蚁象公司成功将S7-1200 应用于船舶侧向推进器起动柜

项目简介

1.1 概述

       随着现代航运事业以及造船新技术的快速发展，船舶也走向大型化、智能化。而对于船舶也有越来越高的机动性能要求，侧推装置在船上的应用也越来越广泛。侧推装置大大增强了船舶的机动性，船舶在做靠离码头或穿越狭窄水道等机动航行时的安全系数显著提高。侧推器由柴油机、电力、液压等驱动方式，配合定距桨或液压伺服变距桨组成推进单元。侧推由大功率恒速电机驱动、螺旋桨螺距控制基于比例换向阀和变量液压泵，并通过PLC进行随动控制。装置如果有线路浮接，仪表损坏，测量电位器失效等电气故障；液压阀件卡阻等机械故障都会引起螺距控制无响应的现象。侧推装置有四大部分组成：指令单元、总控制单元、电力驱动单元和液压伺服单元。指令单元发出指令，反馈器将反馈信号传给总控制单元，总控制单元经比较分析后输出控制信号控制电力驱动单元的启停和液压伺服单元动作。

1.2 电力驱动单元

       电力驱动单元也就是电机起动柜，主要是通过PLC控制主电机以及辅机的启停，对电机进行过载保护和热保护等其他连锁保护，监控主电机以及油泵电机的运行状态，并将这些状态发送给总控制单元。主机也就是侧推起动器的主电机，辅机包括油泵电机、海水泵、风机，由此可见，起动柜的控制对象都为三相异步电机。主电机规格：电制AC415V×50HZ×3φ，功率390KW，额定电流661A，额定转速1478r/min，电机为连续工作制。油泵电机规格：电制AC415V×50HZ×3φ,功率2.2KW，额定电流4.6A，额定转速1420 r/min,由于主电机功率较大，采用软起动方式启动，油泵电机可以直接起动

工艺流程介绍

2.1 控制流程

       由于船舶的特殊性，侧推起动柜有2种控制方式：驾驶室控制、机旁控制。在控制柜的柜门上有一个控制位置转换开关，可以选择控制方式。在起动主电机前，需要现选择控制方式，然后起动辅机，只有辅机起动运行后，才能起动主电机。当需要停止侧推系统的时候，需要先停止主电机，再停止辅机，流程图如下所示：

2.2 控制回路

1）主电机起动控制回路及起动互锁（起动互锁回路至少应包括以下状态）

（a）桨角                               ：  零位                                                                              （b）重力邮箱油位               ：  正常                                                                              （c）油泵低压                       ：  正常                                                                              （d）辅机（风机，油泵，海水泵）         ：  运转                                                     （e）发电机运转                   ：  运转

（2）主电机急停回路

仅当按下“紧急停止按钮”时主电机紧急停止，以下状态不允许停：（a）油泵低压（b）重力邮箱低油位

（3）油泵电机、主电机及起动器用防潮加热器控制回路

（a）当油泵电机运转时，其防潮加热器自动停止；         （b）当主电机运转时，主电机防潮加热器及起动器防潮加热器自动停止。

（4）顺序控制试验回路：【风机+油泵+海水泵】→侧推

方案确定及产品硬件配置

3.1 PLC配置选择

经分析我们可以得知，系统共有数字量输入信号23个，数字量输出信号38个，无模拟量输入输出信号。经过分析和考虑市场价格，我们选择了性价比最高的配置，即1个CPU 1214C DC/DC/继电器（6ES7 214-1HE30-0XB0），1个SM1223（6ES7 223-1PL30-0XB0），2个SM1222（6ES7 222-1HF30-0XB0），这样的配置是最经济的。整个PLC系统的配置图如下所示：

控制系统的I/O点及地址分配

控制系统的输入/输出信号的名称、地址如下表所示：

表1 系统输入/输出地址分配

应用体会

S7 1200价格低廉，结构小巧，可靠性高，运行速度较快，有极丰富的指令集，具有强大的多种集成功能和实时特性，其性价比很高。而船舶侧推起动柜的现场工作环境比较恶劣，工作现场有很电磁干扰，电源波动，空气湿度也较大，对工业控制系统安全性和可靠性要求较高，一旦出现故障，维修很麻烦，而且容易造成较大损失。经过种种考虑，我们采用了西门子的S7 1200，而事实证明，S7 1200可以最大限度的避免这样的问题，比较出色的完成控制任务。