船舶起货机微机控制装置及其高可靠性保护

ＮＯ．４　Ｄｅｃ．１９９Ｏ　上海海运学院学报　

Ｊｏｕｒｎａ１　ｏｆ　Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｍａｒｉｔｉｍｅ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　

及其高可靠性保护　郑华耀　（轮机系）　提要本文主要介绍国产微机控制装置在船舶起　

ｓ　６趣ｔ　獬、／　货机中的应用厦其发展情　况，论述控制装置的功能与高可靠性保护。　关键词兰垫，　生竺墨堡，实时，　兰　苎　！　竺　垄茎　，壹！查一　苎　保护　

大功率电机的微机控制在陆上应用已不鲜见，但船舶工况极为恶劣，如温差、盐雾、振　动、电网污染等，致使微机控制的推广十分困难。国产船舶至今尚属空白，其中三速起货机　的控制是最薄弱的环节。２Ｏ年来，它沿用继电——接触器方式．按时间原则由时间继电器、中　间继电器及主接触器的副触点实现启动变速及换向的控制，该方式陈旧、器件复杂、触点繁　多，加上操作额繁，操作人员水平不一，导致起货机年均损毁３Ｏ台（仅上海海运局船队），　修理费每年３Ｏ万元。倘若计及因起货设备故障引起的船期和港口的耽搁，经济损失更大。　Ｈ益发展的微机控制技术为起货机的新颖控制提供了多种的可行性。．１海海运局率先引　进了可编程控制器（Ｐ．Ｃ．即Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ），改革了原控制屏中所有的时间　继电器和副触点，在实船运行中获得成功。由于ＰＣ控制器在性能价格比，实时控制效果，　高可靠性保护方面存在明显的弱点，因而又进一步研制了单片微机控制的专用实时控制和保　护系统。样机（　ＱＫ８９１）已安置在风采轮上实船使用，获得船方的好评。现就课题的发　展及控制装置的完善作一介绍。　

ＰＣ控制器对起货机的控制及其局限性　可编程序控制器是由硬布线方式发展成为存储程序控制方式的一种微机系统。它的内棱　有ＭＣＳ－－４８、ＭＣＳ－５１、ＭＣＳ－－９６等各类芯片，可以有针对性地适合被控电机在生产过程　中的不同要求。起货机装置中选用了美国ＡＢ公司ＳＬＣ—ｌＯ０型。一台ＰＣ控制器足以取代原　控制屏上所有的副触点和时间继电器。　ＰＣ控制器的编程十分方便，只须将原继电一一接触器控制的逻辑图改成梯形图，用编　程器编程写）￣ＥＥＰＲＯＲＭ模块中，然后可调入微机系统．ｒ￣．／ＲＡＭＩＸ供给使用　

来稿日期；１９呻一ｌ２—０４　

一　置　一　装　■制　～　控　机　微　机　货　起　口　胄　船　维普资讯 http://www.cqvip.com ■　

ＮＯ．４　船舟ｆ　ｒ赶货机微机控制装置鼠其高可靠性保护　２１　运用ＰＣ控制器后，整个起货机控制屏简化成只有主接触涨的闭合和断开，控制屏的故　障率大大减小，园副触点失灵而日【起的逻辑功能紊乱现象已不复存在。　ＰＣ控制器经受了恶劣海况中蚰实船考验，但也存在一定尉限性，须要进一步完善控制　功能和保护玎节。　１．Ｉ／Ｏ『　线的ｌ议制　ｂ１前　ｊｌ进的ＳＬＣ一１００控制器有１０个输入Ｉ『　６个输出［１，原则上还可增添６个扩展单　元达到　ｏ个输入¨、４２个输出口。但是每个扩展单元　价格与ＳＬＣ—ｔＯ０基本单元本身相差　无儿，扩展口线后的性能价格比急剧下降，而船舶起货机要进一步提高工作可靠性，必须增　设较多的反馈和保护检测口线。例如，主接触器的触头经常有数百安培的电流流过，主触头　拉孤　熔焊或接触不良使电机缺褶运行时有发生，刘５个主接触器（正车　反车、ｌ速，２　速　３速）的触头分／台的可靠性进行检测并作相应怕保护是极为须要的。微机系统的经济　性又成了突出的矛盾。　。　２．实时效果受限制　ＰＣ控制器中使用的是电工式的符号语青，执行的速度较慢，一个５００字的程序要２ｍｓ时　间，Ｉ／Ｏ口的扫描要３００Ｂｓ，其指标比同类的单片机实际性能要差１到２个数量级。尤其ＰＣ　控制器时Ｉ／ｏ　Ｓｃａｎ和Ｐｒｏｇｒａｍ　Ｓｃａｎ是分开的，即执行程序时不受理Ｉ／Ｏ的状态变化信息，　除非等到卜　循环。起货机在　｝｛ｔ操作，ｆＩ常　ｆ主々过冲和应急撒消的情｝兄，ＰＣ控制器无法　实时响应，此外对故障检测讯号也无及ｉｌ，ｌ￣　响应的功能。　３．延时　精度的限制　ＰＣ控制器没定的最小延时时阅为０．１Ｓ，这对起货机的３档逐级启动、制动的调节精度　来说已足够了，但运行中主令消抖动延时，反馈延时仅设几十毫秒的延时，这就不如自已开　发的单片机系统那样灵活和实用。　

