齊方利 王吉江

（中石化勝利油田海洋石油船舶中心船舶二大隊(duì)，山東 東營(yíng)257000）

1 引言

在當(dāng)今的船舶航運(yùn)業(yè)不斷發(fā)展的趨勢(shì)下，航運(yùn)人員對(duì)船舶系統(tǒng)的可靠性與自動(dòng)化程度的要求越來越高。與此同時(shí)，對(duì)船舶舵機(jī)的自動(dòng)化程度要求也越來越高。而傳統(tǒng)的電路板式舵機(jī)控制系統(tǒng)由于電磁閥的頻繁起停對(duì)船舶的操縱和人員的管理造成了很多不便而使得船舶操縱性能差、壽命縮短。由此研究功能強(qiáng)大的可編程控制器PLC軟件控制舵機(jī)操作系統(tǒng)成了具有現(xiàn)實(shí)意義的課題，也是一種既方便又可靠的方法。本改造系統(tǒng)以西門子ST--200PLC 為控制核心，大大提高了系統(tǒng)的可靠性，延長(zhǎng)了船舶的航行壽命。

2 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

“勝利221”輪配有左、右舵兩套舵機(jī)裝置、兩臺(tái)舵機(jī)油泵和兩個(gè)控制箱，2臺(tái)舵機(jī)油泵可同時(shí)工作，也可單獨(dú)工作。無(wú)論哪臺(tái)油泵工作，均可同時(shí)對(duì)左、右舵機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)舵控制。操舵系統(tǒng)操舵控制方式較多，設(shè)有舵機(jī)房應(yīng)急操舵方式、駕駛臺(tái)操舵方式。駕駛臺(tái)操舵可以在前臺(tái)操作，也可以在后臺(tái)操作。前臺(tái)和后臺(tái)均可進(jìn)行隨動(dòng)、手動(dòng)操舵，隨動(dòng)和手動(dòng)又均可進(jìn)行單動(dòng)和聯(lián)動(dòng)控制。舵機(jī)控制系統(tǒng)目前采用繼電器及分立和集成電子元件控制，在控制箱中有4塊電子電路板，是操舵控制的核心部件，隨動(dòng)操舵時(shí)由自整角機(jī)檢測(cè)的舵角偏差信號(hào)送至電子電路板進(jìn)行處理，并輸出轉(zhuǎn)舵控制信號(hào)，由控制箱中繼電器控制轉(zhuǎn)舵電磁閥通斷電。

3 改造原因

此舵機(jī)控制系統(tǒng)的核心控制部件電子線路板可靠性和抗干擾能力比較差，老化后故障率更高。隨動(dòng)操舵時(shí)，系統(tǒng)中由控制箱中繼電器控制轉(zhuǎn)舵電磁閥的通斷電，因此操舵時(shí)，有8只繼電器一直頻繁動(dòng)作，極易出現(xiàn)故障。隨著控制設(shè)備使用年限的增長(zhǎng)，元部件的老化，此系統(tǒng)存在極大的隱患，嚴(yán)重影響航行和作業(yè)安全。由電子電路板組成的核心控制部件對(duì)靈敏度、偏差等參數(shù)的調(diào)整也極不方便，經(jīng)常出現(xiàn)游舵現(xiàn)象，工作不穩(wěn)定。

目前，“勝利221”輪舵機(jī)控制系統(tǒng)不定時(shí)會(huì)出現(xiàn)控制失靈的現(xiàn)象，由于故障不是長(zhǎng)時(shí)存在，暫不能準(zhǔn)確判斷故障部件，根據(jù)現(xiàn)象，電子電路板和繼電器出故障的可能性較大，但也不排除電子電路板和繼電器之外的部位出故障的可能性，若為其他部位故障，控制系統(tǒng)改造正常后，更有利于檢查與排除。

