秋刀魚船集魚燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

馮木易, 單海校

(浙江海洋大學(xué) 船舶與機(jī)電工程學(xué)院，浙江 舟山 316022)

0 引 言

秋刀魚體形修長(zhǎng)如刀，生產(chǎn)季節(jié)在秋天，故稱秋刀魚，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益都很可觀，日本家庭的小孩每周要吃三次以上，它也因此被視為日本的國(guó)魚。秋刀魚廣泛分布在北太平洋及其沿海海域，是遠(yuǎn)洋捕撈魚種之一。秋刀魚捕撈作業(yè)常采用舷提網(wǎng)作業(yè)方式，舷提網(wǎng)屬于浮敷網(wǎng)方式，其形狀為方形或長(zhǎng)方形[1]。上緣用一捆竹竿使網(wǎng)的上部浮于水面，將網(wǎng)預(yù)先敷設(shè)在水中，利用秋刀魚的趨光性，用集魚燈誘集魚群，然后用舷提網(wǎng)進(jìn)行捕撈。秋刀魚舷提網(wǎng)捕撈，從設(shè)備安裝到具體操作技術(shù)都因船而異，而相同船在不同的設(shè)備裝配方式下，其捕撈方式也不同。尤其是集魚燈，不同船有不同的集魚燈裝配方式[2]。

秋刀魚舷提網(wǎng)作業(yè)的重要環(huán)節(jié)之一是集魚燈控制系統(tǒng)，集魚效果的好壞，對(duì)漁船漁業(yè)生產(chǎn)有著直接影響。我國(guó)在該方面的研究還十分薄弱，以前的秋刀魚船都是采用進(jìn)口產(chǎn)品，價(jià)格昂貴。筆者采用西門子PLC對(duì)集魚燈進(jìn)行自動(dòng)控制，既滿足高可靠性要求，節(jié)省成本，又方便修改功能。

1 主要技術(shù)概述

1.1 集魚燈技術(shù)概述

集魚燈的顏色主要采用紅、白、綠三種，在水平方向，白光的光照度最強(qiáng)，綠光在水中的透射距離最遠(yuǎn)，紅光的誘導(dǎo)和穩(wěn)定魚群效果最好，白光在垂直方向的透射距離位于綠光和紅光之間。紅、白、綠三色燈泡沒有固定數(shù)量比例[3]。

現(xiàn)在應(yīng)用于秋刀魚船的集魚燈一般有白熾燈、LED燈、高壓汞燈以及金屬鹵素?zé)?，常用于秋刀魚船誘魚燈的一般為兩種：白熾燈集魚燈和LED集魚燈。白熾燈是應(yīng)用最多最普遍的集魚燈，也是最早用于秋刀魚船誘魚燈的光源之一，用于秋刀魚船集魚燈的白熾燈功率有500 W，1 000 W，1 500 W等，我國(guó)多采用500 W白熾燈。金屬鹵素?zé)粼诮档凸暮吞岣吖庑隙际前谉霟舻?.5倍，壽命是白熾燈的2倍，在生產(chǎn)上有如下優(yōu)勢(shì)：能瞬間起動(dòng)點(diǎn)亮，熄燈后再起動(dòng)時(shí)間短，同噸位漁船配置比白熾燈數(shù)量減少80%，光效高，壽命長(zhǎng)，節(jié)能好，穿透力強(qiáng)，在很大程度上提高了捕魚產(chǎn)量。

LED燈近年來(lái)被廣泛用于秋刀魚船的集魚燈，LED燈的輻射頻率由特性單一頻率決定，恰能發(fā)出特定波長(zhǎng)范圍的單色輻射，非常有利于秋刀魚船集魚作業(yè)。LED燈發(fā)光效率高，一盞100 W的LED燈相當(dāng)于一盞500 W的白熾燈，節(jié)省電能[10]，能夠懸掛更多的集魚燈，提高海面誘魚效果。

1.2 PLC概述

PLC結(jié)構(gòu)包括中央處理器、存儲(chǔ)器、輸入/輸出模塊、功能模塊、編程設(shè)備、通信模塊及電源等。PLC運(yùn)行時(shí)，利用循環(huán)掃描的工作方式從首條指令開始順序執(zhí)行，程序運(yùn)行完畢后返回至首指令，繼續(xù)執(zhí)行程序[4]。

PLC編程簡(jiǎn)單易學(xué)，可靠性高，功能強(qiáng)，安裝簡(jiǎn)單，維修方便，采用模塊化結(jié)構(gòu)，接口模塊豐富，系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試周期短。在沒有環(huán)境限制的情況下，只要有電就能形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，它可以用來(lái)擴(kuò)展訪問端口的數(shù)量，使資源能夠保持較高的利用率，并能與無(wú)線局域網(wǎng)的移動(dòng)性進(jìn)行比較[5]。相對(duì)于傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可編程控制器成本較低，項(xiàng)目的時(shí)間限制較短，可擴(kuò)展，更易管理。

1.3 接觸器技術(shù)概述

接觸器(Contactor)是指工業(yè)電中利用線圈流過電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，使觸頭閉合，以達(dá)到控制負(fù)載的電器。接觸器由電磁系統(tǒng)(銜鐵、靜鐵心、電磁線圈)觸頭系統(tǒng)(常開觸頭和常閉觸頭)和滅弧裝置組成[7]。

