某型舰艇智能型电机集中控制系统的设计

赵洁，方兴，席敬波

（1.中国人民解放军第7815工厂，浙江宁波 315000；2.总装驻杭州地区军代室，杭州 310012）

0 引言

当今世界是信息自动化高速发展的时代，随着自动控制技术的发展及综合监测报警系统的普及，电动机监控管理系统也向着智能化、网络化、信息数字化的方向发展。有着特殊使命任务的军用船艇更加亟需进行信息化方面的改造。

本设计对某型舰船的主要电机控制箱进行智能化改造，并采用RS485通讯实现对各智能化电机进行分散布置、集中管理，除了可以远程集中实现常规的启动、停止功能外，还可以全过程监视电机的相关运行参数。

1 船舶电机控制管理的现状

现代舰船管理水平普遍提高，设备的自动化程度均有显著提高，进入了网络化、信息化阶段，但对电机的管理却未有改进。现代舰船电机管理存在的主要问题：

1)电机分散布置于各个舱室，大部分电机的启动器基本设置于电机旁，一旦需要开启或关停电机，操作人员就必须往返于各个舱室进行操作，增加了工作量，也不方便对电机的运行状态进行监测；

2)部分舰艇电机采用了组合启动屏形式的集中管理模式，但该种集中管理模式增加了电缆敷设，增加了舰船的建造成本，且对电机的运行参数无法直接监测；

3)电机涉及的使用舱室与人员较多，日常使用和维护工作量较大[1]。

2 智能型电机集中控制系统的组成及原理

某舰艇智能型电机集中控制系统主要由上位机、可编程控制器（PLC）、通讯集线器（RS485）和智能电机启动器（带电机智能管理模块）若干组成，如图1所示。

本艇因设备较多，布置时比较紧凑，而且各个泵的启动器又不得不布置在左右两舷，当船舶航行时人员不方便去两舷操作启动器。

如机舱部分有总用泵、滑油泵、燃油泵、机舱风机等等，加上各类设备布置后基本处于饱和状态。一旦船舶处于航行状态，本身狭小的通道加上高温、颠簸等不确定因素，对操作人员的操作维护带来一定风险。而智能磁力启动器可在上位机上进行启停操作。将上位机布置于便于操作及监测的位置，可以有效解决上述问题。

图1为网络连接的逻辑顺序，实际设备连接可根据各个启动器的布置按最短路径相互连线。启动器之间通过Modbus-RS485通信接口串接组网，在上位机上操作时，启动器打至遥控状态。部分遥控通信人机界面如图2所示。该界面直观显示各启动器的连接与运行状态。当通讯中断或产生故障时会发出声光报警，并作相应的历史记录。双击界面上的任一智能启动器界面弹出该启动器的操作界面，可以实现对该启动器的启停及相关参数的监控。如图3所示的为监控室风机操作界面及运行时的相关参数。除启停功能外可以监测风机运行的电流、通讯指示、故障报警等。其它操作界面类同。

考虑到该型舰艇的的航行状态及机舱空间，现场 PC采用壁挂式安装，上设信息显示器、消音按钮和外接RS485通讯口。

1）外接通讯口：通讯RS485，采用MODBUS RTU通讯协议，波特率 9600无校验，与综合监测报警系统相连，可通过 RS485/RS232转换成RS232 接口[2]。

2）报警指示功能：生成声光报警，当发生断线或过载等报警时，指示器鸣叫并闪烁。

3）消音功能：当声光报警指示器动作时，按下该按钮可关闭报警器，再按一下恢复报警；当有新的报警产生时，消音将自动取消，对该故障进行声光报警。

4）显示屏信息显示：主画面，实时报警显示列表画面，通过触摸屏上的按钮图标实现画面自由切换，其界面如图2所示。

3 智能电机启动器原理

要实现智能化远程控制，磁力启动器的设计是关键。每个磁力启动器均配置了智能电机控制器，除具有传统的电机过载、短路、断相及欠压保护功能外，通过电机集中控制装置还可以实现如下功能：参数设置、遥控控制、顺序起动、自 动起动、信息采集、监测报警、远程输出（如至综合监测报警系统及指挥系统）等。智能电机启动器原理图如图4所示，采用施耐德控制模块。控制电路电压为直流24 V，由PLC和串行总线通过Modbus协议进行控制。选用动力底座LUB、多功能控制单元 LUCM、Modbus通信模块LULC03、线圈预接线模块 LUPBN11C。将通信模块输出端子连接到线圈端子，并将通信模块连接至串行总线。实现短路保护、电子式热过载保护（可调整范围）、测量负载电流并检测空载运行、电动启动器与选择开关位置间互锁。通过开关量触点监视电动机状态，并可发出报警信号，对热过载可能造成的停机进行完整预测。多功能控制单元正面带有热脱扣测试按钮，实现过载报警的同时还可以输出电动机的负载指示，通过输出4-20mA模拟量电流信号给上位机。

4 上位机软件系统

本系统采用亚控科技的组态王监测系统软件。该软件系统是新型的自动控制系统，以标准工业计算机软件、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。它具有适应性强、开放性好、易于扩展。通常分为：控制层、监控层、管理层。监控层对下连接控制层，对上连接管理层，实现对现场的实时监测与控制。组态软件充分利用图文编辑功能，并以动画方式显示控制设备状态。采用其丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能，实现对各个电机的数据链接与集中控制。如图 3，电机的运行状况通过电机运行动画演示出来。该软件系统兼具强大的数据存储能力，如电机故障报警等会自动报警并自动存储与标识，可以满足舰船查看和检索历史运行数据，为电机的维护保养提供相应的参考与策略。

5 结束语

该智能电机集中控制系统在某型舰艇上运行稳定可靠，图形界面直观，操作简便。安全有效的减轻了操作人员的工作量。船艇使用部队反应良好，值得推广应用。

[1]杨东升，张伟，吴宏，黄兴.基于现场总线和微处理技术的船舶电机集中监控系统[J].造船技术，2010，（6）：40.

[2]汪先兵，宋成法，费文晓.基于现场总线的MMC系列电动机监控管理系统设计[N].西南科技大学学报，2006.