杨斌斌，李 霏，王树仁，唐 然

（中国海上卫星测控部，江苏江阴 214431）

基于PLC的发电柴油机海水泵控制电路改造设计

杨斌斌，李 霏，王树仁，唐 然

（中国海上卫星测控部，江苏江阴 214431）

本文引出了发电柴油机海水泵控制电路进行PLC技术改造的必要性，详细描述了根据继电器控制电路进行PLC梯形图程序设计的方法和步骤，同时给出了PLC程序及控制接线图，并通过仿真和调试，充分验证了PLC控制的可行性。

发电柴油机；海水泵；PLC；电路改造；仿真分析

0 引言

某船机舱泵浦电机控制电路多采用传统的“继电器—接触器”控制方式，这种控制方式线路复杂、连接点多，不仅故障多，而且维修量大、维护不便。而采用PLC控制的电路具有故障率低、运行可靠和易维护等优点，同时还能在线实时监测电机运行情况，并能针对异常情况发出报警，使值班人员及时发现定位故障。本文以发电机海水泵为例，对其继电器控制电路进行了PLC控制改造设计。

1 发电柴油机海水泵简介

1.1 功能介绍

发电柴油机运行过程中，缸套等部件需要淡水进行循环冷却，淡水的冷却是通过中央冷却器与海水进行热交换实现，海水泵则在电机带动下为中央冷却器提供持续流动的海水，如果海水泵不能正常工作，最终将导致发电柴油机高温停机。图1所示为海水泵控制电路图[1]。

图1 海水泵控制电路

1.2 存在问题

目前的继电器控制电路，由于使用了大量的中间继电器和时间继电器，不仅接线复杂，而且由于船舶的剧烈振动，接线松动时有发生，故障发生时由于线路交错在一起，无法短时间定位故障点。

2 海水泵控制电路PLC改造设计

2.1 系统控制要求分析

根据继电器控制电路，发电柴油机海水泵电机为“星—三角”降压启动，分手动和自动两种工作模式[2]。

将模式选择开关S43打到手动，按下启动按钮2S42或机旁启动按钮1SB2，可以手动启动海水泵。

自动模式下，当模式选择开关S44打到1主2备时，1#海水泵为主用，可以低压自启动，发生低压故障能自动停机，并且切换启动备用的2#海水泵。1#海水泵运行中，如果电网断电后恢复供电，该泵还能延时5s自动启动。

2.2 输入/输出设备确定

根据以上分析，合理分配PLC的输入/输出点，具体分配如表1所示。

表1 PLC的I/O分配表

2.3 控制系统接线图绘制

由于系统所用到输入/输出接口比较多，故选用西门子公司生产的CPU226CN型PLC进行控制，该型号PLC具有24个输入点和16个输出点，正好满足需要。考虑到PLC要控制电动机，输出方式选用继电器输出，输入电源选用AC220V。PLC控制系统的接线图[3]如图2所示。

2.4 PLC控制程序编写

根据功能要求，以1#海水泵为例，手动和自动模式分开进行编程。具体程序设计如下，文字注解表示PLC输入输出点与外部元器件的对应关系。

2.4.1 手动控制程序设计

根据输入输出接口分配表，如图3所示，当机旁维修开关打到通位置时I0.4常闭触点闭合，模式选择开关2S43打到手动时I0.7常开触点闭合，按下启动按钮2S42或1SB2时I0.0常开触点闭合，接通中间继电器M0.2。中间继电器M0.2的作用是控制1#海水泵电机“星-三角”降压启动。

图2 PLC控制接线图

如果电机过载或按下停止按钮，中间继电器M0.2失电，1#海水泵电机停止运行。

图3 手动启动程序

2.4.2 自动控制程序设计

如图4所示，当模式选择开关2S43打到自动时I0.7常闭触点闭合，模式选择开关2S44打到1主2备时I1.0常开触点闭合，此时1#海水泵为自动控制，并且1#海水泵为主用，2#海水泵为备用。

1）管路低压报警

如图4所示，当海水泵刚开始启动时，管路还未建立管压，常开触点I0.6闭合，中间继电器M0.0得电动作，若低压持续10s，中间继电器M0.1得电动作，产生低压报警。

图4 管路低压延时报警

2）低压自启动

如图5所示，当海水泵管路低压时，中间继电器M0.0得电动作使中间继电器M0.3得电。M0.3的作用是控制1#海水泵电机“星—三角”降压启动[3]。

3）备用切换自启动

自动和2主1备模式下，若2#海水泵运行中出现管路低压，则中间继电器M0.6得电，2#海水泵低压故障停机，并切换启动1#海水泵，如图5所示。

为了避免停机状态下对 2#海水泵进行过载测试时使1#海水泵误启动，将与2#海水泵控制电路中2KM53接触器相对应的线圈Q1.4的常开触点串联在电路中，如图5所示。

4）断电恢复延时自启动

电网断电恢复后，为了避免按下停止按钮、电机过载和管路低压故障使1#海水泵停机后，T40自动计时5s后使1#海水泵自动启动，如图6所示，可以利用中间继电器M0.4，当其得电时常闭触点断开，这样即使延时5s后T40常开触点闭合，中间继电器M0.3也不会得电。

