基于PLC的船用气动蝶阀遥控装置设计

    随着自动控制技术的不断发展，现代船舶自动化程度日益提高，新型可编程控制器PLC在船舶上的应用程度不断提高。使用PLC模块为核心进行组态控制系统是一种既方便又可靠的方法。本装置是基于西门子S7－200系列PLC为控制核心，使用V4.0STEP7MicroWINSP6软件进行程序编译设计，装置内核稳定，整个系统具有很高的可靠性和耐用性。

    1 船用气动蝶阀系统组成

    气动蝶阀系统主要组成如图1所示，其中选用CPU226及数字量模块EM223、EM222作为控制核心，可提供28个输入接口、20个数字量输出接口和8个继电器数字量输出接口；由开关按钮提供操作信号，蜂鸣器和指示灯作为报警和显示。气动硬件包括气源处理三联件（过滤器、减压阀、油雾器）、单向阀、安全阀、气动转换器及电磁换向阀组成。气动蝶阀由蝶阀及汽缸组成，汽缸顶部有指示蝶阀开关2个微动开关连接于PLC控制单元。

图1 气动蝶阀系统框图

    2 系统工作原理

    如图2所示，首先使1MPa气源经过过滤器、减压阀减至0.6～0.8MPa、油雾器、单向阀进入换向阀，通过电磁换向阀，气压进入气动蝶阀上的汽缸，推动汽缸里的活塞运行，带动阀杆从而开启或关闭蝶阀，并且带动微动开关变化反馈给控制核心用于逻辑计算，同时在指示灯上显示出此时蝶阀动作是否到位。

图2 系统原理示意图

    控制核心CPU226和EM223所连接的输入为蝶阀开关按钮、蝶阀微动开关等开关量；输出为指示灯、报警灯显示以及蜂鸣器报警；所选用的EM222数字量模块（继电器型）可直接驱动电磁换向阀，西门子S7-200达到控制气动蝶阀的目的。作为控制核心，PLC通过逻辑运算可实现故障报警及断线报警等故障判断，如微动开关断线报警、换向阀断线报警。

    图2系统原理图给出了一组蝶阀控制的简图，包括了一组换向阀的控制、指示灯及报警灯的连接、开关按钮及微动开关的连接和气路的走向。开关按钮及微动开关属于输入类的开关量，连接于PLC的I口，换向阀及指示灯显示为输出类开关量，连接于Q口。而本设计方案包含了4组蝶阀的控制，其它连接方式与原理图一样。

    3 程序设计

    本程序中的主程序包含了开机供电后的自检程序、试灯程序、应答消音程序，主程序执行后进入自程序，子程序为蝶阀开关及报警控制程序。其程序应用了西门子V4.0STEP7MicroWINSP6软件编写，其主程序的STL程序如下。

    LDSM0.0

    =Q1.4

    LDSM0.1

    OM0.0

    ANT37

    =M0.0

    TONT37，20

    LDNM0.0

    AI1.2

    OM0.0

    SQ1.5，1

    LDNM0.0

    ANM0.5

    ANM0.6

    ANM0.7

    ANM1.0

    =Q2.1

    LDNM0.0

    LDI1.1

    OM0.2

    ALD

    AQ1.5

    =M0.2

    LDNM0.0

    LDQ1.5

    OQ1.0

    OQ1.1

    OQ1.2

    OQ1.3

    ALD

    OM0.0

    =Q2.0

    ANM0.2

    ANM0.3

    ANM0.4

    LDI1.1

    LDNM0.0

    LDI1.1

    OM0.4

    ALD

    AQ1.7

    =M0.4

    LDNM0.0

    AI1.0

    RQ1.5，1

    RQ1.6，1

    RQ1.7，1

    RQ1.0，1

    RQ1.1，1

    RQ1.2，1

    RQ1.3，1

    主程序下设4个子程序，分别对应4组蝶阀的转换阀控制程序，每个子程序包括了一个开阀流程和一个关闭阀流程，图3给出了开阀时的操作逻辑流程，其关闭阀的逻辑原理与开阀一致。每组阀控制程序都编写成一组独立的程序，作为模型程序以便今后添加系统容量后编写程序。

图3 开阀程序流程图

    4 测试

    本系统设计已进入实船试验阶段，以某舰为例，其测试方式如下。

    1）供入1MPa气源，减压后控制箱内仪表显示0.6～0.8MPa，按下电源开关，自检正常无报警。

    2）分别启动4个蝶阀旋钮、关闭旋钮，观察所对应的指示灯跟开关状态一致，表示装置及蝶阀工作正常。

    3）阀微动开关断线报警测试，分别撤掉装置内接线排（箱内下方接线排）所对应蝶阀位置开关的接线，如1#蝶阀对应3和4号线，启动蝶阀，10s后出现蜂鸣器响、故障总灯、蝶阀微动开关断线灯、所对应阀的故障灯亮，恢复接线后，按复位、消音恢复正常状态。

    4）换向电磁阀断线报警测试，分别撤掉装置内接线排（箱内右侧接线排）所对应换向阀接线，如1#蝶阀对应1和3号线，启动蝶阀，10s后出现蜂鸣器响，故障总灯、换向阀断线灯、所对应阀的故障灯亮，恢复接线后，按复位、消音恢复正常。

    5 结束语

    本系统设计出可控制4组气动蝶阀的控制容量的基础模型，如需增加容量，可添加PLC数字量模块及相关硬件达到扩容的目的。也就是说其容量大小取决于PLC所包含的输出、输入点数，其连接组装方式方法与本方案一致。PLC组态方便，编程简单易用，同时具有可靠性高、设计周期短的特点，非常适用于此小型的控制器设计。同时其故障率低、维修方便的特点非常适用于船舶关键部位的蝶阀控制装置，相信在以后的船舶电气发展中，其应用会愈加广泛。