基于PLC的船用泵组自动切换系统改造

基于PLC的船用泵组自动切换系统改造【摘要】针对传统继电器一接触器控制船用泵自动切换线路中存在的问题，提出了采用PLC进行系统改造的观点，并阐述了改造方案以及程序设计流程。确保船用泵组在故障时能实现主备用泵的自动切换，实现主备用泵的多地点控制，增强了系统抗干挠能力，提高了控制精确度和可靠性。【关键词】船用泵组；自动切换；PLC1.引言船舶电气设备的拖动控制中，泵组的自动切换控制是主要内容之一。为主机服务的燃油泵、滑油泵、冷却水泵等主要电动辅机，为了控制方便和工作可靠均设置两套机组。不仅能在机组旁控制，也能在集中控制室进行遥控；而且在运行中泵系统出现故障时能实现机组的自动切换，使备用机组立即启动投入工作，以保证主机处于正常工作状态。但目前泵组的自动切换系统仍多采用继电接触器控制，不仅可靠性差，使用维修很不方便，而且控制系统消耗大量电能。每组泵控制需用10只继电接触器和4只时间继电器等设备来监视泵的运行，而每个机舱这样的泵共需6～8组。如果采用PLC控制，每组泵只需2只接触器，可节省大量的空间和电能。2.对现通用自动切换过程的分析图1所示为某船泵的自动切换控制线路原理图，其工作原理如下：（1）机组的手动操作将控制开关SA置于“0”位置，如起动1号机组，按下1SB2使1KA得电，其常开触头1KA1闭合，成为自保，常开触头1KA2闭合，使1KM主接触器得电，主触头闭合，使1号机组电动机运行。主接触器的辅助触头1KM1闭合，计时器投入计时，同时运行指示灯H1亮。（2）机组的自动切换操作将控制开关SA置于“1”位置，即选择1号机组为运行机组，2号机组为备用机组，当1号机组发生故障时，能自动切换到2号机组起动投入工作。按下1SB2使1KA得电，其常开触头1KA1闭合，自保，常开触头1KA2闭合，使1KM主接触器得电，主触头闭合，1号泵电动机运行。常开触头1KA3闭合，使得KT1时间继电器有电，开始起动延时，在延时时间内，机组运行正常，泵输出端建立压力，压力继电器KP动作，4KA中间继电器有电动作，常开触头4KA1闭合自保，在3KA回路中常闭触头4KA2打开，防止起动延时引起误切换。当起动延时时间到时，KT1的常开触头闭合，此时4KA常闭触头4KA2已打开，不会时3KA得电。如果在起动延时时间内，没有建立起压力，压力继电器KP不动作，无法使中间继电器4KA得电，它的常闭触头4KA2保持闭合状态，只有起动延时时间到了，KT1常开触头闭合（说明1号机组起动过程中有故障），就会使3KA有电，自动切换到2号机组，即3KA有电，它的常开触头闭合，使得2KA有电，接通2KM主接触器，其主触头闭合，使2号机组投入运行。同时，2KM的常闭辅触头2KM1打开，使得1KA失电，1KA的常开触头1KA2打开，使得1KM失电，1KM的常闭辅触头1KM2闭合，提供2KA的自保回路。如果是1号机组起动正常，运行一段时间后，发生故障，压力变低了，压力继电器回到初始状态，使KT2时间继电器得电，在这延时时间内，如果压力恢复了，压力继电器就动作，使KT2不再有电，不能动作。如果在这延时时间内，压力不能恢复，延时时间一到，KT2的常开触头闭合，使KA3有电，进行自动切换动作。如果把控制开关SA置于“2”位置，其自动切换同上。3.控制要求分析船用泵组合控制系统的基本控制要求是：每组泵分别用两台泵通过并联的方式进行连接，互为备用，每一台泵都有独立的驱动电动机，以保证其工作的可靠性，系统对这些船用泵组合进行了切换控制。首先每组泵需要确定是自动控制或手动控制，还需要测量出口压力是否正常，每台泵之间需要一个互联信号表明其中一台是主泵。输出要控制每台泵的启动，指示出运行状态，并给出故障或低压报警信号。在系统处于手动方式启动各泵时，互为备用的两台泵，首先投入的为主用泵，后投入的为备用泵。在系统处于自动方式通电运行时，主用泵按一定的时间顺序依次起动，以防止起动电流对电网的冲击过大引起跳闸，备用泵处于备用状态。出现故障时，泵的出口压力会下降，当压力下降到警戒值时，压力检测开关将会动作，系统发出报警信号。同时备用泵电机自动起动，而故障泵电机在延时数秒后将自动停止。必须在工作人员重新选择工作泵并按下复位按钮后系统才能恢复正常；如果系统处于遥控方式，则工作人员可以通过控制台上的起停开关对每一台泵的电机实现遥控起停控制。根据以上要求，各泵的工作流程图如图2所示。4.PLC控制系统根据泵控制的要求，每组泵的控制原理基本相同，在选用PLC时可选用一台小型机控制多组泵，也可以每组泵选用一台微型PLC来控制。表1给出的是用西门子s7-200系列PLC单组泵控制系统I/O分配表，PLC外部接线图如图3所示。根据输入输出接点配置的设定，按控制要求及其所确定的逻辑条件，画出梯形图，编写PLC程序，便可完成泵组的自动切换PLC控制。在软件编写时应考虑以下问题：（1）为避免系统发生误报警、误切换等问题，程序应增加延时报警功能，即当压力开关瞬间动作时，系统不发出报警，只有当PLC检测到的泵出口压力连续2s低于设定值时才发出报警信号。（2）为保证系统通电运行时各组泵能按顺序起动，合理控制各组泵延时起动的时间间隔，一般为3～5s。（3）利用计时器记录每台泵运行时间，当达到设定时间时相应泵的运行指示灯闪亮，提示工作人员对其进行维护保养。计时器的复位按钮需按5s以上。5.结论对于机舱温度高、湿度大、机械振动强的特殊工作环境，采用PLC实现的泵组的自动切换控制，有效地防止了因压力瞬间波动而引发的误报警、误切换等问题，避免了电动机因频繁起动而造成的损坏，大大提高了控制系统的可靠性。同时也省去了大量的中间继电器和时间继电器，因而节省控制箱的空间，节约了电能。并且系统的操作维护都十分方便，因此用PLC对船舶的各种泵进行控制是完全可行的。参考文献[1]曹京生.PLC在泵自动控制系统中的应用[J].机械制造与自动化，2003（4）.[2]王瑞云.基于PLC控制的船用泵组的自动切换系统分析[J].船海工程，2012年12月第4l卷第6期.[3]邹俊杰.船用泵组自动切换原理图的改进[J].船电技术，2005（3）.[4]王宁.PLC在船用泵组合启动控制系统中的应用[J].科技信息（学术版），2007（26）.[5]张春来，汤畴羽.船舶电气[M].大连：大连海事大学出版社，2008.[6]张米雅，姚建飞.Zigbee技术在船舶机舱监控系统中的应用[J].船舶工程，2012（7月增刊）.