新型船舶空压机检测体系的研讨剖析

　　船舶空气压缩机主要是为主 （ 辅 ） 机服务，提供压缩空气的原动力机械， 其安全性及稳定性直接影响到船舶的生命力。船舶进出港口、锚地、窄水道时， 主机启停， 换向频繁， 消耗压缩空气量较大， 而停泊和开阔水面航行， 压缩空气量消耗较少， 因此需要根据实际耗气量变化来调节空压机排量。早期的电气控制由继电器、定时器、时间继电器或凸轮时序控制器等组成， 线路复杂， 属于有触点控制， 可靠性差， 长期运行容易老化， 从而使灵敏度降低， 在运行过程中会经常出现停机故障， 给正常生产造成影响。随着机舱自动化技术水平的不断提高， 空压机的自动控制装置与机舱监测报警等自动化设备的技术融合势在必行。

　　目前， 时序控制电路是由 PLC 构成的控制系统， PLC控制系统虽然造价高， 但是线路简单、可靠性高、维修方便， 被广泛使用。软 PLC也叫软逻辑， 是一种基于 PC机开放结构的控制装置。软PLC在保留 PLC功能的前提下， 采用面向现场总线网络的体系结构， 采用开放的通信接口， 根据各种相关的国际工业标准， 实现传统 PLC 的完整功能。基于软 PLC概念的提出与应用， 在工控机上嵌入 ISaGRAF实现时序逻辑控制， 更加提高了控制系统的灵活性。

　　1 ISaGRAF的特点及运行机制

　　ISaGRAF是一种嵌入式控制软件， 为法国 CJ In ternational公司 （ 1990年成立 ） 所开发的符合国际标准 IEC1131- 3， 具有独立于 PLC 硬件实现、包括逻辑控制的软件模型、数据模型， 图形化编程和文本语言结合的开关量逻辑处理， 并集成了模拟信号处理功能的过程监控软件。 IEC- 1131为国际电工委员会制定的通用逻辑信号监控开发标准， 具有面向对象开放性特点， 目前正广泛应用于各种型号的 PLC的逻辑编辑和 DCS分散控制系统。

　　系统功能主要包括控制功能和显示功能， 具体要求如下。

　　2. 1 控制功能

　　全自动控制的船舶空压机应满足以下基本要求： 自动启动和停机、自动卸载和泄放、自动保护和报警、冷却水自动供给与停止以及滴油润滑自动供给与停止。

　　1） 自动启动和停机。

　　对用电动机作动力源的空压机来说， 利用装在空气瓶上的压力继电器实现自动启停， 触点可靠性差， 维修困难。本系统设计的空压机全自动控制系统根据空气瓶压力大小， 由软 PLC 控制启停， 实现适合空气瓶充气量的控制， 并能合理的转换空压机的主次关系， 保证空压机的工作负荷和寿命基本一致。

　　同时还可进行手动停止操作， 进一步提高了系统运行的安全性。

　　2） 自动卸载和泄放。

　　停车时， 首先打开各级冷却器泄放管路的泄放电磁阀， 并保持开启。启动时， 各级冷却器的泄放电磁阀延迟关闭， 同时用卸载电磁阀控制压缩空气使**级吸气阀常开， 从而实现卸载启动。运行中泄放电磁阀通常还要定时 （例如每 2 h） 开启一小段时间， 泄放从空气中分离出来的水和油。采用软PLC控制电磁阀， 并根据实际需要设定延迟时间、定时时间， 可使卸载和泄放灵活、有效。

　　3） 自动保护和报警。

　　当滑油压力低于设定值， 发送停机命令； 启动时滑油泵建立油压需一定时间， 因此有低油压延时判断； 排气高温保护， 当排气温度或冷却水温度超过设定值， 发出报警， 停机； 电机过载保护和过流保护。

　　4） 冷却水自动供给与停止。

　　在冷却水管上设有电磁阀， 与压缩机的启、停同步接通和切断。

　　5） 滴油润滑自动供给与停止。

　　当低压缸吸气管设有滴油润滑时， 可设供油电磁阀和压缩机同步启停。

　　2. 2 显示功能

　　系统能够自动采集、显示空压机的各种参数，并实时显示、存储报警事件。

　　3 系统实现

　　3. 1 系统结构设计

　　本设计选用的核心控制器是内嵌 ISaGRAF 的SLT- 06B系列控制单元， 该控制器是专门面向工业应用的一款配备 W indows CE操作系统， 具有完备通讯接口和输入输出接口的嵌入式设备。完全按工业级标准设计， CPU 采用了 32位工业级 ARM 9芯片 （ EP9315）， 丰富的接口和紧凑的外形能够满足大多数工业应用的需要。

　　在所示的系统结构中， 嵌入 ISaGRAF 的控制器可与现场控制设备直接相连， 完成对压缩机相关参数的检测和现场的控制。同时， 也可采用转接模块接入 CAN 网络， 如 RS485 - CAN 等。装载ISaGRAF软件的控制器通过双 CAN 总线和连接在CAN 总线网络上的各个从节点进行实时通讯， 并将数据实时发送到远端计算机， 从而实现船舶压缩机系统的分散控制和集中监管。

　　3. 2 ISaGRAF的变量定义

　　ISaGRAF中的变量由变量字典定义。变量没有物理地址， 但可以有网络地址， 并可以驻留在内存中。变量可按类型分为布尔型、模拟型、时间型、信息型和功能块， 也可按作用域分为全局型和局部变量两类。 ISaGRAF的变量有内部、输出、整型或实型 （对模拟量 ） 等属性。

　　空压机在高速运行时， 必须有很好的冷却系统和润滑系统， 以避免运行过程中产生的热量对机器造成损坏。所以水压、油压是首先要考虑的， 采用压力开关进行这些量的采集， 并连接到控制器。模拟量的采集主要是用于测试储气罐的压力， 以控制空压机运行。这些量需要用压力变送器进行采集，并将压力转换成 4 20 mA 的电流信号送到控制器。控制器将采集信号， 输入到 ISaGRAF的分配 I口， 根据逻辑控制结果， 读软 PLC的 O 口状态，控制空压机状态。

　　3. 3 ISaGRAF控制模块的实现

　　系统软件设计主要在嵌入 ISaGRAF控制站上的控制逻辑、数据处理以及远程监控计算机的显示、报警存储、参数设定、历史曲线以及柱状图等信息。并对异常情况进行声光报警， 增强整个系统的安全性和可靠性。按照空压机的全自动控制流程， 在软 PLC 的编辑环境中编制用户逻辑程序。

　　4 结束语

　　随着控制系统对实时性和运算能力要求的不断提高， 集散控制系统已成为嵌入式应用领域的一个重要研究方向。 ISaGRAF 嵌入式控制软件符合IEC1131- 3标准， 其高效的管理机制大大提高了系统的实时性能。本系统设计的基于 ISaGRAF的船舶空压机自动控制系统避免了操作人员到现场的巡回操作和检查， 可以通过在集控室直接观察空压机的工作状况， 对现场出现的异常报警， 迅速做出反应， 大大提高了运行过程中的安全性和稳定性。