船舶閥門(mén)遙控及液位遙測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘 要：本文以集裝箱船壓載系統(tǒng)為基礎(chǔ)，從軟件和硬件方面設(shè)計(jì)了基于MCGS組態(tài)軟件和PLC的船舶閥門(mén)遙控與液位遙測(cè)系統(tǒng)。利用液位傳感器和壓力傳感器實(shí)時(shí)采集四角吃水、壓載艙液位和壓載泵進(jìn)出口壓力值等信號(hào)，經(jīng)過(guò) PLC 處理后能夠在上位機(jī)監(jiān)控畫(huà)面中顯示，實(shí)現(xiàn)壓載艙閥門(mén)和壓載泵的控制。

關(guān)鍵詞：PLC；閥門(mén)遙控；液位遙測(cè)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.22.111

當(dāng)代船舶工業(yè)中，控制船體的平衡是重要的課題。船舶在裝卸貨物時(shí)需對(duì)壓載水進(jìn)行調(diào)節(jié)，譬如船在裝貨時(shí)，船體勢(shì)必向裝貨的方向傾斜，這時(shí)候需將裝貨的艙室所對(duì)應(yīng)的壓載艙內(nèi)的水排出；卸荷時(shí)，壓載水注入與卸料艙相對(duì)應(yīng)的壓載艙內(nèi)?，F(xiàn)代船舶控制系統(tǒng)具有自動(dòng)化、集成化、安全運(yùn)行、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。本文在PLC的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了閥門(mén)遙控及液位遙測(cè)系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

閥門(mén)遙控和遙測(cè)系統(tǒng)分三層結(jié)構(gòu)：電液閥的驅(qū)動(dòng)頭和傳感器單元、控制模塊，監(jiān)測(cè)控制面板MIMIC。從控制系統(tǒng)的角度出發(fā)，對(duì)船舶各部分進(jìn)行分散控制，并在控制室和監(jiān)控平臺(tái)上進(jìn)行集中管理。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1 閥門(mén)電液驅(qū)動(dòng)頭及傳感器單元

閥門(mén)開(kāi)關(guān)的動(dòng)力來(lái)源由液壓油所提供，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由液壓泵、電機(jī)、控制附件等組成。由PLC采集的信號(hào)控制電磁閥的接通和斷開(kāi)，液壓部分的集成油路能夠避免管路連接不完整，它具有整體結(jié)構(gòu)，維修方便等優(yōu)點(diǎn)。每個(gè)閥門(mén)對(duì)應(yīng)一個(gè)電液驅(qū)動(dòng)頭，所以各控制單元之間是獨(dú)立的，互不影響，所以能夠提高其可靠性。

該設(shè)計(jì)選用了壓力式液位傳感器，適用于各種壓載船、燃油艙及船舶液貨的液位測(cè)量。傳感器把收集來(lái)的液位、船舶吃水、溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為5-20mA的基準(zhǔn)電流作為PLC的輸入信號(hào)。

1.2 中間控制模塊

中間控制模塊由8臺(tái)西門(mén)子7S-200系列PLC及相應(yīng)的擴(kuò)展模塊組成，其中1臺(tái)連接以太網(wǎng)擴(kuò)展模塊。PLC主站通過(guò)交換機(jī)與監(jiān)控機(jī)實(shí)現(xiàn)通信，PLC從站使用7臺(tái)PLC，PLC的主站與從站間、PLC各從站間使用RS485接口進(jìn)行連接。與PLC1-PLC5相連的數(shù)字量輸入/輸出模塊，用來(lái)采集來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的閥門(mén)狀態(tài)、泵的運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)，數(shù)字量輸出控制繼電器對(duì)閥門(mén)進(jìn)行遙控操作，對(duì)各艙的液位、溫度、泵進(jìn)出口的壓力由模擬量輸入模塊進(jìn)行采集；數(shù)字輸入/輸出模塊連接PLC6和PLC7獲得閥門(mén)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)和MIMIC模擬面板上的啟停控制信號(hào)，根據(jù)這些信號(hào)運(yùn)行，其輸出驅(qū)動(dòng)閥門(mén)的開(kāi)關(guān)，還控制MIMIC模擬面板上的泵操作的指示燈。

2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

本設(shè)計(jì)通過(guò)人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)模塊化、分層化設(shè)計(jì)，能夠動(dòng)態(tài)顯示液體在管道中的流動(dòng)，利用鼠標(biāo)或鍵盤(pán)可以打開(kāi)和關(guān)閉閥門(mén)上的接口，完成泵的啟動(dòng)和停止，還可以監(jiān)控閥門(mén)、水泵的實(shí)時(shí)狀態(tài)，便于查找和分析故障。

2.2 PLC程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

監(jiān)控機(jī)與PLC主站之間采用以太網(wǎng)模塊進(jìn)行通信，PLC主站與PLC從站及PLC從站之間采用RS485串行通信接口。PLC自由口協(xié)議通信，并且對(duì)PLC特殊功能寄存器進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，從而定義信息收發(fā)的開(kāi)始和停止條件。

3 系統(tǒng)工作原理及功能

本設(shè)計(jì)中由PLC1-PLC5負(fù)責(zé)采集各閥門(mén)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)、液艙的液位、溫度等信號(hào)。PLC依次采集所有輸入端子的狀態(tài)，作為程序運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)。PLC主站接收采集來(lái)的輸入信號(hào)，并與監(jiān)控機(jī)進(jìn)行通信，把信息傳送到監(jiān)控機(jī)，從而使監(jiān)控機(jī)對(duì)閥門(mén)、泵等狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。此外，PLC主站發(fā)送接收來(lái)的信息到PLC6和PLC7，根據(jù)接收到的信息進(jìn)行相應(yīng)的操作，輸出控制MIMIC模擬屏指示燈，閥門(mén)和泵的狀態(tài)也可以顯示在MIMIC模擬屏上。閥門(mén)的遠(yuǎn)程控制可以在監(jiān)視器和MIMIC模擬面板上執(zhí)行，但不能同時(shí)進(jìn)行。當(dāng)閥門(mén)在MIMIC模擬面板遠(yuǎn)程操作時(shí)，相應(yīng)的閥的控制信號(hào)由PLC6或PLC7收集，并發(fā)送到PLC主站，然后發(fā)送到相應(yīng)的PLC1-PLC5從站，實(shí)現(xiàn)閥門(mén)的遠(yuǎn)程控制，從站狀態(tài)反饋到監(jiān)控機(jī)和MIMIC模擬控制面板。當(dāng)監(jiān)控機(jī)遠(yuǎn)程操作閥門(mén)時(shí)，控制信號(hào)通過(guò)鼠標(biāo)利用以太網(wǎng)交換機(jī)發(fā)送到PLC主站，閥門(mén)的遠(yuǎn)程操作由MIMIC模擬面板完成。其工作原理如圖2所示。

4 結(jié)語(yǔ)

該系統(tǒng)工作穩(wěn)定，運(yùn)行可靠，人機(jī)界面友好，是船舶實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的重要部分，能夠體現(xiàn)船舶自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：秦富貞（1981-），女，碩士，副教授，主要研究方向：電氣控制。endprint