設計一套以PLC控制系統替代原有線路板和繼電器的船舶側推器控制系統。
關鍵詞：船舶 側推器 PLC 控制系統
船舶側推器一般分為艏側推和尾側推，主要用于側推器的驅動動力裝置一般采用大功率低壓電機或經過升壓變壓器升壓后驅動中壓電機的運轉，來驅動一個可變距槳葉。通過調節變距槳的槳葉角，即改變螺距的大小來達到控制側推力的方向和大小。而螺距的控制器一般安裝在變距槳槳殼的內部，具體實現的方法是從操作指令到液壓機構全部采用電氣信號的傳輸方式，然后通過電-液信息變換以控制所要求的螺距角度值。
1 側推系統組態圖：(見圖1)
根據系統的要求，該系統必須具備以下幾個基本功能：
1.1槳葉螺距的控制
根據操作者所給出的螺距指令，以及與實際螺距測量的值進行比較，如果差值的絕對值高于某數值時，這時先啟動快速電磁閥控制螺距，使螺距迅速變化；當指令值與螺距值差值的絕對值小于最大螺距值的5%時，啟動慢速電磁閥使螺距值緩慢增加或減少以最終使螺距值等于指令值。同時將實際的螺距值經過采樣處理后送至各個控制臺進行顯示。在系統異常時能進行手動應急控制。
由于控制系統的滯后特性，防止因指令值與螺距值的差值過小而頻繁調節慢速電磁閥造成系統的振蕩和減少電磁閥的壽命，故將最大螺距的1%作為其死區調節范圍，因此在指令值與螺距值差值的絕對值大于最大螺距值的1%時才調節慢速電磁閥的動作。
1.2操控地點的切換
在側推器馬達啟動完畢且正常之后，控制系統這時準許將控制權進行轉移，而且只能由集控室轉移到駕駛臺，然后由駕駛臺確認后再由駕駛臺控制或進行再次的轉移，例如由駕駛臺轉向側翼等。要求在轉換時螺距值必須為零位，否則將不允許轉移，防止在轉移控制權過程中產生意外。
1.3系統的安全保護
由于側推系統直接關系到船舶的機動性和安全性，所以在系統中必須增加許多的安全保護措施，具體如下：
●驅動電機的啟動條件
●驅動電機的過流保護，在過載時發出聲光報警同時馬上降低螺距值至零位或某個固定的螺距值
●在油柜液位低下時發出聲光報警
●在側推器液壓伺服系統壓力異常時發出聲光報警
●系統異常時發出聲光報警
●出現緊急情況時能立即停止該系統
●在系統異常時能進行手動應急控制
2使用基于PLC的船舶側推器控制系統的硬件組態
2.1 相對于傳統的繼電器控制系統，使用PLC具有以下的優點：
●控制程序簡單，對于小型PLC而言，幾乎不需要進行任何專門的計算機知識，特別適合現場工程技術人員使用。
●控制系統構成簡單，通用性強。用戶硬件設計方面，只需確定PLC的硬件配置和I/O的外部接線，不需要諸如繼電器之類的固體電子器件和大量繁雜的硬接線電路。當控制要求改變，需要變更控制系統的功能時，只要改變存儲器中的控制程序即可。
●抗干擾能力強、可靠性高。PLC是專為工業控制設計的，能適應工業現場的惡劣環境。在PLC的設計和制造過程中，采取了多層次抗干擾及精選元器件等措施，使PLC的平均無故障工作時間MTBF通常在20000小時以上，這是一般的其他電氣設備做不到的。
●能直接進行模擬量處理。這是有別于繼電器控制的最大優點。用PLC進行模擬量控制的優點是，在進行模擬量控制的同時，開關量也可以控制。這個優點是別的控制系統所不具備的，或實現起來不如PLC方便。
●使用PLC還易于操作維護，設計施工調試周期短，具有通訊功能，便于與其他系統和觸摸屏等結合構建友好的人機界面。
2.2 PLC 選型及地址分配表
