1 引言
船舶自動(dòng)化領(lǐng)域的一個(gè)重要組成部分是主機(jī)遙控系統(tǒng)。目前主機(jī)遙控系統(tǒng)技術(shù)方案多種多樣,，本文采用PLC工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)主機(jī)遙控系統(tǒng)的功能,，具有經(jīng)濟(jì)性能好、硬件電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,、工作安全可靠的特點(diǎn)。
在多PLC控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)主機(jī)遙控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,，研討主要設(shè)計(jì)整個(gè)PLC網(wǎng)絡(luò)的總體結(jié)構(gòu)和通訊方案,，并通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)主機(jī)的起停部分的自動(dòng)控制及安保系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

2 主機(jī)遙控PLC網(wǎng)絡(luò)控制總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及通訊方式的實(shí)現(xiàn)
2.1 主機(jī)遙控PLC網(wǎng)絡(luò)控制總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
PLC控制網(wǎng)絡(luò)用于主機(jī)遙控系統(tǒng)的控制,，包括兩臺(tái)S7-200PLC,。其中一臺(tái)用于主機(jī)起停和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)控制，安裝在機(jī)控室;另一臺(tái)用于完成電子調(diào)速器的任務(wù),，安裝在機(jī)艙,。另設(shè)計(jì)算機(jī)作為監(jiān)視平臺(tái)，用來(lái)監(jiān)視整個(gè)系統(tǒng)的重要信號(hào),。
整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的主要設(shè)備為:兩臺(tái)S7-200PLC,、一臺(tái)微型機(jī)、網(wǎng)絡(luò)連接器,、PC/PPI電纜,、RS-485電纜。
根據(jù)總體通訊設(shè)計(jì)思路,，我們的總體結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)如圖1,。

圖1 總體結(jié)構(gòu)圖

如圖，主站PLC通訊口出來(lái)地總線分別通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接器和PC/PPI電纜和從站PLC以及計(jì)算機(jī)通訊,。主從站之間通過(guò)RS-485總線進(jìn)行PPI 協(xié)議通訊,，主站和計(jì)算機(jī)終端通過(guò)PC/PPI電纜進(jìn)行自由口通訊。從主站PLC通訊口出來(lái)連接上網(wǎng)絡(luò)連接器,，是為了隔離,，以免計(jì)算機(jī)RS-232口損壞。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接器出來(lái)地線以及RS-485信號(hào)A和B通過(guò)比較高低電平與從站進(jìn)行通訊,。同時(shí)通過(guò)PC/PPI電纜的連接口引出5針通過(guò)RS-485和RS- 232轉(zhuǎn)換成3條線分別為接收,、發(fā)送和地線，與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊,。S7-200PLC通訊口的引腳分配見(jiàn)附表,。
附表 通訊口引腳分配

2.2 多通訊協(xié)議的組合及調(diào)試
在S7-200網(wǎng)絡(luò)通訊中,，可以實(shí)現(xiàn)兩種通訊協(xié)議進(jìn)行通訊而不互相干擾。但前提是兩種協(xié)議的波特率必須相同,，由于只有一個(gè)通訊口,，波特率只支持 9600波特，因此在多協(xié)議通訊時(shí),，波特率設(shè)置為9600波特,。對(duì)于多協(xié)議的組合方式，作者采用了總線分時(shí)復(fù)用法,，在總線分時(shí)控制中,，作者通過(guò)幾個(gè)定時(shí)器組成矩形波，從而形成高低不同時(shí)段分別進(jìn)行PPI協(xié)議通訊和自由口通訊,。主程序流程圖見(jiàn)圖2,。PPI通信程序流程見(jiàn)圖3。自由口通信程序的流程見(jiàn)圖4,。

圖2 主程序流程圖見(jiàn)

圖3 PPI通信程序流程

圖4 自由口通信程序的流程

按照以上方案所進(jìn)行的系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成之后,，實(shí)際的通訊效果達(dá)到設(shè)計(jì)要求，從站PLC和計(jì)算機(jī)終端基本上能在20ms內(nèi)獲取主站送來(lái)的信息,。

