基于PLC的船舶貨控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、系統(tǒng)概述

　　CARGOPRO（CARGO CONTROL SYSTEM）系統(tǒng)主要包括：液位遙測(cè)系統(tǒng)、閥門遙控系統(tǒng)、獨(dú)立高位及高高位報(bào)警系統(tǒng)和大艙進(jìn)水報(bào)警系統(tǒng)這四個(gè)子系統(tǒng)組成，可以對(duì)全船的貨控系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)。

我們采用GE Fanuc 90-30、VersaMax Micro等系列的PLC作為系統(tǒng)的控制單元，VersaMax Remote I/O作為遠(yuǎn)程站進(jìn)行信號(hào)采集，Genius Bus、Mod Bus、Profibus等通用總線協(xié)議作為內(nèi)部通信協(xié)議，并通過(guò)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與工控軟件iFix通信，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話。

　　2、系統(tǒng)解決方案

　　整套CARGOPRO系統(tǒng)的系統(tǒng)圖如圖1所示：

整套 CARGOPRO 系統(tǒng)的系統(tǒng)圖如圖 1所示：

　　圖1 CARGOPRO系統(tǒng)圖

　　2.1 液位遙測(cè)系統(tǒng)

　　液位遙測(cè)系統(tǒng)采用分散采集，集中控制的設(shè)計(jì)理念，對(duì)相應(yīng)艙室的液位，液貨艙的溫度以及四角吃水等進(jìn)行檢測(cè)與報(bào)警。由于信號(hào)種類多，分布廣，在采集時(shí)尤其注意，因此所有的信號(hào)都通過(guò)安裝在各個(gè)采集箱中的GE VersaMax Remote I/O模塊進(jìn)行采集，保證所采集信號(hào)的準(zhǔn)確性。GE VersaMax Remote I/O模塊通過(guò)GE的Genius Bus總線協(xié)議與安裝在貨控臺(tái)的PLC主站通信，將所采集的信號(hào)發(fā)送到PLC的CPU模塊。經(jīng)過(guò)CPU處理后將控制信號(hào)經(jīng)Genius Bus發(fā)送到GE VersaMax Remote I/O模塊，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

　　本系統(tǒng)上位機(jī)部分包括一臺(tái)工控機(jī)、一臺(tái)交換機(jī)以及打印機(jī)和軟件。工控機(jī)通過(guò)TCP/IP協(xié)議與PLC主站通信，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控軟件HMI/SCADA iFix與PLC之間的信息交換。操作者通過(guò)iFix軟件可以實(shí)現(xiàn)對(duì)所有測(cè)量點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以及對(duì)報(bào)警信息的處理。

　　2.2 獨(dú)立高位及高高位報(bào)警系統(tǒng)

　　該系統(tǒng)通過(guò)采集獨(dú)立的報(bào)警信號(hào)，對(duì)液貨艙、污水艙、壓載水艙等艙室的高液位及高高液位信號(hào)進(jìn)行報(bào)警。采用獨(dú)立的VersaMax Micro系列PLC作為控制器，QuickPanel View系列的觸摸屏作為HMI，構(gòu)成了一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)報(bào)警信號(hào)的顯示和控制。

　　作為HMI的觸摸屏與PLC控制器之間通過(guò)Mod Bus總線協(xié)議通信，所有報(bào)警信號(hào)的顯示以及操作員對(duì)系統(tǒng)的操作在一個(gè)觸摸屏上完全實(shí)現(xiàn)，使得整個(gè)系統(tǒng)極為精簡(jiǎn)。

　　2.3 大艙進(jìn)水報(bào)警系統(tǒng)

　　系統(tǒng)利用壓力式液位測(cè)量原理，將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成4-20mA電流信號(hào)，送至貨控臺(tái)上的VersaMax Micro系列PLC控制站，PLC控制站與QuickPanel View系列的觸摸屏通過(guò)TCP/IP通信，實(shí)現(xiàn)報(bào)警信號(hào)的現(xiàn)實(shí)與控制。整套系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的液位顯示，報(bào)警顯示及控制。

　　2.4 閥門遙控系統(tǒng)

　　閥門遙控系統(tǒng)由貨控臺(tái)GE Fanuc 90-30系列PLC控制主站、電磁閥箱VersaMax Remote I/O PLC采集控制站、閥門遙控專用工控機(jī)、液壓動(dòng)力泵站、電磁閥箱（包括應(yīng)急閥塊）、液動(dòng)閥門、手搖泵、應(yīng)急手搖泵組成。閥門遙控裝置采用電-液型驅(qū)動(dòng)裝置來(lái)控制電磁閥的動(dòng)作以達(dá)到遙控操縱貨油及壓載艙管路閥門的打開(kāi)和關(guān)閉。閥門的開(kāi)閉操作及閥位指示都在貨控臺(tái)上閥門遙控專用顯示屏上。

　　在貨控臺(tái)的 PLC 控制主站處可對(duì)液動(dòng)遙控閥進(jìn)行開(kāi)關(guān)操作。開(kāi)關(guān)閥的開(kāi)關(guān)指示，紅色指示閥門關(guān)閉，綠色指示為閥門打開(kāi)；開(kāi)度閥具有開(kāi)度指示及控制。電磁閥箱 PLC 控制站通過(guò) Genius Bus與貨控臺(tái) PLC 主站連接，根據(jù)貨控臺(tái) PLC控制站的操作要求，控制相應(yīng)的電磁閥，通過(guò)電磁閥的瞬間通電換向并鎖位功能，控制油路進(jìn)出方向，達(dá)到開(kāi)關(guān)閥門的目的；所有遙控閥的閥位指示及開(kāi)度控制信號(hào)均送到電磁閥箱 PLC 控制站，通過(guò) Genius Bus發(fā)送至貨控臺(tái) PLC 控制站接收。

　　上位機(jī)部分包括一臺(tái)工控機(jī)、一臺(tái)交換機(jī)以及打印機(jī)和軟件。工控機(jī)通過(guò) TCP/IP 協(xié)議與 PLC 主站通信，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控軟件 HMI/SCADA iFix 與 PLC 之間的信息交換，實(shí)現(xiàn)閥門的控制及狀態(tài)的顯示及報(bào)警歷史記錄與查詢。

　　3、系統(tǒng)特點(diǎn)

　 為了盡可能的保護(hù)系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，我們采用的控制和信號(hào)采集模塊是GE的PLC; 利用分散采集，集中控制的原則，使得各種信號(hào)的采集與控制準(zhǔn)確、方便；兼容多種通用的總線協(xié)議，如：Genius Bus，Mod Bus等，極大的增加了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性；同時(shí)運(yùn)用模塊化設(shè)計(jì)，將系統(tǒng)劃分為不同功能的模塊，使其獨(dú)立，便于修改和擴(kuò)展，這樣既能滿足根據(jù)客戶的特殊需要，又能實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的組合；多種人機(jī)界面，如：IPC、觸摸屏、MIMIC板等，確保了操作人員能方便，快捷地獲取信息并實(shí)現(xiàn)控制。

　　4、結(jié)束語(yǔ)

　　CARGOPRO系統(tǒng)通過(guò)極高的安全性和穩(wěn)定性和友好的人機(jī)交互界面在多艘船上得到了應(yīng)用，并通過(guò)了多家船級(jí)社的船檢。