可編程控制器在船舶減搖鰭隨動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用

減搖鰭是最為行之有效的一種主動(dòng)式船舶減搖裝置，它的減搖效率高，經(jīng)過60多年的發(fā)展，已廣泛應(yīng)用于各種船舶中。它的減搖原理是：船舶在水中行駛過程中，當(dāng)鰭在水中有一個(gè)速度和傾斜角的時(shí)候，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)升力，利用此升力產(chǎn)生的力矩來抵抗海浪的干擾力矩，便可達(dá)到減小船舶橫搖的目的。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，減搖鰭系統(tǒng)正在逐步完善，減搖效果也在不斷提高。

近年來，在工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化控制領(lǐng)域中，正普遍利用一種新型控制設(shè)備--可編程控制器(PLC)。目前的PLC正在向著精度更高、功能更多、使用更方便的方向發(fā)展。從PLC的發(fā)展趨勢(shì)來看，PLC控制技術(shù)將成為今后工業(yè)自動(dòng)化的主要手段。將其引入減搖鰭控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制，將進(jìn)一步提高控制系統(tǒng)的靈活性和可靠性。

1 減搖鰭隨動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理

減搖鰭的隨動(dòng)系統(tǒng)連接來自控制系統(tǒng)的控制信號(hào)，是轉(zhuǎn)鰭機(jī)構(gòu)的中間轉(zhuǎn)換和功率放大環(huán)節(jié)。改造前，每個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)由±15V穩(wěn)壓電源板DYCJ、綜合放大板SKCJ、操縱轉(zhuǎn)換板SCCJ、液壓控制系統(tǒng)以用轉(zhuǎn)鰭機(jī)構(gòu)、反饋、限位元件等組成。隨動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)盡可能快速、準(zhǔn)確、穩(wěn)定地工作。目前，大多數(shù)減搖鰭的隨動(dòng)系統(tǒng)都是電-液隨動(dòng)系統(tǒng)。本系統(tǒng)以NJ4型減搖鰭的閥控式電液隨動(dòng)系統(tǒng)為原型，對(duì)其做了適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，下面進(jìn)行詳細(xì)介紹。

原有隨動(dòng)系統(tǒng)的工作原理圖如圖1所示。首先將來自控制器的信號(hào)送到綜合放大電路板SKCJ(該插件板能對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行隔離)，與升力反饋信號(hào)進(jìn)行代數(shù)求和、校正、放大，然后再與鰭角反饋信號(hào)進(jìn)行二次代數(shù)求和、校正、放大，接著送到鰭機(jī)械組合體上的射流管電液伺服閥，進(jìn)行電-液信號(hào)轉(zhuǎn)換。電液伺服閥根據(jù)SKCJ板輸出信號(hào)的大小和極性調(diào)節(jié)來自油源機(jī)組的液壓油的流量和流向，使液壓缸的活塞速度和運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生變化，帶動(dòng)鰭機(jī)械組合體上的搖臂轉(zhuǎn)動(dòng)，使鰭轉(zhuǎn)動(dòng)到一定的角度產(chǎn)生相應(yīng)的對(duì)抗力矩。

改造后，以上各功能完全由PLC實(shí)現(xiàn)，原有隨動(dòng)系統(tǒng)中的各電源、插件板也將由PLC各模塊取代。

2 隨動(dòng)系統(tǒng)的改造

2.1 減搖鰭隨動(dòng)系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)

PLC隨動(dòng)系統(tǒng)接收來自控制器的控制信號(hào)，經(jīng)過處理后傳遞給伺服系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)減搖鰭移動(dòng)到指定位置，同時(shí)將輸出信號(hào)反饋回PLC，構(gòu)成控制回路。系統(tǒng)改造后的原理如圖2所示。

2.2 系統(tǒng)中PLC的選擇

由于船舶航行在環(huán)境瞬息萬變的海面上，工作環(huán)境非常惡劣，比如機(jī)艙內(nèi)的溫度能夠達(dá)到55℃，濕度更可以達(dá)到95%，并且存在各種強(qiáng)烈的沖擊、振動(dòng)和鹽霧，這就要求安裝在艦船上的減搖鰭系統(tǒng)有較強(qiáng)的抗干擾能力。而船舶上空間狹小，對(duì)所安裝設(shè)備的體積也有一定的要求。由于減搖鰭隨動(dòng)系統(tǒng)工作環(huán)境的特殊性，對(duì)系統(tǒng)中的PLC有較高的要求?？紤]到性能指標(biāo)、功能、體積和價(jià)格等因素，本文選擇了松下電工的FP0系列可編程控制器。 系統(tǒng)主要包括電源單元、控制單元和兩個(gè)模擬量輸入輸出單元。PLC工作環(huán)境溫度在0～55℃范圍內(nèi)，工作環(huán)境相對(duì)濕度為30%～85%，模擬輸入與PLC內(nèi)部電路之間采用光電耦合器進(jìn)行隔離，同時(shí)輸入輸出端設(shè)置濾波器，使之符合減搖鰭系統(tǒng)工作環(huán)境的要求。