船舶機(jī)艙報(bào)警PLC電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

蘇州高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校 嚴(yán)莉萍

船舶機(jī)艙報(bào)警PLC電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

蘇州高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校 嚴(yán)莉萍

船舶機(jī)艙中有很多重要的設(shè)備，包括主機(jī)、發(fā)電機(jī)和控制柜等，這些設(shè)備對(duì)于船舶正常安全穩(wěn)定運(yùn)行非常重要，因此，必須實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)這些設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)問題能夠及時(shí)報(bào)警。傳統(tǒng)的檢查是靠船員的輪流巡邏，發(fā)現(xiàn)問題再采取行動(dòng)，這將極大增加船員的勞動(dòng)強(qiáng)度，且不一定能及時(shí)采取應(yīng)急措施，而船舶機(jī)艙報(bào)警控制系統(tǒng)，能夠解決這一問題。本文首先對(duì)船舶機(jī)艙報(bào)警系統(tǒng)組成及其原理進(jìn)行了闡述，在此基礎(chǔ)上，對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行了硬件設(shè)計(jì)，根據(jù)控制對(duì)象特性，選用西門子S7-200PLC做為主控制器，輸入口包括報(bào)警點(diǎn)和消音按鈕，輸出口包括蜂鳴器和報(bào)警燈等。在軟件上，通過STEP 7-Micro/WIN軟件對(duì)程序進(jìn)行了設(shè)計(jì)，包含主程序、延時(shí)子程序、報(bào)警設(shè)定子程序和報(bào)警輸出子程序等，最終完成了船舶機(jī)艙報(bào)警控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

船舶機(jī)艙；S7-200；報(bào)警

引言

以前對(duì)于船舶的運(yùn)行狀況都是通過船員輪流巡查，而船舶工作條件比較惡劣，同時(shí)晚上也需要有人值班不斷進(jìn)行檢查，這在一定程度上大大增強(qiáng)了勞動(dòng)者的強(qiáng)度，同時(shí)也會(huì)對(duì)報(bào)警產(chǎn)生一定的滯后性，導(dǎo)致沒有及時(shí)采取措施，增加了船舶機(jī)艙運(yùn)行的危險(xiǎn)性。船舶機(jī)艙報(bào)警系統(tǒng)能夠解決此類問題，機(jī)艙報(bào)警系統(tǒng)是船舶控制系統(tǒng)中一個(gè)重要部分，當(dāng)船舶運(yùn)行中發(fā)生故障或者船舶其他部件運(yùn)行不正常時(shí)，能夠通過聲音和光發(fā)出報(bào)警信號(hào)，及時(shí)提醒船員有故障，船員能夠立即采取應(yīng)急措施，使危險(xiǎn)達(dá)到最小，真正實(shí)現(xiàn)無人機(jī)艙的控制。

船舶機(jī)艙中各個(gè)報(bào)警參數(shù)主要分為開光量和模擬量?jī)煞N。開關(guān)量主要通過繼電器觸點(diǎn)的通斷來實(shí)現(xiàn)，可以反應(yīng)設(shè)備是否處于運(yùn)行或者停止?fàn)顟B(tài)，設(shè)備是運(yùn)行在正常還是非正常工作狀態(tài)以及閥門位置等狀態(tài)。模擬量主要是檢測(cè)包括溫度、液位、壓力和轉(zhuǎn)速等連續(xù)變化的量，這些量中如果超過預(yù)訂的值，則會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，這個(gè)預(yù)訂的值一般包括兩個(gè)，一個(gè)是上限值，另外一個(gè)是下限值，當(dāng)實(shí)時(shí)的參數(shù)在上限值和下限值的范圍內(nèi)時(shí)，運(yùn)行正常，一旦參數(shù)在范圍之外則會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。一般預(yù)訂的值有上、下限值兩種，例如液位和轉(zhuǎn)速，也有參數(shù)是取其中一個(gè)，例如溫度去上限值，壓力取下限值。

