秋刀鱼船集鱼灯控制系统设计

冯木易, 单海校

(浙江海洋大学 船舶与机电工程学院，浙江 舟山 316022)

0 引 言

秋刀鱼体形修长如刀，生产季节在秋天，故称秋刀鱼，营养价值和经济效益都很可观，日本家庭的小孩每周要吃三次以上，它也因此被视为日本的国鱼。秋刀鱼广泛分布在北太平洋及其沿海海域，是远洋捕捞鱼种之一。秋刀鱼捕捞作业常采用舷提网作业方式，舷提网属于浮敷网方式，其形状为方形或长方形[1]。上缘用一捆竹竿使网的上部浮于水面，将网预先敷设在水中，利用秋刀鱼的趋光性，用集鱼灯诱集鱼群，然后用舷提网进行捕捞。秋刀鱼舷提网捕捞，从设备安装到具体操作技术都因船而异，而相同船在不同的设备装配方式下，其捕捞方式也不同。尤其是集鱼灯，不同船有不同的集鱼灯装配方式[2]。

秋刀鱼舷提网作业的重要环节之一是集鱼灯控制系统，集鱼效果的好坏，对渔船渔业生产有着直接影响。我国在该方面的研究还十分薄弱，以前的秋刀鱼船都是采用进口产品，价格昂贵。笔者采用西门子PLC对集鱼灯进行自动控制，既满足高可靠性要求，节省成本，又方便修改功能。

1 主要技术概述

1.1 集鱼灯技术概述

集鱼灯的颜色主要采用红、白、绿三种，在水平方向，白光的光照度最强，绿光在水中的透射距离最远，红光的诱导和稳定鱼群效果最好，白光在垂直方向的透射距离位于绿光和红光之间。红、白、绿三色灯泡没有固定数量比例[3]。

现在应用于秋刀鱼船的集鱼灯一般有白炽灯、LED灯、高压汞灯以及金属卤素灯，常用于秋刀鱼船诱鱼灯的一般为两种：白炽灯集鱼灯和LED集鱼灯。白炽灯是应用最多最普遍的集鱼灯，也是最早用于秋刀鱼船诱鱼灯的光源之一，用于秋刀鱼船集鱼灯的白炽灯功率有500 W，1 000 W，1 500 W等，我国多采用500 W白炽灯。金属卤素灯在降低功耗和提高光效上都是白炽灯的3.5倍，寿命是白炽灯的2倍，在生产上有如下优势：能瞬间起动点亮，熄灯后再起动时间短，同吨位渔船配置比白炽灯数量减少80%，光效高，寿命长，节能好，穿透力强，在很大程度上提高了捕鱼产量。

LED灯近年来被广泛用于秋刀鱼船的集鱼灯，LED灯的辐射频率由特性单一频率决定，恰能发出特定波长范围的单色辐射，非常有利于秋刀鱼船集鱼作业。LED灯发光效率高，一盏100 W的LED灯相当于一盏500 W的白炽灯，节省电能[10]，能够悬挂更多的集鱼灯，提高海面诱鱼效果。

1.2 PLC概述

PLC结构包括中央处理器、存储器、输入/输出模块、功能模块、编程设备、通信模块及电源等。PLC运行时，利用循环扫描的工作方式从首条指令开始顺序执行，程序运行完毕后返回至首指令，继续执行程序[4]。

PLC编程简单易学，可靠性高，功能强，安装简单，维修方便，采用模块化结构，接口模块丰富，系统设计与调试周期短。在没有环境限制的情况下，只要有电就能形成一个网络，它可以用来扩展访问端口的数量，使资源能够保持较高的利用率，并能与无线局域网的移动性进行比较[5]。相对于传统的网络技术，可编程控制器成本较低，项目的时间限制较短，可扩展，更易管理。

1.3 接触器技术概述

接触器(Contactor)是指工业电中利用线圈流过电流产生磁场，使触头闭合，以达到控制负载的电器。接触器由电磁系统(衔铁、静铁心、电磁线圈)触头系统(常开触头和常闭触头)和灭弧装置组成[7]。

