PLC與船舶自動(dòng)化的應(yīng)用

1、PLC與船舶自動(dòng)化的應(yīng)用摘要本文重點(diǎn)介紹PLC在船舶自動(dòng)化的應(yīng)用，近年來，PLC在國(guó)內(nèi)已得到了迅速推廣普及。它正改變船舶自動(dòng)控制的面貌，對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)改造，發(fā)展新型工業(yè)具有重大的實(shí)際意義 。在現(xiàn)代船舶中越來越講究自動(dòng)化，然而可編程控制器（PLC）在船舶自動(dòng)化中是必不可少的。本文將重點(diǎn)介紹可編程控制器（PLC）在船舶各種設(shè)備中的具體應(yīng)用。針對(duì)老式船舶中存在的問題從而提出了一種采用可編程控制器（PLC）和數(shù)字顯示儀表結(jié)合組成，這樣不且提高了生產(chǎn)效率，還提高了生產(chǎn)速度和船舶的反應(yīng)能力從而更安全更可靠。同時(shí)也節(jié)約費(fèi)用。目錄一 可編程控制器的概述。二 可編程控制器的組成與工作原理。三 采用可編程控制器

2、（PLC）對(duì)應(yīng)急發(fā)電機(jī)的自動(dòng)啟動(dòng)控制。1 電路設(shè)計(jì)及器件選擇。2 可編程控制器（PLC）。3 采用可編程控制器（PLC）和數(shù)字儀表結(jié)合組成的應(yīng)急發(fā)電機(jī)自動(dòng)控制的優(yōu)點(diǎn)。四 結(jié)論。 可編程控制器的概序可編程控制器是60年代末美國(guó)首先出現(xiàn)的，當(dāng)時(shí)叫可編程邏輯控制器PLC（pro-grammable logic controllet）目的是用來取代繼電器，以執(zhí)行邏輯判斷。計(jì)時(shí)，計(jì)數(shù)等訓(xùn)序控制功能。提出PLC概念的是美國(guó)通用汽車公司。當(dāng)時(shí)，根據(jù)汽車制造生產(chǎn)線的需要，希望用電子化的新型控制器替代繼電器控制柜，以減少汽車改型時(shí)，重新設(shè)計(jì)制造繼電器控制盤的成本和時(shí)間。通用汽車公司對(duì)新型控制器提出10點(diǎn)具體要求

3、。1編程簡(jiǎn)單，可現(xiàn)場(chǎng)修改程序。2維護(hù)方便，采用插件式結(jié)構(gòu)3可靠性高于繼電器控制柜4體積小于繼電器控制柜5成本可與繼電器控制柜競(jìng)爭(zhēng)6可將數(shù)據(jù)直接輸入計(jì)算機(jī)7可直接用115V交流輸入8輸出采用115V，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥，交流接觸器等；9通用性能強(qiáng)，擴(kuò)展很方便；10程序要能存儲(chǔ)，存儲(chǔ)容量可擴(kuò)展到4K字節(jié)。這10點(diǎn)要求幾乎成為當(dāng)時(shí)各個(gè)自動(dòng)化儀表廠商生產(chǎn)PLC的基本規(guī)范。概夠起來，PLC的基本設(shè)計(jì)思想是把計(jì)算機(jī)功能完善，靈活。通用等優(yōu)點(diǎn)和繼電器控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單易懂。操作方便。價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來?？刂破鞯挠布臉?biāo)準(zhǔn)的通用的。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用對(duì)象，將控制內(nèi)容編程軟件寫入控制器的用戶程序存儲(chǔ)器里?？刂破骱捅豢刂?/p>

4、對(duì)象連接起來。隨著半導(dǎo)體技術(shù)尤其是微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，到七十年代中期以后，PLC已廣泛地使用微處理器作為中央處里器，輸入輸出模塊和外圍電路也都采用了中。大規(guī)模甚至超大規(guī)模的集成電路，這時(shí)的PLC已不再是只有邏輯判斷功能，還同時(shí)具有數(shù)據(jù)處理。PID調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)通信功能。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）頒布的可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì)可編程控制器作如下的定義；可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，要來在其內(nèi)部存儲(chǔ)器執(zhí)行邏輯運(yùn)算，訓(xùn)序控制，定時(shí)。計(jì)算和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌?/p>

