可編程控制器在船舶減搖鰭隨動(dòng)系統中應用

2.3 PLC軟件實(shí)現的功能

根據系統要求，程序需要實(shí)現以下功能：

(1)對來(lái)自系統油源機組的信號進(jìn)行檢測，如發(fā)現油溫、油位等出現故障，系統停機并自動(dòng)報警。

(2)對來(lái)自控制器的輸入信號進(jìn)行檢測，保證其始終被限定在規定范圍內，以保證減搖鰭工作轉角不超過(guò)其極限值;并對控制信號按一定控制規律進(jìn)行處理。

(3)在鰭轉動(dòng)工作時(shí)，將從鰭角電位計接收到的反饋信號與輸入的控制信號進(jìn)行比較，構成回路，實(shí)現負反饋。將控制信號與反饋信號綜合處理得到的結果作為控制指令發(fā)送給輸出端口。

(4)檢測PLC輸出給電液伺服閥的信號是否超過(guò)額定范圍，如超出則做相應處理，保證伺服閥和減搖鰭正常安全地工作。

(5)在工作前或停機時(shí)根據操作需要隨時(shí)將減搖鰭運行到零位或其它需要的位置。

隨動(dòng)系統軟件功能框圖如圖3所示。

2.4 系統改造中存在的問(wèn)題及解決方法

系統正常工作時(shí)，油溫應低于60℃，油位應大于300mm，若超出上述指標，設在油箱內部的傳感器開(kāi)關(guān)將閉合，輸出電壓信號。為實(shí)現對油溫和油位的檢測，需要將代表油溫和油壓的兩路信號輸入給PLC進(jìn)行檢查這樣將占用PLC模擬量輸入/輸出單元的兩個(gè)輸入端口，增加單元塊的數量?？紤]到油溫和油壓變化較緩慢，沒(méi)有必要時(shí)刻監視其變化，因此用軟件設置定時(shí)器，控制兩個(gè)繼電器交替開(kāi)關(guān)，使油溫和油壓信號只通過(guò)一路通道交替輸入PLC，在PLC內部進(jìn)行檢測，達到降低成本的目的。 不同鰭工作時(shí)的飽和角度不同，設計中將鰭的正常工作角度設定在±25°以?xún)?。根據真?shí)鰭角與反饋電壓的比例關(guān)系，可以確定鰭角在±25°時(shí)對應的反饋電壓是±2.2V，將這兩個(gè)電壓值作為PLC對輸入電壓信號進(jìn)行檢測的參考值。在PLC程序中分別用十進(jìn)制數值±K440表示兩個(gè)參考電壓。PLC控制信號在輸出給電液伺服閥前也要進(jìn)行檢測，這一步檢測的標準不是減搖鰭的工作額定電壓，而是電液伺服閥的額定電流，目的是保證伺服閥可以正常安全工作。伺服閥工作的額定電流為±8mA，線(xiàn)圈電阻為1000±100Ω。由于FP0系列PLC輸出電流范圍在0～20mA之間，無(wú)法為伺服閥提供負電流，但PLC的電壓輸出范圍在±10V之間，因此將電壓值作為指令信號輸入伺服閥。伺服閥串聯(lián)后線(xiàn)圈電阻為2000Ω，由此得到伺服閥工作的電壓可以達到±16V。系統設計中，為使伺服閥始終工作在線(xiàn)性區，將PLC對伺服閥的輸入電壓限定在±8V以?xún)仍赑LC程序中分別用±K1600表示兩個(gè)參考電壓如指令信號在±8V之內，則正常輸出，如果超過(guò)±8V的范圍，則按照±8V輸出。 由于松下FP0系列PLC的PID命令不支持負數運算，所以隨動(dòng)系統控制部分采用自行設計的PD控制命令。每次程序啟動(dòng)前PLC都先自動(dòng)對各主要寄存器清零，以消除程序啟動(dòng)時(shí)系統產(chǎn)生不必要的動(dòng)作。另外由于松下FP0型號不提供小數運算，因此對無(wú)法整除的數據只能采用四舍五入的處理方法，比例系數只能設定成整數。為了克服這一缺點(diǎn)，程序先將存儲于DT20中的指令信號與鰭角反饋信號的差值乘以一個(gè)十進(jìn)制的系數(如K47)，將得到的數值存儲在DT30中，再將DT30中的數據除以一個(gè)十進(jìn)制系數(如K10)，這樣最終得到的數據與DT20中的數值直接乘以4.7后的結果幾乎完全相同，有時(shí)兩者之間會(huì )存在一個(gè)很小的偏差，可以忽略不計。這樣就解決了比例系數只能是整數的不足，更準確地實(shí)現了比例控制。 2.

5 隨動(dòng)系統性能分析

系統軟件設計完畢后，按要求安裝，對各端口進(jìn)行測試，確?？梢哉９ぷ骱髮⑾到y啟動(dòng)。給設計完成的隨動(dòng)系統輸入一個(gè)幅值為1V的階躍信號，得到系統的單位階躍響應如圖4所示。

從圖中可以看到，系統的最大超調量在2%以?xún)?，上升時(shí)間小于0.6s，過(guò)渡時(shí)間小于0.8s，暫態(tài)過(guò)程中的振蕩次數為3。上述各項指標完全符合減搖鰭隨動(dòng)系統的工作要求。

除了良好的暫態(tài)品質(zhì)以外，還要求足夠的穩態(tài)控制精度。穩態(tài)控制精度反映了對系統的穩態(tài)特性或控制的穩態(tài)精度的要求。對于恒值控制系統，在工作中如果給定值不變，要求輸出量也不變，因此注意的是擾動(dòng)量所引起的穩態(tài)誤差;而對于隨動(dòng)系統，給定量以任意規律變化，則要求輸出量以一定的精度跟隨給定量變化，因此注意的是被控量和給定量之間的誤差。在檢測隨動(dòng)系統性能的實(shí)驗中，輸入的階躍信號幅值為1V，系統的穩態(tài)輸出為0.986V，穩態(tài)誤差小于2%。上述各種指標均符合減搖鰭系統對隨動(dòng)系統的要求。