基于PLC的船舶甲板機械集散控制

摘 要：隨著智能化、自動化以及集成化技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，我國關(guān)于集成化技術(shù)的研究也越來越深入，其中PLC集散控制技術(shù)就是時代研究的重大產(chǎn)物。文章分析了PLC的基本工作原理和實踐應(yīng)用過程，針對其在船舶甲板機械控制系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析，探討了最佳的集散控制方案，以供參考。

關(guān)鍵詞：船舶甲板；甲板絞纜機；機械控制系統(tǒng)；集散控制技術(shù)

遠(yuǎn)洋航海事業(yè)是我國發(fā)展多邊貿(mào)易、促進(jìn)經(jīng)濟發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè)。而近年來，隨著該產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，為了更好更快地推動產(chǎn)業(yè)信息系統(tǒng)的進(jìn)化，提高整體運行的工作效率，技術(shù)人員對集散控制系統(tǒng)進(jìn)行研究，提出一種基于PLC的集散控制技術(shù)。下面將對該系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)的介紹：

一、PLC工作原理及實現(xiàn)過程

由于工業(yè)環(huán)境下工作量大、工作內(nèi)容復(fù)雜，有關(guān)科研人員便研發(fā)出可編程序控制器這類數(shù)字運算操作點子系統(tǒng)來提高工作效率。在可編儲存器內(nèi)部通過執(zhí)行邏輯運算、對計算的操作、定時、順序進(jìn)行控制，之后運用數(shù)字式和模擬式對指令進(jìn)行編制，從而對不同的機械生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。

（一）PLC的基本認(rèn)識。PLC與計算機系統(tǒng)大致雷同，分硬件和軟件兩個部分。其中硬件含有中央處理器（CPU）、輸入接口、輸出接口、電源等。軟件的主要構(gòu)成部分則為應(yīng)用程序的編程語言。該套程序?qū)儆谝环N串行工作方式。當(dāng)操作人員將指令輸入到采樣輸出的過程被稱為一個掃描周期，PLC的工作流程就是不斷對掃描周期進(jìn)行重復(fù)直到系統(tǒng)停止運行。

（二）PLC工業(yè)控制流程。與其他控制裝置的工作流程大致相同，可以分為如下步驟：（1）要充分掌握系統(tǒng)的工藝流程和操作中的要求；（2）對控制方案進(jìn)行分析后，篩選出最為合理的方案；（3）對系統(tǒng)進(jìn)行配置，對控制程序進(jìn)行編寫調(diào)試后，進(jìn)行組裝運行測試。

二、甲板絞纜機的集中控制系統(tǒng)方案

（一）對控制系統(tǒng)的對象的要求。絞車絞盤通常會安置在就地機旁邊的控制臺上，但在集中控制處也可以進(jìn)行控制，通常選用切換按鈕進(jìn)行設(shè)置，以便采用就地控制與集中控制的相互轉(zhuǎn)換。方便對駕駛艙進(jìn)行操作和切換，對駕駛艙內(nèi)的控制臺進(jìn)行集中的設(shè)置，其中包括2個操作指示燈同定位系統(tǒng)，利用觸摸屏對甲板進(jìn)行集中控制及對參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，現(xiàn)場的控制臺需要具備以下的功能：能夠?qū)恿φ疽簤哼M(jìn)行啟動和停止的操作、具備載重的提示功能、離合器嚙合/脫離操縱和指示等。操作室內(nèi)的控制板面需要具備以下功能：能夠?qū)?0臺絞車和6臺絞盤的回收比例進(jìn)行操作；能夠啟動轉(zhuǎn)向液壓油泵電動機、對離合器的離合器嚙合/脫離操縱具有警示作用；能夠顯示鋼索的長度和張力，具有綜合報警功能。

