(渤海船舶職業(yè)學院，遼寧 葫蘆島 125000)

現代船舶自動化機艙中重要的泵除了能就地操作外，還能在集控室主控制臺或主配電屏的計算機液晶控制觸摸屏、組合起動屏上進行遙控操作和自動運行。在自動運行方式中，自動運行的泵一旦出現故障，同組的備用泵能夠自動起動并實現自動切換，各組泵依據事先設定好的次序逐臺重新自動起動。

在組合起動屏中配置PLC控制單元，屏內泵起動控制單元通過現場總線與計算機控制系統(tǒng)建立通信聯系，實現在液晶觸摸屏上的起停泵控制。PLC控制單元I/O電路還接收受控泵的壓力或液位控制信號。這樣，可以實現這些泵不僅在多點進行起動和停止，而且一旦運行中的泵出現故障，在PLC控制下根據壓力或液位信號的變化自動切換備用泵。

PLC控制單元采用冗余結構，配置兩套可編程控制器PLC1、PLC2，I/O電路，PLC自動切換電路和自診斷電路。PLC1和PLC2互為備用，一旦運行的一套PLC出現故障，PLC自動切換電路立即使備用的一套PLC獲電，并投入運行。

1 船用泵組的自動切換系統(tǒng)控制線路原理和運行分析

由于泵的自動切換控制原理基本相同，以主燃油泵為例進行分析。圖1所示為主燃油泵的主電路，圖2所示為No.l主燃油泵控制線路[1]，壓力開關LP檢測同組兩臺主燃油泵出口壓力，并將壓力信號送至PLC控制屏的I/O電路，監(jiān)測運行著的燃油泵的出口壓力。整個控制線路由PLC起動器控制單元、繼電-接觸器控制電路和主電路組成。

圖1 主燃油泵的主電路原理

圖2 主燃油泵控制電路原理

1.1 起動器控制單元(SCU)

絕大部分組合屏中的起動控制單元的硬件結構，由核心單元PLC和中間繼電器組成。主燃油泵的PLC起動控制單元有4個輸出繼電器：起動繼電器KA1、停止繼電器KA2、運行繼電器KA3和自動繼電器KA4。當起動控制單元接收到起動主燃油泵的操作命令時，起動繼電器KA1獲電；當接收到停止命令時，停止繼電器KA2獲電；當主燃油泵處于正常運行狀態(tài)時，運行繼電器KA3獲電；當主燃油泵的控制線路處于自動狀態(tài)時，自動繼電器KA4獲電。

通過設置起動控制單元中的DIP開關、代碼開關和編程，可以實現泵在集控室或主配電屏觸摸屏、組合起動屏和就地控制箱等多點手動起動和停止控制，欠壓保護，自動狀態(tài)下電源恢復后自動延時起動，電動機故障報警功能及主備用泵的自動切換功能，滿足各類泵、通風機等運行機械的不同要求。主燃油泵的起動控制單元具有如下功能，燃油壓力過低時備用泵自動切換，“MAN/LINK”轉換。

1.2 主燃油泵的手動起動和停止控制

由于船舶電站容量有限，為了減小主燃油泵電動機起動過程中的沖擊電流對電力系統(tǒng)的影響，主燃油泵電動機采用按時間原則的自耦變壓器降壓起動方式。

1.2.1 主燃油泵的手動起動控制

合上低壓斷路器QF，按下就地控制箱上的起動銨鈕SB1；或者點擊觸摸屏上起動圖標；或者按下組合屏上起動銨鈕，起動信號送至控制單元的PLC，起動控制單元PLC的綠色運行指示燈(RUN)亮；同時，PLC的輸出觸點KA1閉合，接通No.l主燃油泵控制線路電源。接觸器KM1、時間繼電器T1和T2同時得電電，T1的瞬動觸點閉合與KM1的常開輔觸點閉合，使接觸器KM2線圈得電。

接觸器KM1主觸頭閉合，將主電路中的自耦變壓器AT結成“Y”形， KM2的主觸頭閉合，自耦變壓器原邊接電源，副邊接電動機的定子繞組，主燃油泵電動機以額定電壓的 90%開始降壓起動。KM2的輔觸點閉合，接觸器KM3線圈得電，KM3的3個觸點動作如下。

983 Effect of referral on intravascular treatment of acute ischemic stroke with large vessel occlusion

1)KM3的常開觸點閉合，就地控制箱上的綠色運行指示燈GL亮；

2)KM3常開觸點閉合，使PLC的運行繼電器KA3的線圈得電，KA3常開觸點閉合，組合屏上的運行指示燈亮；

3)KM3的常閉觸點斷開，將主燃油泵電動機定子繞組內的加熱電阻(SH)電源切斷。

電動機起動8 s后，T1的延時結束，T1的常開觸點延時閉合，繼電器KA5得電。繼電器KA5的常閉觸點斷開，使繼電器KM1的線圈斷電；繼電器KA5的常開觸點閉合，使接觸器KM4的線圈得電并實現自保。KM4的主觸頭閉合，電動機從降壓起動切換為全壓運行。接觸器KM4常閉觸點斷開，使KM1、T1、KA5和T2斷電恢復到起動前的狀態(tài)。接觸器KM4常開輔觸點閉合，使接觸器KM3繼續(xù)獲電，就地控制箱上的運行指示燈和組合屏上的運行指示燈保持點亮。

