基于PLC 的船舶甲板機械集散控制分析

趙明清，錢冬林

（中船綠洲鎮江船舶輔機有限公司，江蘇鎮江 212000）

0 引言

船舶作業過程中，機械使用數量較大，種類眾多，容量不斷提升，與傳統的操作機械操作相比，需要更多人員進行配合作業。但在船舶甲板機械系統實際作業過程中，其操作的精確率較低，工作效率有待提升，并且存在較大的安全隱患。因此，基于PLC 開展船舶甲板機械集散控制，將會使機械設備實現集中性的高效控制，更好地保證船舶甲板機械控制作業的順利進行，使操作的安全性和工作效率得到顯著提升。

1 PLC 基本工作原理

PLC 是指可編程程序控制器，融合繼電器控制、計算機、通信等多種技術，集成制作的高效控制裝置，能夠實現自動化的精確控制，為進行就地或遠程控制機械設備奠定了技術基礎。PLC 主要是通過內部存儲、順序控制、計算定時等軟件操作指令，以數字或模擬等方式實現信息的輸入與輸出，有效控制各類機械設備，其工作原理大致與計算機相類似，主要由硬件與軟件等部分組成。其中，硬件部分主要有CPU、輸入輸出接口、通信接口、存儲器、電源等設備，軟件部分主要為實現某種功能而進行的系統性軟件設置或應用程序設計的編程性語言。

2 實現過程

PLC 通常采用串行方式有效開展控制作業，通過輸入接口將采集到的信息傳輸至程序中，以周期性掃描方式，按照既定程序開展程序性工作，最后完成指令輸出，做出相應的機械操作動作。基于PLC 進行船舶甲板機械集散控制時，通常需要按照以下5 個步驟進行：①充分了解機械集散控制系統中的工藝設計過程和各項設計要求；②做好船舶甲板機械集散控制系統的方案制定與分析；③為船舶甲板的機械集散控制系統配置軟硬件設備；④按照控制需求和功能需要，編寫相應的軟件程序，并進行有效調試；⑤完成軟硬件的組裝，并實現機械集散控制的運行。

3 集散控制分析

3.1 控制要求分析

基于PLC 實現船舶甲板的機械集散控制，需要以可編程程序控制器作為基礎，實現就地或遠程對船舶甲板上的機械開展分散或集中型控制，并且使船舶甲板上相應的機械設備能夠保持操作的獨立性，在操作過程中不產生相互影響。因此，為了有效提升船舶甲板機械控制的安全性，需要在進行系統設計時，按照各項機械設備的實際使用需求，設置相關的啟停按鈕或者操作轉換把手等。并且，在利用繼電器進行機械設備控制操作時，要求可以明確顯示控制位置、各項機械設備的實際運行狀態和有關參數等。

選擇操作模式時，可以在船舶甲板機旁設置相應的控制模式轉換把手，使其具有就地與集中控制兩種模式。當轉換把手位于集中控制模式位置時，可以明確指示當前的控制位置，準確顯示船舶甲板上所有機械設備的實際工作狀態，便捷讀取各項設備的實際運行參數等。當轉換把手位于就地控制模式位置時，可以對船舶甲板上的任一機械裝置實現單一控制。

針對船舶甲板上的絞車、絞盤等機械設備，可以借助繼電器、按鈕等裝置實現對絞車、絞盤的單一動作控制。可以設置卷筒收回與釋放操作集成按鈕，當按下按鈕時，將會實現卷筒的收回操作；當雙擊按鈕，使按鈕回到彈起狀態時，將會執行絞車、絞盤的釋放操作等。可以進一步設置離合器嚙合與脫離指示操作的集成按鈕，剎車制動與打開操縱、指示的集成按鈕等。為了有效提升安全性，可以設置急停按鈕，一旦發生意外情況，通過按下急停按鈕，實現絞車、絞盤操作動作的全部即時性停止。可以設置液壓系統的顯示裝置，鋼絲繩索的張力、放出長度等顯示裝置，以便清楚了解絞車、絞盤的實際運行狀態，提升操作的準確性。

針對液壓泵站，可以設置系統綜合報警裝置和電機的啟動與停止集成按鈕，通過按鈕控制液壓泵站的工作狀態轉換，有效提升液壓泵站運行的安全性等。

3.2 控制方案設計

控制方案的設計是對船舶甲板各類機械進行有效集散控制的核心內容，需要根據控制系統的實際要求，結合船舶甲板各類機械的實際運行情況，對其集散系統進行系統性設計，從而有效保障各類機械設備的安全穩定運行。控制方案設計主要是利用可編程程序控制器，實現對船舶甲板上各類機械設備之間的數據通信，按照實際控制使用要求，通過軟硬件設計，實現按鈕、操縱桿等設備的可靠動作，以提升機械設備控制的有效性和工作效率。

