張少明，梁達(dá)成，潘龍江

（1.廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣州510800，2.廣東高校船舶自動(dòng)化集成技術(shù)開(kāi)發(fā)中心，廣州510800）

船舶車(chē)鐘操縱主機(jī)模擬裝置的研制

張少明1,2，梁達(dá)成1，潘龍江1

（1.廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣州510800，2.廣東高校船舶自動(dòng)化集成技術(shù)開(kāi)發(fā)中心，廣州510800）

介紹了船舶車(chē)鐘操縱主機(jī)模擬裝置的硬件組成，工作模式，控制程序及監(jiān)控界面組態(tài)。

船舶車(chē)鐘PLC人機(jī)界面

0　引言

目前國(guó)內(nèi)船舶上使用的車(chē)鐘大致有兩類(lèi),一類(lèi)是采用自整角機(jī)控制電路顯示傳令,另一類(lèi)是使用手控凸輪或琴鍵開(kāi)關(guān)等配合指示燈顯示傳令，實(shí)踐證明這兩類(lèi)車(chē)鐘弊端比較多。電力推進(jìn)作船舶的主推進(jìn)動(dòng)力成本大大減少。由于其具有環(huán)保效果好、機(jī)動(dòng)性高、自動(dòng)化程度高以及安全可靠性好等特點(diǎn)，正成為新世紀(jì)大型水面船舶青睞的推進(jìn)方式，所以設(shè)計(jì)用于電力推進(jìn)的新型船舶車(chē)鐘遙控系統(tǒng)有很大的市場(chǎng)空間。該模擬裝置主要實(shí)現(xiàn)PLC驅(qū)動(dòng)船舶主動(dòng)力裝置帶動(dòng)螺旋槳。船舶主推進(jìn)動(dòng)力裝置動(dòng)力部分采用步進(jìn)電機(jī)模擬現(xiàn)實(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，運(yùn)用了車(chē)鐘原理、PLC編程語(yǔ)言、步進(jìn)電機(jī)工作原理等相關(guān)知識(shí)。

1　系統(tǒng)硬件組成與設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目主要研究制作船舶車(chē)鐘操縱主機(jī)模擬裝置。系統(tǒng)拓?fù)淙鐖D1所示，該模擬裝置主要實(shí)現(xiàn)PLC驅(qū)動(dòng)船舶主動(dòng)力裝置帶動(dòng)螺旋槳，船舶主推進(jìn)動(dòng)力裝置動(dòng)力部分采用步進(jìn)電機(jī)模擬其運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖1　系統(tǒng)拓?fù)鋱D

1.1車(chē)鐘

車(chē)鐘系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)駕駛臺(tái)與集控室，集控室與機(jī)旁之間進(jìn)行車(chē)令傳送與應(yīng)答的重要設(shè)備，由駕駛臺(tái)車(chē)鐘，集控室車(chē)鐘和機(jī)旁車(chē)鐘組成。車(chē)鐘系統(tǒng)一般有兩種工作模式，一種是操控模式，另一種是傳令模式。操控模式對(duì)應(yīng)于在駕駛臺(tái)遙控主機(jī)的情況，此時(shí)駕駛臺(tái)車(chē)鐘直接通過(guò)邏輯控制單元和轉(zhuǎn)速控制單元對(duì)主機(jī)進(jìn)行自動(dòng)遙控。傳令模式對(duì)應(yīng)于在集控室或機(jī)旁操作的情況，此時(shí)，駕駛臺(tái)車(chē)令首先傳遞到集控室或機(jī)旁，輪機(jī)員進(jìn)行車(chē)鐘應(yīng)答后，再對(duì)主機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的操作[1]。由于本裝置不需要機(jī)旁操作，故取消了集控室與機(jī)旁間的車(chē)令傳送與應(yīng)答。

本系統(tǒng)的車(chē)鐘由高精度電位器、發(fā)光二極管、自鎖按鈕、點(diǎn)動(dòng)按鈕組成。主機(jī)車(chē)鐘用于傳送停車(chē)，換向和轉(zhuǎn)速設(shè)定等主機(jī)操縱指令。車(chē)速顯示采用發(fā)光二極管，按后退三，后退二，后退一，備車(chē)，停車(chē)，完車(chē)，前進(jìn)一，前進(jìn)二，前進(jìn)三排列。通過(guò)旋轉(zhuǎn)電位器，改變電阻，改變輸入的模擬量，通過(guò)PLC的運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)信號(hào)的輸出，通過(guò)改變顯示燈的通斷，實(shí)現(xiàn)車(chē)速的顯示。

系統(tǒng)擁有駕駛臺(tái)車(chē)鐘和集控室車(chē)鐘，駕駛臺(tái)車(chē)鐘和集控室車(chē)鐘用于速度顯示的發(fā)光二極管同速度的采用并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)兩地的速度顯示統(tǒng)一。在集控室車(chē)鐘還設(shè)有集控按鈕，架控按鈕，用于切換控制部位。集控室和駕駛臺(tái)的電位器通過(guò)外部繼電器接入PLC，采用互鎖。集控室車(chē)鐘設(shè)有總開(kāi)關(guān)。

1.2PLC的選型

該模擬裝置主要實(shí)現(xiàn)PLC驅(qū)動(dòng)船舶主動(dòng)力裝置帶動(dòng)螺旋槳，主要借助PLC的高速數(shù)據(jù)處理能力及PLC的高速輸出能力。PLC具有高速運(yùn)算及強(qiáng)大的控制能力，而且可改變里面的控制程序，拓展性強(qiáng)，方便制造者添加更多功能[2]。