1.2.2 起動失敗報警

在起動線路中的時間繼電器T2，是為防止起動過程中不能在規(guī)定的時間(8 s)內從降壓起動自動切換到全壓運行而設計的。 主燃油泵電動機開始降壓起動時，時間繼電器T2得電，如果在T2的15 s延時內Tl不能動作，電動機無法進入全壓運行，T2的常開觸點延時閉合使繼電器KA6得電。KA6的2個觸點動作如下。

1)KA6的常開觸點閉合實現自保，并使紅色起動失敗(START FAIL)指示燈亮；

1.2.3 主燃油泵的手動停止控制

按下就地控制箱上的停止銨鈕SB2；或者點擊觸摸屏上停止圖標；或者按下組合屏上的停止銨鈕，停止信號送至起動控制單元PLC，起動繼電器KA1斷電，KA1的常開觸點斷開，接觸器KM4線圈斷電，電動機停止運行。同時，停止繼電器KA2得電，KA2的常開觸點閉合，組合起動屏上的紅色停止指示燈亮。

1.3 泵的自動切換和順序起動控制

1.3.1 泵的自動切換控制

1)當運行泵電動機過載時，過載繼電器FR動作，FR的常閉觸點斷開，運行泵的起動控制單元PLC接收到電動機的過載信號，運行泵停止，備用泵自動起動。待故障排除后，熱繼電器復位，原來的運行泵成為備用泵。

2)當運行泵電動機突然失電后，停止運行，備用泵自動起動，當原來的運行泵的電源恢復后成為備用泵。

3)當運行泵出口壓力下降至某一值時，LP斷開。由于某種原因泵的出口壓力下降至動作值，并持續(xù)2 s以上時，LP將出口壓力下降信號送至PLC控制屏，運行泵立即停止并自動起動備用泵。經過15 s延時后，如果出口壓力恢復正常，則按下原運行泵的停止銨鈕，使其成為備用泵；反之，停止備用泵的運行，并且阻止起動信號，防止備用泵和運行泵輪流起動的嚴重后果。

1.3.2 泵的順序起動控制

將起動控制單元SCU中的“MAN/LINK”雙位開關置于“LINK”位置。由于某種原因電網失電后，所有泵都停止運行，電網恢復供電后，為防止電網超負荷情況發(fā)生[2]，各組原來運行的泵應按事先設定的時間順序逐臺起動，每臺泵的順序起動時間由PLC控制屏設定。

2 硬件配置

根據控制要求可考慮PLC系統(tǒng)的硬件設計，硬件設計的主要內容是分析系統(tǒng)所需的輸入輸出信息，確定PLC輸入輸出接點的類型、數量和PLC的配置，繪出系統(tǒng)的PLC輸入輸出接點的配置見圖3[3]。

圖3 船用泵組的自動切換PLC控制系統(tǒng)的I/O接點配置

為了滿足上述控制要求，系統(tǒng)應輸入以下開關信息:①系統(tǒng)起動信號(起動按鈕)X0；②系統(tǒng)停止信號(停止按鈕)X1；③泵組起動運行狀態(tài)信號X2；④泵組起動失敗信號X3；⑤泵出口壓力信號X4；⑥“MAN/LINK”雙位開關位置信號X5；⑦泵過載信號X6。

系統(tǒng)輸出開關信息有①起動控制單元運行工作指示燈(RUN)Y0；②起動繼電器KA1控制信號Y1；③停止繼電器KA2控制信號Y2；④起動控制單元紅色停止指示燈(RL)Y3；⑤運行繼電器KA3控制信號Y4；⑥組合起動屏上的運行指示燈Y5；⑦自動繼電器KA4控制信號Y6。

根據上述對系統(tǒng)輸出開關信息的分析，若采用FX2N系列PLC，則系統(tǒng)的輸入輸出接點配置見圖3。

根據輸入輸出接點配置的設定，按控制要求及其所確定的邏輯條件，畫出梯形圖，編寫PLC程序，便可完成泵組的自動切換PLC控制。

3 結論

船用泵組的自動切換系統(tǒng)采用PLC的控制系統(tǒng)克服了繼電器-接觸器控制可靠性、直觀性、自動化程度不高的特點，結合觸摸屏智能操作及顯示技術，造就了PLC控制系統(tǒng)的抗干擾強、功能強大、精確度高等優(yōu)點[4]。

可編程控制器具有體積小、可靠性高、控制系統(tǒng)維護工作量小和使用方便等特點，其輸入模塊可以直接接收現場設備的各種傳感器信號，輸出模塊可以直接驅動2～5 A的受控設備, 產品系列化、結構模塊化的可編程控制器給控制系統(tǒng)的配置和備件管理帶來了極大的方便，這一點尤其適用于船舶機械設備的控制。

對于機艙溫度高、濕度大、機械振動強的特殊工作環(huán)境，采用可編程控制器實現的泵組的自動切換控制，大大提高了控制系統(tǒng)的可靠性。

[1] 任志錦.電機與電氣控制[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002.

[2] 吳浩烈.電機及電力拖動基礎[M].重慶:重慶大學出版社,1998.

[3] 鄧志良,劉維亭.電氣控制技術與PLC[M].南京：東南大學出版社,2002.

[4] 劉明偉.船舶電力拖動[M].北京：人民交通出版社,2010.