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一引言 

本世纪初十余年，国内外船舶市场将持续兴旺，国际造船中心已进一步向东南亚转移，我国正在和将要成为国际重要的造船基地。船舶工业是大型装备制造业，具有技术先导性强、产业关联度大、资本与劳动密集结合等特点，同时船舶工业也是航运业、渔业、海洋工程的重要基础，发展船舶工业对于加快建设先进制造业基地，发展海洋经济，推进我市国民经济发展，具有十分重要的意义。

船舶主机操纵控制系统是船舶机电的核心组成部份，作为船舶主推进系统的控制核心，它直接影响和关系到船舶航行的安全。现在国内的船舶主机操纵控制系统一般由船用柴油机厂家针对某型柴油机开发配套，通用性和适应性比较差，自动化程度较低。随着机算机应用及网络技术普及，在国际上船舶机电系统的研究正逐步向网络化、智能化、模块化方向迈进，我们意欲在该领域紧跟世界技术发展的步伐，为推动我国造船技术的发展尽微薄之力。

二系统控制内容及功能要求

主机操纵控制系统一般设驾驶室控制站、机舱集中控制室控制站和机旁就地控制站，操作人员可以根据航行需求选择哪个在控制站对船舶主机进行控制。选择机旁就地控制时，操作人员依照驾驶室传达的车令通过机上手动机构控制主机的速度及合排动作并回令；选择机舱集中控制台遥控时，操作人员依照驾驶室传达的车令操动操纵器，系统将自动控制主机的速度及合排动作并回令；选择驾驶室遥控时，操作人员操动操纵器，系统将自动控制主机的速度及合排动作并回令。各个控制站均能监视主机的工作状况、相关参数和报警信息。系统的调速信号应能驱动主机的调速机构或直接配置有调速机构。对主机转速和齿轮箱合排实现自适应控制，使主机自动避开临界转速区。系统能够为VDR提供船舶航行时主机和车令的相关数据。

三系统要求和设计思路

系统要求：系统要求具有较强的通用性和适应性，较高的自动化程度；系统能适应和满足目前主流船用柴油发动机厂家生产的船用柴油发动机及换向齿轮箱组成的主推进系统的控制要求，并且满足船级社的相关规范和要求；系统的软件和硬件均采用模块化设计，系统的逻辑功能和参数控制由软件实现，使系统功能具有一定的柔性，便于系统的功能扩展；系统各分散装置之间通过通信连接，减少控制电缆，具有对外通信接口，可与船舶自动化系统及其它设备直接通讯连接。

设计思路：系统设计作到模块化，通用化设计；具有开放性，兼容性，方便系统扩展及其它系统接入；结构简单，维护方便；具有自诊断功能，易于发现和处理故障；冗余设计，使系统具有高可靠性。

该系统设计的难度在于系统必须具备强大的扩展功能及通信功能，具有高可靠性，在此前提下，必须控制成本，降低风险。

四系统结构和硬件构成

系统主要由驾驶室控制站，机舱集中控制台控制站，机旁就地控制站三大功能单元组成，系统的结构如图1所示。

图1 系统框图

驾驶室控制站和机舱集中控制站制作成嵌入式结构，分别安装在驾驶室控制台和机舱集中控制台上，机旁控制站为壁挂式结构，安装在机旁便于操作的场所。

通过对各种方案的综合比较，我们认为PLC硬件成熟，功能强大，系统的设计决定采用基于PLC的方案，以缩短设计开发周期，降低开发风险。整个系统结构基于TwidoPLC，每个控制站各配置一套TwidoPLC，均由1只CPU，1只通信处理器和若干输入输出模块组成，控制站之间利用PLC的通信功能连接起来构成一个整体。

TwidoPLC取得包括LR、BV、ABS等船级社的相关认可，能够适应船舶使用的较恶劣环境，满足船舶电气装置的高可靠性的要求。TwidoPLC虽然是小型PLC，但其具备较强的扩展功能和通信功能，能够满足系统对较高的通信功能的要求，TwidoPLC可提供RS485接口，也可以提供以太网接口及CANOPEN、ASi等接口，通过灵活应用，可以组成功能齐全的控制系统。由3套TwidoPLC组成的船舶主机控制系统不但能完成各控制站之间的内部通信功能，还能提供与船舶航行记录仪VDR及主机自带的监视系统通信的接口，同时为系统保留了较强的扩展能力。

五 软件设计

由于系统的主要逻辑功能均由软件实现，所以系统的软件设计在整个系统的开发中尤为重要。系统的软件功能要求主要有系统自检、逻辑控制、通信功能等。

根据系统总体设计的思路，系统的软件采用模块化设计，充分利用TwidoPLC具备的子程序调用的功能，相应的功能块以子程序的形式编制，通过主程序调用，使程序结构清晰，维护和调试方便，

可编程控制器是一种数字运算顺序控制系统，专为工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行运算，顺序控制，定时，计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的生产机械和生产过程。可编程控制器及其有关外国设备，都易于与工业系统连成一个整体，易于扩充其功能的原理设计。它具有控制能力强，操作方便灵活，价格便宜，可靠性高等特点，不仅可以取代传统的继电接触系统，还可以构成复杂的工业过程控制网络，是一种适应工业发展的新型控制器。基于以上PLC控制系统的特点，如果把这样的系统应用于船用牵引控制系统是相当有意义的。以前，人们卷缆绳是用一个杠杆之类的器械一点点卷起的，这种方法比较费力，而且相当不易于控制；现在用PLC控制系统控制液压阀，用液压力驱动机械动作，实现各个动作行为，这样人们只要按动按钮，就可以控制卷缆、放缆等各个动作了。

这套系统是用PLC控制船用液压牵引系统，对于一套系统来说，液压站由电气柜和操作台组成，放在中央控制室，作为远程控制。一套系统有三个阀台，每个阀台由一个操纵箱控制，分别放在各阀台旁边，作为机旁控制。液压站的泵源部分旁边有一个操纵箱，它上面有用来控制YV1、YV2和四个电机的按钮，这也叫做机旁控制。操纵面板的按钮均带有指示灯，主要件用施耐德。

设计时，要注意大限度地满足被控制装置的控制要求；在满足控制要求的前提下，保证控制系统工作可靠，使用安全；力求控制系统简单，价格便宜，操作和维修方便；在选择PLC时，输入输出点数和容量应留有裕量，以满足生产的发展和工艺内容变化的需要；电气设备要符合国际海上生命安全公约的规定；部件要有防松脱的措施；船用电气设备在结构上、技术上和安装方式上应能适应倾斜和摇摆的条件。

用PLC系统控制液压元件还要注意很多问题，比如说在选择两个主电机、控制泵电机、辅助泵电机的型号时，要注意选好其功率以使其能够顺利工作又不至于浪费；在接线时，要注意各个线号要对应好，出现一点点小问题都可能使整个系统不能正常工作；此外，因为此系统要安装在船上，所以在设计时按钮指示灯要注意防水并且要定时检查维护系统，主要件要有船检证。

将PLC应用于机械控制系统，因其给人们带来很多方便，所以早已受到人们的重视。它已在诸多领域被广泛应用并成为现代工业控制的三大支柱之一。