側推器控制系統需要有14個開關量輸入點、22個開關量輸出點、2個模擬量輸入點、1個模擬量輸出點，因此CPU模塊選用常用的西門子S7-200系列CPU224XP，擴展模塊選用EM222 8DO數字量輸出模塊兩塊。
2.3 側推器控制系統電氣圖：（見圖2）
其中 S1為驅動電機主開關輔助觸頭，當電機得電運行時閉合； S2為手動控制按鈕，當手動操作時直接通過按鈕控制D55和D57固態繼電器直接驅動電磁閥線圈；FS1為液壓油液位開關，當重力油柜液位低下時斷開報警；PS1為液壓油壓力開關，當液壓油泵運行正常后，油壓低下時斷開報警； F1 為驅動電機過載繼電器，可以為電流過載信號，也可以是線圈溫度過高報警信號，斷開時報警；S3 為液壓泵運行信號，當液壓泵運行時閉合； Q0.0-0.3 為控制信號切換繼電器，當某控制信號轉移到該控制臺時，該繼電器閉合，這是將該控制臺的指令信號送入AIW2； AIW0 為螺距反饋信號輸入，范圍為-10V/+10V，螺距在零位是為0V； AIW2 為指令信號輸入，范圍為-10V/+10V，控制臺的手柄在零位是為0V； D1 為系統故障繼電器，PLC正常工作時通電閉合，異常時釋放； H5 為螺距零位指示燈，當螺距接近或為零時燈被點亮；D55-D58為固態繼電器，直接驅動電磁閥線圈，以控制螺距的變化；H5為驅動電機允許啟動指示燈，當驅動電機只有滿足邏輯時，燈被點亮；D2為啟動驅動電機繼電器，當驅動電機允許啟動且啟動按鈕按下后被置為輸出；AQW0 為螺距值指示輸出，范圍為0-20mA，螺距在零位時為10mA，在左舷最大螺距時為0mA，在右舷最大螺距時為20mA，各個螺距指示表位首尾串聯。
2.4 側推器控制系統應用程序設計：
2.4.1驅動電機的啟動邏輯（見圖3）
驅動電機啟動邏輯必須滿足以下全部條件：
●重力油柜液位必須高于報警值
●液壓泵必須已經正常運行
●螺距值必須在零位，使驅動電機的啟動電流為最小
●集控室控制手柄必須在零位，防止在啟動的過程中螺距突然動作造成電機過電流
●從電網至側推器的主開關必須合閘之后才允許啟動
使用復位優先RS觸發器能在停止按鈕按下或過載繼電器動作后，立即置位Q2.7以達到立即停車的目的。
2.4.2 側推器槳葉螺距控制（見圖4）
在程序的初始化階段對VW0和VW2進行初始化設置，將死區值（全螺距的1%）作為其電磁閥的一個動作闕值，當差值高于VW0時，即指令值與螺距值相差超過1%時才動作慢速調節電磁閥。而只有差值高于VW2快速電磁閥動作值（全螺距的5%）時，才動作快速調節電磁閥。在執行了AC0>AC1；(AC0-AC1)=AC2后或AC0
2.4.3 操控地點的切換控制（見圖5）
對于操控地點的切換，主要流程是期望得到操控權的地點先提出請求后，等待現在所在操控地點的確認后，方可進行切換。
3 系統綜述
●本系統設計使用PLC的應用程序來控制邏輯與模擬量處理，不僅適合新造船使用PLC設計系統，由于CPU模塊輸入電壓范圍特別寬AC85-264V頻率范圍47-63Hz因此更特別適用于舊船技術改造和升級原有繼電器和線路板控制系統。
●可靠性能特別高，對模擬量的輸入部分能采用多次測量取平均值，這樣在系統的運行中能有效避免干擾信號的影響。對開關量信號進行光電隔離能有效防止共模電壓影響，而且對開關量輸入信號也能進行輸入濾波。在實際的船舶工程改造中已有實際使用案例。
●在改造中具有硬件電路簡單，線路布置少，中間繼電器僅僅只有3只，這樣安裝改造周期短，在航修時也能根據不同的需要完成側推器的技術改造任務。
參考文獻（略）