陳亮++李立緯++余朋明

摘要：針對(duì)某型艦炮控制系統(tǒng)由于繼電器數(shù)目眾多造成故障排查困難的現(xiàn)狀，提出了一種基于PLC的控制系統(tǒng)改進(jìn)方案。該方案保留了原裝備的操作、顯示、執(zhí)行和傳感器件，僅以PLC系統(tǒng)代替繼電器式控制電路，具備很好的可行性和經(jīng)濟(jì)性。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，該方案能夠滿足艦炮控制系統(tǒng)工作要求。

關(guān)鍵詞：艦炮 PLC 控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2014）12-0010-02

艦炮控制系統(tǒng)的主要作用是監(jiān)視和遙控艦炮關(guān)鍵部件的工作狀態(tài)，使炮員能夠在艙內(nèi)遙控完成艦炮的戰(zhàn)斗使用，是全自動(dòng)艦炮的重要組成部分。一旦該系統(tǒng)出現(xiàn)問題，輕則艦炮需要手動(dòng)轉(zhuǎn)入備戰(zhàn)狀態(tài)，重則艦炮無(wú)法實(shí)施射擊。因此，該系統(tǒng)的可靠性及故障排除速度，直接關(guān)系到艦炮的作戰(zhàn)能力。

1 控制系統(tǒng)現(xiàn)存問題

某型艦炮是現(xiàn)役主戰(zhàn)裝備，其控制系統(tǒng)為繼電器式低壓電器控制系統(tǒng)，繼電器數(shù)目達(dá)到了**個(gè)，接線處數(shù)目達(dá)到了近***處。經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)故障多發(fā)、維修困難。

經(jīng)分析，一方面，繼電器內(nèi)的簧片失效、觸點(diǎn)燒蝕，造成繼電器失效或接觸不良，導(dǎo)致系統(tǒng)故障；另一方面，艦體的搖晃、振動(dòng)，海上潮濕環(huán)境的長(zhǎng)期腐蝕，造成接線處斷裂、松脫或接觸不良，導(dǎo)致系統(tǒng)故障。由于服役年限久，設(shè)備老化，導(dǎo)致現(xiàn)階段故障多發(fā)，但是，繼電器及相關(guān)接線處數(shù)目較多，排除故障比較困難，耗時(shí)長(zhǎng)久，有時(shí)需要申請(qǐng)中繼級(jí)維修，對(duì)實(shí)彈射擊、海上巡邏等任務(wù)的執(zhí)行造成了不良影響。因此，有必要對(duì)該型艦炮控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，增強(qiáng)可靠性，加快故障排除速度，保障各項(xiàng)軍事任務(wù)的正常執(zhí)行。

2 控制系統(tǒng)改進(jìn)方案

相對(duì)于繼電器式控制系統(tǒng)而言，PLC控制系統(tǒng)具有體積小、可靠性高、維護(hù)方便等特點(diǎn)[1]，而且基于PLC技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，不需要對(duì)原有的電源參數(shù)、控制面板、傳感器件和輸出部件進(jìn)行變動(dòng)，具備較好的經(jīng)濟(jì)性和可行性。

2.1 硬件設(shè)計(jì)

綜合進(jìn)行可靠性、配套性和I/O容量等方面的考慮，選取西門子S7-200系列的cpu224DC/DC/DC型PLC作為控制部件，該型PLC具有14點(diǎn)開關(guān)量輸入和10點(diǎn)開關(guān)量輸出[2]。采用控制系統(tǒng)現(xiàn)行24VDC作為電源，控制系統(tǒng)現(xiàn)有開關(guān)、指示燈、傳感及動(dòng)作部件與PLC的I/O端子對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示，硬件設(shè)計(jì)如圖1所示。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

炮員按下解航/鎖航開關(guān)S1，解航/鎖航氣閥Y1應(yīng)供氣，解除航行固定器，解航完成后行程開關(guān)S4閉合，指示燈H1亮，接通隨動(dòng)控制繼電器J2；抬起開關(guān)S1，氣閥Y1應(yīng)斷氣，鎖定航行固定器，鎖航完成后行程開關(guān)S5閉合，指示燈H1滅，斷開繼電器J2，防止鎖航狀態(tài)下隨動(dòng)帶炮造成裝備損壞。

炮員按下裝填按鈕S2，在保證復(fù)進(jìn)到位行程開關(guān)S6閉合的情況下，即身管處于初始狀態(tài)時(shí)，裝填氣閥Y2應(yīng)供氣，推動(dòng)身管后坐，依靠裝備機(jī)械部件聯(lián)動(dòng)進(jìn)行首發(fā)炮彈的裝填；身管后坐到位后，后坐到位行程開關(guān)S7閉合，斷開氣閥Y2的供氣，身管在機(jī)械部件作用下回復(fù)原位，此時(shí)應(yīng)點(diǎn)亮射擊正常指示燈H2一次；首發(fā)裝填后，為避免重復(fù)裝填，在按下裝填復(fù)位按鈕S8前，重復(fù)按壓S2不會(huì)令氣閥Y2動(dòng)作，防止重復(fù)裝填引起裝備故障。

