船舶阀门遥控及液位遥测系统的设计与实现
摘 要：本文以集装箱船压载系统为基础，从软件和硬件方面设计了基于MCGS组态软件和PLC的船舶阀门遥控与液位遥测系统。利用液位传感器和压力传感器实时采集四角吃水、压载舱液位和压载泵进出口压力值等信号，经过 PLC 处理后能够在上位机监控画面中显示，实现压载舱阀门和压载泵的控制。
关键词：PLC；阀门遥控；液位遥测
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.22.111
当代船舶工业中，控制船体的平衡是重要的课题。船舶在装卸货物时需对压载水进行调节，譬如船在裝货时，船体势必向装货的方向倾斜，这时候需将装货的舱室所对应的压载舱内的水排出；卸荷时，压载水注入与卸料舱相对应的压载舱内。现代船舶控制系统具有自动化、集成化、安全运行、稳定性好等优点。本文在PLC的基础上设计开发了阀门遥控及液位遥测系统。
1 系统硬件结构设计
阀门遥控和遥测系统分三层结构：电液阀的驱动头和传感器单元、控制模块，监测控制面板MIMIC。从控制系统的角度出发，对船舶各部分进行分散控制，并在控制室和监控平台上进行集中管理。系统结构如图1所示。
1.1 阀门电液驱动头及传感器单元
阀门开关的动力来源由液压油所提供，传动机构由液压泵、电机、控制附件等组成。由PLC采集的信号控制电磁阀的接通和断开，液压部分的集成油路能够避免管路连接不完整，它具有整体结构，维修方便等优点。每个阀门对应一个电液驱动头，所以各控制单元之间是独立的，互不影响，所以能够提高其可靠性。
该设计选用了压力式液位传感器，适用于各种压载船、燃油舱及船舶液货的液位测量。传感器把收集来的液位、船舶吃水、温度信号转换为5-20mA的基准电流作为PLC的输入信号。
1.2 中间控制模块
中间控制模块由8台西门子7S-200系列PLC及相应的扩展模块组成，其中1台连接以太网扩展模块。PLC主站通过交换机与监控机实现通信，PLC从站使用7台PLC，PLC的主站与从站间、PLC各从站间使用RS485接口进行连接。与PLC1-PLC5相连的数字量输入/输出模块，用来采集来自现场的阀门状态、泵的运行状态信号，数字量输出控制继电器对阀门进行遥控操作，对各舱的液位、温度、泵进出口的压力由模拟量输入模块进行采集；数字输入/输出模块连接PLC6和PLC7获得阀门的开关状态和MIMIC模拟面板上的启停控制信号，根据这些信号运行，其输出驱动阀门的开关，还控制MIMIC模拟面板上的泵操作的指示灯。
2 系统的软件设计与实现
2.1 监控软件的设计与实现
本设计通过人机界面实现模块化、分层化设计，能够动态显示液体在管道中的流动，利用鼠标或键盘可以打开和关闭阀门上的接口，完成泵的启动和停止，还可以监控阀门、水泵的实时状态，便于查找和分析故障。
2.2 PLC程序设计与实现
监控机与PLC主站之间采用以太网模块进行通信，PLC主站与PLC从站及PLC从站之间采用RS485串行通信接口。PLC自由口协议通信，并且对PLC特殊功能寄存器进行相应的设置，从而定义信息收发的开始和停止条件。
3 系统工作原理及功能
本设计中由PLC1-PLC5负责采集各阀门的开关状态、液舱的液位、温度等信号。PLC依次采集所有输入端子的状态，作为程序运行时的数据。PLC主站接收采集来的输入信号，并与监控机进行通信，把信息传送到监控机，从而使监控机对阀门、泵等状态进行监控。此外，PLC主站发送接收来的信息到PLC6和PLC7，根据接收到的信息进行相应的操作，输出控制MIMIC模拟屏指示灯，阀门和泵的状态也可以显示在MIMIC模拟屏上。阀门的远程控制可以在监视器和MIMIC模拟面板上执行，但不能同时进行。当阀门在MIMIC模拟面板远程操作时，相应的阀的控制信号由PLC6或PLC7收集，并发送到PLC主站，然后发送到相应的PLC1-PLC5从站，实现阀门的远程控制，从站状态反馈到监控机和MIMIC模拟控制面板。当监控机远程操作阀门时，控制信号通过鼠标利用以太网交换机发送到PLC主站，阀门的远程操作由MIMIC模拟面板完成。其工作原理如图2所示。
4 结语
该系统工作稳定，运行可靠，人机界面友好，是船舶实现远程监控的重要部分，能够体现船舶自动化的发展趋势。
参考文献：
[1]靳占光.多功能船舶阀门遥控系统微机系统控制方案[J].海洋技术，2014，23（03）：130-133.
[2]张兴彪.液舱阀门控制系统经济性和可靠性研究[M].大连：大连海事大学出版社，2004.
作者简介：秦富贞（1981-），女，硕士，副教授，主要研究方向：电气控制。