5、有關(guān)外圍設(shè)備，易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個(gè)整體，易于擴(kuò)沖其功能的設(shè)計(jì)?？删幊炭刂破鲗?duì)用戶來說是一種無(wú)觸點(diǎn)設(shè)備，改變程序即可改變生產(chǎn)工藝，因此可在初步設(shè)計(jì)階段選用可編程控制器，在實(shí)施階段再確定工藝過程。另一方面，從制造生產(chǎn)可編程控制器的廠商角度看，在制造階段不需要根據(jù)用戶的定貨要求專門設(shè)計(jì)控制器，適合批量生產(chǎn)。由于這些特點(diǎn)，可編程控制器問世以后很快受到工業(yè)控制界的歡迎，并得帶迅速的發(fā)展。目前，可編程控制器已成為工廠自動(dòng)化的強(qiáng)有力工具，得到了廣泛的普及推廣應(yīng)用。 可編程控制器是面向用戶的專用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，具有許多明顯的特點(diǎn)； 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng);可編程控制器是專為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)的。除了對(duì)器件的

6、嚴(yán)格涮選和老化外，在硬件和軟件倆個(gè)方面還采用了屏蔽，隔離。故障論斷和自動(dòng)恢復(fù)等措施，使可編程控制器具有很強(qiáng)的抗干擾能力，使其平均無(wú)故障時(shí)間達(dá)到（35）X10h以上。編程簡(jiǎn)單。直觀?？删幊炭刂破魇敲嫦蛴脩簟Ｃ嫦颥F(xiàn)場(chǎng)，考慮到大多數(shù)電氣技術(shù)人員熟悉電氣控制線路的特點(diǎn)，它沒有采用微機(jī)控制中常用的匯編語(yǔ)言，而采用了一種面向控制過程的梯形圖語(yǔ)言,梯形圖語(yǔ)言與繼電器語(yǔ)言相似，形象直觀，易學(xué)易懂，電氣工程師和具有一定知識(shí)的電工。工藝人員都可以在短時(shí)間學(xué)會(huì)，使用起來得心應(yīng)手，計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)之間的隔閡在可編程控制器上完全不存在，世界上許多國(guó)家的公司生產(chǎn)的可編程控制器把梯形圖語(yǔ)言作為第一用戶語(yǔ)言。

7、適應(yīng)性好，可編程控制器是通過程序?qū)崿F(xiàn)控制的，當(dāng)控制要求發(fā)生改變時(shí)，只要修改程序即可，由于可編程控制器產(chǎn)品已標(biāo)準(zhǔn)化，系統(tǒng)化，模塊化，因此能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成規(guī)模不同，功能不同的控制系統(tǒng)，適應(yīng)能力特別強(qiáng)，故既可控制一臺(tái)單機(jī)，或是一條生產(chǎn)線，又可控制一個(gè)復(fù)雜的控制系統(tǒng)，既可現(xiàn)場(chǎng)控制又可遠(yuǎn)距離控制。功能完善，接口功能強(qiáng)，目前的可編程控制器具有數(shù)字量和模擬量的輸入和輸出，邏輯和算術(shù)運(yùn)算，定時(shí)，計(jì)數(shù)，訓(xùn)序控制，通信，人機(jī)對(duì)話，自檢，記錄和顯示等功能，使設(shè)備控制水平大大提高，接口功率驅(qū)動(dòng)極大地方便了用戶，常用的數(shù)字量輸入輸出接口，就電源而言有110V 220V交流和5V 24V 48V 地直流；負(fù)

8、載能力可在（0.55A）的范圍內(nèi)變化，模擬量的輸入和輸出有多種規(guī)格。由于PLC具有以上特點(diǎn)，他把計(jì)算機(jī)技術(shù)與繼電器技術(shù)很好的融合在一起，最新發(fā)展的PLC產(chǎn)品，還把DDC（直接數(shù)字控制）技術(shù)加進(jìn)去了，并具有與監(jiān)控計(jì)算機(jī)上連網(wǎng)的功能，因而它的應(yīng)用幾乎覆蓋了所以工業(yè)企業(yè)，既能改造傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品成為機(jī)電一體化的新一代產(chǎn)品，又適應(yīng)于生產(chǎn)過程控制，實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)，高產(chǎn)，節(jié)能與降低成本。總之，PLC技術(shù)代表了當(dāng)前電氣程序控制的先進(jìn)水平，PLC與數(shù)控技術(shù)和工業(yè)控制已成為機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱。 可編程控制器的應(yīng)用PLC的應(yīng)用范圍通?？煞譃槲宕箢?1）訓(xùn)序控制，這是今天PLC最廣泛應(yīng)用的領(lǐng)域。它取代傳統(tǒng)的繼