炮員按下射擊按鈕S3，在保證大誤差及危界行程開關(guān)S13閉合的情況下，即艦炮處于準(zhǔn)射狀態(tài)時(shí)，擊發(fā)繼電器J1動(dòng)作，艦炮射擊，同時(shí)自動(dòng)接通冷卻泵接觸器K1、通風(fēng)扇接觸器K2，為身管提供冷卻，為防盾內(nèi)換氣；艦炮射擊正常時(shí)，每次后坐到位時(shí)接通行程開關(guān)S7，點(diǎn)亮射擊正常指示燈H2；冷卻泵、通風(fēng)扇工作正常時(shí)，通過流量傳感開關(guān)S11、轉(zhuǎn)動(dòng)傳感開關(guān)S12分別點(diǎn)亮冷卻正常指示燈H3、通風(fēng)正常指示燈H4；炮員抬起S3，艦炮停射，但冷卻泵、通風(fēng)扇應(yīng)繼續(xù)工作30秒；炮員可視情況按下強(qiáng)制冷卻開關(guān)S9、強(qiáng)制通風(fēng)開關(guān)S10進(jìn)行手動(dòng)冷卻或通風(fēng)，強(qiáng)制工作時(shí)間若超過5分鐘自動(dòng)斷電，防止損壞電機(jī)。

為了實(shí)現(xiàn)上述功能，并進(jìn)行必要的聯(lián)鎖保護(hù)，軟件設(shè)計(jì)[3]的梯形圖如圖2所示。

3 可行性試驗(yàn)

3.1 仿真試驗(yàn)

利用西門子PLC的配套軟件STEP 7 MicroWIN SP9進(jìn)行軟件編程[4]，生成I/O端子地址分配表和梯形圖控制程序。在西門子PLC仿真軟件中，型號(hào)選擇PLC224，讀取I/O端子地址分配表和梯形圖控制程序進(jìn)行配置，手動(dòng)閉合各輸入開關(guān)，觀察輸出端子的信號(hào)。經(jīng)驗(yàn)證，各輸出端子能夠隨輸入端子的變化而正確工作，連鎖保護(hù)設(shè)計(jì)可靠，PLC內(nèi)部定時(shí)器設(shè)置正常，軟件設(shè)計(jì)能夠滿足功能要求。

3.2 實(shí)裝試驗(yàn)

在仿真試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用該型裝備的教學(xué)實(shí)裝進(jìn)行了實(shí)裝試驗(yàn)。將電氣箱與操控臺(tái)之間的控制電纜斷開，以防止出現(xiàn)意外；在電氣箱內(nèi)將電源、傳感和執(zhí)行器件的接線改至PLC的相應(yīng)端子；操控開關(guān)、按鈕、指示燈等利用實(shí)裝的備件直接在電氣箱附近連接至PLC的相應(yīng)端子；通過PC機(jī)將軟件程序裝載到PLC主機(jī)中。經(jīng)驗(yàn)證，按下解航/鎖航開關(guān)、裝填按鈕、射擊按鈕、裝填復(fù)位按鈕、強(qiáng)制冷卻開關(guān)和強(qiáng)制通風(fēng)開關(guān)時(shí)，裝備上各繼電器、接觸器、氣閥能夠正常動(dòng)作，延時(shí)可靠；裝備動(dòng)作時(shí)，各指示燈能夠正確顯示裝備狀態(tài)；滿負(fù)載運(yùn)行時(shí)，PLC硬件設(shè)計(jì)能夠滿足功能要求。

4 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一種基于PLC的某型艦炮控制系統(tǒng)改進(jìn)方案，并利用教學(xué)裝備驗(yàn)證了該方案軟件設(shè)計(jì)的正確性和硬件設(shè)計(jì)的可行性。試驗(yàn)表明，該方案在低成本的前提下，能夠有效減少電氣箱內(nèi)的元件與接線處數(shù)量，提高了裝備的可靠性，加快了故障排除的速度。該方案也為其他型號(hào)艦炮的繼電器式控制系統(tǒng)改進(jìn)提供了參考。當(dāng)然，PLC在艦艇復(fù)雜電磁干擾環(huán)境下的可靠性需要進(jìn)一步研究和驗(yàn)證。

參考文獻(xiàn)

[1]王少華.電氣控制與PLC應(yīng)用[M].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，2008.

[2]張永飛，姜秀玲.PLC及其應(yīng)用[M].大連：大連理工大學(xué)出版社，2009.

[3]海心，馬銀忠，劉樹青.西門子PLC開發(fā)入門與典型實(shí)例[M].北京：人民郵電出版社，2010.

[4]崔堅(jiān)，趙欣，任術(shù)才.西門子S7可編程控制器STEP7編程指南[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.