基于PLC 技术的船舶辅助机械自动化设备控制研究

吴小钢

（宜昌测试技术研究所，湖北 宜昌 443000）

随着现代工业的不断发展，更加凸显了船舶辅助机械自动化控制的作用。船舶辅助机械设备在船舶海上行驶中发挥着重要的作用，是船舶正常航行的重要保证，为船舶提供必要的服务。大量的辅助机械设备有独立的控制系统，相互之间也存在一定的关联。自动转舵控制系统、起货机控制系统、锅炉自动控制系统等，都是船舶辅助机械设备控制系统。工业领域向智能化、自动化方向发展，广泛应用可编程逻辑控制器（PLC）技术，船舶辅助机械自动化控制进一步发展，有必要充分应用PLC 技术。编写PLC 程序，合理确定变频器的参数，设计变频控制系统，可以提升自动化控制效果，促进船舶的正常稳定运行。

1 PLC 工作流程

可编程逻辑控制器（PLC）是一种数字运算操作电子系统，专门为工业环境的应用而设计，是工业控制设备，具有通用性。PLC 系统启动后，先进行初始化操作，检查I/O 接口，检测电源状态，复位定时器，继电器清零等。然后，进行自检，外部公共操作，保证PLC 的可靠性。每个任务执行周期，都需要自检PLC 系统，及时发现异常。然后，执行用户程序，从存储器中读取、扫描相关指令，调用运算器，处理指令，在PLC 的映像区存储运算结果。状态刷新就是PLC 的输输出激励、输入采样。运算处理指令向输出锁存器传输，然后，向I/O 端口传送，为输出激励，控制外围负载。I/O 端口上的信号采集后，向CPU 寄存器区传输，为输入采样。

2 基于PLC 技术的船舶辅助机械自动化控制系统

2.1 锅炉系统

为锅炉系统中供汽压力和燃油比重调节基本原理。起动时，从40s 锅炉进行预扫风，以防止点火时发生冷爆现象。到了40s 后开始点火，如能在7s 内点火成功，锅炉便进入正常燃烧状态。如在7s 内点火不成功，锅炉便停炉，同时，发出声光报警信号，故障熄火指示灯亮。锅炉在正常燃烧过程中，当汽压到达设定的上限值时，会正常熄炉，不发出报警信号。当汽压又降到控制汽压的下限值时，锅炉又重新起动，开始自动点火时序控制，重新燃烧。

利用PLC 技术，能够实现高质量的调节功能。根据锅炉的质量控制要求、大小、性能，合理选择锅炉系统的给水自动调节方式。

由于船舶舱内有明显的振动特征，并且温度相对较高，许多干扰源会影响海上航行状态，对控制系统要求更高。需要科学选择PLC 型号，提高内部元器件的环境承受能力。保证船舶安全可靠地运行，是船舶辅助机械自动化控制的基础，同时，节省能源消耗，提升船舶运行的经济性，减少维修费用。考虑到以下几方面，可选用FX 2N PLC。FX 2N 指令功能丰富，且指令执行速度快。FX 2N 配置灵活，设计需I/O 40 点。FX2NPLC 可用内部辅助继电器M、计数器C、寄存器D、定时器T、状态继电器S，满足系统控制要求的需要。输入、输出点设计如表1。

表1 输入、输出点设计

2.2 自动化导航控制系统

如下图所示，为基于PLC 技术的船舶自动导航控制系统。包括卫星接收模块、显示器、电子罗盘等子模块，以PLC 逻辑控制器为中心，与卫生接收模块、电子罗盘、互联网、EL显示器等连接，通过智能导航系统输入端输入，自动化控制导航。

图1 基于 PLC 技术的船舶自动导航控制系统

2.3 安全监视应用

为保证系统运行的安全性，需要加强对系统的安全监视。系统初始化的功率输出如下图所示，前6s 系统没有输出。PLC 技术是系统本身发挥监控功能的重点，如果PLC 失去效用，容易引发一系列的问题。因此，需要利用PLC 自诊断的功能，完善系统的硬件与软件的设计。同时，也要使用自诊断监视器。自诊断监视器有明显的独立性特征，属于数字电路，包括比较器、脉冲发生器。有效结合硬件与软件，对PLC 系统内的微处理器、存贮器、程序逻辑的执行等情况，进行实时监视。如果某个部分出现故障，立即报警，同时复位系统，使输出点能够安全运行。

本文针对普遍情况下的船舶辅助用电设备故障诊断问题，设计了一种基于PLC 的设备故障诊断系统。该系统主要分为用户程序、辅助控制系统内核和PLC 硬件3 个主体部分。实现系统的目标，主要利用两路标准脉冲串的对比。通过PLC 用户程序，形成，第一路的脉冲。设定程序的前提下，传送给PLC 系统的首个模块。向PLC 返回，主要是与相同模块输入点外部接线连接。利用设定的用户程序，可以输出脉冲传递到第二模块。操作反复进行，PLC 硬件与软件的脉冲串，就可以在最终模块的基本输出点获得。然后，传输给WatchDog 装置。对PLC 系统进行有效监视，需要充分结合硬件与软件。在各模件中，两点创建硬件链接的通道被占据。实际的船舶辅助机械运行中，并没有明显的影响。需要设计备用的脉冲发生器，有效监控设备状态，规避内部硬件脉冲发生器的故障。

图2 系统初始化的功率输出曲线

2.4 起货机三相异步电动机控制

本文研究中，船舶起货机三相异步电动机控制，应用PLC 技术。如图3 所示，建立三相异步电动机电路模型。 旋转角速度以w 表示，电感以L 表示，磁链以ψd 表示，定子电阻以Rs 表示，电压方程为：。磁链方程为：三相异步电动机控制应用PLC 技术，通过逻辑控制命令，可以实现自动转速调节，并且正转与反转互锁电动机的控制开关。分析信号特征向量，通过PLC 的信号监测功能，监测三相异步电动机的运行状态，从而可以有效诊断电动机的故障，及时进行处理。

图3 三相异步电动机电路模型

3 结语

船舶正常运行，依赖于船舶辅助机械设备。合理引入PLC 技术，可以提升船舶辅助机械设备的自动化水平，实现有效的自动化控制，提高机械设备的运行性能。PLC 技术可以改善船舶辅助机械运行的安全性，使控制效果更加智能化、自动化，有利于现代船舶事业的发展。