基于可編程控制器的船舶主機遙控系統的設計

1 引言
船舶自動化領域的一個重要組成部分是主機遙控系統。目前主機遙控系統技術方案多種多樣，本文采用PLC工業控制網絡來實現主機遙控系統的功能，具有經濟性能好、硬件電路結構簡單、工作安全可靠的特點。
在多PLC控制網絡實現主機遙控系統設計的基礎上，研討主要設計整個PLC網絡的總體結構和通訊方案，并通過通訊網絡實現對主機的起停部分的自動控制及安保系統設計。

2 主機遙控PLC網絡控制總體結構設計及通訊方式的實現
2.1 主機遙控PLC網絡控制總體結構設計
PLC控制網絡用于主機遙控系統的控制，包括兩臺S7-200PLC。其中一臺用于主機起停和轉速調節控制，安裝在機控室;另一臺用于完成電子調速器的任務，安裝在機艙。另設計算機作為監視平臺，用來監視整個系統的重要信號。
整個網絡的主要設備為:兩臺S7-200PLC、一臺微型機、網絡連接器、PC/PPI電纜、RS-485電纜。
根據總體通訊設計思路，我們的總體結構圖設計如圖1。

圖1 總體結構圖

如圖，主站PLC通訊口出來地總線分別通過網絡連接器和PC/PPI電纜和從站PLC以及計算機通訊。主從站之間通過RS-485總線進行PPI協議通訊，主站和計算機終端通過PC/PPI電纜進行自由口通訊。從主站PLC通訊口出來連接上網絡連接器，是為了隔離，以免計算機RS-232口損壞。通過網絡連接器出來地線以及RS-485信號A和B通過比較高低電平與從站進行通訊。同時通過PC/PPI電纜的連接口引出5針通過RS-485和RS-232轉換成3條線分別為接收、發送和地線，與計算機進行通訊。S7-200PLC通訊口的引腳分配見附表。
附表 通訊口引腳分配

2.2 多通訊協議的組合及調試
在S7-200網絡通訊中，可以實現兩種通訊協議進行通訊而不互相干擾。但前提是兩種協議的波特率必須相同，由于只有一個通訊口，波特率只支持9600波特，因此在多協議通訊時，波特率設置為9600波特。對于多協議的組合方式，作者采用了總線分時復用法，在總線分時控制中，作者通過幾個定時器組成矩形波，從而形成高低不同時段分別進行PPI協議通訊和自由口通訊。主程序流程圖見圖2。PPI通信程序流程見圖3。自由口通信程序的流程見圖4。

圖2 主程序流程圖見

圖3 PPI通信程序流程

圖4 自由口通信程序的流程

按照以上方案所進行的系統設計完成之后，實際的通訊效果達到設計要求，從站PLC和計算機終端基本上能在20ms內獲取主站送來的信息。

3 主機遙控系統的設計
3.1 起停部分的設計
作者在設計過程中選擇的對象是最常見的B&M低速機，起?？刂浦饕?個部分:起動控制，慢轉控制，停車控制，重復起動控制。以正車起動為例，系統須針對兩種情況:停車情況下的起動和正常反向起動，都能確保正車起動電磁閥的通斷，同時還須判斷重復起動的狀態，正車起動的程序流程如圖5所示。

圖5 正車起動的程序流程

慢轉控制所要考慮的情況分別是主機停車時間超過30min和電源斷電后恢復供電兩種情況。在主機轉過一圈或有緊急操縱信號的情況下，可以撤消慢轉控制。停車控制所要考慮的情況共分4種:停車指令,故障停車信號,車令與運轉方向不一致以及起動電磁閥工作期間。重復起動控制又分為4個子程序:起動時間監視子程序，換向時間監視子程序，起動間歇延時子程序和重復起動次數計數子程序。以上程序流程圖由于篇幅所限，在此不一一贅述。
3.2 轉速控制部分的設計
本設計是用模擬量輸入模塊EM235來讀取車鐘指令和轉速反饋。PLC主站首先讀入模擬量，通過三次移位，可以得到12位的數字信號，然后通過定時中斷程序對輸入量進行數字濾波，濾波后的數據將與由外電路所確定的正常信號電壓范圍比較，可判斷車令電位器的三個接線端有無斷線故障，在確保信號的正常之后，再經過各種限制處理，限制環節主要包括臨界轉速限制，加速度限制和負荷程序限制，限制處理后的結果最后通過PPI通信協議發送給從站PLC電子調速器進而控制主機的轉速。轉速限制處理程序流程圖6所示。

圖6 轉速限制處理程序流程

本設計的另一個任務是讀取轉速反饋值并對其進行處理，經過處理后得到主機的各種運行狀態，包括主機正反轉的換向轉速，發火轉速以及加速轉換點，一方面得到起?？刂扑枰闹鳈C狀態信息，另一方面使監測平臺能實時監視，直觀地反映出目前主機的狀態，同時能顯示出整個轉速變化過程。

4 結束語
本文結合中小型船舶維修改造過程中對主機遙控系統的要求，提出一種硬件電路相對簡單且易于實現、線路少、編程容易且功能較全面的主機遙控系統的設計及實施方案。系統采用兩臺S7-200PLC與一臺計算機構成主機遙控系統的基本框架，利用串行通信總線可實現各個控制器及計算機之間的信息傳輸，該方案目前已經在實驗室環境下完成了系統的設計以及調試工作。