目前国内船舶上使用的车钟大致有两类, 一类是采用自整角机控制电路显示传令, 另一类是使用手控凸轮等配合指示灯显示传令, 实践证明这两类车钟弊端比较多。由于电力推进具有环保效果好、机动性高、自动化程度高以及安全可靠性好等特点, 正成为新世纪大型水面船舶青睐的推进方式。因此设计开发用于电力推进的新型船舶车钟遥控系统有很大的市场空间。本文设计的模拟装置采用船用电位车钟向PLC输入模拟信号,经PLC处理后, 输出控制信号, 驱动船舶主动力装置带动螺旋桨动作。

1系统硬件设计

本文主要研究制作船舶车钟操纵主机模拟装置, 系统拓扑图如图1所示。该模拟装置由PLC驱动船舶主动力装置带动螺旋桨, 船舶主推进动力装置动力部分采用步进电机模拟其运转。

图1 系统拓扑图

图1 系统拓扑图 下载原图

1.1 PLC选型

该模拟装置主要实现PLC驱动船舶主动力装置带动螺旋桨, 借助PLC的高速数据处理能力及PLC的高速输出能力。[1]考虑到系统要求有高速输入及输出, 含模拟量信号输入, 点数较多。设计中因考虑到必须使用两路以上模拟量信号, 若选择三菱FX2n加上FX2n-4AD模拟量模块则成本偏高。因此选用国产工控PLC板, 系统选用易控王 (兼容三菱FX2n系列) , 同时带4路0-10V电压模拟量输入及两路模拟量输出通道, 不但符合系统要求, 还能保证系统的扩展性。4路模拟信号分别为:集控台1#/2#号车钟, 驾控台1#/2#号车钟。通过系统分析, 确定输入/输出I/O分配表, 如表1所示。

表1 PLC输入/输出 (I/O) 分配表 下载原表

表1 PLC输入/输出 (I/O) 分配表

说明:Y10-Y20及Y21-Y31中均包含备车, 停车, 完车。

1.2电路设计

参照I/O分配表, 系统电路设计如图2所示。为稳定AD0-AD3能够保持0-10V电压信号, 必须使用一套稳压电路, 使得电路中Uab稳定在10V, 否则可能因车钟电位器调至低位时, 电阻值变小导致电压不均令电机转速失衡。[2,3]

图2 系统电路图

图2 系统电路图 下载原图

2系统软件设计

2.1程序设计

系统使用易控王PLC, 模拟量输入默认存在D8030/D8031寄存器, 程序流程如图3所示。在开机时系统初始化后, 如果集控室两个车钟的不在停车位或任一车钟的不在停车位时便会发生报警, 必须将发生报警的车钟旋至停车位, 解除报警方可进入主程序。由于电位从最小旋至最大时的输入的电压值0-10V, 对应PLC采样数值为0-4 000 (因为电位器的阻值非线性, 电位器在中间位置时采样值为1500, 而非2000) 经测算车钟电位器采样信号分配如表2所示, 不同电位器实测值可以根据实际情况在程序中进行处理。

图3 程序流程图

图3 程序流程图 下载原图

表2 车钟电位器采样信号分配表 下载原表

表2 车钟电位器采样信号分配表

在后退3———后退1时输出控制信号时, 须将采样数值转为负数处理, 此问题在选用多档位开关代替电位器即可将采样信号平均分配。经PLC运算完采样信号后, 每段可输出转速驱动信号和指示灯信号, 并通过光电编码器将主机转速转换成脉冲信号反馈回PLC的输入端口。在停车位时不输出脉冲, 输出一个主机锁死信号,使主机不能手动盘车。在备车位和完车位只输出相应的指示灯, 不输出其他信号。此时可手动旋转主机即盘车。[4,5]

2.2人机界面设计

本系统采用力控Forcecontrol 6.1软件进行人机界面的制作, 在上机位端进行主机转速状态的监视, 如图4所示。监控界面包括主机车钟状态显示, 主机转速显示, 速度曲线与历史数据等参数。

图4 人机界面

图4 人机界面 下载原图

3结束语

随着内河船舶自动控制技术的逐步推进, 本系统可以应用在实际内河船舶或小型电推船舶车钟自动控制系统中。本系统成本低, 控制灵活, 可拓展性强, 且维护方便, 可以提高内河船舶及小型船舶机舱自动控制技术, 还可应用于实训教学或船舶模型技术展示。