可編程序控制器系列產(chǎn)品（簡(jiǎn)稱PLC）的可靠性和抗干擾能力明顯優(yōu)于分立元件電子電路、集成電路和微機(jī)系統(tǒng)，在新建船舶的控制系統(tǒng)中逐漸普及，也常用作舊船控制系統(tǒng)的改造。若對(duì)“勝利221”輪舵機(jī)控制系統(tǒng)采用PLC進(jìn)行升級(jí)改造，系統(tǒng)核心控制功能由軟件編程實(shí)現(xiàn)，可以簡(jiǎn)化電路，提高系統(tǒng)的可靠性。PLC 產(chǎn)品為標(biāo)準(zhǔn)化模塊，不僅可靠性高，而且通用性強(qiáng)，一塊模塊可用于多套系統(tǒng)共同備用，備用模塊訂購(gòu)方便。PLC 產(chǎn)品幾乎不需維護(hù)保養(yǎng)，本身有自檢和故障顯示，對(duì)管理人員的技術(shù)要求不高，便于船員管理。系統(tǒng)改造后，可提高船舶自動(dòng)化水平和安全水平，延長(zhǎng)船舶的使用年限。

4 改造方案

在確定方案前，先對(duì)圖紙進(jìn)行分析和研究，并到現(xiàn)場(chǎng)對(duì)各元件和線路進(jìn)行查找、仔細(xì)核對(duì)，對(duì)輸入、輸出信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)核對(duì)與檢測(cè)，舵機(jī)艙中有兩套舵機(jī)油泵和兩個(gè)內(nèi)部電路基本相同的控制箱，控制箱內(nèi)部電路分別用于兩套舵機(jī)油泵起/?？刂萍皟商撞俣婵刂葡到y(tǒng)。

為了提高系統(tǒng)的可靠性，用兩套PLC 系統(tǒng)對(duì)兩個(gè)控制箱分別進(jìn)行改造，由于兩個(gè)控制箱的改造方案基本相同，以其中一個(gè)為例說明系統(tǒng)的改造方法。

主要的思路是：在對(duì)原有的舵機(jī)控制系統(tǒng)升級(jí)改造時(shí)，盡量保持船舶原有系統(tǒng)的傳感器、顯示儀表、執(zhí)行元件及電纜等低層布置，使用新一代智能監(jiān)控部件PLC 替換原有系統(tǒng)的上層核心部件（電子線路板），與原有傳感器、顯示儀表、

執(zhí)行元件相聯(lián)，這樣施工方便簡(jiǎn)捷。原控制箱中電子線路板電路為隨動(dòng)操舵的核心控制電路，電路的輸出繼電器用于舵機(jī)液壓系統(tǒng)換向電磁閥控制，動(dòng)作頻繁，易出故障。新方案中，不拆除原控制箱，而是在原控制箱外另加一小控制箱。在新方案中，原控制箱中的電子線路板電路和控制電磁閥通斷電的繼電器全部被取消，保留自整角機(jī)信號(hào)檢測(cè)電路，經(jīng)整流、濾波輸入PLC進(jìn)行處理，輸出轉(zhuǎn)舵控制信號(hào)。

5 控制電路原理圖

6 改造后的系統(tǒng)顯著優(yōu)點(diǎn)

a.取消了電子電路板，控制功能由PLC控制程序?qū)崿F(xiàn)，可靠性高。

b.由PLC輸出直接控制電磁閥，取消了原控制箱中控制電磁閥的頻繁動(dòng)作的繼電器，降低了故障率。

c.參數(shù)調(diào)整方便，系統(tǒng)工作穩(wěn)定。

7. 結(jié)束語(yǔ)

本文采用西門子ST---200 為控制核心，其控制功能強(qiáng)大，克服了傳統(tǒng)電路板控制的故障模糊性，提高舵機(jī)的操縱可靠性、通用性；其維護(hù)簡(jiǎn)單方便，提高技術(shù)人員的管理效率。

[1]趙殿禮 張春來.船舶電氣設(shè)備維護(hù)及檢測(cè).大連：大連海事大學(xué)出版社,2011.

[2]向曉漢等.西門子PLC 高級(jí)應(yīng)用實(shí)例精解.機(jī)械工業(yè)出版社,2010.

[3]孔祥冰.電氣控制與PLC技術(shù)應(yīng)用.機(jī)械工業(yè)出版社,2008.

[4]楊耕新.基于電液比例技術(shù)的內(nèi)河船舶液壓舵機(jī)改造.江蘇船舶,2010.