基于PLC控制的船用泵组的自动切换系统分析

2012-01-22

船海工程 2012年6期

(渤海船舶职业学院，辽宁葫芦岛 125000)

现代船舶自动化机舱中重要的泵除了能就地操作外，还能在集控室主控制台或主配电屏的计算机液晶控制触摸屏、组合起动屏上进行遥控操作和自动运行。在自动运行方式中，自动运行的泵一旦出现故障，同组的备用泵能够自动起动并实现自动切换，各组泵依据事先设定好的次序逐台重新自动起动。

在组合起动屏中配置PLC控制单元，屏内泵起动控制单元通过现场总线与计算机控制系统建立通信联系，实现在液晶触摸屏上的起停泵控制。PLC控制单元I/O电路还接收受控泵的压力或液位控制信号。这样，可以实现这些泵不仅在多点进行起动和停止，而且一旦运行中的泵出现故障，在PLC控制下根据压力或液位信号的变化自动切换备用泵。

PLC控制单元采用冗余结构，配置两套可编程控制器PLC1、PLC2，I/O电路，PLC自动切换电路和自诊断电路。PLC1和PLC2互为备用，一旦运行的一套PLC出现故障，PLC自动切换电路立即使备用的一套PLC获电，并投入运行。

1 船用泵组的自动切换系统控制线路原理和运行分析

由于泵的自动切换控制原理基本相同，以主燃油泵为例进行分析。图1所示为主燃油泵的主电路，图2所示为No.l主燃油泵控制线路[1]，压力开关LP检测同组两台主燃油泵出口压力，并将压力信号送至PLC控制屏的I/O电路，监测运行着的燃油泵的出口压力。整个控制线路由PLC起动器控制单元、继电-接触器控制电路和主电路组成。

图1 主燃油泵的主电路原理

图2 主燃油泵控制电路原理

1.1 起动器控制单元(SCU)

绝大部分组合屏中的起动控制单元的硬件结构，由核心单元PLC和中间继电器组成。主燃油泵的PLC起动控制单元有4个输出继电器：起动继电器KA1、停止继电器KA2、运行继电器KA3和自动继电器KA4。当起动控制单元接收到起动主燃油泵的操作命令时，起动继电器KA1获电；当接收到停止命令时，停止继电器KA2获电；当主燃油泵处于正常运行状态时，运行继电器KA3获电；当主燃油泵的控制线路处于自动状态时，自动继电器KA4获电。

通过设置起动控制单元中的DIP开关、代码开关和编程，可以实现泵在集控室或主配电屏触摸屏、组合起动屏和就地控制箱等多点手动起动和停止控制，欠压保护，自动状态下电源恢复后自动延时起动，电动机故障报警功能及主备用泵的自动切换功能，满足各类泵、通风机等运行机械的不同要求。主燃油泵的起动控制单元具有如下功能，燃油压力过低时备用泵自动切换，“MAN/LINK”转换。

1.2 主燃油泵的手动起动和停止控制

由于船舶电站容量有限，为了减小主燃油泵电动机起动过程中的冲击电流对电力系统的影响，主燃油泵电动机采用按时间原则的自耦变压器降压起动方式。

1.2.1 主燃油泵的手动起动控制

合上低压断路器QF，按下就地控制箱上的起动铵钮SB1；或者点击触摸屏上起动图标；或者按下组合屏上起动铵钮，起动信号送至控制单元的PLC，起动控制单元PLC的绿色运行指示灯(RUN)亮；同时，PLC的输出触点KA1闭合，接通No.l主燃油泵控制线路电源。接触器KM1、时间继电器T1和T2同时得电电，T1的瞬动触点闭合与KM1的常开辅触点闭合，使接触器KM2线圈得电。

接触器KM1主触头闭合，将主电路中的自耦变压器AT结成“Y”形， KM2的主触头闭合，自耦变压器原边接电源，副边接电动机的定子绕组，主燃油泵电动机以额定电压的 90%开始降压起动。KM2的辅触点闭合，接触器KM3线圈得电，KM3的3个触点动作如下。

983 Effect of referral on intravascular treatment of acute ischemic stroke with large vessel occlusion

1)KM3的常开触点闭合，就地控制箱上的绿色运行指示灯GL亮；

2)KM3常开触点闭合，使PLC的运行继电器KA3的线圈得电，KA3常开触点闭合，组合屏上的运行指示灯亮；

3)KM3的常闭触点断开，将主燃油泵电动机定子绕组内的加热电阻(SH)电源切断。

电动机起动8 s后，T1的延时结束，T1的常开触点延时闭合，继电器KA5得电。继电器KA5的常闭触点断开，使继电器KM1的线圈断电；继电器KA5的常开触点闭合，使接触器KM4的线圈得电并实现自保。KM4的主触头闭合，电动机从降压起动切换为全压运行。接触器KM4常闭触点断开，使KM1、T1、KA5和T2断电恢复到起动前的状态。接触器KM4常开辅触点闭合，使接触器KM3继续获电，就地控制箱上的运行指示灯和组合屏上的运行指示灯保持点亮。

1.2.2 起动失败报警

在起动线路中的时间继电器T2，是为防止起动过程中不能在规定的时间(8 s)内从降压起动自动切换到全压运行而设计的。主燃油泵电动机开始降压起动时，时间继电器T2得电，如果在T2的15 s延时内Tl不能动作，电动机无法进入全压运行，T2的常开触点延时闭合使继电器KA6得电。KA6的2个触点动作如下。

1)KA6的常开触点闭合实现自保，并使红色起动失败(START FAIL)指示灯亮；

1.2.3 主燃油泵的手动停止控制

按下就地控制箱上的停止铵钮SB2；或者点击触摸屏上停止图标；或者按下组合屏上的停止铵钮，停止信号送至起动控制单元PLC，起动继电器KA1断电，KA1的常开触点断开，接触器KM4线圈断电，电动机停止运行。同时，停止继电器KA2得电，KA2的常开触点闭合，组合起动屏上的红色停止指示灯亮。

1.3 泵的自动切换和顺序起动控制

1.3.1 泵的自动切换控制

1)当运行泵电动机过载时，过载继电器FR动作，FR的常闭触点断开，运行泵的起动控制单元PLC接收到电动机的过载信号，运行泵停止，备用泵自动起动。待故障排除后，热继电器复位，原来的运行泵成为备用泵。

2)当运行泵电动机突然失电后，停止运行，备用泵自动起动，当原来的运行泵的电源恢复后成为备用泵。

3)当运行泵出口压力下降至某一值时，LP断开。由于某种原因泵的出口压力下降至动作值，并持续2 s以上时，LP将出口压力下降信号送至PLC控制屏，运行泵立即停止并自动起动备用泵。经过15 s延时后，如果出口压力恢复正常，则按下原运行泵的停止铵钮，使其成为备用泵；反之，停止备用泵的运行，并且阻止起动信号，防止备用泵和运行泵轮流起动的严重后果。

1.3.2 泵的顺序起动控制

将起动控制单元SCU中的“MAN/LINK”双位开关置于“LINK”位置。由于某种原因电网失电后，所有泵都停止运行，电网恢复供电后，为防止电网超负荷情况发生[2]，各组原来运行的泵应按事先设定的时间顺序逐台起动，每台泵的顺序起动时间由PLC控制屏设定。