基于可编程控制器的船舶主机遥控系统的设计

1 引言
船舶自动化领域的一个重要组成部分是主机遥控系统。目前主机遥控系统技术方案多种多样，本文采用PLC工业控制网络来实现主机遥控系统的功能，具有经济性能好、硬件电路结构简单、工作安全可靠的特点。
在多PLC控制网络实现主机遥控系统设计的基础上，研讨主要设计整个PLC网络的总体结构和通讯方案，并通过通讯网络实现对主机的起停部分的自动控制及安保系统设计。

2 主机遥控PLC网络控制总体结构设计及通讯方式的实现
2.1 主机遥控PLC网络控制总体结构设计
PLC控制网络用于主机遥控系统的控制，包括两台S7-200PLC。其中一台用于主机起停和转速调节控制，安装在机控室;另一台用于完成电子调速器的任务，安装在机舱。另设计算机作为监视平台，用来监视整个系统的重要信号。
整个网络的主要设备为:两台S7-200PLC、一台微型机、网络连接器、PC/PPI电缆、RS-485电缆。
根据总体通讯设计思路，我们的总体结构图设计如图1。

图1 总体结构图

如图，主站PLC通讯口出来地总线分别通过网络连接器和PC/PPI电缆和从站PLC以及计算机通讯。主从站之间通过RS-485总线进行PPI协议通讯，主站和计算机终端通过PC/PPI电缆进行自由口通讯。从主站PLC通讯口出来连接上网络连接器，是为了隔离，以免计算机RS-232口损坏。通过网络连接器出来地线以及RS-485信号A和B通过比较高低电平与从站进行通讯。同时通过PC/PPI电缆的连接口引出5针通过RS-485和RS-232转换成3条线分别为接收、发送和地线，与计算机进行通讯。S7-200PLC通讯口的引脚分配见附表。
附表 通讯口引脚分配

2.2 多通讯协议的组合及调试
在S7-200网络通讯中，可以实现两种通讯协议进行通讯而不互相干扰。但前提是两种协议的波特率必须相同，由于只有一个通讯口，波特率只支持9600波特，因此在多协议通讯时，波特率设置为9600波特。对于多协议的组合方式，作者采用了总线分时复用法，在总线分时控制中，作者通过几个定时器组成矩形波，从而形成高低不同时段分别进行PPI协议通讯和自由口通讯。主程序流程图见图2。PPI通信程序流程见图3。自由口通信程序的流程见图4。

图2 主程序流程图见

图3 PPI通信程序流程

图4 自由口通信程序的流程

按照以上方案所进行的系统设计完成之后，实际的通讯效果达到设计要求，从站PLC和计算机终端基本上能在20ms内获取主站送来的信息。

3 主机遥控系统的设计
3.1 起停部分的设计
作者在设计过程中选择的对象是最常见的B&M低速机，起停控制主要包括5个部分:起动控制，慢转控制，停车控制，重复起动控制。以正车起动为例，系统须针对两种情况:停车情况下的起动和正常反向起动，都能确保正车起动电磁阀的通断，同时还须判断重复起动的状态，正车起动的程序流程如图5所示。

图5 正车起动的程序流程

慢转控制所要考虑的情况分别是主机停车时间超过30min和电源断电后恢复供电两种情况。在主机转过一圈或有紧急操纵信号的情况下，可以撤消慢转控制。停车控制所要考虑的情况共分4种:停车指令,故障停车信号,车令与运转方向不一致以及起动电磁阀工作期间。重复起动控制又分为4个子程序:起动时间监视子程序，换向时间监视子程序，起动间歇延时子程序和重复起动次数计数子程序。以上程序流程图由于篇幅所限，在此不一一赘述。
3.2 转速控制部分的设计
本设计是用模拟量输入模块EM235来读取车钟指令和转速反馈。PLC主站首先读入模拟量，通过三次移位，可以得到12位的数字信号，然后通过定时中断程序对输入量进行数字滤波，滤波后的数据将与由外电路所确定的正常信号电压范围比较，可判断车令电位器的三个接线端有无断线故障，在确保信号的正常之后，再经过各种限制处理，限制环节主要包括临界转速限制，加速度限制和负荷程序限制，限制处理后的结果最后通过PPI通信协议发送给从站PLC电子调速器进而控制主机的转速。转速限制处理程序流程图6所示。

图6 转速限制处理程序流程

本设计的另一个任务是读取转速反馈值并对其进行处理，经过处理后得到主机的各种运行状态，包括主机正反转的换向转速，发火转速以及加速转换点，一方面得到起停控制所需要的主机状态信息，另一方面使监测平台能实时监视，直观地反映出目前主机的状态，同时能显示出整个转速变化过程。

4 结束语
本文结合中小型船舶维修改造过程中对主机遥控系统的要求，提出一种硬件电路相对简单且易于实现、线路少、编程容易且功能较全面的主机遥控系统的设计及实施方案。系统采用两台S7-200PLC与一台计算机构成主机遥控系统的基本框架，利用串行通信总线可实现各个控制器及计算机之间的信息传输，该方案目前已经在实验室环境下完成了系统的设计以及调试工作。