接触器其原理是当接触器的电磁线圈通电后，会产生很强的磁场，使静铁心产生电磁吸力吸引衔铁，并带动触头动作：常闭触头断开，常开触头闭合，两者是联动的。当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在释放弹簧的作用下释放，使触头复原：常闭触头闭合，常开触头断开[8]。接触器用处相当广泛，用来接通或断开带负载的交直流主电路或大容量控制电路的自动化切换器，主要控制对象是电动机，此外也用于其他电力负载，如电热器，电焊机，照明设备，接触器不仅能接通和切断电路，而且还具有低电压释放保护作用。适用于频繁操作和远距离控制[11]。是自动控制系统中的重要元件之一。

接触器可高频率地开启与切断电源，最高操作频率甚至可达每小时1 200次。而接触器的使用寿命很高，机械寿命通常为数百万次至一千万次，电寿命一般则为数十万次至数百万次。

2 集鱼灯控制系统设计

2.1 集鱼灯控制系统简介

2.1.1系统组成

集鱼灯控制系统由集鱼灯供电柜、可编程序控制器(PLC)、手动遥控板、人机界面HMI触摸屏、水密接线盒等组成。

集鱼灯供电柜包括：供电断路器、接触器、继电器、可编程序控制器(PLC)指示灯、按钮、旋钮、控制变压器、熔断器、接线端子排等；手动遥控板上安装集鱼灯手动开关的旋钮及指示灯；水密接线盒用于连接集鱼灯供电柜输出和集鱼灯。系统组成框图如图1。

图1 集鱼灯控制系统组成框图

2.1.2系统工作原理

集鱼灯控制系统分为本地和遥控控制，遥控又分为手动遥控控制和自动遥控控制。通常采用自动遥控控制，在此工作方式下，先在触摸屏设定好工作模式，然后PLC根据设定模式进行自动控制集鱼灯开与关；如果自动控制出现故障或特殊情况需人为控制，则可切换为手动遥控控制；如果手动遥控板和集鱼灯供电柜间的连线出现故障，最后可转为本地控制集鱼灯的开与关。这样设计最安全合理[9]。

2.2 硬件器件的选型配置

2.2.1PLC选型配置

PLC采用西门子S7-200，性价比高，硬件可靠稳定，编程软件简单易学。它既具有高速处理的特点，又可以大量满足扩展单个需要的特殊功能模块的功能[6]。为自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。具体配置如表1。

表1 PLC配置表

2.2.2断路器、接触器等选择配置

断路器采用寺崎XH型，接触器采用施耐德电气的LC1-D型[13]。具体配置如表2。

表2 断路器、接触器等配置表

2.2.3指示灯旋钮选择配置

指示灯旋钮选用施耐德电气的ZB型[12]。具体配置如表3。

表3 指示灯旋钮等配置表

2.2.4电气控制回路

本控制系统电气部分主要有供电电源、本地手动控制、手动遥控控制、自动遥控控制等组成。所有的电气元件都要正确连接到接线端子排上，如图2。

图2 集鱼灯电气控制回路图

2.3 软件系统设计

根据设计要求采用西门子STEP7-Micro/WIN编程软件来编写程序，不同工作模式下，集鱼灯的开关顺序不一样。程序按各个功能进行模块化设计，调试、修改非常方便。如图3～6所示为自动生产线工作原理和流程图的具体程序。触摸屏界面如图7所示。

图3 集鱼灯控制系统主程序

图4 集鱼灯控制系统模式选择

图5 集鱼灯控制系统开/关控制

图7 集鱼灯控制系统触摸屏界面

3 结 语

该系统采用PLC控制器，其硬件结构简单，响应速度快，性价比高，和单片机相比，具有更高的可靠性，抗干扰能力强，可扩展性好，编程简单，维护方便，通讯灵活；本系统具有较好的市场应用价值。