基于PLC的多用途裝填控制系統的設計

王 華，賀旭光

（中船重工集團公司第713 研究所，河南 鄭州 450015）

0 引言

隨著現代艦船對艦載武器的作戰效能的要求越來越高，多用途裝填設備成為現代艦載武器的發展趨勢。受艦船安裝空間環境影響，實現一種裝填設備為多種武器系統提供彈藥，就能有效解決該問題。本文介紹基于S7-200 系列的PLC 來實現對多用途裝填設備的控制。

1 多用途裝填系統功能介紹（系統組成及其工作過程）

本裝填系統是多用途彈藥輸送裝置，具有提、退、補、卸A 型彈和補、卸B 型彈等多種功能，可以完成A型彈在主炮炮位甲板（1 甲板）－主炮轉運間甲板（2 甲板）－彈藥艙甲板之間（3 甲板）進行輸送；以及B 型彈在主炮炮位甲板（1 甲板）－彈藥艙甲板（3 甲板）之間進行輸送的功能。在主炮固定方位角（當輸送B 型彈時，B 型彈發射裝置需固定旋回角和高低角）條件下，利用戰前準備、戰斗間隙或日常訓練時間，完成如下功能：

（1）提（揚）彈：將彈藥艙甲板的A 型彈經由A 型彈通道 （小通道） 輸送到主炮轉運間甲板。

（2）退彈：將主炮轉運間甲板的A 型彈經由A 型彈通道 （小通道） 輸送到彈藥艙甲板。

（3）補彈：將主炮炮位甲板的A 型彈經由A 型彈通道（小通道）輸送到彈藥艙甲板或主炮轉運間甲板；或者將主炮炮位甲板的B 型彈經由B 型彈通道（大通道）輸送到彈藥艙甲板。

（4）卸彈：將彈藥艙甲板或主炮轉運間甲板的A 型彈經由A 型彈通道（小通道）輸送到主炮炮位甲板；或者將彈藥艙甲板的B 型彈經由B 型彈通道（大通道）輸送到主炮炮位甲板。

2 PLC 控制系統設計

2.1 控制系統硬件組成和設計

多用途裝填控制系統采用PLC 控制，該控制系統具有工作方式及工況選擇、彈位顯示、操作提示、電氣聯鎖、自動定位和緊急停機等功能。電動操作時，在控制系統的控制下，完成提彈、退彈、補彈、卸彈等工況。圖1 為多用途裝填機電氣系統配置圖，其主要設備有控制箱、配電箱、接線箱、甲板操作盒、彈倉控制盒、傳感器、執行器件等。

圖1 多用途裝填電氣系統配置圖Fig.1 Multi-purpose loading control system configuration diagram

該控制系統的PLC 控制元器件選用S7-200 系列產品中的CPU226 主控模塊，該模塊有24 點輸入，16 點輸出，可以滿足系統的I/O 點數要求。該控制系統主要控制裝填電機的啟/停和正/反轉。在主電路的設計過程中，主要考慮以下幾個方面因素： 裝填電機的過熱、過載和過流保護；導線截面積與電路電流的對應匹配關系；多處設置急停按鈕。S7-200 模塊化結構設計使其具有良好的電磁兼容性、工業環境適應性和擴展性。

2.2 控制系統原理

該控制系統控制原理簡單，技術成熟、可靠，其原理圖如圖2 所示，控制系統PLC 的部分I/O 信號如表1 所示。

控制系統實時檢測各傳感器狀態，并根據不同工況下，多用途裝填機的動作時序進行運算，根據運算結果控制各執行器件動作，完成相應控制功能。同時，控制過程中不斷與正常工作狀態進行比較，判定機構動作是否故障，出現故障時及時斷開執行器件動作，并給出相應故障信息的提示。

圖2 多用途裝填控制系統部分原理圖Fig.2 Part of multi-purpose loading control system schematic diagram

為了方便操作，提高安全可靠性，在多用途裝填機需要人工操作的地方（彈藥艙、轉運間和1 甲板處）都設置有控制操作盒。在不同的工況情況下，需要相應的控制操作盒和主操作箱進行協調動作，完成相應的工作，并在主操作箱和每個控制操作盒上都設有緊急停機按鈕，保證設備在任何部位出現故障或誤操作時都能及時緊急停機。

表1 控制系統PLC 的部分I/O 信號表Tab.1 Part of PLC I/O signal table for control system

2.3 控制系統流程

根據多用途裝填機的功能要求，首先系統開機進行自檢，自檢正常后，可進行裝填控制系統路徑工況的選擇，多用途裝填機可進行提、退、補和卸彈并實時檢測系統信號狀態，遇異常時點亮相關指示燈，嚴重時可自動停機，控制系統流程如圖3 所示。

2.4 控制系統梯形圖

根據多用途裝填機控制系統流程圖，采用PLC 控制系統梯形圖，從而實現對多用途裝填控制系統的控制。

多用途裝填控制系統部分梯形圖如圖4 所示。

圖3 控制系統流程圖Fig.3 Flow chart of control system

圖4 多用途裝填控制系統部分梯形圖Fig.4 Part of LAD for multi-purpose loading control system

3 結束語

基于S7-200 系列PLC 開發的多用途裝填控制系統，具有操作簡潔，實時監控等功能，實際應用表明，該控制系統性能穩定、安全可靠、易于維護，目前該設備已在某型艦船上投入使用。

[1] 李建興. 可編程控制器應用技術[M].機械工業出版社，2004.

[2] 易泓可. 電氣控制系統設計基礎與范例（第2 版）[M].機械工業出版社，2008.

[3] 西門子（中國）有限公司自動化與驅動集團.S7-200 可編程控制器[M]. 機械工業出版社，2008.