船舶機艙報警PLC電氣控制系統設計

蘇州高等職業技術學校 嚴莉萍

船舶機艙報警PLC電氣控制系統設計

蘇州高等職業技術學校 嚴莉萍

船舶機艙中有很多重要的設備，包括主機、發電機和控制柜等，這些設備對于船舶正常安全穩定運行非常重要，因此，必須實時監測這些設備的運行狀態，發現問題能夠及時報警。傳統的檢查是靠船員的輪流巡邏，發現問題再采取行動，這將極大增加船員的勞動強度，且不一定能及時采取應急措施，而船舶機艙報警控制系統，能夠解決這一問題。本文首先對船舶機艙報警系統組成及其原理進行了闡述，在此基礎上，對控制系統進行了硬件設計，根據控制對象特性，選用西門子S7-200PLC做為主控制器，輸入口包括報警點和消音按鈕，輸出口包括蜂鳴器和報警燈等。在軟件上，通過STEP 7-Micro/WIN軟件對程序進行了設計，包含主程序、延時子程序、報警設定子程序和報警輸出子程序等，最終完成了船舶機艙報警控制系統的設計。

船舶機艙；S7-200；報警

引言

以前對于船舶的運行狀況都是通過船員輪流巡查，而船舶工作條件比較惡劣，同時晚上也需要有人值班不斷進行檢查，這在一定程度上大大增強了勞動者的強度，同時也會對報警產生一定的滯后性，導致沒有及時采取措施，增加了船舶機艙運行的危險性。船舶機艙報警系統能夠解決此類問題，機艙報警系統是船舶控制系統中一個重要部分，當船舶運行中發生故障或者船舶其他部件運行不正常時，能夠通過聲音和光發出報警信號，及時提醒船員有故障，船員能夠立即采取應急措施，使危險達到最小，真正實現無人機艙的控制。

船舶機艙中各個報警參數主要分為開光量和模擬量兩種。開關量主要通過繼電器觸點的通斷來實現，可以反應設備是否處于運行或者停止狀態，設備是運行在正常還是非正常工作狀態以及閥門位置等狀態。模擬量主要是檢測包括溫度、液位、壓力和轉速等連續變化的量，這些量中如果超過預訂的值，則會發出報警信號，這個預訂的值一般包括兩個，一個是上限值，另外一個是下限值，當實時的參數在上限值和下限值的范圍內時，運行正常，一旦參數在范圍之外則會發出報警信號。一般預訂的值有上、下限值兩種，例如液位和轉速，也有參數是取其中一個，例如溫度去上限值，壓力取下限值。

本文主要以船舶機艙為控制對象，設置了7個報警輸入點信號，將檢測到的參數值與設定的值進行比較，當超過設定值時，就會有報警輸入信號，然后通過報警燈或者蜂鳴器進行提示，控制器選用西門子S7-200PLC，在其輸入/輸出點配置各個報警點輸入、報警燈和蜂鳴器的報警輸出，再通過STEP 7-Micro/WIN軟件對PLC進行編程，完成船舶機艙報警系統的控制設計。

1.船舶機艙報警系統的組成及其原理

機船舶艙報警系統主要三部分組成，包括機艙各監視點的傳感器，主要用于報警點的采集信號，并輸入到控制器中；集中控制室內的控制柜和監視儀表或監視屏，用于將傳感器監測到的信號進行處理，如果超過設定的閾值，則發出報警并且顯示報警信號；安裝在駕駛臺、公共場所、輪機長和輪機員居室的延伸報警箱，用于報警信號的延伸，能夠傳遞到船舶大部分位置。機艙報警系統的主要功能包括：聲光報警、參數與狀態顯示、打印記錄、報警延時、報警回差、報警封鎖、延伸報警、值班呼叫、測試和自檢等功能。

當有報警出現時，機艙報警燈柱聲光報警，按下消音按鈕，聲音消失，燈柱依然亮光。此時再出現報警，重復聲光報警，直至沒有任何報警，燈柱燈光消失。具體的報警信號將送給上位計算機處理，在處理報警過程中，根據機艙報警信號的特點，還需要對報警點進行設置，首先就是報警點延時處理，船舶航行時是晃動的，因此對于液位報警點需要延時處理，其次針對船舶機艙的惡劣條件，要能夠監測斷線報警，因此還需要將報警點設置斷開報警。

檢查是否有報警出現和是否進行報警處理有三個操作：報警狀態檢查，通過輸入點設置的“1”或者“0”來閉合和斷開報警；閉鎖檢查，在實際應用中，有一些報警點在某一工況或者某一時間段里，是不需要報警的，可通過上位計算機設置；延時處理，有一些報警點事需要延時的，例如液位的檢測和主機切換時的滑油壓力。

2.船舶機艙報警系統的硬件設計

船舶機艙報警電氣監測系統的硬件電路是以PLC為核心控制器，在選擇PLC型號時，需要根據控制要求，確定其輸入輸出點數。本文設計的報警控制系統中，共有8個輸入點和2個輸出點，8個輸入點中包括7個報警點和1個消音按鈕，當傳感器監測到的信號不正常時，其中的報警點就會輸入到PLC中， 1個消音按鈕用于機艙恢復正常時，消除報警輸出信號；2個輸出點包括報警燈和蜂鳴器，用于發出聲音和亮光報警，通知船員采取應急措施。本文選用西門子S7-200系列中的CPU222型號，該PLC內部有14個I/O點：8個輸入點和6個輸出點，不需要擴展數字量模塊，能夠滿足系統的控制要求。在電源方面，PLC、報警燈和蜂鳴器的驅動電壓均為直流24V，因此使用1個24V開關電源就能滿足系統要求。

圖1　船舶機艙報警流程

3.船舶機艙報警系統的軟件設計

根據船舶機艙報警電氣系統的控制工藝要求，本文設計的PLC控制程序主要包括主程序和子程序組成，子程序包含延時子程序、報警設定子程序、模擬量處理子程序和報警輸出子程序。這些程序相互作用，實現了出阿伯機艙報警系統的功能。

船舶機艙報警流程圖如圖1所示，首先控制系統根據采集的信號，判斷信號值是否超過報警值，如果沒有則繼續采集信號，否則判斷報警閉鎖信號，如果此信號設置為報警鎖閉狀態則繼續采集信號，否則進入延時時間程序，直到延時時間到進入蜂鳴器響、報警燈閃爍程序，接下來判斷消音按鈕是否按下，如果沒有，判斷報警信號是否消失，如果報警消失了則報警燈熄滅，如果沒有，則報警燈和蜂鳴器繼續閃爍和發聲。如果消音按鈕按下了，則蜂鳴器不響、警燈常亮，接著判斷報警信號是否消失，如果沒有，判斷是否有新的報警，如果消失則報警燈熄滅。

4.結論

本文首先對船舶機艙人為檢查和報警參數進行了簡要概述，然后對船舶機艙報警控制系統的組成及其工作原理進行了闡述，在此基礎上，對船舶機艙報警控制系統進行了硬件和軟件設計。在硬件上，主要以S7-200 CPU222為核心控制器，外圍電路包括24V供電電源、7個報警和1個消音按鈕輸入點、1個報警燈和1個蜂鳴器等輸出點以及各類安裝在船舶上的各個傳感器。在軟件上通過STEP 7-Micro/WIN軟件對PLC進行編程，按照船舶機艙報警流程，本文對主程序、延時子程序、報警設定子程序、模擬量處理子程序和報警輸出子程序等進行了設計，通過軟件和硬件的設計，最終完成了基于PLC的船舶機艙報警控制系統的設計。

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