基于PLC的船用泵組自動切換系統(tǒng)改造

【摘要】針對傳統(tǒng)繼電器一接觸器控制船用泵自動切換線路中存在的問題，提出了采用PLC進行系統(tǒng)改造的觀點，并闡述了改造方案以及程序設(shè)計流程。確保船用泵組在故障時能實現(xiàn)主備用泵的自動切換，實現(xiàn)主備用泵的多地點控制，增強了系統(tǒng)抗干撓能力，提高了控制精確度和可靠性。

【關(guān)鍵詞】船用泵組；自動切換；PLC

1.引言

船舶電氣設(shè)備的拖動控制中，泵組的自動切換控制是主要內(nèi)容之一。為主機服務(wù)的燃油泵、滑油泵、冷卻水泵等主要電動輔機，為了控制方便和工作可靠均設(shè)置兩套機組。不僅能在機組旁控制，也能在集中控制室進行遙控；而且在運行中泵系統(tǒng)出現(xiàn)故障時能實現(xiàn)機組的自動切換，使備用機組立即啟動投入工作，以保證主機處于正常工作狀態(tài)。但目前泵組的自動切換系統(tǒng)仍多采用繼電接觸器控制，不僅可靠性差，使用維修很不方便，而且控制系統(tǒng)消耗大量電能。每組泵控制需用10只繼電接觸器和4只時間繼電器等設(shè)備來監(jiān)視泵的運行，而每個機艙這樣的泵共需6～8組。如果采用PLC控制，每組泵只需2只接觸器，可節(jié)省大量的空間和電能。

2.對現(xiàn)通用自動切換過程的分析

圖1所示為某船泵的自動切換控制線路原理圖，其工作原理如下：

（1）機組的手動操作

將控制開關(guān)SA置于“0”位置，如起動1號機組，按下1SB2使1KA得電，其常開觸頭1KA1閉合，成為自保，常開觸頭1KA2閉合，使1KM主接觸器得電，主觸頭閉合，使1號機組電動機運行。主接觸器的輔助觸頭1KM1閉合，計時器投入計時，同時運行指示燈H1亮。

（2）機組的自動切換操作

將控制開關(guān)SA置于“1”位置，即選擇1號機組為運行機組，2號機組為備用機組，當(dāng)1號機組發(fā)生故障時，能自動切換到2號機組起動投入工作。按下1SB2使1KA得電，其常開觸頭1KA1閉合，自保，常開觸頭1KA2閉合，使1KM主接觸器得電，主觸頭閉合，1號泵電動機運行。常開觸頭1KA3閉合，使得KT1時間繼電器有電，開始起動延時，在延時時間內(nèi)，機組運行正常，泵輸出端建立壓力，壓力繼電器KP動作，4KA中間繼電器有電動作，常開觸頭4KA1閉合自保，在3KA回路中常閉觸頭4KA2打開，防止起動延時引起誤切換。當(dāng)起動延時時間到時，KT1的常開觸頭閉合，此時4KA常閉觸頭4KA2已打開，不會時3KA得電。如果在起動延時時間內(nèi)，沒有建立起壓力，壓力繼電器KP不動作，無法使中間繼電器4KA得電，它的常閉觸頭4KA2保持閉合狀態(tài)，只有起動延時時間到了，KT1常開觸頭閉合（說明1號機組起動過程中有故障），就會使3KA有電，自動切換到2號機組，即3KA有電，它的常開觸頭閉合，使得2KA有電，接通2KM主接觸器，其主觸頭閉合，使2號機組投入運行。同時，2KM的常閉輔觸頭2KM1打開，使得1KA失電，1KA的常開觸頭1KA2打開，使得1KM失電，1KM的常閉輔觸頭1KM2閉合，提供2KA的自?；芈?。

如果是1號機組起動正常，運行一段時間后，發(fā)生故障，壓力變低了，壓力繼電器回到初始狀態(tài)，使KT2時間繼電器得電，在這延時時間內(nèi)，如果壓力恢復(fù)了，壓力繼電器就動作，使KT2不再有電，不能動作。如果在這延時時間內(nèi)，壓力不能恢復(fù)，延時時間一到，KT2的常開觸頭閉合，使KA3有電，進行自動切換動作。如果把控制開關(guān)SA置于“2”位置，其自動切換同上。

