可编程控制器在船舶减摇鳍随动系统中的应用

    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。

    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。

（３）在鳍转动工作时，将从鳍角电位计接