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.廣東高校船舶自動化集成技術(shù)開發(fā)中心，廣州510800）

船舶車鐘操縱主機(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.廣東高校船舶自動化集成技術(shù)開發(fā)中心，廣州510800）

介紹了船舶車鐘操縱主機(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)。

船舶車鐘PLC人機(jī)界面

0　引言

目前國內(nèi)船舶上使用的車鐘大致有兩類,一類是采用自整角機(jī)控制電路顯示傳令,另一類是使用手控凸輪或琴鍵開關(guān)等配合指示燈顯示傳令，實(shí)踐證明這兩類車鐘弊端比較多。電力推進(jìn)作船舶的主推進(jìn)動力成本大大減少。由于其具有環(huán)保效果好、機(jī)動性高、自動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)計用于電力推進(jìn)的新型船舶車鐘遙控系統(tǒng)有很大的市場空間。該模擬裝置主要實(shí)現(xiàn)PLC驅(qū)動船舶主動力裝置帶動螺旋槳。船舶主推進(jìn)動力裝置動力部分采用步進(jìn)電機(jī)模擬現(xiàn)實(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，運(yùn)用了車鐘原理、PLC編程語言、步進(jìn)電機(jī)工作原理等相關(guān)知識。

1　系統(tǒng)硬件組成與設(shè)計

本項目主要研究制作船舶車鐘操縱主機(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)動船舶主動力裝置帶動螺旋槳，船舶主推進(jìn)動力裝置動力部分采用步進(jìn)電機(jī)模擬其運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖1　系統(tǒng)拓?fù)鋱D

1.1車鐘

車鐘系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)駕駛臺與集控室，集控室與機(jī)旁之間進(jìn)行車令傳送與應(yīng)答的重要設(shè)備，由駕駛臺車鐘，集控室車鐘和機(jī)旁車鐘組成。車鐘系統(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。操控模式對應(yīng)于在駕駛臺遙控主機(jī)的情況，此時駕駛臺車鐘直接通過邏輯控制單元和轉(zhuǎn)速控制單元對主機(jī)進(jìn)行自動遙控。傳令模式對應(yīng)于在集控室或機(jī)旁操作的情況，此時，駕駛臺車令首先傳遞到集控室或機(jī)旁，輪機(jī)員進(jìn)行車鐘應(yīng)答后，再對主機(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)旁間的車令傳送與應(yīng)答。

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

系統(tǒng)擁有駕駛臺車鐘和集控室車鐘，駕駛臺車鐘和集控室車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。集控室和駕駛臺的電位器通過外部繼電器接入PLC，采用互鎖。集控室車鐘設(shè)有總開關(guān)。

1.2PLC的選型

該模擬裝置主要實(shí)現(xiàn)PLC驅(qū)動船舶主動力裝置帶動螺旋槳，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]。開機(jī)進(jìn)入程序時的程序流程如圖3。

圖3　程序流程圖

在開機(jī)時系統(tǒng)初始化后，如果集控室兩個車鐘的不在停車位或任一車鐘的不在停車位時便會發(fā)生報警，必須將發(fā)生報警的車鐘旋至停車位，解除報警方可進(jìn)入主程序。

由于電位從最小旋至最大時的輸入的電壓值0～10V，對應(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采樣值為1500，而非2000）經(jīng)測算分配大致如表2，不同電位器實(shí)測值有變化，可以根據(jù)實(shí)際情況在程序中進(jìn)行處理。

表2　車鐘電位器采樣信號分配表

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

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

在停車位時不輸出脈沖，輸出一個主機(jī)鎖死信號，使主機(jī)不能手動盤車。在備車位和完車位只輸出相應(yīng)的指示燈，不輸出其他信號。此時可手動旋轉(zhuǎn)主機(jī)即盤車。

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)河船舶自動控制技術(shù)的逐步推進(jìn)，海船機(jī)艙自動控制系統(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鐘自動控制系統(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.過程控制系統(tǒng)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2012.12.

［4］程樹康.步進(jìn)電動機(jī)及其驅(qū)動控制系統(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［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

項目來源：2015年度廣東大學(xué)生科技創(chuàng)新培育項目（攀登計劃），編號：pdjh2015b0677

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