000 TEU船的PLC設(shè)計(jì)

根據(jù)上述設(shè)計(jì)分析，通過和設(shè)備廠家交流確認(rèn)，最終在13 000 TEU船上采用如下PLC設(shè)計(jì)方案。在駕駛室和甲板辦公室兩處分別安裝PLC控制模塊和觸摸屏，觸摸屏大小200 mm×200 mm，控制模塊和觸摸屏分別鑲嵌在駕控臺(tái)(駕駛室)和壓載控制臺(tái)(甲板辦公室)上，基本不占用額外的板面空間；每個(gè)照明配電箱內(nèi)安裝相應(yīng)的I/O模塊，兩個(gè)觸摸屏和配電箱之間用網(wǎng)線串聯(lián)連接。根據(jù)船東對(duì)控制系統(tǒng)的要求，廠家編寫相應(yīng)的控制代碼寫入PLC模塊內(nèi)。整個(gè)系統(tǒng)均由廠家根據(jù)控制要求設(shè)計(jì)完成，系統(tǒng)之間只需一根網(wǎng)線連接，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，控制方便。

13 000 TEU船采用的觸摸屏控制簡(jiǎn)略電路見圖4、5，觸摸屏實(shí)際控制界面見圖6。

圖4 PLC控制電路示意

圖5 13 000 TEU船PLC控制照明示意

圖6 13 000 TEU船照明PLC觸摸屏控制界面

新船采用PLC控制后，系統(tǒng)的穩(wěn)性和安全性沒有變化，但物料和施工量大大減??；將硬質(zhì)撥動(dòng)開關(guān)改為液晶屏控制，即提高了視覺效果，也提高了操作的便利性和直觀性，同時(shí)提升了船舶設(shè)計(jì)等級(jí)，提高了船東的滿意度。

目前NACKS的13 000 TEU船已經(jīng)設(shè)計(jì)完成，通過對(duì)兩船設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的對(duì)比，可以看出13 000 TEU采用的PLC設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)非常明顯，其對(duì)比數(shù)據(jù)見表1。

表1 MC繼電器和PLC控制照明設(shè)計(jì)優(yōu)劣比較

4 結(jié)論

13 000 TEU船試航過程中，PLC照明控制系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)得到了船東和船級(jí)的認(rèn)可。在大型集裝箱船上采用PLC技術(shù)控制照明系統(tǒng)，可以降低設(shè)計(jì)和產(chǎn)品費(fèi)用，并且操作界面更加人性化和簡(jiǎn)潔明了，提高了船舶設(shè)計(jì)等級(jí)；由于是軟件控制，不可避免地會(huì)出現(xiàn)程序崩潰的情況，13 000

TEU船上針對(duì)重要區(qū)域照明專門設(shè)計(jì)了越控開關(guān)，在今后的設(shè)計(jì)開發(fā)過程中，需加強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的控制。

[1] 王力人.DIL式超小型電磁繼電器的現(xiàn)狀與發(fā)展概況[J].低壓電氣，1993(1)：7-11.

[2] 李長久.PLC原理及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.