二、单片微机起货机控制系统　船舶电动机采用双杆起落货，每一舱　至少有　两台起货机系统，　１为一台机的系统，２’机系统　与其对称。　斟产交流起货机采用４／８／２８极３绕组变极换　速，在绕纷的主电路　ｐ确正、反、１速　２迭、３速　５个主接触器控制它的运行方向和速度。目前由微　机驱动ＳＣＲ电子开关束挖制　电机ｎ　停止由直流电　磁制动线圈失电台抱实现，刹车线幽的动作电流较　大而维持电流较小，所　在该线圈动作后２秒应串　入登济电阻　减小功耗，保护刹车线圈。此两个大　国１　单片微机起货机控制系统原理　

电流接触器也由电子开关驱动。　本控制系统对原控制屏的部分保护环节作了保留，大部分作了改造。保留的部分有熔　丝短路保护，风机热继电器保护，零位零压保护，应急下降开关。改造的有低速和中高遘　绕组的沮鹱　、护，中高速功率过载保护，双轷联锵保护。另外，增设了主接触器不可靠断１合　

维普资讯 http://www.cqvip.com ２２　上海海运学院学报　１９９０．　的反馈检测及相应保护，发率主令接触不良的纠错及保护。这些保护都经微机分类控制并设　有优先级。保护功能如下：　主接触器不可靠断／　一一立即停车、报警、不准再起动，数码瞥锁存１至５不同代码　以指示故障所在的接触器｝　风机故障——立即停车，允许配合强制按钮的操作使重物下降，必须排除故障并复位后　才能正常操作，　ｌ速温度故障——处理方法幕１优先级与风机故障相同，但故障指示灯和数码管代码不　同，并且在ｌ遽温度故障讯号消失后，经发车主令复零，起货机能立即正常工作Ｊ　２逑／３速温度故障一一立即限止在低速运行，故障消失并发车主令操零位后能回复中　高速运行’　过载保护——视过载的具体情况禁止高速或中高速运行，负载减轻，主令复零后，即能　

复原｛　频繁操作一一如操作人员在一分钟内进行低速剐中高速的动作次数大于１０次（次数可　调）　，则系统自动限止在低速运行，时限定为２分钟，之后主令复零，系统即复原ｊ　发车主令接触不良——机械凸轮主令的接触有一定的抖动时间，在一定的容错时间和容　话次数后依然接触不良，起货机立即停车，数码管也以代码指出组台主令故障触点，　双杆联络保护一任意一台起货机因故障被限遗运行或停车时，立即向对方一台机发联　络信号，使之响应在低中速运行，联络信呼撤消后，系统能复原。　微机硬件系统以单片机８０３１｝．ｒ］１ＥＰＲＯＭ２７３２为棱心，扩展了输入输出　线计６４根，几线　的功用见圈２　

图２微机系统结构框图　输入接口以ＬＳ３７３为主，接成３态电路共享Ｐ１口。输出接口以ＬＳ３７７为主，由译码器和Ｗ　线连通。输入的强电讯号经电平变换及光电隔离电路，与输入接口相连。时间设定开关是　供现场调定起货机３级启动和制动的延时时间所必须，因为这些延时常数直接与起货机的机　辘愤性和刹车性能有关，且因时而有所变化。凭借了扩展系统口线的优势，设立了多组８４２１　开关，最小设定精度０．１秒，最大范围为１．６秒，灵活又方便地适应了船舶工况　

维普资讯 http://www.cqvip.com Ｎｏ．ｄ　船舶起货机撒机控　装置及其高可靠性嚣护　输出信息｝１］Ｐ０　ｆｌ１提供，７路电子　：关　船　舶电阿相连，该部分也经过光弼和抗干扰保护。　报警口有蜂呜和灯光两种报警，分类较细，对操　作人员仅引出几种常见故障报警，更多的ＬＥＤ　显示及数码管代码显示留在微机系统中，供电机　员诊断故障的性质和部件之用。　框图中有　环节是为提高可靠性而设施的。　各种故障讯引绦占有输入口线外，还共享一外＝｝｝ｌ５　中断线ＩＮＴＯ，两根联络输入线电共享另一中断　线ＩＮ　Ｉ　１，便０　系统实时响应。　

三、实时控制的实现　船舶起货机的起落货控制既有逐级延时要求　又有实时响应的要求：主令自零位直接到提升　（或下降）高速档时，　执行遂缀延时起动（其　中起动１速时对剁：乍线圈和经济电阻的工作也ｆ１　定的延时要求）；主令从提升或下降高速档直　接回零时，应执行３级延时带Ｉ动（即再生制动　联台制动——机械制动）Ｊ当主令从提升　（或下降）高遵档直接到下降（或ｊ　升）高速　时，应先执行３级制动过零位后再反向逐级启动　（即逆转矩控制）Ｊ主令在同向换速Ⅱ、　若减　速应实时响应，若升速则响应速度取决于原来低　速时的驻留时问｝如驻留的时阔巳大１：吐定的延　时应立即升建，如还不到设定的时间应补足不足　部分后才升速。这些是控制的基本要求，实现它　的流程例见图３。　宅程序在完成初始化和自检后即显示。Ｈ　，　须等待操作主令复零才能进入动车，其月的是防　止起货机的误启动。主令复零后，微机反复读取　新的发车主令，根据ＬＫ１ＮＬＫ５的组台式　轮信　息译出Ｏ～±１、±２、±３这种工况，程序再根槲　主令的历史和目前状态，以及电子开关输出状态　的比较结果，调用相宜的启动、制动、同向换速　和逆转予程序块　ＭＣＳ－５１单片机具有２１个特殊　功骺寄存器和Ｉ２８个位寻址单元，它具有强而灵活　的指令功能及丰富的资源在控制系统中得到了充　

２３　图３　＿土程序溢程圈　ＣＴＣ【中研于程　再　『＿］　

开中断幔蔓现扬　墨兰！！　，　凰４部分子程序流程图　

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