可編程控制器在船舶減搖鰭隨動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用

2.3 PLC軟件實(shí)現(xiàn)的功能

根據(jù)系統(tǒng)要求，程序需要實(shí)現(xiàn)以下功能：

(1)對(duì)來(lái)自系統(tǒng)油源機(jī)組的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，如發(fā)現(xiàn)油溫、油位等出現(xiàn)故障，系統(tǒng)停機(jī)并自動(dòng)報(bào)警。

(2)對(duì)來(lái)自控制器的輸入信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，保證其始終被限定在規(guī)定范圍內(nèi)，以保證減搖鰭工作轉(zhuǎn)角不超過(guò)其極限值;并對(duì)控制信號(hào)按一定控制規(guī)律進(jìn)行處理。

(3)在鰭轉(zhuǎn)動(dòng)工作時(shí)，將從鰭角電位計(jì)接收到的反饋信號(hào)與輸入的控制信號(hào)進(jìn)行比較，構(gòu)成回路，實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋。將控制信號(hào)與反饋信號(hào)綜合處理得到的結(jié)果作為控制指令發(fā)送給輸出端口。

(4)檢測(cè)PLC輸出給電液伺服閥的信號(hào)是否超過(guò)額定范圍，如超出則做相應(yīng)處理，保證伺服閥和減搖鰭正常安全地工作。

(5)在工作前或停機(jī)時(shí)根據(jù)操作需要隨時(shí)將減搖鰭運(yùn)行到零位或其它需要的位置。

隨動(dòng)系統(tǒng)軟件功能框圖如圖3所示。

2.4 系統(tǒng)改造中存在的問(wèn)題及解決方法

系統(tǒng)正常工作時(shí)，油溫應(yīng)低于60℃，油位應(yīng)大于300mm，若超出上述指標(biāo)，設(shè)在油箱內(nèi)部的傳感器開(kāi)關(guān)將閉合，輸出電壓信號(hào)。為實(shí)現(xiàn)對(duì)油溫和油位的檢測(cè)，需要將代表油溫和油壓的兩路信號(hào)輸入給PLC進(jìn)行檢查這樣將占用PLC模擬量輸入/輸出單元的兩個(gè)輸入端口，增加單元塊的數(shù)量。考慮到油溫和油壓變化較緩慢，沒(méi)有必要時(shí)刻監(jiān)視其變化，因此用軟件設(shè)置定時(shí)器，控制兩個(gè)繼電器交替開(kāi)關(guān)，使油溫和油壓信號(hào)只通過(guò)一路通道交替輸入PLC，在PLC內(nèi)部進(jìn)行檢測(cè)，達(dá)到降低成本的目的。 不同鰭工作時(shí)的飽和角度不同，設(shè)計(jì)中將鰭的正常工作角度設(shè)定在±25°以內(nèi)。根據(jù)真實(shí)鰭角與反饋電壓的比例關(guān)系，可以確定鰭角在±25°時(shí)對(duì)應(yīng)的反饋電壓是±2.2V，將這兩個(gè)電壓值作為PLC對(duì)輸入電壓信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)的參考值。在PLC程序中分別用十進(jìn)制數(shù)值±K440表示兩個(gè)參考電壓。PLC控制信號(hào)在輸出給電液伺服閥前也要進(jìn)行檢測(cè)，這一步檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)不是減搖鰭的工作額定電壓，而是電液伺服閥的額定電流，目的是保證伺服閥可以正常安全工作。伺服閥工作的額定電流為±8mA，線圈電阻為1000±100Ω。由于FP0系列PLC輸出電流范圍在0～20mA之間，無(wú)法為伺服閥提供負(fù)電流，但PLC的電壓輸出范圍在±10V之間，因此將電壓值作為指令信號(hào)輸入伺服閥。伺服閥串聯(lián)后線圈電阻為2000Ω，由此得到伺服閥工作的電壓可以達(dá)到±16V。系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為使伺服閥始終工作在線性區(qū)，將PLC對(duì)伺服閥的輸入電壓限定在±8V以內(nèi)在PLC程序中分別用±K1600表示兩個(gè)參考電壓如指令信號(hào)在±8V之內(nèi)，則正常輸出，如果超過(guò)±8V的范圍，則按照±8V輸出。 由于松下FP0系列PLC的PID命令不支持負(fù)數(shù)運(yùn)算，所以隨動(dòng)系統(tǒng)控制部分采用自行設(shè)計(jì)的PD控制命令。每次程序啟動(dòng)前PLC都先自動(dòng)對(duì)各主要寄存器清零，以消除程序啟動(dòng)時(shí)系統(tǒng)產(chǎn)生不必要的動(dòng)作。另外由于松下FP0型號(hào)不提供小數(shù)運(yùn)算，因此對(duì)無(wú)法整除的數(shù)據(jù)只能采用四舍五入的處理方法，比例系數(shù)只能設(shè)定成整數(shù)。為了克服這一缺點(diǎn)，程序先將存儲(chǔ)于DT20中的指令信號(hào)與鰭角反饋信號(hào)的差值乘以一個(gè)十進(jìn)制的系數(shù)(如K47)，將得到的數(shù)值存儲(chǔ)在DT30中，再將DT30中的數(shù)據(jù)除以一個(gè)十進(jìn)制系數(shù)(如K10)，這樣最終得到的數(shù)據(jù)與DT20中的數(shù)值直接乘以4.7后的結(jié)果幾乎完全相同，有時(shí)兩者之間會(huì)存在一個(gè)很小的偏差，可以忽略不計(jì)。這樣就解決了比例系數(shù)只能是整數(shù)的不足，更準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)了比例控制。 2.

5 隨動(dòng)系統(tǒng)性能分析

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)完畢后，按要求安裝，對(duì)各端口進(jìn)行測(cè)試，確保可以正常工作后將系統(tǒng)啟動(dòng)。給設(shè)計(jì)完成的隨動(dòng)系統(tǒng)輸入一個(gè)幅值為1V的階躍信號(hào)，得到系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)如圖4所示。

從圖中可以看到，系統(tǒng)的最大超調(diào)量在2%以內(nèi)，上升時(shí)間小于0.6s，過(guò)渡時(shí)間小于0.8s，暫態(tài)過(guò)程中的振蕩次數(shù)為3。上述各項(xiàng)指標(biāo)完全符合減搖鰭隨動(dòng)系統(tǒng)的工作要求。

除了良好的暫態(tài)品質(zhì)以外，還要求足夠的穩(wěn)態(tài)控制精度。穩(wěn)態(tài)控制精度反映了對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性或控制的穩(wěn)態(tài)精度的要求。對(duì)于恒值控制系統(tǒng)，在工作中如果給定值不變，要求輸出量也不變，因此注意的是擾動(dòng)量所引起的穩(wěn)態(tài)誤差;而對(duì)于隨動(dòng)系統(tǒng)，給定量以任意規(guī)律變化，則要求輸出量以一定的精度跟隨給定量變化，因此注意的是被控量和給定量之間的誤差。在檢測(cè)隨動(dòng)系統(tǒng)性能的實(shí)驗(yàn)中，輸入的階躍信號(hào)幅值為1V，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出為0.986V，穩(wěn)態(tài)誤差小于2%。上述各種指標(biāo)均符合減搖鰭系統(tǒng)對(duì)隨動(dòng)系統(tǒng)的要求。