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可编程控制器在船舶减摇鳍随动系统中的应用

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

摘要:介绍了船舶减摇鳍的减摇原理和随动系统的组成,说明了可编程控制器在减摇鳍随动系统中的应用,同时讨论了程序设计方法。最后将设计完成后的系统应用于实际减摇鳍控制系统中,并对其进行了测试,结果表明应用PLC改造后的系统性能优良。

    关键词:减摇鳍 PLC 随动系统

减摇鳍是最为行之有效的一种主动式船舶减摇装置,它的减摇效率高,经过60多年的发展,已广泛应用于各种船舶中。它的减摇原理是:船舶在水中行驶过程中,当鳍在水中有一个速度和倾斜角的时候,就会产生一个升力,利用此升力产生的力矩来抵抗海浪的干扰力矩,便可达到减小船舶横摇的目的。随着科学技术的发展,减摇鳍系统正在逐步完善,减摇效果也在不断提高。

近年来,在工业生产的自动化控制领域中,正普遍利用一种新型控制设备——可编程控制器PLC。目前的PLC正在向着精度更高、功能更多、使用更方便的方向发展。从PLC的发展趋势来看,PLC控制技术将成为今后工业自动化的主要手段。将其引入减摇鳍控制系统中,实现数字化控制,将进一步提高控制系统的灵活性和可靠性。
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1 减摇鳍随动系统的构成及工作原理

减摇鳍的随动系统连接来自控制系统的控制信号,是转鳍机构的中间转换和功率放大环节。改造前,每个随动系统由±15V稳压电源板DYCJ、综合放大板SKCJ、操纵转换板SCCJ、液压控制系统以用转鳍机构、反馈、限位元件等组成。随动系统应尽可能“快速、准确、稳定”地工作。目前,大多数减摇鳍的随动系统都是“电-液随动系统”。本系统以NJ4型减摇鳍的阀控式电液随动系统为原型,对其做了适当的改进,下面进行详细介绍。

原有随动系统的工作原理图如图1所示。首先将来自控制器的信号送到综合放大电路板SKCJ(该插件板能对控制信号进行隔离),与升力反馈信号进行代数求和、校正、放大,然后再与鳍角反馈信号进行二次代数求和、校正、放大,接着送到鳍机械组合体上的射流管电液伺服阀,进行电-液信号转换。电液伺服阀根据SKCJ板输出信号的大小和极性调节来自油源机组的液压油的流量和流向,使液压缸的活塞速度和运动方向发生变化,带动鳍机械组合体上的摇臂转动,使鳍转动到一定的角度产生相应的对抗力矩。

改造后,以上各功能完全由PLC实现,原有随动系统中的各电源、插件板也将由PLC各模块取代。

2 随动系统的改造

2.1 减摇鳍随动系统的改造设计

PLC随动系统接收来自控制器的控制信号,经过处理后传递给伺服系统,驱动减摇鳍移动到指定位置,同时将输出信号反馈回PLC,构成控制回路。系统改造后的原理如图2所示。
可编程控制器在船舶减摇鳍随动系统中的应用
    2.2 系统中PLC的选择

由于船舶航行在环境瞬息万变的海面上,工作环境非常恶劣,比如机舱内的温度能够达到55℃,湿度更可以达到95%,并且存在各种强烈的冲击、振动和盐雾,这就要求安装在舰船上的减摇鳍系统有较强的抗干扰能力。而船舶上空间狭小,对所安装设备的体积也有一定的要求。由于减摇鳍随动系统工作环境的特殊性,对系统中的PLC有较高的要求。考虑到性能指标、功能、体积和价格等因素,本文选择了松下电工的FP0系列可编程控制器。

系统主要包括电源单元、控制单元和两个模拟量输入输出单元。PLC工作环境温度在0~55℃范围内,工作环境相对湿度为30%~85%,模拟输入与PLC内部电路之间采用光电耦合器进行隔离,同时输入输出端设置滤波器,使之符合减摇鳍系统工作环境的要求。

2.3 PLC软件实现的功能

根据系统要求,程序需要实现以下功能:

(1)对来自系统油源机组的信号进行检测,如发现油温、油位等出现故障,系统停机并自动报警。

(2)对来自控制器的输入信号进行检测,保证其始终被限定在规定范围内,以保证减摇鳍工作转角不超过其极限值;并对控制信号按一定控制规律进行处理。

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