趙明清，錢冬林

（中船綠洲鎮(zhèn)江船舶輔機(jī)有限公司，江蘇鎮(zhèn)江 212000）

0 引言

船舶作業(yè)過程中，機(jī)械使用數(shù)量較大，種類眾多，容量不斷提升，與傳統(tǒng)的操作機(jī)械操作相比，需要更多人員進(jìn)行配合作業(yè)。但在船舶甲板機(jī)械系統(tǒng)實(shí)際作業(yè)過程中，其操作的精確率較低，工作效率有待提升，并且存在較大的安全隱患。因此，基于PLC 開展船舶甲板機(jī)械集散控制，將會使機(jī)械設(shè)備實(shí)現(xiàn)集中性的高效控制，更好地保證船舶甲板機(jī)械控制作業(yè)的順利進(jìn)行，使操作的安全性和工作效率得到顯著提升。

1 PLC 基本工作原理

PLC 是指可編程程序控制器，融合繼電器控制、計(jì)算機(jī)、通信等多種技術(shù)，集成制作的高效控制裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)自動化的精確控制，為進(jìn)行就地或遠(yuǎn)程控制機(jī)械設(shè)備奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。PLC 主要是通過內(nèi)部存儲、順序控制、計(jì)算定時(shí)等軟件操作指令，以數(shù)字或模擬等方式實(shí)現(xiàn)信息的輸入與輸出，有效控制各類機(jī)械設(shè)備，其工作原理大致與計(jì)算機(jī)相類似，主要由硬件與軟件等部分組成。其中，硬件部分主要有CPU、輸入輸出接口、通信接口、存儲器、電源等設(shè)備，軟件部分主要為實(shí)現(xiàn)某種功能而進(jìn)行的系統(tǒng)性軟件設(shè)置或應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的編程性語言。

2 實(shí)現(xiàn)過程

PLC 通常采用串行方式有效開展控制作業(yè)，通過輸入接口將采集到的信息傳輸至程序中，以周期性掃描方式，按照既定程序開展程序性工作，最后完成指令輸出，做出相應(yīng)的機(jī)械操作動作?；赑LC 進(jìn)行船舶甲板機(jī)械集散控制時(shí)，通常需要按照以下5 個(gè)步驟進(jìn)行：①充分了解機(jī)械集散控制系統(tǒng)中的工藝設(shè)計(jì)過程和各項(xiàng)設(shè)計(jì)要求；②做好船舶甲板機(jī)械集散控制系統(tǒng)的方案制定與分析；③為船舶甲板的機(jī)械集散控制系統(tǒng)配置軟硬件設(shè)備；④按照控制需求和功能需要，編寫相應(yīng)的軟件程序，并進(jìn)行有效調(diào)試；⑤完成軟硬件的組裝，并實(shí)現(xiàn)機(jī)械集散控制的運(yùn)行。

3 集散控制分析

3.1 控制要求分析

基于PLC 實(shí)現(xiàn)船舶甲板的機(jī)械集散控制，需要以可編程程序控制器作為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)就地或遠(yuǎn)程對船舶甲板上的機(jī)械開展分散或集中型控制，并且使船舶甲板上相應(yīng)的機(jī)械設(shè)備能夠保持操作的獨(dú)立性，在操作過程中不產(chǎn)生相互影響。因此，為了有效提升船舶甲板機(jī)械控制的安全性，需要在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，按照各項(xiàng)機(jī)械設(shè)備的實(shí)際使用需求，設(shè)置相關(guān)的啟停按鈕或者操作轉(zhuǎn)換把手等。并且，在利用繼電器進(jìn)行機(jī)械設(shè)備控制操作時(shí)，要求可以明確顯示控制位置、各項(xiàng)機(jī)械設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)和有關(guān)參數(shù)等。

選擇操作模式時(shí)，可以在船舶甲板機(jī)旁設(shè)置相應(yīng)的控制模式轉(zhuǎn)換把手，使其具有就地與集中控制兩種模式。當(dāng)轉(zhuǎn)換把手位于集中控制模式位置時(shí)，可以明確指示當(dāng)前的控制位置，準(zhǔn)確顯示船舶甲板上所有機(jī)械設(shè)備的實(shí)際工作狀態(tài)，便捷讀取各項(xiàng)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)等。當(dāng)轉(zhuǎn)換把手位于就地控制模式位置時(shí)，可以對船舶甲板上的任一機(jī)械裝置實(shí)現(xiàn)單一控制。