9、電器應(yīng)用于單機(jī)控制.多機(jī)控制.生產(chǎn)自動(dòng)線控制。2）.運(yùn)動(dòng)控制。PLC制造商目前已提供了拖動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。在多數(shù)情況下，PLC把描述目標(biāo)位置的數(shù)據(jù)送給模塊，摸快移動(dòng)一軸或數(shù)軸的目標(biāo)位置。當(dāng)每個(gè)軸移動(dòng)時(shí)，位置控制模塊保持適當(dāng)?shù)乃俣群图铀俣?，確保運(yùn)動(dòng)平滑。3）.過程控制。PLC能控制大量的物理參數(shù)，例如溫度，壓力，速度和流量。PLC模塊的提供使PLC具有了閉環(huán)控制的功能，即一個(gè)具有有PID可用控制能力的PLC可要于過程控制。當(dāng)由于控制過程中變量出現(xiàn)偏差時(shí)，PID控制算法會(huì)計(jì)算出正確的輸出，把變量保持在一定直上4）.數(shù)據(jù)處理。在機(jī)械加工中，出現(xiàn)了把支持訓(xùn)序控制的PLC和計(jì)

10、算機(jī)數(shù)值控制（CNC）設(shè)備緊密結(jié)合的趨勢(shì)。預(yù)計(jì)今后幾年CNC系統(tǒng)將變成以PLC為主體的控制和管理系統(tǒng)。5）.通信。為了適應(yīng)國(guó)外近幾年興起的工廠自動(dòng)化（FA）系統(tǒng)發(fā)展的需要，必須發(fā)展PLC之間和上級(jí)計(jì)算機(jī)之間的通信功能，作為實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，PLC數(shù)據(jù)通信速度要求高，而且要考慮出現(xiàn)停電，故障時(shí)的對(duì)策等。I/O模塊按功能各自放置在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)分散控制，然后采用網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)構(gòu)集中管理信息的分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 可編程控制器組成及工作過程PLC實(shí)質(zhì)上是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，他的硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)（PC）相同，但其工作過程與（PC）有些差別。電源中央處理器存儲(chǔ)器輸入模塊輸出模塊用戶輸出設(shè)備編程器外部設(shè)備用

11、戶輸入設(shè)備可編程控制器構(gòu)成的基本控制系統(tǒng)硬件簡(jiǎn)化圖，其中可編程控制器的基本組成由虛圖。1）.中央處理器（CPU）它是可編程控制器的神經(jīng)中樞。是系統(tǒng)的運(yùn)算，控制中心，他按照系統(tǒng)程序所給予的功能，完成以下任務(wù)；A接收并存儲(chǔ)用戶程序和數(shù)據(jù)B用掃描的方式接收現(xiàn)場(chǎng)輸入設(shè)備的狀態(tài)和數(shù)據(jù)C判斷電源，PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤D完成用戶程序中規(guī)定的邏輯運(yùn)算和算術(shù)運(yùn)算任務(wù)E更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)寄存器的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)輸出控制，制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能。2）.存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和程序，它包夠隨即存取的存儲(chǔ)器RAM和在工作過程中只能讀出，不能寫入的EPROM RAM中的用戶程序可以用EPROM

12、寫入器寫入到EPROM心片中，寫入了用戶程序的EPROM又可以通過外部接口與主機(jī)連接，然后讓主機(jī)按EPROM中的程序運(yùn)行。EPROM是可擦可讀的只讀的存儲(chǔ)器，如果存儲(chǔ)的內(nèi)容不需要時(shí)，可以用紫外線擦除，重新寫入新的程序。3）. I/O模塊。I/O模塊是CPU與現(xiàn)場(chǎng)I/O裝置或其它外部設(shè)備之間的連接部件，PLC提供了各種操作電平與驅(qū)動(dòng)能力的I/O組建，供用戶選用。4）.電源。 PLC配有開關(guān)式穩(wěn)壓電源模塊，用來對(duì)PLC的內(nèi)部電路供電。PLC采用集中采樣，集中輸出的工作方式，減少了外界干擾的影響，PLC的工作過程分為三個(gè)階段進(jìn)行，即輸入采樣階段，程序執(zhí)行階段，如圖；輸出接口輸出鎖存輸出映象區(qū)用戶程序

