基于PLC的某型艦炮控制系統改進

陳亮++李立緯++余朋明

摘要：針對某型艦炮控制系統由于繼電器數目眾多造成故障排查困難的現狀，提出了一種基于PLC的控制系統改進方案。該方案保留了原裝備的操作、顯示、執行和傳感器件，僅以PLC系統代替繼電器式控制電路，具備很好的可行性和經濟性。經試驗驗證，該方案能夠滿足艦炮控制系統工作要求。

關鍵詞：艦炮 PLC 控制系統

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2014）12-0010-02

艦炮控制系統的主要作用是監視和遙控艦炮關鍵部件的工作狀態，使炮員能夠在艙內遙控完成艦炮的戰斗使用，是全自動艦炮的重要組成部分。一旦該系統出現問題，輕則艦炮需要手動轉入備戰狀態，重則艦炮無法實施射擊。因此，該系統的可靠性及故障排除速度，直接關系到艦炮的作戰能力。

1 控制系統現存問題

某型艦炮是現役主戰裝備，其控制系統為繼電器式低壓電器控制系統，繼電器數目達到了**個，接線處數目達到了近***處。經調研發現，該系統故障多發、維修困難。

經分析，一方面，繼電器內的簧片失效、觸點燒蝕，造成繼電器失效或接觸不良，導致系統故障；另一方面，艦體的搖晃、振動，海上潮濕環境的長期腐蝕，造成接線處斷裂、松脫或接觸不良，導致系統故障。由于服役年限久，設備老化，導致現階段故障多發，但是，繼電器及相關接線處數目較多，排除故障比較困難，耗時長久，有時需要申請中繼級維修，對實彈射擊、海上巡邏等任務的執行造成了不良影響。因此，有必要對該型艦炮控制系統進行改進，增強可靠性，加快故障排除速度，保障各項軍事任務的正常執行。

2 控制系統改進方案

相對于繼電器式控制系統而言，PLC控制系統具有體積小、可靠性高、維護方便等特點[1]，而且基于PLC技術進行改進，不需要對原有的電源參數、控制面板、傳感器件和輸出部件進行變動，具備較好的經濟性和可行性。

2.1 硬件設計

綜合進行可靠性、配套性和I/O容量等方面的考慮，選取西門子S7-200系列的cpu224DC/DC/DC型PLC作為控制部件，該型PLC具有14點開關量輸入和10點開關量輸出[2]。采用控制系統現行24VDC作為電源，控制系統現有開關、指示燈、傳感及動作部件與PLC的I/O端子對應關系如表1所示，硬件設計如圖1所示。

2.2 軟件設計

炮員按下解航/鎖航開關S1，解航/鎖航氣閥Y1應供氣，解除航行固定器，解航完成后行程開關S4閉合，指示燈H1亮，接通隨動控制繼電器J2；抬起開關S1，氣閥Y1應斷氣，鎖定航行固定器，鎖航完成后行程開關S5閉合，指示燈H1滅，斷開繼電器J2，防止鎖航狀態下隨動帶炮造成裝備損壞。

炮員按下裝填按鈕S2，在保證復進到位行程開關S6閉合的情況下，即身管處于初始狀態時，裝填氣閥Y2應供氣，推動身管后坐，依靠裝備機械部件聯動進行首發炮彈的裝填；身管后坐到位后，后坐到位行程開關S7閉合，斷開氣閥Y2的供氣，身管在機械部件作用下回復原位，此時應點亮射擊正常指示燈H2一次；首發裝填后，為避免重復裝填，在按下裝填復位按鈕S8前，重復按壓S2不會令氣閥Y2動作，防止重復裝填引起裝備故障。

炮員按下射擊按鈕S3，在保證大誤差及危界行程開關S13閉合的情況下，即艦炮處于準射狀態時，擊發繼電器J1動作，艦炮射擊，同時自動接通冷卻泵接觸器K1、通風扇接觸器K2，為身管提供冷卻，為防盾內換氣；艦炮射擊正常時，每次后坐到位時接通行程開關S7，點亮射擊正常指示燈H2；冷卻泵、通風扇工作正常時，通過流量傳感開關S11、轉動傳感開關S12分別點亮冷卻正常指示燈H3、通風正常指示燈H4；炮員抬起S3，艦炮停射，但冷卻泵、通風扇應繼續工作30秒；炮員可視情況按下強制冷卻開關S9、強制通風開關S10進行手動冷卻或通風，強制工作時間若超過5分鐘自動斷電，防止損壞電機。

為了實現上述功能，并進行必要的聯鎖保護，軟件設計[3]的梯形圖如圖2所示。

3 可行性試驗

3.1 仿真試驗

利用西門子PLC的配套軟件STEP 7 MicroWIN SP9進行軟件編程[4]，生成I/O端子地址分配表和梯形圖控制程序。在西門子PLC仿真軟件中，型號選擇PLC224，讀取I/O端子地址分配表和梯形圖控制程序進行配置，手動閉合各輸入開關，觀察輸出端子的信號。經驗證，各輸出端子能夠隨輸入端子的變化而正確工作，連鎖保護設計可靠，PLC內部定時器設置正常，軟件設計能夠滿足功能要求。

3.2 實裝試驗

在仿真試驗的基礎上，利用該型裝備的教學實裝進行了實裝試驗。將電氣箱與操控臺之間的控制電纜斷開，以防止出現意外；在電氣箱內將電源、傳感和執行器件的接線改至PLC的相應端子；操控開關、按鈕、指示燈等利用實裝的備件直接在電氣箱附近連接至PLC的相應端子；通過PC機將軟件程序裝載到PLC主機中。經驗證，按下解航/鎖航開關、裝填按鈕、射擊按鈕、裝填復位按鈕、強制冷卻開關和強制通風開關時，裝備上各繼電器、接觸器、氣閥能夠正常動作，延時可靠；裝備動作時，各指示燈能夠正確顯示裝備狀態；滿負載運行時，PLC硬件設計能夠滿足功能要求。

4 結語

本文設計了一種基于PLC的某型艦炮控制系統改進方案，并利用教學裝備驗證了該方案軟件設計的正確性和硬件設計的可行性。試驗表明，該方案在低成本的前提下，能夠有效減少電氣箱內的元件與接線處數量，提高了裝備的可靠性，加快了故障排除的速度。該方案也為其他型號艦炮的繼電器式控制系統改進提供了參考。當然，PLC在艦艇復雜電磁干擾環境下的可靠性需要進一步研究和驗證。

參考文獻

[1]王少華.電氣控制與PLC應用[M].長沙：中南大學出版社，2008.

[2]張永飛，姜秀玲.PLC及其應用[M].大連：大連理工大學出版社，2009.

[3]海心，馬銀忠，劉樹青.西門子PLC開發入門與典型實例[M].北京：人民郵電出版社，2010.

[4]崔堅，趙欣，任術才.西門子S7可編程控制器STEP7編程指南[M].北京：機械工業出版社，2009.