3.控制要求分析

船用泵組合控制系統(tǒng)的基本控制要求是：每組泵分別用兩臺泵通過并聯(lián)的方式進行連接，互為備用，每一臺泵都有獨立的驅(qū)動電動機，以保證其工作的可靠性，系統(tǒng)對這些船用泵組合進行了切換控制。首先每組泵需要確定是自動控制或手動控制，還需要測量出口壓力是否正常，每臺泵之間需要一個互聯(lián)信號表明其中一臺是主泵。輸出要控制每臺泵的啟動，指示出運行狀態(tài)，并給出故障或低壓報警信號。

在系統(tǒng)處于手動方式啟動各泵時，互為備用的兩臺泵，首先投入的為主用泵，后投入的為備用泵。在系統(tǒng)處于自動方式通電運行時，主用泵按一定的時間順序依次起動，以防止起動電流對電網(wǎng)的沖擊過大引起跳閘，備用泵處于備用狀態(tài)。

出現(xiàn)故障時，泵的出口壓力會下降，當(dāng)壓力下降到警戒值時，壓力檢測開關(guān)將會動作，系統(tǒng)發(fā)出報警信號。同時備用泵電機自動起動，而故障泵電機在延時數(shù)秒后將自動停止。必須在工作人員重新選擇工作泵并按下復(fù)位按鈕后系統(tǒng)才能恢復(fù)正常；如果系統(tǒng)處于遙控方式，則工作人員可以通過控制臺上的起停開關(guān)對每一臺泵的電機實現(xiàn)遙控起?？刂?。

根據(jù)以上要求，各泵的工作流程圖如圖2 所示。

4.PLC控制系統(tǒng)

根據(jù)泵控制的要求，每組泵的控制原理基本相同，在選用PLC 時可選用一臺小型機控制多組泵，也可以每組泵選用一臺微型PLC 來控制。表1給出的是用西門子s7-200系列PLC 單組泵控制系統(tǒng)I/O分配表，PLC外部接線圖如圖3所示。

根據(jù)輸入輸出接點配置的設(shè)定，按控制要求及其所確定的邏輯條件，畫出梯形圖，編寫PLC程序，便可完成泵組的自動切換PLC控制。

在軟件編寫時應(yīng)考慮以下問題：

（1）為避免系統(tǒng)發(fā)生誤報警、誤切換等問題，程序應(yīng)增加延時報警功能，即當(dāng)壓力開關(guān)瞬間動作時，系統(tǒng)不發(fā)出報警，只有當(dāng)PLC 檢測到的泵出口壓力連續(xù)2s低于設(shè)定值時才發(fā)出報警信號。

（2）為保證系統(tǒng)通電運行時各組泵能按順序起動，合理控制各組泵延時起動的時間間隔，一般為3～5s。

（3）利用計時器記錄每臺泵運行時間，當(dāng)達到設(shè)定時間時相應(yīng)泵的運行指示燈閃亮，提示工作人員對其進行維護保養(yǎng)。計時器的復(fù)位按鈕需按5s以上。

5.結(jié)論

對于機艙溫度高、濕度大、機械振動強的特殊工作環(huán)境，采用PLC實現(xiàn)的泵組的自動切換控制，有效地防止了因壓力瞬間波動而引發(fā)的誤報警、誤切換等問題，避免了電動機因頻繁起動而造成的損壞，大大提高了控制系統(tǒng)的可靠性。同時也省去了大量的中間繼電器和時間繼電器，因而節(jié)省控制箱的空間，節(jié)約了電能。并且系統(tǒng)的操作維護都十分方便，因此用PLC 對船舶的各種泵進行控制是完全可行的。

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作者簡介：王金法（1967—），男，浙江臺州人，工程師，浙江省海運集團臺州海運有限公司一等輪機長。