本文主要以船舶機(jī)艙為控制對(duì)象，設(shè)置了7個(gè)報(bào)警輸入點(diǎn)信號(hào)，將檢測(cè)到的參數(shù)值與設(shè)定的值進(jìn)行比較，當(dāng)超過設(shè)定值時(shí)，就會(huì)有報(bào)警輸入信號(hào)，然后通過報(bào)警燈或者蜂鳴器進(jìn)行提示，控制器選用西門子S7-200PLC，在其輸入/輸出點(diǎn)配置各個(gè)報(bào)警點(diǎn)輸入、報(bào)警燈和蜂鳴器的報(bào)警輸出，再通過STEP 7-Micro/WIN軟件對(duì)PLC進(jìn)行編程，完成船舶機(jī)艙報(bào)警系統(tǒng)的控制設(shè)計(jì)。

1.船舶機(jī)艙報(bào)警系統(tǒng)的組成及其原理

機(jī)船舶艙報(bào)警系統(tǒng)主要三部分組成，包括機(jī)艙各監(jiān)視點(diǎn)的傳感器，主要用于報(bào)警點(diǎn)的采集信號(hào)，并輸入到控制器中；集中控制室內(nèi)的控制柜和監(jiān)視儀表或監(jiān)視屏，用于將傳感器監(jiān)測(cè)到的信號(hào)進(jìn)行處理，如果超過設(shè)定的閾值，則發(fā)出報(bào)警并且顯示報(bào)警信號(hào)；安裝在駕駛臺(tái)、公共場(chǎng)所、輪機(jī)長(zhǎng)和輪機(jī)員居室的延伸報(bào)警箱，用于報(bào)警信號(hào)的延伸，能夠傳遞到船舶大部分位置。機(jī)艙報(bào)警系統(tǒng)的主要功能包括：聲光報(bào)警、參數(shù)與狀態(tài)顯示、打印記錄、報(bào)警延時(shí)、報(bào)警回差、報(bào)警封鎖、延伸報(bào)警、值班呼叫、測(cè)試和自檢等功能。

當(dāng)有報(bào)警出現(xiàn)時(shí)，機(jī)艙報(bào)警燈柱聲光報(bào)警，按下消音按鈕，聲音消失，燈柱依然亮光。此時(shí)再出現(xiàn)報(bào)警，重復(fù)聲光報(bào)警，直至沒有任何報(bào)警，燈柱燈光消失。具體的報(bào)警信號(hào)將送給上位計(jì)算機(jī)處理，在處理報(bào)警過程中，根據(jù)機(jī)艙報(bào)警信號(hào)的特點(diǎn)，還需要對(duì)報(bào)警點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置，首先就是報(bào)警點(diǎn)延時(shí)處理，船舶航行時(shí)是晃動(dòng)的，因此對(duì)于液位報(bào)警點(diǎn)需要延時(shí)處理，其次針對(duì)船舶機(jī)艙的惡劣條件，要能夠監(jiān)測(cè)斷線報(bào)警，因此還需要將報(bào)警點(diǎn)設(shè)置斷開報(bào)警。

檢查是否有報(bào)警出現(xiàn)和是否進(jìn)行報(bào)警處理有三個(gè)操作：報(bào)警狀態(tài)檢查，通過輸入點(diǎn)設(shè)置的“1”或者“0”來閉合和斷開報(bào)警；閉鎖檢查，在實(shí)際應(yīng)用中，有一些報(bào)警點(diǎn)在某一工況或者某一時(shí)間段里，是不需要報(bào)警的，可通過上位計(jì)算機(jī)設(shè)置；延時(shí)處理，有一些報(bào)警點(diǎn)事需要延時(shí)的，例如液位的檢測(cè)和主機(jī)切換時(shí)的滑油壓力。

