基于PLC的船用泵組自動(dòng)切換系統(tǒng)改造

【摘要】針對(duì)傳統(tǒng)繼電器一接觸器控制船用泵自動(dòng)切換線路中存在的問題，提出了采用PLC進(jìn)行系統(tǒng)改造的觀點(diǎn)，并闡述了改造方案以及程序設(shè)計(jì)流程。確保船用泵組在故障時(shí)能實(shí)現(xiàn)主備用泵的自動(dòng)切換，實(shí)現(xiàn)主備用泵的多地點(diǎn)控制，增強(qiáng)了系統(tǒng)抗干撓能力，提高了控制精確度和可靠性。

【關(guān)鍵詞】船用泵組；自動(dòng)切換；PLC

1.引言

船舶電氣設(shè)備的拖動(dòng)控制中，泵組的自動(dòng)切換控制是主要內(nèi)容之一。為主機(jī)服務(wù)的燃油泵、滑油泵、冷卻水泵等主要電動(dòng)輔機(jī)，為了控制方便和工作可靠均設(shè)置兩套機(jī)組。不僅能在機(jī)組旁控制，也能在集中控制室進(jìn)行遙控；而且在運(yùn)行中泵系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)能實(shí)現(xiàn)機(jī)組的自動(dòng)切換，使備用機(jī)組立即啟動(dòng)投入工作，以保證主機(jī)處于正常工作狀態(tài)。但目前泵組的自動(dòng)切換系統(tǒng)仍多采用繼電接觸器控制，不僅可靠性差，使用維修很不方便，而且控制系統(tǒng)消耗大量電能。每組泵控制需用10只繼電接觸器和4只時(shí)間繼電器等設(shè)備來監(jiān)視泵的運(yùn)行，而每個(gè)機(jī)艙這樣的泵共需6～8組。如果采用PLC控制，每組泵只需2只接觸器，可節(jié)省大量的空間和電能。

2.對(duì)現(xiàn)通用自動(dòng)切換過程的分析

圖1所示為某船泵的自動(dòng)切換控制線路原理圖，其工作原理如下：

（1）機(jī)組的手動(dòng)操作

將控制開關(guān)SA置于“0”位置，如起動(dòng)1號(hào)機(jī)組，按下1SB2使1KA得電，其常開觸頭1KA1閉合，成為自保，常開觸頭1KA2閉合，使1KM主接觸器得電，主觸頭閉合，使1號(hào)機(jī)組電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。主接觸器的輔助觸頭1KM1閉合，計(jì)時(shí)器投入計(jì)時(shí)，同時(shí)運(yùn)行指示燈H1亮。

（2）機(jī)組的自動(dòng)切換操作

將控制開關(guān)SA置于“1”位置，即選擇1號(hào)機(jī)組為運(yùn)行機(jī)組，2號(hào)機(jī)組為備用機(jī)組，當(dāng)1號(hào)機(jī)組發(fā)生故障時(shí)，能自動(dòng)切換到2號(hào)機(jī)組起動(dòng)投入工作。按下1SB2使1KA得電，其常開觸頭1KA1閉合，自保，常開觸頭1KA2閉合，使1KM主接觸器得電，主觸頭閉合，1號(hào)泵電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。常開觸頭1KA3閉合，使得KT1時(shí)間繼電器有電，開始起動(dòng)延時(shí)，在延時(shí)時(shí)間內(nèi)，機(jī)組運(yùn)行正常，泵輸出端建立壓力，壓力繼電器KP動(dòng)作，4KA中間繼電器有電動(dòng)作，常開觸頭4KA1閉合自保，在3KA回路中常閉觸頭4KA2打開，防止起動(dòng)延時(shí)引起誤切換。當(dāng)起動(dòng)延時(shí)時(shí)間到時(shí)，KT1的常開觸頭閉合，此時(shí)4KA常閉觸頭4KA2已打開，不會(huì)時(shí)3KA得電。如果在起動(dòng)延時(shí)時(shí)間內(nèi)，沒有建立起壓力，壓力繼電器KP不動(dòng)作，無法使中間繼電器4KA得電，它的常閉觸頭4KA2保持閉合狀態(tài)，只有起動(dòng)延時(shí)時(shí)間到了，KT1常開觸頭閉合（說明1號(hào)機(jī)組起動(dòng)過程中有故障），就會(huì)使3KA有電，自動(dòng)切換到2號(hào)機(jī)組，即3KA有電，它的常開觸頭閉合，使得2KA有電，接通2KM主接觸器，其主觸頭閉合，使2號(hào)機(jī)組投入運(yùn)行。同時(shí)，2KM的常閉輔觸頭2KM1打開，使得1KA失電，1KA的常開觸頭1KA2打開，使得1KM失電，1KM的常閉輔觸頭1KM2閉合，提供2KA的自保回路。