接觸器其原理是當(dāng)接觸器的電磁線圈通電后，會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場(chǎng)，使靜鐵心產(chǎn)生電磁吸力吸引銜鐵，并帶動(dòng)觸頭動(dòng)作：常閉觸頭斷開，常開觸頭閉合，兩者是聯(lián)動(dòng)的。當(dāng)線圈斷電時(shí)，電磁吸力消失，銜鐵在釋放彈簧的作用下釋放，使觸頭復(fù)原：常閉觸頭閉合，常開觸頭斷開[8]。接觸器用處相當(dāng)廣泛，用來(lái)接通或斷開帶負(fù)載的交直流主電路或大容量控制電路的自動(dòng)化切換器，主要控制對(duì)象是電動(dòng)機(jī)，此外也用于其他電力負(fù)載，如電熱器，電焊機(jī)，照明設(shè)備，接觸器不僅能接通和切斷電路，而且還具有低電壓釋放保護(hù)作用。適用于頻繁操作和遠(yuǎn)距離控制[11]。是自動(dòng)控制系統(tǒng)中的重要元件之一。

接觸器可高頻率地開啟與切斷電源，最高操作頻率甚至可達(dá)每小時(shí)1 200次。而接觸器的使用壽命很高，機(jī)械壽命通常為數(shù)百萬(wàn)次至一千萬(wàn)次，電壽命一般則為數(shù)十萬(wàn)次至數(shù)百萬(wàn)次。

2 集魚燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 集魚燈控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

2.1.1系統(tǒng)組成

集魚燈控制系統(tǒng)由集魚燈供電柜、可編程序控制器(PLC)、手動(dòng)遙控板、人機(jī)界面HMI觸摸屏、水密接線盒等組成。

集魚燈供電柜包括：供電斷路器、接觸器、繼電器、可編程序控制器(PLC)指示燈、按鈕、旋鈕、控制變壓器、熔斷器、接線端子排等；手動(dòng)遙控板上安裝集魚燈手動(dòng)開關(guān)的旋鈕及指示燈；水密接線盒用于連接集魚燈供電柜輸出和集魚燈。系統(tǒng)組成框圖如圖1。

圖1 集魚燈控制系統(tǒng)組成框圖

2.1.2系統(tǒng)工作原理

集魚燈控制系統(tǒng)分為本地和遙控控制，遙控又分為手動(dòng)遙控控制和自動(dòng)遙控控制。通常采用自動(dòng)遙控控制，在此工作方式下，先在觸摸屏設(shè)定好工作模式，然后PLC根據(jù)設(shè)定模式進(jìn)行自動(dòng)控制集魚燈開與關(guān)；如果自動(dòng)控制出現(xiàn)故障或特殊情況需人為控制，則可切換為手動(dòng)遙控控制；如果手動(dòng)遙控板和集魚燈供電柜間的連線出現(xiàn)故障，最后可轉(zhuǎn)為本地控制集魚燈的開與關(guān)。這樣設(shè)計(jì)最安全合理[9]。

2.2 硬件器件的選型配置

2.2.1PLC選型配置

PLC采用西門子S7-200，性價(jià)比高，硬件可靠穩(wěn)定，編程軟件簡(jiǎn)單易學(xué)。它既具有高速處理的特點(diǎn)，又可以大量滿足擴(kuò)展單個(gè)需要的特殊功能模塊的功能[6]。為自動(dòng)化應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。具體配置如表1。

表1 PLC配置表

2.2.2斷路器、接觸器等選擇配置

斷路器采用寺崎XH型，接觸器采用施耐德電氣的LC1-D型[13]。具體配置如表2。

表2 斷路器、接觸器等配置表

2.2.3指示燈旋鈕選擇配置

指示燈旋鈕選用施耐德電氣的ZB型[12]。具體配置如表3。

表3 指示燈旋鈕等配置表

2.2.4電氣控制回路

本控制系統(tǒng)電氣部分主要有供電電源、本地手動(dòng)控制、手動(dòng)遙控控制、自動(dòng)遙控控制等組成。所有的電氣元件都要正確連接到接線端子排上，如圖2。

圖2 集魚燈電氣控制回路圖

2.3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用西門子STEP7-Micro/WIN編程軟件來(lái)編寫程序，不同工作模式下，集魚燈的開關(guān)順序不一樣。程序按各個(gè)功能進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，調(diào)試、修改非常方便。如圖3～6所示為自動(dòng)生產(chǎn)線工作原理和流程圖的具體程序。觸摸屏界面如圖7所示。

圖3 集魚燈控制系統(tǒng)主程序

圖4 集魚燈控制系統(tǒng)模式選擇

圖5 集魚燈控制系統(tǒng)開/關(guān)控制

圖7 集魚燈控制系統(tǒng)觸摸屏界面

3 結(jié) 語(yǔ)

該系統(tǒng)采用PLC控制器，其硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)速度快，性價(jià)比高，和單片機(jī)相比，具有更高的可靠性，抗干擾能力強(qiáng)，可擴(kuò)展性好，編程簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，通訊靈活；本系統(tǒng)具有較好的市場(chǎng)應(yīng)用價(jià)值。