考慮到系統(tǒng)要求有高速輸入及輸出，含模擬量信號(hào)輸入，點(diǎn)數(shù)較多。系統(tǒng)選用易控王（兼容三菱FX2n-24MT）。

1.3I/O分配表

系統(tǒng)接線圖局部[3,4]，如圖2所示。

表1　PLC輸入/輸出分配表

圖2　系統(tǒng)接線圖局部

2　程序與人機(jī)界面

2.1程序的運(yùn)行

使用易控王PLC，模擬量輸入默認(rèn)存在

D8030/D8031寄存器，與三菱PLC不同[4]。開(kāi)機(jī)進(jìn)入程序時(shí)的程序流程如圖3。

圖3　程序流程圖

在開(kāi)機(jī)時(shí)系統(tǒng)初始化后，如果集控室兩個(gè)車(chē)鐘的不在停車(chē)位或任一車(chē)鐘的不在停車(chē)位時(shí)便會(huì)發(fā)生報(bào)警，必須將發(fā)生報(bào)警的車(chē)鐘旋至停車(chē)位，解除報(bào)警方可進(jìn)入主程序。

由于電位從最小旋至最大時(shí)的輸入的電壓值0～10V，對(duì)應(yīng)PLC采樣數(shù)值為0～4000（因?yàn)殡娢黄鞯淖柚捣蔷€性，電位器在中間位置時(shí)采樣值為1500，而非2000）經(jīng)測(cè)算分配大致如表2，不同電位器實(shí)測(cè)值有變化，可以根據(jù)實(shí)際情況在程序中進(jìn)行處理。

表2　車(chē)鐘電位器采樣信號(hào)分配表

在后退3～后退1時(shí)輸出控制信號(hào)時(shí)，須將采樣數(shù)值轉(zhuǎn)為負(fù)數(shù)處理，此問(wèn)題在選用多檔位開(kāi)關(guān)代替電位器即可將采樣信號(hào)平均分配。

經(jīng)PLC運(yùn)算完采樣信號(hào)后，每段可輸出轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)信號(hào)和指示燈信號(hào)，并通過(guò)光電編碼器將主機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)反饋回PLC的輸入端口。

在停車(chē)位時(shí)不輸出脈沖，輸出一個(gè)主機(jī)鎖死信號(hào)，使主機(jī)不能手動(dòng)盤(pán)車(chē)。在備車(chē)位和完車(chē)位只輸出相應(yīng)的指示燈，不輸出其他信號(hào)。此時(shí)可手動(dòng)旋轉(zhuǎn)主機(jī)即盤(pán)車(chē)。

2.2人機(jī)界面組態(tài)

本系統(tǒng)有采用力控Forcecontrol 6.1軟件進(jìn)行人機(jī)界面（HMI）的制作，在上機(jī)位端進(jìn)行主機(jī)轉(zhuǎn)速狀態(tài)的監(jiān)視，如圖4所示，監(jiān)控界面包括主機(jī)車(chē)鐘狀態(tài)顯示，主機(jī)轉(zhuǎn)速顯示，速度曲線與歷史數(shù)據(jù)等參數(shù)。

圖4　人機(jī)界面

3　小結(jié)

隨著內(nèi)河船舶自動(dòng)控制技術(shù)的逐步推進(jìn)，海船機(jī)艙自動(dòng)控制系統(tǒng)基本為進(jìn)口設(shè)備，本系統(tǒng)可以應(yīng)用在實(shí)際內(nèi)河船舶或小型電推船舶車(chē)鐘自動(dòng)控制系統(tǒng)中［6］，裝置成本低，控制靈活，可拓展性強(qiáng)，且維護(hù)方便，將成熟的自動(dòng)控制技術(shù)在內(nèi)河船舶進(jìn)行推廣和使用，可以提高內(nèi)河船舶及小型船舶機(jī)艙自動(dòng)控制技術(shù)，還可應(yīng)用于在實(shí)訓(xùn)教學(xué)或船舶模型技術(shù)展示等。

［1］李世臣，徐善林，船舶機(jī)艙自動(dòng)化［M］.大連：大連海事大學(xué)出版社，2012.

［2］殷慶縱，李洪群.可編程控制器原理與實(shí)踐（三菱FX2N系列）［M］.北京：清華大學(xué)出版社，第1版，2010.3.

［3］鄭輯光.過(guò)程控制系統(tǒng)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2012.12.

［4］程樹(shù)康.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)［M］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，第l版，2006.12.

［5］三菱微型可編程控制器.FX系列編程手冊(cè)［M］. 2006.

［6］吳志良，林葉春，孫旭清.船舶電氣［M］.大連：大連海事大學(xué)出版社，2012.

Simulation Device forship Telegraph Maneuvering Power Plant

Zhangshaoming1,2,Liang Dacheng1,Pan Longjiang1
（1.Guang Dong Communication Polytechic,Guangzhou 510800,China;2.Guangdong Universityship Automationsystem Integration Engineering Technology Development Center,Guangzhou 510800,China）

This paper introduces the hardware,working mode,control procedure and monitoring interface configuration of theship telegraphsimulation device.

ship telegraph;programmable logic controller,HMI

U666.15

A

1003-4862（2015）10-0067-03

2015-08-14

項(xiàng)目來(lái)源：2015年度廣東大學(xué)生科技創(chuàng)新培育項(xiàng)目（攀登計(jì)劃），編號(hào)：pdjh2015b0677

張少明（1974-），男，副教授。研究方向：輪機(jī)工程技術(shù)。