基于PLC的船舶主機(jī)遙控系統(tǒng)輔車鐘的設(shè)計(jì)

陳 嚴(yán)

(武漢航海職業(yè)技術(shù)學(xué)院,湖北武漢 430062)

現(xiàn)代航運(yùn)事業(yè)的發(fā)展對(duì)自動(dòng)化程度及操縱安全性的要求越來越高,船用車鐘作為船舶遙控系統(tǒng)的重要組成部分,是現(xiàn)代化船舶機(jī)艙必不可少的重要設(shè)備之一。輔車鐘是實(shí)現(xiàn)駕駛室和集控室聯(lián)系的主要部件,是遙控系統(tǒng)重要的聯(lián)絡(luò)設(shè)備。目前國內(nèi)船舶上使用的車鐘大致有兩類,一類是采用自整角機(jī)控制電路顯示傳令,另一類是使用手控凸輪或琴鍵開關(guān)等配合指示燈顯示傳令,實(shí)踐證明這兩類車鐘弊端比較多。本文提出的基于PLC的新型輔車鐘,能在很大程度上提高船舶遙控系統(tǒng)的安全性能。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)由2個(gè)控制單元組成,駕駛臺(tái)控制單元和集控室控制單元,主要系統(tǒng)硬件有S7-200PLC CPU224模塊、數(shù)字量擴(kuò)展模塊EM223、輸入端口,以及 RS-485通訊接口、雙絞線等。本系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的通訊功能有:備車、定速航行、駕控、集控、應(yīng)急、完車、海速、停車、前進(jìn)一二三四、后退一二三四等。

2 通訊原理

通訊方式采用串行異步雙工通訊。使用兩臺(tái)相同的S7-200 PLC CPU224和EM223組合,一臺(tái)置于駕駛室,另一臺(tái)置于集控室如圖1所示,兩者之間以RS-485通信接口和雙絞線連接組成一個(gè)實(shí)用PPI協(xié)議的單主站通訊網(wǎng)絡(luò),在用戶程序中使用PPI主站模式,S7-200 CPU在RUN模式下可以作為主站,使用主站模式后,通過讀寫指令讀寫另一個(gè)S7-200 PLC。同時(shí)也可以響應(yīng)其他主站的請(qǐng)求,把車鐘要實(shí)現(xiàn)的各種功能寫成程序,從而達(dá)到點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(PPI)通訊的目的。這種技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)在于用程序控制車鐘功能,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,控制方便。需要特別指出的是用RS-485通信接口和雙絞線作為通訊的連接媒介,無論是在數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x還是傳輸?shù)乃俾识即蟠筇岣?而且其抗干擾能力也較好,數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩阅艿玫奖ＷC。

圖1 輔車鐘接口電路圖

2.1 實(shí)現(xiàn)2臺(tái)PLC通訊設(shè)計(jì)

兩臺(tái)S7-200系列PLC通過RS-485通信接口和雙絞線組成一通信網(wǎng)絡(luò),編程計(jì)算機(jī)或者編程器通過 PC/PPI電纜分別單獨(dú)連接各臺(tái)PLC,在編程軟件中,通過系統(tǒng)塊分別將他們的站地址設(shè)為2和3,用NETR和NETW指令實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)PLC之間的通信,2號(hào)站為主站,3號(hào)站為從站,并將系統(tǒng)塊下載到CPU中,然后將兩臺(tái)PLC和計(jì)算機(jī)連接在一起。在實(shí)際應(yīng)用中,計(jì)算機(jī)編程完成后可以撤出系統(tǒng),由兩臺(tái)PLC組成一主一從兩站,完成數(shù)據(jù)的傳輸,在這個(gè)系統(tǒng)中,將用計(jì)算機(jī)編好的程序下載到2站中,3號(hào)站在通信中是被動(dòng)的,不需要通信程序。2號(hào)站讀取3號(hào)站的V存儲(chǔ)區(qū)的值后,將其存入本機(jī)的V存儲(chǔ)區(qū)中,2號(hào)站同時(shí)用網(wǎng)絡(luò)寫指令將它的V存儲(chǔ)區(qū)的值寫入3號(hào)站的V存儲(chǔ)區(qū),輔車鐘PLC I/O通道表如表1所示。

表1 船用輔車鐘PLC I/O通道表

SB表示常開開關(guān),L表示指示燈。把車鐘要實(shí)現(xiàn)的主要功能和PLC的輸入輸出符號(hào)對(duì)應(yīng)起來,確定每個(gè)要實(shí)現(xiàn)的功能在PLC程序語言中都有對(duì)應(yīng)的地址,以方便計(jì)算機(jī)尋址

2.2 實(shí)現(xiàn)車鐘功能的通訊設(shè)計(jì)

(1)駕駛臺(tái)發(fā)令:駕駛?cè)藛T按下駕駛臺(tái)處PLC輸入點(diǎn)(如I0.0)對(duì)應(yīng)的常開開關(guān)(如SB_0)后,機(jī)艙和駕駛臺(tái)輸出點(diǎn)處(如Q0.0)指示燈閃光,蜂鳴器報(bào)警。

(2)機(jī)艙回令:在輪機(jī)員接到車令后,按下機(jī)艙處PLC輸入點(diǎn)(I0.0)對(duì)應(yīng)的常開開關(guān)(SB_0),此時(shí)駕駛臺(tái)和機(jī)艙處的指示燈轉(zhuǎn)為平光,蜂鳴器報(bào)警消失,這是機(jī)艙回令。

(3)機(jī)艙發(fā)令:機(jī)艙要發(fā)令時(shí),工作人員按下輸入點(diǎn)(I0.0)對(duì)應(yīng)的常開開關(guān)(SB_0)后,駕駛臺(tái)和機(jī)艙輸出點(diǎn)處指示燈閃光,蜂鳴器報(bào)警。

(4)駕駛臺(tái)回令:駕駛員接到車令后按下輸入點(diǎn)(I0.0)對(duì)應(yīng)的常開開關(guān)(SB_0),指示燈轉(zhuǎn)為平光,蜂鳴器報(bào)警消失。

為此,首先要規(guī)劃主站的發(fā)送緩沖區(qū)和從站的接收緩沖區(qū)。之后,輸入程序,即可實(shí)現(xiàn)輔車鐘功能通訊,程序如下:

主站主程序:

由此可得,一個(gè)輸入點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)發(fā)令和回令兩個(gè)功能,同時(shí)上述程序只要改變存儲(chǔ)區(qū)就可以實(shí)現(xiàn)其他車鐘功能。

3 結(jié) 語

本方案提出的新型輔車鐘體積小、重量輕、使用方便,系統(tǒng)安全可靠。同時(shí)由于比較指令和數(shù)據(jù)接收發(fā)送相結(jié)合的應(yīng)用,合理地解決了一個(gè)輸入點(diǎn)可以扮演發(fā)令和回令的問題,不但節(jié)省了I/O點(diǎn)數(shù),也使系統(tǒng)更加合理,更加科學(xué)。該方案目前已在實(shí)驗(yàn)室完成設(shè)計(jì)與調(diào)試工作。

1 廖常初.PLC編程及應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.

2 西門子(中國)有限公司自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)集團(tuán).深入淺出西門子S7—200PLC[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2003.

3 西門子(中國)有限公司自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)集團(tuán).S7-200可編程序控制器系統(tǒng)手冊(cè)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2003.

4 曾維魯.SFDY-I型船舶主機(jī)遙控裝置集成車鐘功能[J].武漢水利電力大學(xué)(宜昌)學(xué)報(bào),1998.

5 周 平.電腦型傳令鐘設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].武漢造船,2005(5).