我國遠洋漁船自動化遙控系統設計模式研究

周國強，曲紹東，郭慶祝

（1.上海開創遠洋漁業有限公司 上海市 200090； 2.長海漁港監督處 大連市 116500；3.大連漁港監督局 大連市 116001）

遠洋漁業是海洋漁業的重要組成部分。之所以謂之遠洋，是指遠離本國漁港或漁業基地，在別國沿岸海域或深海從事捕撈活動的漁業生產。我國的遠洋漁業起步于1985年，以過洋性漁業為主，遠洋漁業的發展取決于本國的經濟實力、工業化程度和海洋科學技術水平以及國內外市場、消費水平等因素。

發展遠洋漁業有利于減輕和緩和沿岸、近海捕撈強度，合理布局漁業生產力，促進工業、儀器、海洋科學的發展，同時對提高水產品總產量，增加外匯收入，與沿岸國家密切經濟聯系具有重要的作用。

1 我國遠洋漁船裝備現狀

目前，我國公海作業漁船基本上是購買國外舊船或是將近海漁船改造后投入公海使用。據農業部統計，現有公海作業漁船中50%以上的超低溫金槍魚延繩釣船、大型拖網加工船和金槍魚圍網船船齡均超過20 a。過洋性作業的漁船大部分是20 世紀70—80年代設計建造的近海船舶，總體性能落后、船體狀況較差、安全設施不可靠、能耗高、缺乏競爭力。在西非從事過洋性作業的202 艘拖網漁船中，有110 艘船齡超過20 a。遠洋漁船技術裝備水平偏低，無論是工作母船、輔助船，還是機械裝備或助漁導航儀器設備等自動化程度都有待于進一步提高。遠洋漁船的破舊和落后嚴重制約我國遠洋漁業的發展，對該問題的解決已迫在眉睫。

2 船舶主機自動化遙控系統控制

船舶自動化領域的一個重要組成部分是主機遙控系統。本文介紹了中國水產（集團）大連漁輪公司設計制造的75 m 遠洋金槍魚圍網船舶主機遙控系統，該系統采用PLC 工業控制網絡來實現主機遙控系統功能，通過通訊網絡實現對主機起停部分的自動控制及安保系統設計。

2.1 PLC 簡介

PLC 是一種專門為在工業環境下應用而設計的數字運算操作電子裝置。PLC 采用可以編制程序的存儲器，在其內部執行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作指令。它以接入式CPU 為核心，通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。PLC 及其外圍設備與工業控制系統形成一個整體，程序可以根據控制對象的不同而編制。也就是說，PLC 可編程控制器較其以前的工業控制計算機如單片機工業控制系統，具有更大的靈活性，容易擴展其功能。

2.2 PLC 組成

PLC 系統主要由中央處理器（CPU）、存儲器、輸入單元、輸出單元、通信接口、擴展接口電源等部分組成。其中，CPU 是PLC 的核心，輸入單元與輸出單元是連接現場輸入/輸出設備與CPU 之間的接口電路，通信接口用于與編程器、上位計算機等外設連接。

在PLC 中CPU 按系統程序賦予的功能指揮PLC 有條不紊地進行工作，歸納起來主要有以下幾個方面：接收從編程器輸入的用戶程序和數據；診斷電源、PLC 內部電路的工作故障和編程中的語法錯誤等；通過輸入接口接收現場的狀態或數據，并存入輸入映象寄有器或數據寄存器中；從存儲器逐條讀取用戶程序，經過解釋后執行；根據執行的結果，更新有關標志位的狀態和輸出映象寄存器的內容，通過輸出單元實現輸出控制。

2.3 主機遙控系統結構和功能

目前，大型船舶的推進裝置主要有柴油加推進和電力推進2 類。采用柴油機推進時，直接驅動螺旋槳的柴油機稱為主柴油機。主柴油機一般可以在機旁、集控室和駕駛臺3 個操作部位進行操作和控制。當離開機旁在集控室和駕駛臺操作時，無法通過機旁操縱機構直接操作主機，這就需要在操作部位與主機之間設置一套能夠對其進行遠距離操縱的控制系統，即為主機遙控系統。

隨著船舶自動化技術的發展，裝設主機遙控系統的遠洋船舶逐年增多。比較完善的主機遙控系統通常設有如下功能（或環節）：（1）邏輯程序控制，包括操縱轉換位置判斷、自動換向、自動起動、重復起動、重起動、制動的邏輯控制；（2）轉速與負荷控制，包括轉速信號發送速率限制和負荷程序等；（3）安全保護與應急操作；（4）系統功能模擬試驗；（5）系統故障自檢等。

組成自動控制系統的元件有氣動、機械、液壓、繼電器、接觸器、半導體分立元件、小規模集成電路等不同種類，在技術發展的不同階段，主機遙控系統的類型隨采用的控制元件不同而不同。隨著微型計算機在控制領域的廣泛應用，自20 世紀80年代遠洋船舶主機遙控系統普遍采用了微型機作為控制器的核心，使系統的設計、生產、使用和維修都更為簡單，可靠性也大大提高。

2.4 PLC 自動化遙控系統總體結構設計模式

大連漁輪公司75 m 金槍魚圍網漁船的PLC自動化主機控制網絡，包括2 臺S7-200PLC。其中1 臺用于主機起停和轉速調節控制，安裝在機控室；1 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：2 臺S7-200PLC、1 臺微型機、網絡連接器、PC/PPI電纜、RS-485 電纜。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 電纜的連接口引出針口通過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。

圖1 PLC 自動化遙控系統總體結構

起停控制主要包括起動控制、慢轉控制、停車控制、重復起動控制。以正車起動為例，系統針對2 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。慢轉控制所要考慮的情況分別是主機停車時間超過30 min 和電源斷電后恢復供電2 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。

轉速控制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3 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3 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2 所示。

3 結 語

圖2 轉速限制處理程序流程圖

本文結合大連漁輪公司75 m 遠洋金槍魚圍網船舶主機遙控系統設計，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設計模式。從中可以看出，PLC 有很高的可靠性，能適用于惡劣的工作環境，在主機遙控中PLC 具有顯著的技術優點，可取代各類由繼電器組成的主機遙控裝置，特別適用老船設備的更新改造，符合我國國情；PLC 還具有PD 調節功能，可以更好地進行主機轉速調節，其數據通訊接口便于和上級計算機聯網，組成船舶綜合自動化系統。綜上所述，基于PLC 的主機遙控系統有較好的應用價值和發展前景。