例如，可以在船舶甲板的液壓泵站、現場機械設備處和駕駛控制室內，分別設置相應的控制器和數字或模擬信號的輸入、輸出模塊，以實現對數據信號的有效采集、傳輸、分析、處理和控制，并能夠有效進行顯示，方便操作人及時讀取信息。同時，可以將各類機械設備的控制器通過通信網絡進行有效連接，以實現數據信息的快速交換，使其相互連接形成基于PLC 的控制型信息網絡，以船舶駕駛控制室作為控制核心，使其在控制臺上能夠集中性顯示各類機械設備的運行狀態，實現遠程化、集中性操作船舶甲板的各類機械設備等。另外，可以在船舶甲板各類機械設備的附近設計安裝就地操作箱，以實現各類機械設備的獨立、分散型控制。在對船舶甲板各類機械設備進行方案設計時，盡可能選用統一的通信協議，便于數據信息的傳輸與交換，如使用以太網進行連接，并選取標準電纜、標準光纖電纜等，有效提升通信網絡的可靠性。而對于控制系統中的主站等，需要同步設計相應的報警及報警信息管理系統，并做好監控系統的設計，充分滿足監控等級的實際需求，必要時，在經濟條件允許的前提下，可以設計雙網絡、雙電源，有效提升機械控制的穩定性與可靠性。

3.3 硬件配置

基于PLC 的船舶甲板機械集散控制系統在設計過程中，做好系統的硬件配置是保障各項功能正常使用、操作便捷的基礎內容。在對控制系統開展硬件設計時，需要根據各項機械設備的具體輸入與輸出信號，選取相應的硬件設備型號，以有效滿足其控制功能的要求。同時，需要對機械集散控制系統的總體架構進行認真分析，確定通訊協議，做好通信系統連接，保障通信的可靠性與快速性。

工作時，可以結合甲板機械的布置圖與絞車、絞盤等實際安裝位置進行規劃。通常情況下，絞車與絞盤均位于船舶甲板的左右舷處，設備需要的輸入信號為4～5 個，輸出信號為3～4 個。因此，可以為每處配置1 臺微型PLC，便于進行集散控制，使每臺微型PLC 分別控制2 臺絞車與絞盤，其輸入信號的總量可以控制為16～20 個，輸出信號則為12～16 個。針對此情況，可以選用西門子生產的S7-200 系列，如CPU226 等，其性能使用情況較為穩定，并且性價比較高。一般情況下，CPU2267 輸入輸出的數量約40 個，其中，輸入信號24 個、輸出信號16 個，可以充分滿足使用需求。如果需要輸入模擬信號，如鋼絲繩張力、釋放長度等監測信息，可以在此基礎上，選用1 塊EPM235 拓展模塊進行配合使用，該模塊可以滿足4 個輸入、1 個輸出，充分符合控制要求。另外，針對液壓泵站與船舶甲板的控制室，可以為其分別配置1 臺PLC 控制器，便于實現泵站、駕控臺的集中區域性管理，方便開展集散性機械設備控制。綜合考慮日常維護的需要，可以統一選用CPU226 型號，有利于硬件設備日常的維護和維修管理。對于控制系統的通信網絡設計，可以主要考慮現場控制臺、駕控臺和泵站之間的通信管道連接，使駕控臺與現場控制臺、泵站三者之間，每兩個之間實現兩兩通信互通。所以，可以選擇PPI（Point to Point Interface，點對點接口）主—從通行協議作為主要通信方式，在統一的協議，可以采用讀、寫指令，實現主、從站之間的數據信息傳輸與交換，使主站能夠接受任意其他主站的數據訪問。除此之外，可以為CPU226 安裝2 個RS485 串行通信口，并采用雙絞線方式進行連接，使其能夠充分滿足4 個控制臺的使用要求，并可以將現場控制臺設置為從站，而泵站與駕控臺則可以作為主站。

3.4 軟件配置

基于PLC 的船舶甲板機械集散控制系統的軟件設置，主要是采用一定的軟件設計滿足各項使用功能的控制程序，基于可編程程序處理器與數據通信系統，完成系統中的輸入信息采樣，按照既定程序執行操作的命令，實現各項功能的穩定輸出，從而有效改變各項機械設備的運行狀態，實現人力成本的大幅度減少，提升工作效率。

例如，針對軟件控制程序的設計，主要集中在開發軟件的選擇和主、從站的程序設計、編寫等內容。其中，針對軟件系統，可以選用西門子生產的V4.0 STEP7 MicroWIN SP6 作為主要的編程軟件進行程序開發，程序表達的方式可以采用梯形圖或者指令表等形式，分別對控制系統中的主站與從站部分進行軟件編程與設計。以主站的軟件編程為例，需要結合程序編寫規則，根據各項機械設備執行程序與流程，合理運用計算機語言，編寫相應控制執行程序。

4 總結

將PLC 作為船舶甲板機械集散控制系統中的核心部分進行系統設計、配置與應用，能夠有效提升船舶機械的工作效率，提升各項操作的準確性與安全性，以標準化、模塊化設備作為基礎，極大地簡化了控制系統的結構設計，能夠實現控制過程中各項使用功能的靈活運用，便于進行調試、安裝與維護，具有較廣闊的發展前景。