在可编程控制器的基础上设计船舶主机遥控系统

出处:weihualong 发布于:2011-09-01 12:13:08

1 引言

  船舶自动化领域的一个重要组成部分是主机遥控系统。目前主机遥控系统技术方案多种多样,本文采用PLC工业控制网络来实现主机遥控系统的功能,具有经济性能好、硬件电路结构简单、工作安全可靠的特点。
  在多PLC控制网络实现主机遥控系统设计的基础上,研讨主要设计整个PLC网络的总体结构和通讯方案,并通过通讯网络实现对主机的起停部分的自动控制及安保系统设计。

2 主机遥控PLC网络控制总体结构设计及通讯方式的实现


  2.1主机遥控PLC网络控制总体结构设计
  PLC控制网络用于主机遥控系统的控制,包括两台S7-200PLC。其中一台用于主机起停和转速调节控制,安装在机控室;另一台用于完成电子调速器的任务,安装在机舱。另设计算机作为监视平台,用来监视整个系统的重要信号。
  整个网络的主要设备为:两台S7-200PLC、一台微型机、网络连接器、PC/PPI电缆、RS-485电缆。
  根据总体通讯设计思路,我们的总体结构图设计如图1。

 
  如图,主站PLC通讯口出来地总线分别通过网络连接器和PC/PPI电缆和从站PLC以及计算机通讯。主从站之间通过RS-485总线进行PPI协议通讯,主站和计算机终端通过PC/PPI电缆进行自由口通讯。从主站PLC通讯口出来连接上网络连接器,是为了隔离,以免计算机RS-232口损坏。通过网络连接器出来地线以及RS-485信号A和B通过比较高低电平与从站进行通讯。同时通过PC/PPI电缆的连接口引出5针通过RS-485和RS-232转换成3条线分别为接收、发送和地线,与计算机进行通讯。S7-200PLC通讯口的引脚分配见附表。
  附表 通讯口引脚分配
 
 
  2.2多通讯协议的组合及调试
  在S7-200网络通讯中,可以实现两种通讯协议进行通讯而不互相干扰。但前提是两种协议的波特率必须相同,由于只有一个通讯口,波特率只支持9600波特,因此在多协议通讯时,波特率设置为9600波特。对于多协议的组合方式,作者采用了总线分时复用法,在总线分时控制中,作者通过几个定时器组成矩形波,从而形成高低不同时段分别进行PPI协议通讯和自由口通讯。主程序流程图见图2。
图2 主程序流程图见
 
  按照以上方案所进行的系统设计完成之后,实际的通讯效果达到设计要求,从站PLC和计算机终端基本上能在20ms内获取主站送来的信息。
 
3 主机遥控系统的设计
    
  3.1起停部分的设计
  作者在设计过程中选择的对象是常见的B&M低速机,起停控制主要包括5个部分:起动控制,慢转控制,停车控制,重复起动控制。以正车起动为例,系统须针对两种情况:停车情况下的起动和正常反向起动,都能确保正车起动电磁阀的通断,同时还须判断重复起动的状态。
 
  慢转控制所要考虑的情况分别是主机停车时间超过30min和电源断电后恢复供电两种情况。在主机转过一圈或有紧急操纵信号的情况下,可以撤消慢转控制。停车控制所要考虑的情况共分4种:停车指令,故障停车信号,车令与运转方向不一致以及起动电磁阀工作期间。重复起动控制又分为4个子程序:起动时间监视子程序,换向时间监视子程序,起动间歇延时子程序和重复起动次数计数子程序。以上程序流程图由于篇幅所限,在此不一一赘述。
  3.2转速控制部分的设计
  本设计是用模拟量输入模块EM235来读取车钟指令和转速反馈。PLC主站首先读入模拟量,通过三次移位,可以得到12位的数字信号,然后通过定时中断程序对输入量进行数字滤波,滤波后的数据将与由外电路所确定的正常信号电压范围比较,可判断车令电位器的三个接线端有无断线故障,在确保信号的正常之后,再经过各种限制处理,限制环节主要包括临界转速限制,加速度限制和负荷程序限制,限制处理后的结果通过PPI通信协议发送给从站PLC电子调速器进而控制主机的转速。转速限制处理程序流程图4所示。
 
 
图4 转速限制处理程序流程
 
  本设计的另一个任务是读取转速反馈值并对其进行处理,经过处理后得到主机的各种运行状态,包括主机正反转的换向转速,发火转速以及加速转换点,一方面得到起停控制所需要的主机状态信息,另一方面使监测平台能实时监视,直观地反映出目前主机的状态,同时能显示出整个转速变化过程。
 
4 结束语

  本文结合中小型船舶维修改造过程中对主机遥控系统的要求,提出一种硬件电路相对简单且易于实现、线路少、编程容易且功能较全面的主机遥控系统的设计及实施方案。系统采用两台S7-200PLC与一台计算机构成主机遥控系统的基本框架,利用串行通信总线可实现各个控制器及计算机之间的信息传输,该方案目前已经在实验室环境下完成了系统的设计以及调试工作。
 

  
关键词:控制器

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