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1、船舶主机遥控实验室基于 Twido PLC 的船舶主机遥控系统提要 基于 Twido PLC 的机电一体化系统，实现对船舶主机的遥控操纵、自动控制及监视。关键词 Twido PLC 通信 气-电转换 调速 自动控制一 简介 通过努力建设使实验室成为国内外数字制造基础理论及应用技术的研究基地、数字制造高层次人才的培养基地、国内外数字制造专家学者的学术交流基地。研究项目筹建以来，实验室先后承担国家重大基础研究项目前期专项、国家自然科学基金重点项目、国际合作项目、国家 863 计划、国家科技攻关项目、国防基础研究项目、湖北省科技攻关项目、湖北省自然科学基金重点项目等各类科研课题达 70 余项。所获奖
2、项获得国家技术发明二等奖 1 项、国家科技进步二等奖 1 项、湖北省自然科学一等奖 1 项、湖北省科技发明二等奖 2 项、国家发明专利 21 项、具有自主知识产权的计算机软件 13 项，出版学术专著 5 部，发表学术研究论文 300 余篇，其中SCI、EI、ISTP 收录论文 82 篇。二 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
3、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
4、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
5、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
6、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 Twido PLC，每个控制站各配置一套 Twido PLC，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
7、站之间利用 PLC 的通信功能连接起来构成一个整体。Twido PLC 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。Twido PLC 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，Twido PLC 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 Twido PLC 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
8、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 Twido PLC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，程序的流程图分别见图 2，图 3、图4、图 5。图 2 自检子程序图 3 逻辑控制子程序（接图 4）图 4 逻辑控制子程序（接图 3）图 5 通信处理子程序六 总结该系统功能强大，结构合理，自动化水平较高，完全取决于其设计理念先进，设计方案合理。PLC 作为现代应用广泛的工业控制器，其可靠性高，能耗低，抗干扰能力强，应用组态灵活，在船舶自动化控制领域具有广泛的应用前景。系统中应用 Twido PLC，成本较低，功能强大，使系统在同类系统中具有较强的竞争力。
