基于PLC的某型舰炮控制系统改进

陈亮++李立纬++余朋明

摘要：针对某型舰炮控制系统由于继电器数目众多造成故障排查困难的现状，提出了一种基于PLC的控制系统改进方案。该方案保留了原装备的操作、显示、执行和传感器件，仅以PLC系统代替继电器式控制电路，具备很好的可行性和经济性。经试验验证，该方案能够满足舰炮控制系统工作要求。

关键词：舰炮 PLC 控制系统

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）12-0010-02

舰炮控制系统的主要作用是监视和遥控舰炮关键部件的工作状态，使炮员能够在舱内遥控完成舰炮的战斗使用，是全自动舰炮的重要组成部分。一旦该系统出现问题，轻则舰炮需要手动转入备战状态，重则舰炮无法实施射击。因此，该系统的可靠性及故障排除速度，直接关系到舰炮的作战能力。

1 控制系统现存问题

某型舰炮是现役主战装备，其控制系统为继电器式低压电器控制系统，继电器数目达到了**个，接线处数目达到了近***处。经调研发现，该系统故障多发、维修困难。

经分析，一方面，继电器内的簧片失效、触点烧蚀，造成继电器失效或接触不良，导致系统故障；另一方面，舰体的摇晃、振动，海上潮湿环境的长期腐蚀，造成接线处断裂、松脱或接触不良，导致系统故障。由于服役年限久，设备老化，导致现阶段故障多发，但是，继电器及相关接线处数目较多，排除故障比较困难，耗时长久，有时需要申请中继级维修，对实弹射击、海上巡逻等任务的执行造成了不良影响。因此，有必要对该型舰炮控制系统进行改进，增强可靠性，加快故障排除速度，保障各项军事任务的正常执行。

2 控制系统改进方案

相对于继电器式控制系统而言，PLC控制系统具有体积小、可靠性高、维护方便等特点[1]，而且基于PLC技术进行改进，不需要对原有的电源参数、控制面板、传感器件和输出部件进行变动，具备较好的经济性和可行性。

2.1 硬件设计

综合进行可靠性、配套性和I/O容量等方面的考虑，选取西门子S7-200系列的cpu224DC/DC/DC型PLC作为控制部件，该型PLC具有14点开关量输入和10点开关量输出[2]。采用控制系统现行24VDC作为电源，控制系统现有开关、指示灯、传感及动作部件与PLC的I/O端子对应关系如表1所示，硬件设计如图1所示。

2.2 软件设计

炮员按下解航/锁航开关S1，解航/锁航气阀Y1应供气，解除航行固定器，解航完成后行程开关S4闭合，指示灯H1亮，接通随动控制继电器J2；抬起开关S1，气阀Y1应断气，锁定航行固定器，锁航完成后行程开关S5闭合，指示灯H1灭，断开继电器J2，防止锁航状态下随动带炮造成装备损坏。

炮员按下装填按钮S2，在保证复进到位行程开关S6闭合的情况下，即身管处于初始状态时，装填气阀Y2应供气，推动身管后坐，依靠装备机械部件联动进行首发炮弹的装填；身管后坐到位后，后坐到位行程开关S7闭合，断开气阀Y2的供气，身管在机械部件作用下回复原位，此时应点亮射击正常指示灯H2一次；首发装填后，为避免重复装填，在按下装填复位按钮S8前，重复按压S2不会令气阀Y2动作，防止重复装填引起装备故障。

炮员按下射击按钮S3，在保证大误差及危界行程开关S13闭合的情况下，即舰炮处于准射状态时，击发继电器J1动作，舰炮射击，同时自动接通冷却泵接触器K1、通风扇接触器K2，为身管提供冷却，为防盾内换气；舰炮射击正常时，每次后坐到位时接通行程开关S7，点亮射击正常指示灯H2；冷却泵、通风扇工作正常时，通过流量传感开关S11、转动传感开关S12分别点亮冷却正常指示灯H3、通风正常指示灯H4；炮员抬起S3，舰炮停射，但冷却泵、通风扇应继续工作30秒；炮员可视情况按下强制冷却开关S9、强制通风开关S10进行手动冷却或通风，强制工作时间若超过5分钟自动断电，防止损坏电机。

为了实现上述功能，并进行必要的联锁保护，软件设计[3]的梯形图如图2所示。

3 可行性试验

3.1 仿真试验

利用西门子PLC的配套软件STEP 7 MicroWIN SP9进行软件编程[4]，生成I/O端子地址分配表和梯形图控制程序。在西门子PLC仿真软件中，型号选择PLC224，读取I/O端子地址分配表和梯形图控制程序进行配置，手动闭合各输入开关，观察输出端子的信号。经验证，各输出端子能够随输入端子的变化而正确工作，连锁保护设计可靠，PLC内部定时器设置正常，软件设计能够满足功能要求。

3.2 实装试验

在仿真试验的基础上，利用该型装备的教学实装进行了实装试验。将电气箱与操控台之间的控制电缆断开，以防止出现意外；在电气箱内将电源、传感和执行器件的接线改至PLC的相应端子；操控开关、按钮、指示灯等利用实装的备件直接在电气箱附近连接至PLC的相应端子；通过PC机将软件程序装载到PLC主机中。经验证，按下解航/锁航开关、装填按钮、射击按钮、装填复位按钮、强制冷却开关和强制通风开关时，装备上各继电器、接触器、气阀能够正常动作，延时可靠；装备动作时，各指示灯能够正确显示装备状态；满负载运行时，PLC硬件设计能够满足功能要求。

4 结语

本文设计了一种基于PLC的某型舰炮控制系统改进方案，并利用教学装备验证了该方案软件设计的正确性和硬件设计的可行性。试验表明，该方案在低成本的前提下，能够有效减少电气箱内的元件与接线处数量，提高了装备的可靠性，加快了故障排除的速度。该方案也为其他型号舰炮的继电器式控制系统改进提供了参考。当然，PLC在舰艇复杂电磁干扰环境下的可靠性需要进一步研究和验证。

参考文献

[1]王少华.电气控制与PLC应用[M].长沙：中南大学出版社，2008.

[2]张永飞，姜秀玲.PLC及其应用[M].大连：大连理工大学出版社，2009.

[3]海心，马银忠，刘树青.西门子PLC开发入门与典型实例[M].北京：人民邮电出版社，2010.

[4]崔坚，赵欣，任术才.西门子S7可编程控制器STEP7编程指南[M].北京：机械工业出版社，2009.