13、輸入映象區(qū)輸入接口輸入采樣 程序執(zhí)行 輸出刷新1） 輸入采樣階段，PLC以掃描工作方式，按訓(xùn)序?qū)⑺行盘?hào)讀入到寄存輸入狀態(tài)的輸入映象區(qū)中的存儲(chǔ)，在本工作周期內(nèi)，這個(gè)采樣結(jié)果的內(nèi)容不會(huì)改變。2） 程序執(zhí)行階段，PLC按訓(xùn)序?qū)Τ绦蜻M(jìn)行掃描，分別從輸入映象區(qū)和輸出映象區(qū)中得到所需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算。處理。再將程序執(zhí)行的結(jié)果寫入輸出映象區(qū)中儲(chǔ)存，但這個(gè)結(jié)果在整個(gè)程序未執(zhí)行完畢之前不會(huì)送到輸出借口上去。3） 輸出刷新階段。在執(zhí)行完用戶所有程序后，PLC將映象寄存器中的內(nèi)容送入到輸出鎖存器中，再去驅(qū)動(dòng)用戶設(shè)備。 PLC重復(fù)執(zhí)行以上三個(gè)階段，每一次重復(fù)的時(shí)間為一個(gè)掃描周期。在PLC中常采用一種為：“看門狗”（

14、watch dog）的定時(shí)監(jiān)視器來監(jiān)視PLC的實(shí)際工作周期是不是超時(shí)，以避免PLC在執(zhí)行程序過程中進(jìn)入死循環(huán)，或執(zhí)行了非預(yù)定的程序而造成系統(tǒng)癱瘓。 采用可編程控制器（PLC）的應(yīng)急發(fā)電機(jī)的自動(dòng)啟動(dòng)控制采用可編程控制器（PLC）和數(shù)字顯示儀表結(jié)合組成的應(yīng)急發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)啟動(dòng)控制器，能適應(yīng)不同電壓等極及頻率的應(yīng)急發(fā)電機(jī)組，能自動(dòng)檢測(cè)主電網(wǎng)的欠壓，自動(dòng)啟動(dòng)應(yīng)急發(fā)電機(jī)組，自動(dòng)合閘供電，并能發(fā)出啟動(dòng)成功或啟動(dòng)失敗的報(bào)警信號(hào)，和適應(yīng)但臺(tái)發(fā)電機(jī)的自動(dòng)啟動(dòng)控制。1. 電路設(shè)計(jì)和器件選擇電路設(shè)計(jì)主要分為主電路及PLC控制電路倆大部份組成主電路包括控制400V配電屏向應(yīng)急負(fù)載供電的自動(dòng)空氣開關(guān)ACB1和控制應(yīng)急發(fā)

15、電機(jī)組向應(yīng)急負(fù)載供電的自動(dòng)空氣開關(guān)ACB2。ACB1和ACB2選用可以自動(dòng)合閘和分閘的DW914或其它合適的型號(hào)，這一部分原理較為簡(jiǎn)單，就不加介紹了。自動(dòng)控制電路以PLC為中心，加上提供輸入信號(hào)的數(shù)字電壓表，數(shù)字頻率表和電壓繼電器，以及作為輸出執(zhí)行功能的一組中間繼電器組成。其電路如圖這部分是整個(gè)應(yīng)急發(fā)電機(jī)組自動(dòng)控制器的核心，主要分為信號(hào)變換及輸入部分，輸出執(zhí)行部分和程序控制部分?？傮w工作如下；400V主匯流排電壓下降到310V以下，延時(shí)5秒，即發(fā)出欠壓信號(hào)，PLC控制ACB1分閘，主開關(guān)欠壓保護(hù)，同時(shí)發(fā)出應(yīng)急發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)信號(hào)，應(yīng)急發(fā)電機(jī)組開始啟動(dòng)，電壓逐漸上升，轉(zhuǎn)速加快，逐漸接近額定轉(zhuǎn)速，通過

16、數(shù)字電壓表和數(shù)字頻率表測(cè)量應(yīng)急發(fā)電機(jī)組的電壓和頻率，并將倆表的BCD碼數(shù)字信號(hào)送入PLC進(jìn)行比較，運(yùn)算。在啟動(dòng)后15秒內(nèi)應(yīng)急發(fā)電機(jī)組電壓達(dá)到370V390V頻率達(dá)到4852HZ即認(rèn)為啟動(dòng)成功，向ACB2發(fā)出合閘信號(hào)，如果15秒內(nèi)沒有達(dá)到370V390V頻率達(dá)到4852HZ即認(rèn)為第一次啟動(dòng)失敗，PLC發(fā)出第二次啟動(dòng)信號(hào)。如果三次啟動(dòng)都失敗，（共45秒）則向中央控制室發(fā)出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)向應(yīng)急發(fā)電機(jī)組發(fā)出停止信號(hào)程序終止，應(yīng)急發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)成功后，如400V配電扳恢復(fù)供電，則向應(yīng)急發(fā)電機(jī)組發(fā)出停機(jī)信號(hào)，同時(shí)使ACB2分閘，ACB1合閘，2. 輸入部分?jǐn)?shù)字電壓表和數(shù)字頻率表內(nèi)部的工作原理基本相同，主心片

