基于PLC的船用氣動蝶閥遙控裝置設計

谷卓垠

(4808工廠 艦船工程研究所，山東 青島 266002)

基于PLC的船用氣動蝶閥遙控裝置設計

谷卓垠

(4808工廠 艦船工程研究所，山東 青島 266002)

文章設計了一種基于西門子S7-200的氣動蝶閥遙控裝置，具有遙控啟動、關閉各個船舶區位氣動蝶閥的功能，并具備了故障報警、斷線報警功能。給出了硬件組態及軟件設計流程，測試結果顯示系統具有高可靠性和實用性。

船舶氣動蝶閥遙控裝置；西門子PLC；數字量模塊

module

隨著自動控制技術的不斷發展，現代船舶自動化程度日益提高，新型可編程控制器PLC在船舶上的應用程度不斷提高。使用PLC模塊為核心進行組態控制系統是一種既方便又可靠的方法。本裝置是基于西門子S7-200系列PLC為控制核心，使用V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6軟件進行程序編譯設計，裝置內核穩定，整個系統具有很高的可靠性和耐用性[1]。

1 船用氣動蝶閥系統組成

氣動蝶閥系統主要組成如圖1所示，其中選用CPU226及數字量模塊EM223、EM222作為控制核心，可提供28個輸入接口、20個數字量輸出接口和8個繼電器數字量輸出接口；由開關按鈕提供操作信號，蜂鳴器和指示燈作為報警和顯示[2]。氣動硬件包括氣源處理三聯件(過濾器、減壓閥、油霧器)、單向閥、安全閥、氣動轉換器及電磁換向閥組成。氣動蝶閥由蝶閥及汽缸組成，汽缸頂部有指示蝶閥開關2個微動開關連接于PLC控制單元。

圖1 氣動蝶閥系統框圖

2 系統工作原理

如圖2所示，首先使1 MPa氣源經過過濾器、減壓閥減至0.6～0.8 MPa、油霧器、單向閥進入換向閥，通過電磁換向閥，氣壓進入氣動蝶閥上的汽缸，推動汽缸里的活塞運行，帶動閥桿從而開啟或關閉蝶閥，并且帶動微動開關變化反饋給控制核心用于邏輯計算，同時在指示燈上顯示出此時蝶閥動作是否到位。

控制核心CPU226和EM223所連接的輸入為蝶閥開關按鈕、蝶閥微動開關等開關量；輸出為指示燈、報警燈顯示以及蜂鳴器報警；所選用的EM222數字量模塊(繼電器型)可直接驅動電磁換向閥，達到控制氣動蝶閥的目的。作為控制核心，PLC通過邏輯運算可實現故障報警及斷線報警等故障判斷，如微動開關斷線報警、換向閥斷線報警。

圖2 系統原理示意圖

圖2系統原理圖給出了一組蝶閥控制的簡圖，包括了一組換向閥的控制、指示燈及報警燈的連接、開關按鈕及微動開關的連接和氣路的走向。開關按鈕及微動開關屬于輸入類的開關量，連接于PLC的I口，換向閥及指示燈顯示為輸出類開關量，連接于Q口。而本設計方案包含了4組蝶閥的控制，其它連接方式與原理圖一樣。

3 程序設計

本程序中的主程序包含了開機供電后的自檢程序、試燈程序、應答消音程序，主程序執行后進入自程序，子程序為蝶閥開關及報警控制程序。其程序應用了西門子V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6軟件編寫，其主程序的STL程序如下。

LD SM0.0

=Q1.4

LD SM0.1

O M0.0

AN T37

=M0.0

TON T37,20

LDN M0.0

A I1.2

O M0.0

S Q1.5,1

LDN M0.0

AN M0.5

AN M0.6

AN M0.7

AN M1.0

= Q2.1

LDN M0.0

LD I1.1

O M0.2

ALD

A Q1.5

=M0.2

LDN M0.0

LD Q1.5

O Q1.0

O Q1.1

O Q1.2

O Q1.3

ALD

O M0.0

=Q2.0

AN M0.2

AN M0.3

AN M0.4

LD I1.1

O M0.3

ALD

A Q1.6

=M0.3

LDN M0.0

LD I1.1

O M0.4

ALD

A Q1.7

= M0.4

LDN M0.0

A I1.0

R Q1.5,1

R Q1.6,1

R Q1.7,1

R Q1.0,1

R Q1.1,1

R Q1.2,1

R Q1.3,1

主程序下設4個子程序，分別對應4組蝶閥的轉換閥控制程序，每個子程序包括了一個開閥流程和一個關閉閥流程，圖3給出了開閥時的操作邏輯流程，其關閉閥的邏輯原理與開閥一致。每組閥控制程序都編寫成一組獨立的程序，作為模型程序以便今后添加系統容量后編寫程序。

圖3 開閥程序流程圖

4 測試

本系統設計已進入實船試驗階段，以某艦為例，其測試方式如下。

1)供入1 MPa氣源，減壓后控制箱內儀表顯示0.6～0.8 MPa，按下電源開關，自檢正常無報警。

2)分別啟動4個蝶閥旋鈕、關閉旋鈕，觀察所對應的指示燈跟開關狀態一致，表示裝置及蝶閥工作正常。

3)閥微動開關斷線報警測試，分別撤掉裝置內接線排(箱內下方接線排)所對應蝶閥位置開關的接線，如1#蝶閥對應3和4號線，啟動蝶閥，10 s后出現蜂鳴器響、故障總燈、蝶閥微動開關斷線燈、所對應閥的故障燈亮，恢復接線后，按復位、消音恢復正常狀態。

4)換向電磁閥斷線報警測試，分別撤掉裝置內接線排(箱內右側接線排)所對應換向閥接線，如1#蝶閥對應1和3號線，啟動蝶閥，10 s后出現蜂鳴器響，故障總燈、換向閥斷線燈、所對應閥的故障燈亮，恢復接線后，按復位、消音恢復正常。

5 結束語

本系統設計出可控制4組氣動蝶閥的控制容量的基礎模型，如需增加容量，可添加PLC數字量模塊及相關硬件達到擴容的目的。也就是說其容量大小取決于PLC所包含的輸出、輸入點數，其連接組裝方式方法與本方案一致。PLC組態方便，編程簡單易用，同時具有可靠性高、設計周期短的特點，非常適用于此小型的控制器設計。同時其故障率低、維修方便的特點非常適用于船舶關鍵部位的蝶閥控制裝置，相信在以后的船舶電氣發展中，其應用會愈加廣泛。

[1]向曉漢.西門子PLC S7-200/300/400/1200應用案例精講[M].北京：化學工業出版社，2011.

[2]楊后川.西門子 S7-200 PLC應用100例[M].北京：電子工業出版社，2009.

The pnewmatic butterfly-valve remote controller was designed based on S7-200 SIEMENS with multifunctions such as remote-control start,closing any function of the valve at any vessel position,fault-alarm and alarm at tripping-off.Hardware configuration and designing flow of software were also given,the testing result of which shows high reliability and utility of its display system.

remote controller for marine pnewmatic butterfly-valve;SIEMENS PLC;digital magnitude

谷卓垠(1984-)，男，河北保定人，工程師，大學本科，主要從事艦艇電子監控系統研究與維修。

U673

10.13352/j.issn.1001-8328.2014.01.010

2013-12-12