基于PLC 的南極磷蝦脫殼加工設備船載中央控制系統設計方案

張軍文，鄭曉偉，倪 錦

［1.中國水產科學研究院漁業機械儀器研究所，農業農村部遠洋漁船與裝備重點實驗室，國家水產品加工裝備研發分中心(上海)，海洋食品精深加工關鍵技術省部共建協同創新中心，上海 200092］

隨著越來越多的國家進發南極海域，南極磷蝦捕撈船只越來越多；傳統的船載南極磷蝦加工脫殼設備往往依靠人力操作，導致其加工效率低下，勞動強度大。如今使用船載PLC(可編程邏輯控制器)控制的南極磷蝦脫殼系統，可實時對整個系統的運行故障進行監督和安全控制；對電動機、水泵、壓力機械等機械參數和運行狀態進行監測、記錄和打印，并且對南極磷蝦脫殼加工設備的運行過程進行安全保護，以防止意外發生；可以為提高南極磷蝦脫殼效率提供重要的技術支撐。

一、PLC在船載南極磷蝦脫殼加工設備中央控制系統中應用的優勢

船載南極磷蝦整套加工系統自身很多機構開啟動作非常多，這就要求中央控制系統也要與之相適應，需要很多控制的執行機構。而PLC剛好可以滿足這一要求，其內置很多各種用途的繼電器，能夠對船載南極磷蝦加工系統進行精確控制。除此之外，由于PLC從問世到現在，隨著大規模集成電路及其微電子技術的迅猛發展，PLC在概念、設計、性能、價格比以及應用方面都有了新的突破，具有運行可靠、故障率低、維護費用低、能耗低、運行無噪聲等優點。

二、船載南極磷蝦脫殼加工設備的整體技術方案

自動控制系統、安全控制系統、檢測報警系統組成了船用南極磷蝦脫殼加工中央控制系統。

1.控制系統

船載PLC控制的南極磷蝦脫殼系統可以對船載南極磷蝦來料自動攪拌、去殼、清洗等功能進行控制，主要控制其開啟和關閉等；并且可以對整個系統工作時的電壓以及變頻器等的工作頻率自動顯示和控制管理，從而實時對整個系統的運行故障進行監督和安全控制。

2.檢測報警系統

船載南極磷蝦脫殼加工檢測報警系統是由各種傳感器對整個系統從投料、攪拌、脫殼、清洗等環節對運行過程中實施檢測，重點檢測變頻電機、增壓泵、壓力表等運行參數。報警系統將這些檢測到的參數自動與其限定數值進行比對，如果超出了限定值會及時發出紅燈報警信號。當然，整個檢測報警系統會對運行參數的各種結果進行跟蹤、記錄和打印，對超出的限定數值給予標記。

3.安全系統

對于任何正常工作的系統來說，安全是至關重要的。同樣，對于船載南極磷蝦脫殼加工系統也需要設置一個安全系統，以應對整個系統發生緊急情況，起到安全保護作用，將事故造成的風險降到最低。南極磷蝦船載脫殼加工系統的中央控制系統組成如圖1所示。

圖1 中央控制系統組成

三、船載南極磷蝦脫殼加工設備本地控制單元

船載南極磷蝦脫殼加工設備本地控制單元包括：進料輸送機(輸送電機、變頻器)、均質槽(均質電機、液位開關、溫度傳感器、電磁閥、流量計)、送料泵(送料泵、變頻器)、濾水過濾輸送機(輸送電機)、磷蝦脫殼機(脫殼電機、噴淋泵)、蝦殼回收裝置(輸送電機、粉碎電機)、蝦肉輸送機(輸送電機)、風淋濾水系統(風機、輸送電機)、壓縮裝置(壓縮電機)和其他備用件等。