2.船舶機(jī)艙報(bào)警系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

船舶機(jī)艙報(bào)警電氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件電路是以PLC為核心控制器，在選擇PLC型號(hào)時(shí)，需要根據(jù)控制要求，確定其輸入輸出點(diǎn)數(shù)。本文設(shè)計(jì)的報(bào)警控制系統(tǒng)中，共有8個(gè)輸入點(diǎn)和2個(gè)輸出點(diǎn)，8個(gè)輸入點(diǎn)中包括7個(gè)報(bào)警點(diǎn)和1個(gè)消音按鈕，當(dāng)傳感器監(jiān)測(cè)到的信號(hào)不正常時(shí)，其中的報(bào)警點(diǎn)就會(huì)輸入到PLC中， 1個(gè)消音按鈕用于機(jī)艙恢復(fù)正常時(shí)，消除報(bào)警輸出信號(hào)；2個(gè)輸出點(diǎn)包括報(bào)警燈和蜂鳴器，用于發(fā)出聲音和亮光報(bào)警，通知船員采取應(yīng)急措施。本文選用西門子S7-200系列中的CPU222型號(hào)，該P(yáng)LC內(nèi)部有14個(gè)I/O點(diǎn)：8個(gè)輸入點(diǎn)和6個(gè)輸出點(diǎn)，不需要擴(kuò)展數(shù)字量模塊，能夠滿足系統(tǒng)的控制要求。在電源方面，PLC、報(bào)警燈和蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)電壓均為直流24V，因此使用1個(gè)24V開關(guān)電源就能滿足系統(tǒng)要求。

圖1　船舶機(jī)艙報(bào)警流程

3.船舶機(jī)艙報(bào)警系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)船舶機(jī)艙報(bào)警電氣系統(tǒng)的控制工藝要求，本文設(shè)計(jì)的PLC控制程序主要包括主程序和子程序組成，子程序包含延時(shí)子程序、報(bào)警設(shè)定子程序、模擬量處理子程序和報(bào)警輸出子程序。這些程序相互作用，實(shí)現(xiàn)了出阿伯機(jī)艙報(bào)警系統(tǒng)的功能。

船舶機(jī)艙報(bào)警流程圖如圖1所示，首先控制系統(tǒng)根據(jù)采集的信號(hào)，判斷信號(hào)值是否超過報(bào)警值，如果沒有則繼續(xù)采集信號(hào)，否則判斷報(bào)警閉鎖信號(hào)，如果此信號(hào)設(shè)置為報(bào)警鎖閉狀態(tài)則繼續(xù)采集信號(hào)，否則進(jìn)入延時(shí)時(shí)間程序，直到延時(shí)時(shí)間到進(jìn)入蜂鳴器響、報(bào)警燈閃爍程序，接下來判斷消音按鈕是否按下，如果沒有，判斷報(bào)警信號(hào)是否消失，如果報(bào)警消失了則報(bào)警燈熄滅，如果沒有，則報(bào)警燈和蜂鳴器繼續(xù)閃爍和發(fā)聲。如果消音按鈕按下了，則蜂鳴器不響、警燈常亮，接著判斷報(bào)警信號(hào)是否消失，如果沒有，判斷是否有新的報(bào)警，如果消失則報(bào)警燈熄滅。

4.結(jié)論

本文首先對(duì)船舶機(jī)艙人為檢查和報(bào)警參數(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要概述，然后對(duì)船舶機(jī)艙報(bào)警控制系統(tǒng)的組成及其工作原理進(jìn)行了闡述，在此基礎(chǔ)上，對(duì)船舶機(jī)艙報(bào)警控制系統(tǒng)進(jìn)行了硬件和軟件設(shè)計(jì)。在硬件上，主要以S7-200 CPU222為核心控制器，外圍電路包括24V供電電源、7個(gè)報(bào)警和1個(gè)消音按鈕輸入點(diǎn)、1個(gè)報(bào)警燈和1個(gè)蜂鳴器等輸出點(diǎn)以及各類安裝在船舶上的各個(gè)傳感器。在軟件上通過STEP 7-Micro/WIN軟件對(duì)PLC進(jìn)行編程，按照船舶機(jī)艙報(bào)警流程，本文對(duì)主程序、延時(shí)子程序、報(bào)警設(shè)定子程序、模擬量處理子程序和報(bào)警輸出子程序等進(jìn)行了設(shè)計(jì)，通過軟件和硬件的設(shè)計(jì)，最終完成了基于PLC的船舶機(jī)艙報(bào)警控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

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