如果是1號(hào)機(jī)組起動(dòng)正常，運(yùn)行一段時(shí)間后，發(fā)生故障，壓力變低了，壓力繼電器回到初始狀態(tài)，使KT2時(shí)間繼電器得電，在這延時(shí)時(shí)間內(nèi)，如果壓力恢復(fù)了，壓力繼電器就動(dòng)作，使KT2不再有電，不能動(dòng)作。如果在這延時(shí)時(shí)間內(nèi)，壓力不能恢復(fù)，延時(shí)時(shí)間一到，KT2的常開觸頭閉合，使KA3有電，進(jìn)行自動(dòng)切換動(dòng)作。如果把控制開關(guān)SA置于“2”位置，其自動(dòng)切換同上。

3.控制要求分析

船用泵組合控制系統(tǒng)的基本控制要求是：每組泵分別用兩臺(tái)泵通過并聯(lián)的方式進(jìn)行連接，互為備用，每一臺(tái)泵都有獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，以保證其工作的可靠性，系統(tǒng)對(duì)這些船用泵組合進(jìn)行了切換控制。首先每組泵需要確定是自動(dòng)控制或手動(dòng)控制，還需要測(cè)量出口壓力是否正常，每臺(tái)泵之間需要一個(gè)互聯(lián)信號(hào)表明其中一臺(tái)是主泵。輸出要控制每臺(tái)泵的啟動(dòng)，指示出運(yùn)行狀態(tài)，并給出故障或低壓報(bào)警信號(hào)。

在系統(tǒng)處于手動(dòng)方式啟動(dòng)各泵時(shí)，互為備用的兩臺(tái)泵，首先投入的為主用泵，后投入的為備用泵。在系統(tǒng)處于自動(dòng)方式通電運(yùn)行時(shí)，主用泵按一定的時(shí)間順序依次起動(dòng)，以防止起動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊過大引起跳閘，備用泵處于備用狀態(tài)。

出現(xiàn)故障時(shí)，泵的出口壓力會(huì)下降，當(dāng)壓力下降到警戒值時(shí)，壓力檢測(cè)開關(guān)將會(huì)動(dòng)作，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。同時(shí)備用泵電機(jī)自動(dòng)起動(dòng)，而故障泵電機(jī)在延時(shí)數(shù)秒后將自動(dòng)停止。必須在工作人員重新選擇工作泵并按下復(fù)位按鈕后系統(tǒng)才能恢復(fù)正常；如果系統(tǒng)處于遙控方式，則工作人員可以通過控制臺(tái)上的起停開關(guān)對(duì)每一臺(tái)泵的電機(jī)實(shí)現(xiàn)遙控起停控制。

根據(jù)以上要求，各泵的工作流程圖如圖2 所示。

4.PLC控制系統(tǒng)

根據(jù)泵控制的要求，每組泵的控制原理基本相同，在選用PLC 時(shí)可選用一臺(tái)小型機(jī)控制多組泵，也可以每組泵選用一臺(tái)微型PLC 來控制。表1給出的是用西門子s7-200系列PLC 單組泵控制系統(tǒng)I/O分配表，PLC外部接線圖如圖3所示。

根據(jù)輸入輸出接點(diǎn)配置的設(shè)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(dòng)切換PLC控制。

在軟件編寫時(shí)應(yīng)考慮以下問題：

（1）為避免系統(tǒng)發(fā)生誤報(bào)警、誤切換等問題，程序應(yīng)增加延時(shí)報(bào)警功能，即當(dāng)壓力開關(guān)瞬間動(dòng)作時(shí)，系統(tǒng)不發(fā)出報(bào)警，只有當(dāng)PLC 檢測(cè)到的泵出口壓力連續(xù)2s低于設(shè)定值時(shí)才發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

（2）為保證系統(tǒng)通電運(yùn)行時(shí)各組泵能按順序起動(dòng)，合理控制各組泵延時(shí)起動(dòng)的時(shí)間間隔，一般為3～5s。

（3）利用計(jì)時(shí)器記錄每臺(tái)泵運(yùn)行時(shí)間，當(dāng)達(dá)到設(shè)定時(shí)間時(shí)相應(yīng)泵的運(yùn)行指示燈閃亮，提示工作人員對(duì)其進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)。計(jì)時(shí)器的復(fù)位按鈕需按5s以上。

5.結(jié)論

對(duì)于機(jī)艙溫度高、濕度大、機(jī)械振動(dòng)強(qiáng)的特殊工作環(huán)境，采用PLC實(shí)現(xiàn)的泵組的自動(dòng)切換控制，有效地防止了因壓力瞬間波動(dòng)而引發(fā)的誤報(bào)警、誤切換等問題，避免了電動(dòng)機(jī)因頻繁起動(dòng)而造成的損壞，大大提高了控制系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)也省去了大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，因而節(jié)省控制箱的空間，節(jié)約了電能。并且系統(tǒng)的操作維護(hù)都十分方便，因此用PLC 對(duì)船舶的各種泵進(jìn)行控制是完全可行的。

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作者簡(jiǎn)介：王金法（1967—），男，浙江臺(tái)州人，工程師，浙江省海運(yùn)集團(tuán)臺(tái)州海運(yùn)有限公司一等輪機(jī)長(zhǎng)。