四、船載南極磷蝦脫殼中央控制系統設計

1.上層數字化檢測與控制系統功能概述

利用工業計算機里面的控制軟件和自帶的各種接口來自動采集南極磷蝦脫殼加工設備的各種數據(如工作的PLC、表、溫度計、電機控制的變頻器等)。再利用軟件將收集到的這些數據顯示到控制畫面上，這樣就方便遠程監控操作設備的運行狀態；若設備某個地方出現異常或故障，系統報警就會及時開啟，發出警報信號。另外對設備運行參數進行跟蹤、記錄和打印，對超出的限定數值給予標記。

南極磷蝦脫殼加工設備的頂層控制系統由上層數字化檢測系統和自身的監測系統構成，兩者相互協調和同步，兩者之間的數據可以實現一定程度的共享。其中上層數字化檢測系統為監測系統提供了非常人性化的人機互動界面，這樣對于維護和操作設備的人員提供了較大的便利。監測系統不但對設備的故障報警界面、流程圖的動畫界面進行設置，還可以對上層數字化檢測收集到的數據進行顯示和預測等，這樣就可以實現對南極磷蝦脫殼加工設備系統進行各種監管和控制。

2.前端控制單元軟件與監管系統

南極磷蝦脫殼加工設備的前端控制單元軟件主要是由數據輸入模板、數據判斷模塊、數據打印模塊、數據檢測模塊、數據時間設置模塊以及刷新模塊等組成的模塊數據庫；每個模塊可以獨立運行和修改，這樣可以使前端控制單元軟件具有較好的可維護性和可替換性。

監管系統由3個模塊組成：①數據傳輸模塊，主要功能是采集南極磷蝦脫殼加工設備的數據；②功能模塊，以數據傳輸模塊為基礎，對各類指定的程序進行調用；③管理模塊，主要功能是對各類程序進行管理和調度。監管系統的3個模塊相互匹配，可以提高系統的運行速度。

五、南極磷蝦電氣控制系統的火災智能監測

數字溫度傳感器設置在南極磷蝦電氣控制系統中，南極磷蝦電氣控制系統中的各類開關都配合靈敏的溫度傳感器，將專用的傳輸導線接入，通過監控模塊的總線系統傳輸到監控系統，從而完成對各個運行部位的實時監測和管理，實現對南極磷蝦電氣控制系統的火災智能監測。

六、故障處理

對于觸摸屏、PLC、電器元件和柜體等常見的故障現象及其解決辦法如下。

對于觸摸屏不顯示、觸摸不動作或者通信故障，需要檢查觸摸屏接線是否松動、檢查開關電源是否有輸出、檢查觸摸屏和PLC通訊接線是否松動或者斷線、是否有信號干擾、環境溫度導致的靈敏度降低或觸摸未點中正確位置；對于PLC輸入/輸出異常、PLC發生不工作、斷路器跳閘或燒毀、接觸器燒毀、現場控制柜故障亮燈等，需要檢查PLC輸入/輸出點損壞、檢查輸入信號是否正常、檢查PLC電源指示燈是否正常、檢查是否電流過大或者短路的位置、檢查熔斷器是否燒壞、斷路器是否供電、變頻器是否報警等；對于電器元件出現接觸器吸合電機不轉、PLC輸出點正常但斷路器合不上閘、導線發熱及中間繼電器故障，檢查開關是否合閘、三相電源是否存在缺相、接觸器的接線是否正常等；對于柜體變頻器故障、觸摸柜體微麻感覺故障顯示，需查看變頻器故障代碼、檢查柜體是否有少許漏電，查詢變頻器說明書找出對應故障說明并做好絕緣與接地工作。

七、小結

綜上所述，對基于PLC的南極磷蝦脫殼加工設備船載中央控制系統制定設計方案，在船載加工間建立了控制中心，實現南極磷蝦脫殼加工設備的自動啟停、自動維持電壓、頻率的穩定；可以自動實施監測南極磷蝦脫殼加工設備中各設備運行狀態和參數，能打印和記錄參數；可對運行過程的加工設備進行安全防護處理。同時，通過監控系統的穩定運行，人機界面操作簡單，整個南極磷蝦脫殼加工設備運行實現了自動控制，為整個設備的穩定運行提供了有力保證，促進了產業升級發展，也提升了產業經濟效益。