17、都采用MC14433彈片A/D轉(zhuǎn)換器MC14433的主要特點(diǎn)之一除了在LED數(shù)碼顯示管上顯示測(cè)量值外，還具有BCD碼輸出，可送入PLC內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理比較，并且控制程序流向，另外MC14433的轉(zhuǎn)換速率為310次/S，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于PLC掃描周期，所以程序的讀取非常穩(wěn)定。但是PLC輸入一般只能接收頻率小于25HZ脈沖，而對(duì)于50HZ左右的頻率脈沖將不能被PLC直接處理，必須要用PLC的特殊功能指令調(diào)整濾波時(shí)間指令（REFF）來加以解決。我們必須注意到PLC的輸入電路是采用的負(fù)邏輯方式，即ON的狀態(tài)是X輸入口與COM口間為高阻狀態(tài)，而MC14433DD的BCD碼和為選通信號(hào)均為正邏輯脈沖，因此必須對(duì)這些

18、輸入脈沖信號(hào)進(jìn)行倒處理，為此，在數(shù)字表輸出口和PLC輸入口之間增加了由BG1BG3和R1R8組成的反向器。 其它一些輸入信號(hào)，如配電屏電壓檢測(cè)/主開關(guān)狀態(tài)檢測(cè)等均為繼電器觸電輸入方式。3輸出部分 PLC的輸出部分比較簡(jiǎn)單，采用HH62P型小型中間繼電器作為輸出驅(qū)動(dòng)元件，完成相應(yīng)的分閘和合閘和報(bào)警功能。4.程序設(shè)計(jì)要點(diǎn)；1） 控制流程 應(yīng)急發(fā)電機(jī)組自動(dòng)控圖圖52） 內(nèi)部元件定義A輸入繼電器X0X3 數(shù)字電壓表BCD碼輸出信號(hào)（Q0Q3）X4X6 數(shù)字電壓表個(gè)位 十位 百位 選通信號(hào)（DS4 DS3 DS2）X7 數(shù)字頻率表頻率脈沖信號(hào)（PP）X10 400V主匯流排電壓信號(hào)，接通為失壓，斷開為有

19、點(diǎn)X11 ACB1已合閘X12 ACB2已合閘X13 外部復(fù)位信號(hào)B輸出繼電器Y0 發(fā)電機(jī)啟動(dòng)Y1 ACB2已分閘Y2 ACB2已合閘Y3 發(fā)電機(jī)停止Y4 啟動(dòng)失敗Y6 ACB1已分閘Y7 ACB2已合閘Y13 發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)指示Y14 電壓符合設(shè)定值指示Y15 頻率符合設(shè)定值指示C輔助繼電器M100 應(yīng)急發(fā)電機(jī)運(yùn)行中 主匯流排有電M101 主匯流排失電M102 啟動(dòng)信號(hào)M103 啟動(dòng)失敗報(bào)警M104 啟動(dòng)成功信號(hào)M120M122 儲(chǔ)存電壓比較結(jié)果M124M126 儲(chǔ)存頻率比較結(jié)果D定時(shí)器T1T6 模擬操作開關(guān)點(diǎn)動(dòng)時(shí)間繼電器T11 啟動(dòng)時(shí)間15秒T12 檢測(cè)時(shí)間3秒T14T15 報(bào)警閃光定時(shí)0.5秒E計(jì)數(shù)器C10 在檢測(cè)周期內(nèi)測(cè)得電壓符合標(biāo)準(zhǔn)值的次數(shù)，10次C11 在檢測(cè)周期內(nèi)測(cè)得頻率符合標(biāo)準(zhǔn)值的次數(shù)，3秒C12 啟動(dòng)未成功次數(shù) 三次C13 報(bào)警閃光次數(shù)，300次3） 檢測(cè)程序介紹 在整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，對(duì)電壓和頻率的檢測(cè)結(jié)果判斷應(yīng)急