（二）對集中控制系統(tǒng)方案的設(shè)計。對甲板機械監(jiān)控采用集中方案的時候，需要根據(jù)駕駛臺和現(xiàn)場兩個方面綜合考慮控制器的輸出與輸入，從而令工業(yè)控制具有通用性，同時在編程的時候也具備一定的靈活性，通過控制器對絞線之間的連接與交換從而形成了PLC的控制網(wǎng)絡(luò)，利用電子觸屏實現(xiàn)集中操作和控制顯示，同時需要在每臺設(shè)備的附近安置操作箱方便操作，在實現(xiàn)集中控制和獨立分散控制后，可采用西門子的CPU作為機械操作的核心系統(tǒng)，利用雙絞線對控制中心進(jìn)行連接來實現(xiàn)駕駛室的集中操作。其中該動力系統(tǒng)為PLC，相互之間聯(lián)系的系統(tǒng)為ppi系統(tǒng)，它可以促使系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換盡快完成。其中，整個系統(tǒng)有4臺PLC，至少需要有3臺操作機可進(jìn)行獨立操作。同時PLC模塊上需要設(shè)置運行燈、故障燈和待機燈，用戶可通過其他的燈對PLC進(jìn)行判斷，若PLC出現(xiàn)故障后，運行燈將會停止運行，相應(yīng)的故障提示燈會亮起，設(shè)備將會自動關(guān)閉輸出系統(tǒng)。

（三）對甲板硬件系統(tǒng)的配置。通過甲板的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以看出，絞車和絞盤通常位于甲板左右舷和艏升高甲板左右舷四處，同時每臺設(shè)備需要的輸入信號應(yīng)不低于4，輸出信號應(yīng)不低于3。每處至少要配置一臺微型的PLC，同時需要不低于2臺的絞車和絞盤，輸入信號總數(shù)約為18左右，輸出信號約14左右。因此，建議采用穩(wěn)定性高的西門子A8，該設(shè)備的CPU參數(shù)為226，其中輸出量為22，輸入量為16，具有較強的可靠性和較高的性價比。在操縱之前需要對鋼絲繩的張力進(jìn)行模擬，以便張力能符合控制的相關(guān)要求。為了設(shè)備具有維護性，需要對控制泵站和駕控臺進(jìn)行集中控制，同樣采用CPU226。通過對控制系統(tǒng)整體進(jìn)行分析，得知本系統(tǒng)的通信結(jié)構(gòu)較為簡單，具體體現(xiàn)在對現(xiàn)場控制、對泵站的控制上。因此，可采用以PPI為主通訊協(xié)議方式。在這樣的協(xié)議下，可利用NETW（寫）和NETR（讀）指令實現(xiàn)各站之間的數(shù)據(jù)通信。同時利用雙絞線對其進(jìn)行連接，可將4臺現(xiàn)場控制臺設(shè)置為從站，泵站和駕控臺設(shè)置為主站，滿足系統(tǒng)對通訊功能的要求。

三、對控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計

通過上述的介紹可以得知PLC的控制器共6臺，其中現(xiàn)場箱有4臺，對控制板面的主要設(shè)計如下：

（一）硬件設(shè)計。主控制為CPU226，利用外接繼電器對輸出進(jìn)行隔離，同時需要配一塊輸入輸出為EM235的擴展模塊，輸出點為16，輸出點為22，因此需要對外加繼電器進(jìn)行電位隔離，并將2個RS485進(jìn)行自由組網(wǎng)，令系統(tǒng)的集成能力得到提高。

（二）軟件設(shè)計。在進(jìn)行硬件設(shè)計的同時可以著手軟件設(shè)計工作，軟件這幾的主要任務(wù)是根據(jù)控制要求將工藝流程圖轉(zhuǎn)換為梯形圖，這是PLC設(shè)計最關(guān)鍵的問題，程序編寫時軟件設(shè)計的具體表現(xiàn)，在控制工程的應(yīng)用中，良好的軟件設(shè)計思路是設(shè)計關(guān)鍵，優(yōu)秀的成果 便于工程人員理解掌握、調(diào)試系統(tǒng)與日常系統(tǒng)維護。

四、結(jié)語

（1）改善了系統(tǒng)運行的可靠性，系統(tǒng)采用容錯技術(shù)，集散控制，使得單元故障問題只影響局部運行，且系統(tǒng)具有自診斷、報警功能；

（2）工作原理簡單、靈活，便捷方便。采用標(biāo)準(zhǔn)的硬件模塊和軟件模塊，能靈活組建，節(jié)約了成本，提高了工作效率。所以，PLC在船舶甲板機械集散控制系統(tǒng)中的應(yīng)用能提升整體工作效率、節(jié)約成本，具有積極的推廣意義。

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