針對船舶甲板上的絞車、絞盤等機(jī)械設(shè)備，可以借助繼電器、按鈕等裝置實(shí)現(xiàn)對絞車、絞盤的單一動作控制?？梢栽O(shè)置卷筒收回與釋放操作集成按鈕，當(dāng)按下按鈕時(shí)，將會實(shí)現(xiàn)卷筒的收回操作；當(dāng)雙擊按鈕，使按鈕回到彈起狀態(tài)時(shí)，將會執(zhí)行絞車、絞盤的釋放操作等?？梢赃M(jìn)一步設(shè)置離合器嚙合與脫離指示操作的集成按鈕，剎車制動與打開操縱、指示的集成按鈕等。為了有效提升安全性，可以設(shè)置急停按鈕，一旦發(fā)生意外情況，通過按下急停按鈕，實(shí)現(xiàn)絞車、絞盤操作動作的全部即時(shí)性停止?？梢栽O(shè)置液壓系統(tǒng)的顯示裝置，鋼絲繩索的張力、放出長度等顯示裝置，以便清楚了解絞車、絞盤的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，提升操作的準(zhǔn)確性。

針對液壓泵站，可以設(shè)置系統(tǒng)綜合報(bào)警裝置和電機(jī)的啟動與停止集成按鈕，通過按鈕控制液壓泵站的工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換，有效提升液壓泵站運(yùn)行的安全性等。

3.2 控制方案設(shè)計(jì)

控制方案的設(shè)計(jì)是對船舶甲板各類機(jī)械進(jìn)行有效集散控制的核心內(nèi)容，需要根據(jù)控制系統(tǒng)的實(shí)際要求，結(jié)合船舶甲板各類機(jī)械的實(shí)際運(yùn)行情況，對其集散系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)性設(shè)計(jì)，從而有效保障各類機(jī)械設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行?？刂品桨冈O(shè)計(jì)主要是利用可編程程序控制器，實(shí)現(xiàn)對船舶甲板上各類機(jī)械設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信，按照實(shí)際控制使用要求，通過軟硬件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)按鈕、操縱桿等設(shè)備的可靠動作，以提升機(jī)械設(shè)備控制的有效性和工作效率。

例如，可以在船舶甲板的液壓泵站、現(xiàn)場機(jī)械設(shè)備處和駕駛控制室內(nèi)，分別設(shè)置相應(yīng)的控制器和數(shù)字或模擬信號的輸入、輸出模塊，以實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)信號的有效采集、傳輸、分析、處理和控制，并能夠有效進(jìn)行顯示，方便操作人及時(shí)讀取信息。同時(shí)，可以將各類機(jī)械設(shè)備的控制器通過通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有效連接，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的快速交換，使其相互連接形成基于PLC 的控制型信息網(wǎng)絡(luò)，以船舶駕駛控制室作為控制核心，使其在控制臺上能夠集中性顯示各類機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程化、集中性操作船舶甲板的各類機(jī)械設(shè)備等。另外，可以在船舶甲板各類機(jī)械設(shè)備的附近設(shè)計(jì)安裝就地操作箱，以實(shí)現(xiàn)各類機(jī)械設(shè)備的獨(dú)立、分散型控制。在對船舶甲板各類機(jī)械設(shè)備進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)，盡可能選用統(tǒng)一的通信協(xié)議，便于數(shù)據(jù)信息的傳輸與交換，如使用以太網(wǎng)進(jìn)行連接，并選取標(biāo)準(zhǔn)電纜、標(biāo)準(zhǔn)光纖電纜等，有效提升通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性。而對于控制系統(tǒng)中的主站等，需要同步設(shè)計(jì)相應(yīng)的報(bào)警及報(bào)警信息管理系統(tǒng)，并做好監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，充分滿足監(jiān)控等級的實(shí)際需求，必要時(shí)，在經(jīng)濟(jì)條件允許的前提下，可以設(shè)計(jì)雙網(wǎng)絡(luò)、雙電源，有效提升機(jī)械控制的穩(wěn)定性與可靠性。

3.3 硬件配置

基于PLC 的船舶甲板機(jī)械集散控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中，做好系統(tǒng)的硬件配置是保障各項(xiàng)功能正常使用、操作便捷的基礎(chǔ)內(nèi)容。在對控制系統(tǒng)開展硬件設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)各項(xiàng)機(jī)械設(shè)備的具體輸入與輸出信號，選取相應(yīng)的硬件設(shè)備型號，以有效滿足其控制功能的要求。同時(shí)，需要對機(jī)械集散控制系統(tǒng)的總體架構(gòu)進(jìn)行認(rèn)真分析，確定通訊協(xié)議，做好通信系統(tǒng)連接，保障通信的可靠性與快速性。

