基于可編程控制器的船舶主機遙控系統(tǒng)的設(shè)計

船舶自動化領(lǐng)域的一個重要組成部分是主機遙控系統(tǒng)。目前主機遙控系統(tǒng)技術(shù)方案多種多樣，本文采用PLC工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)主機遙控系統(tǒng)的功能，具有經(jīng)濟性能好、硬件電路結(jié)構(gòu)簡單、工作安全可靠的特點。

在多PLC控制網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)主機遙控系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)上，研討主要設(shè)計整個PLC網(wǎng)絡(luò)的總體結(jié)構(gòu)和通訊方案，并通過通訊網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對主機的起停部分的自動控制及安保系統(tǒng)設(shè)計。

2 主機遙控PLC網(wǎng)絡(luò)控制總體結(jié)構(gòu)設(shè)計及通訊方式的實現(xiàn)

2.1 主機遙控PLC網(wǎng)絡(luò)控制總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

PLC控制網(wǎng)絡(luò)用于主機遙控系統(tǒng)的控制，包括兩臺S7-200PLC。其中一臺用于主機起停和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)控制，安裝在機控室;另一臺用于完成電子調(diào)速器的任務(wù)，安裝在機艙。另設(shè)計算機作為監(jiān)視平臺，用來監(jiān)視整個系統(tǒng)的重要信號。
整個網(wǎng)絡(luò)的主要設(shè)備為:兩臺S7-200PLC、一臺微型機、網(wǎng)絡(luò)連接器、PC/PPI電纜、RS-485電纜。

根據(jù)總體通訊設(shè)計思路，我們的總體結(jié)構(gòu)圖設(shè)計如圖1。

圖1 總體結(jié)構(gòu)圖

如圖，主站PLC通訊口出來地總線分別通過網(wǎng)絡(luò)連接器和PC/PPI電纜和從站PLC以及計算機通訊。主從站之間通過RS-485總線進行PPI協(xié)議通訊，主站和計算機終端通過PC/PPI電纜進行自由口通訊。從主站PLC通訊口出來連接上網(wǎng)絡(luò)連接器，是為了隔離，以免計算機RS-232口損壞。通過網(wǎng)絡(luò)連接器出來地線以及RS-485信號A和B通過比較高低電平與從站進行通訊。同時通過PC/PPI電纜的連接口引出5針通過RS-485和RS-232轉(zhuǎn)換成3條線分別為接收、發(fā)送和地線，與計算機進行通訊。S7-200PLC通訊口的引腳分配見附表。

附表 通訊口引腳分配

2.2 多通訊協(xié)議的組合及調(diào)試

在S7-200網(wǎng)絡(luò)通訊中，可以實現(xiàn)兩種通訊協(xié)議進行通訊而不互相干擾。但前提是兩種協(xié)議的波特率必須相同，由于只有一個通訊口，波特率只支持9600波特，因此在多協(xié)議通訊時，波特率設(shè)置為9600波特。對于多協(xié)議的組合方式，作者采用了總線分時復(fù)用法，在總線分時控制中，作者通過幾個定時器組成矩形波，從而形成高低不同時段分別進行PPI協(xié)議通訊和自由口通訊。主程序流程圖見圖2。PPI通信程序流程見圖3。自由口通信程序的流程見圖4。

圖2 主程序流程圖見

圖3 PPI通信程序流程

圖4 自由口通信程序的流程

按照以上方案所進行的系統(tǒng)設(shè)計完成之后，實際的通訊效果達到設(shè)計要求，從站PLC和計算機終端基本上能在20ms內(nèi)獲取主站送來的信息。

3 主機遙控系統(tǒng)的設(shè)計

3.1 起停部分的設(shè)計

作者在設(shè)計過程中選擇的對象是最常見的B&M低速機，起?？刂浦饕?個部分:起動控制，慢轉(zhuǎn)控制，停車控制，重復(fù)起動控制。以正車起動為例，系統(tǒng)須針對兩種情況:停車情況下的起動和正常反向起動，都能確保正車起動電磁閥的通斷，同時還須判斷重復(fù)起動的狀態(tài)，正車起動的程序流程如圖5所示。

圖5 正車起動的程序流程

慢轉(zhuǎn)控制所要考慮的情況分別是主機停車時間超過30min和電源斷電后恢復(fù)供電兩種情況。在主機轉(zhuǎn)過一圈或有緊急操縱信號的情況下，可以撤消慢轉(zhuǎn)控制。停車控制所要考慮的情況共分4種:停車指令,故障停車信號,車令與運轉(zhuǎn)方向不一致以及起動電磁閥工作期間。重復(fù)起動控制又分為4個子程序:起動時間監(jiān)視子程序，換向時間監(jiān)視子程序，起動間歇延時子程序和重復(fù)起動次數(shù)計數(shù)子程序。以上程序流程圖由于篇幅所限，在此不一一贅述。

3.2 轉(zhuǎn)速控制部分的設(shè)計

本設(shè)計是用模擬量輸入模塊EM235來讀取車鐘指令和轉(zhuǎn)速反饋。PLC主站首先讀入模擬量，通過三次移位，可以得到12位的數(shù)字信號，然后通過定時中斷程序?qū)斎肓窟M行數(shù)字濾波，濾波后的數(shù)據(jù)將與由外電路所確定的正常信號電壓范圍比較，可判斷車令電位器的三個接線端有無斷線故障，在確保信號的正常之后，再經(jīng)過各種限制處理，限制環(huán)節(jié)主要包括臨界轉(zhuǎn)速限制，加速度限制和負荷程序限制，限制處理后的結(jié)果最后通過PPI通信協(xié)議發(fā)送給從站PLC電子調(diào)速器進而控制主機的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速限制處理程序流程圖6所示。

圖6 轉(zhuǎn)速限制處理程序流程

本設(shè)計的另一個任務(wù)是讀取轉(zhuǎn)速反饋值并對其進行處理，經(jīng)過處理后得到主機的各種運行狀態(tài)，包括主機正反轉(zhuǎn)的換向轉(zhuǎn)速，發(fā)火轉(zhuǎn)速以及加速轉(zhuǎn)換點，一方面得到起停控制所需要的主機狀態(tài)信息，另一方面使監(jiān)測平臺能實時監(jiān)視，直觀地反映出目前主機的狀態(tài)，同時能顯示出整個轉(zhuǎn)速變化過程。

4 結(jié)束語

本文結(jié)合中小型船舶維修改造過程中對主機遙控系統(tǒng)的要求，提出一種硬件電路相對簡單且易于實現(xiàn)、線路少、編程容易且功能較全面的主機遙控系統(tǒng)的設(shè)計及實施方案。系統(tǒng)采用兩臺S7-200PLC與一臺計算機構(gòu)成主機遙控系統(tǒng)的基本框架，利用串行通信總線可實現(xiàn)各個控制器及計算機之間的信息傳輸，該方案目前已經(jīng)在實驗室環(huán)境下完成了系統(tǒng)的設(shè)計以及調(diào)試工作。