3 主機(jī)遙控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
3.1 起停部分的設(shè)計(jì)
作者在設(shè)計(jì)過(guò)程中選擇的對(duì)象是最常見(jiàn)的B&M低速機(jī),，起停控制主要包括5個(gè)部分:起動(dòng)控制,，慢轉(zhuǎn)控制,，停車控制，重復(fù)起動(dòng)控制,。以正車起動(dòng)為例,，系統(tǒng)須針對(duì)兩種情況:停車情況下的起動(dòng)和正常反向起動(dòng)，都能確保正車起動(dòng)電磁閥的通斷,，同時(shí)還須判斷重復(fù)起動(dòng)的狀態(tài),。
慢轉(zhuǎn)控制所要考慮的情況分別是主機(jī)停車時(shí)間超過(guò)30min和電源斷電后恢復(fù)供電兩種情況。在主機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)一圈或有緊急操縱信號(hào)的情況下,，可以撤消慢轉(zhuǎn)控制,。停車控制所要考慮的情況共分4種:停車指令,故障停車信號(hào),車令與運(yùn)轉(zhuǎn)方向不一致以及起動(dòng)電磁閥工作期間。重復(fù)起動(dòng)控制又分為4個(gè)子程序:起動(dòng)時(shí)間監(jiān)視子程序,，換向時(shí)間監(jiān)視子程序,，起動(dòng)間歇延時(shí)子程序和重復(fù)起動(dòng)次數(shù)計(jì)數(shù)子程序。以上程序流程圖由于篇幅所限,，在此不一一贅述,。
3.2 轉(zhuǎn)速控制部分的設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)是用模擬量輸入模塊EM235來(lái)讀取車鐘指令和轉(zhuǎn)速反饋。PLC主站首先讀入模擬量,，通過(guò)三次移位,，可以得到12位的數(shù)字信號(hào),，然后通過(guò)定時(shí)中斷程序?qū)斎肓窟M(jìn)行數(shù)字濾波，濾波后的數(shù)據(jù)將與由外電路所確定的正常信號(hào)電壓范圍比較,，可判斷車令電位器的三個(gè)接線端有無(wú)斷線故障,，在確保信號(hào)的正常之后，再經(jīng)過(guò)各種限制處理,，限制環(huán)節(jié)主要包括臨界轉(zhuǎn)速限制,，加速度限制和負(fù)荷程序限制，限制處理后的結(jié)果最后通過(guò)PPI通信協(xié)議發(fā)送給從站PLC電子調(diào)速器進(jìn)而控制主機(jī)的轉(zhuǎn)速,。轉(zhuǎn)速限制處理程序流程圖5所示,。

圖5 轉(zhuǎn)速限制處理程序流程

本設(shè)計(jì)的另一個(gè)任務(wù)是讀取轉(zhuǎn)速反饋值并對(duì)其進(jìn)行處理，經(jīng)過(guò)處理后得到主機(jī)的各種運(yùn)行狀態(tài),，包括主機(jī)正反轉(zhuǎn)的換向轉(zhuǎn)速,，發(fā)火轉(zhuǎn)速以及加速轉(zhuǎn)換點(diǎn)，一方面得到起?？刂扑枰闹鳈C(jī)狀態(tài)信息，另一方面使監(jiān)測(cè)平臺(tái)能實(shí)時(shí)監(jiān)視,，直觀地反映出目前主機(jī)的狀態(tài),，同時(shí)能顯示出整個(gè)轉(zhuǎn)速變化過(guò)程。

4 結(jié)束語(yǔ)
本文結(jié)合中小型船舶維修改造過(guò)程中對(duì)主機(jī)遙控系統(tǒng)的要求,，提出一種硬件電路相對(duì)簡(jiǎn)單且易于實(shí)現(xiàn),、線路少、編程容易且功能較全面的主機(jī)遙控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)施方案,。系統(tǒng)采用兩臺(tái)S7-200PLC與一臺(tái)計(jì)算機(jī)構(gòu)成主機(jī)遙控系統(tǒng)的基本框架,，利用串行通信總線可實(shí)現(xiàn)各個(gè)控制器及計(jì)算機(jī)之間的信息傳輸，該方案目前已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下完成了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及調(diào)試工作,。