工作時(shí)，可以結(jié)合甲板機(jī)械的布置圖與絞車、絞盤等實(shí)際安裝位置進(jìn)行規(guī)劃。通常情況下，絞車與絞盤均位于船舶甲板的左右舷處，設(shè)備需要的輸入信號為4～5 個(gè)，輸出信號為3～4 個(gè)。因此，可以為每處配置1 臺微型PLC，便于進(jìn)行集散控制，使每臺微型PLC 分別控制2 臺絞車與絞盤，其輸入信號的總量可以控制為16～20 個(gè)，輸出信號則為12～16 個(gè)。針對此情況，可以選用西門子生產(chǎn)的S7-200 系列，如CPU226 等，其性能使用情況較為穩(wěn)定，并且性價(jià)比較高。一般情況下，CPU2267 輸入輸出的數(shù)量約40 個(gè)，其中，輸入信號24 個(gè)、輸出信號16 個(gè)，可以充分滿足使用需求。如果需要輸入模擬信號，如鋼絲繩張力、釋放長度等監(jiān)測信息，可以在此基礎(chǔ)上，選用1 塊EPM235 拓展模塊進(jìn)行配合使用，該模塊可以滿足4 個(gè)輸入、1 個(gè)輸出，充分符合控制要求。另外，針對液壓泵站與船舶甲板的控制室，可以為其分別配置1 臺PLC 控制器，便于實(shí)現(xiàn)泵站、駕控臺的集中區(qū)域性管理，方便開展集散性機(jī)械設(shè)備控制。綜合考慮日常維護(hù)的需要，可以統(tǒng)一選用CPU226 型號，有利于硬件設(shè)備日常的維護(hù)和維修管理。對于控制系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，可以主要考慮現(xiàn)場控制臺、駕控臺和泵站之間的通信管道連接，使駕控臺與現(xiàn)場控制臺、泵站三者之間，每兩個(gè)之間實(shí)現(xiàn)兩兩通信互通。所以，可以選擇PPI（Point to Point Interface，點(diǎn)對點(diǎn)接口）主—從通行協(xié)議作為主要通信方式，在統(tǒng)一的協(xié)議，可以采用讀、寫指令，實(shí)現(xiàn)主、從站之間的數(shù)據(jù)信息傳輸與交換，使主站能夠接受任意其他主站的數(shù)據(jù)訪問。除此之外，可以為CPU226 安裝2 個(gè)RS485 串行通信口，并采用雙絞線方式進(jìn)行連接，使其能夠充分滿足4 個(gè)控制臺的使用要求，并可以將現(xiàn)場控制臺設(shè)置為從站，而泵站與駕控臺則可以作為主站。

3.4 軟件配置

基于PLC 的船舶甲板機(jī)械集散控制系統(tǒng)的軟件設(shè)置，主要是采用一定的軟件設(shè)計(jì)滿足各項(xiàng)使用功能的控制程序，基于可編程程序處理器與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，完成系統(tǒng)中的輸入信息采樣，按照既定程序執(zhí)行操作的命令，實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能的穩(wěn)定輸出，從而有效改變各項(xiàng)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)人力成本的大幅度減少，提升工作效率。

例如，針對軟件控制程序的設(shè)計(jì)，主要集中在開發(fā)軟件的選擇和主、從站的程序設(shè)計(jì)、編寫等內(nèi)容。其中，針對軟件系統(tǒng)，可以選用西門子生產(chǎn)的V4.0 STEP7 MicroWIN SP6 作為主要的編程軟件進(jìn)行程序開發(fā)，程序表達(dá)的方式可以采用梯形圖或者指令表等形式，分別對控制系統(tǒng)中的主站與從站部分進(jìn)行軟件編程與設(shè)計(jì)。以主站的軟件編程為例，需要結(jié)合程序編寫規(guī)則，根據(jù)各項(xiàng)機(jī)械設(shè)備執(zhí)行程序與流程，合理運(yùn)用計(jì)算機(jī)語言，編寫相應(yīng)控制執(zhí)行程序。

4 總結(jié)

將PLC 作為船舶甲板機(jī)械集散控制系統(tǒng)中的核心部分進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)、配置與應(yīng)用，能夠有效提升船舶機(jī)械的工作效率，提升各項(xiàng)操作的準(zhǔn)確性與安全性，以標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)備作為基礎(chǔ)，極大地簡化了控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)控制過程中各項(xiàng)使用功能的靈活運(yùn)用，便于進(jìn)行調(diào)試、安裝與維護(hù)，具有較廣闊的發(fā)展前景。