图5 自动启动程序

图6 顺序启动控制

5）手动与自动切换

为了使手动切换到自动时1#海水泵不停机，将中间继电器M0.2的常开触点与 IO.7常开触点和IO.O常开触点并联，同时将M0.1常闭触点串联在电路中，如图3所示，当模式选择开关2S43打到自动时，中间继电器M0.2保持通电，电机不会停机。此时当电机过载或管路低压故障时，可以使1#海水泵停机，同时切换启动备用的2#海水泵。

为了使自动切换到手动时1#海水泵不停机，将中间继电器M0.3的常开触点与 IO.7常闭触点、MO.O常开触点和I1.0常开触点并联，如图5所示，这样当模式选择开关2S43打到手动时，中间继电器M0.3保持通电。此时由于IO.7常闭触点处于断开状态，中间继电器M0.0不会得电，1#海水泵不会低压停机，也不会切换启动2#海水泵，同时也不会发生电机过载切换。如果按下停止按钮，1#海水泵可以停机，并且不会低压自启动。

6）停机与故障切换

自动和1主2备模式下，将模式选择开关2S43打到手动，按下停止按钮，可以使1#海水泵停机。当1#海水泵运行中出现管路低压持续10s，中间继电器M0.1立即得电动作，使1#海水泵停机，同时切换启动备用的2#海水泵；当1#海水泵电机过载时，I0.5常开触点闭合，使1#海水泵停机，同时切换启动备用的2#海水泵。

2.4.3 “星—三角”降压启动控制

如图7所示，当中间继电器M0.2或M0.3得电后，先使线圈Q1.1和Q1.2得电，使电机星形降压启动。经T38延时30秒后，线圈Q1.2失电，线圈Q1.3得电，使电机切换为三角形运行[4]。

图7 星-三角降压启动控制

2.5 指示电路设计

指示电路与控制电路分开，如图8所示，Q0.0线圈得电输出时运行指示灯亮，Q0.1线圈得电输出时管路低压故障指示灯亮，Q0.2线圈得电输出时过载指示灯亮。自动模式下，1#海水泵为备用时，Q0.3线圈得电输出，1#海水泵备用指示灯亮。

图8 指示电路

以上是1#海水泵的PLC程序设计，2#海水泵的PLC程序与其类同，只是相关输入输出点不同，详细程序见附录。

3 仿真分析

为检验编写的 PLC程序是否正确，可借助S7-200 SIM 2.0仿真软件进行调试。仿真分手动和自动，单击按钮“I0.7”和“I1.7”，1#和2#泵为手动控制模式，可以手动启动海水泵，如图9所示。按钮“I0.7”和“I1.7”保持初始不变时，1#和 2#泵为自动控制模式，单击按钮“I1.0”时，为1主2备，1#海水泵可以自动启动。通过仿真分析，PLC程序能够实现既定功能，说明程序是正确的。

图9 仿真截图

4 实际电路接线调试

根据设计的海水泵PLC控制接线图，接出实际电路[5]，并将PLC控制程序下载到PLC，然后进行空载调试。通过调试，1#海水泵和2#海水泵能实现继电器控制的一切功能，并能独立输出低压报警和过载报警，说明用PLC控制发电柴油机海水泵是可行的。海水泵PLC控制程序如图10和图11所示。

图10 海水泵PLC控制程序

5 结束语

本文通过程序设计、仿真和调试，验证PLC控制海水泵的可行性。此次改造设计不改动控制柜操作面板，只对内部控制电路进行PLC控制改造，操作人员不用改变长期形成的操作习惯。改造后的PLC控制电路具有接线简单、工作可靠、故障发生率低等优点，可以使发电柴油机海水泵的工作可靠性明显增强。利用PLC的模拟量模块和通信模块，还可以对以海水泵为代表的机舱泵浦电机运行电流进行联网在线监测，当电流异常波动时可以输出报警，有助于工作人员第一时间发现电机过载、轴承

图11 海水泵PLC控制程序

干磨等故障，并及时进行检查维护，从而将故障消除在萌芽状态。

[1]丁根林.主配电板工作图.镇江船舶电器有限责任公司,2006.

[2]秦曾煌.电工学(第六版)[M].高等教育出版社,1999.

[3]向晓汉.S7-200 PLC基础及工程应用[M].机械工业出版社,2014.

[4]蔡杏山.学 PLC技术超简单[M].机械工业出版社,2015.

[5]廖常初.PLC编程及应用[M].北京:机械工业出版社,2002.

Design of control circuit of seawater cooling pump of power generating diesel engine based on PLC

Yang Bin-bin,Li Fei,Wang Shu-ren,Tang Ran
(China Satellite Maritime Tracking Control Department,Jiangsu Jiangyin 214431,China)

In this paper,the necessity of the PLC technology is introduced,the method and procedure of the PLC ladder diagram programming are described in detail.The PLC program and control wiring diagram are given.The feasibility of PLC control is verified by simulation and debugging.

generator diesel engine; seawater cooling pump; PLC control circuit; simulation analysis

TM921.02

A

10.14141/j.31-1981.2015.06.010

杨斌斌（1985-），男，助理工程师，研究方向：船舶电气设备。