谷卓垠

(4808工厂 舰船工程研究所，山东 青岛 266002)

基于PLC的船用气动蝶阀遥控装置设计

谷卓垠

(4808工厂 舰船工程研究所，山东 青岛 266002)

文章设计了一种基于西门子S7-200的气动蝶阀遥控装置，具有遥控启动、关闭各个船舶区位气动蝶阀的功能，并具备了故障报警、断线报警功能。给出了硬件组态及软件设计流程，测试结果显示系统具有高可靠性和实用性。

船舶气动蝶阀遥控装置；西门子PLC；数字量模块

module

随着自动控制技术的不断发展，现代船舶自动化程度日益提高，新型可编程控制器PLC在船舶上的应用程度不断提高。使用PLC模块为核心进行组态控制系统是一种既方便又可靠的方法。本装置是基于西门子S7-200系列PLC为控制核心，使用V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6软件进行程序编译设计，装置内核稳定，整个系统具有很高的可靠性和耐用性[1]。

1 船用气动蝶阀系统组成

气动蝶阀系统主要组成如图1所示，其中选用CPU226及数字量模块EM223、EM222作为控制核心，可提供28个输入接口、20个数字量输出接口和8个继电器数字量输出接口；由开关按钮提供操作信号，蜂鸣器和指示灯作为报警和显示[2]。气动硬件包括气源处理三联件(过滤器、减压阀、油雾器)、单向阀、安全阀、气动转换器及电磁换向阀组成。气动蝶阀由蝶阀及汽缸组成，汽缸顶部有指示蝶阀开关2个微动开关连接于PLC控制单元。

图1 气动蝶阀系统框图

2 系统工作原理

如图2所示，首先使1 MPa气源经过过滤器、减压阀减至0.6～0.8 MPa、油雾器、单向阀进入换向阀，通过电磁换向阀，气压进入气动蝶阀上的汽缸，推动汽缸里的活塞运行，带动阀杆从而开启或关闭蝶阀，并且带动微动开关变化反馈给控制核心用于逻辑计算，同时在指示灯上显示出此时蝶阀动作是否到位。

控制核心CPU226和EM223所连接的输入为蝶阀开关按钮、蝶阀微动开关等开关量；输出为指示灯、报警灯显示以及蜂鸣器报警；所选用的EM222数字量模块(继电器型)可直接驱动电磁换向阀，达到控制气动蝶阀的目的。作为控制核心，PLC通过逻辑运算可实现故障报警及断线报警等故障判断，如微动开关断线报警、换向阀断线报警。

图2 系统原理示意图

图2系统原理图给出了一组蝶阀控制的简图，包括了一组换向阀的控制、指示灯及报警灯的连接、开关按钮及微动开关的连接和气路的走向。开关按钮及微动开关属于输入类的开关量，连接于PLC的I口，换向阀及指示灯显示为输出类开关量，连接于Q口。而本设计方案包含了4组蝶阀的控制，其它连接方式与原理图一样。

3 程序设计

本程序中的主程序包含了开机供电后的自检程序、试灯程序、应答消音程序，主程序执行后进入自程序，子程序为蝶阀开关及报警控制程序。其程序应用了西门子V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6软件编写，其主程序的STL程序如下。

LD SM0.0

=Q1.4

LD SM0.1

O M0.0

AN T37

=M0.0

TON T37,20

LDN M0.0

A I1.2

O M0.0

S Q1.5,1

LDN M0.0

AN M0.5

AN M0.6

AN M0.7

AN M1.0

= Q2.1

LDN M0.0

LD I1.1

O M0.2

ALD

A Q1.5

=M0.2

LDN M0.0

LD Q1.5

O Q1.0

O Q1.1

O Q1.2

O Q1.3

ALD

O M0.0

=Q2.0

AN M0.2

AN M0.3

AN M0.4

LD I1.1

O M0.3

ALD

A Q1.6

=M0.3

LDN M0.0

LD I1.1

O M0.4

ALD

A Q1.7

= M0.4

LDN M0.0

A I1.0

R Q1.5,1

R Q1.6,1

R Q1.7,1

R Q1.0,1

R Q1.1,1

R Q1.2,1

R Q1.3,1

主程序下设4个子程序，分别对应4组蝶阀的转换阀控制程序，每个子程序包括了一个开阀流程和一个关闭阀流程，图3给出了开阀时的操作逻辑流程，其关闭阀的逻辑原理与开阀一致。每组阀控制程序都编写成一组独立的程序，作为模型程序以便今后添加系统容量后编写程序。

图3 开阀程序流程图

4 测试

本系统设计已进入实船试验阶段，以某舰为例，其测试方式如下。

1)供入1 MPa气源，减压后控制箱内仪表显示0.6～0.8 MPa，按下电源开关，自检正常无报警。

2)分别启动4个蝶阀旋钮、关闭旋钮，观察所对应的指示灯跟开关状态一致，表示装置及蝶阀工作正常。

3)阀微动开关断线报警测试，分别撤掉装置内接线排(箱内下方接线排)所对应蝶阀位置开关的接线，如1#蝶阀对应3和4号线，启动蝶阀，10 s后出现蜂鸣器响、故障总灯、蝶阀微动开关断线灯、所对应阀的故障灯亮，恢复接线后，按复位、消音恢复正常状态。

4)换向电磁阀断线报警测试，分别撤掉装置内接线排(箱内右侧接线排)所对应换向阀接线，如1#蝶阀对应1和3号线，启动蝶阀，10 s后出现蜂鸣器响，故障总灯、换向阀断线灯、所对应阀的故障灯亮，恢复接线后，按复位、消音恢复正常。

5 结束语

本系统设计出可控制4组气动蝶阀的控制容量的基础模型，如需增加容量，可添加PLC数字量模块及相关硬件达到扩容的目的。也就是说其容量大小取决于PLC所包含的输出、输入点数，其连接组装方式方法与本方案一致。PLC组态方便，编程简单易用，同时具有可靠性高、设计周期短的特点，非常适用于此小型的控制器设计。同时其故障率低、维修方便的特点非常适用于船舶关键部位的蝶阀控制装置，相信在以后的船舶电气发展中，其应用会愈加广泛。

[1]向晓汉.西门子PLC S7-200/300/400/1200应用案例精讲[M].北京：化学工业出版社，2011.

[2]杨后川.西门子 S7-200 PLC应用100例[M].北京：电子工业出版社，2009.

The pnewmatic butterfly-valve remote controller was designed based on S7-200 SIEMENS with multifunctions such as remote-control start,closing any function of the valve at any vessel position,fault-alarm and alarm at tripping-off.Hardware configuration and designing flow of software were also given,the testing result of which shows high reliability and utility of its display system.

remote controller for marine pnewmatic butterfly-valve;SIEMENS PLC;digital magnitude

谷卓垠(1984-)，男，河北保定人，工程师，大学本科，主要从事舰艇电子监控系统研究与维修。

U673

10.13352/j.issn.1001-8328.2014.01.010

2013-12-12