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1 引言
船舶自动化领域的一个重要组成部分是主机远控系统。目前主机远控系统技术方案多种多样，本文采用PLC产业控制网络来实现主机远控系统的功能，具有经济性能好、硬件电路结构简单、工作安全可靠的特点。
在多PLC控制网络实现主机远控系统设计的基础上，研讨主要设计整个PLC网络的总体结构和通讯方案，并通过通讯网络实现对主机的起停部分的自动控制及安保系统设计。
2 主机远控PLC网络控制总体结构设计及通讯方式的实现
2.1 主机远控PLC网络控制总体结构设计
PLC控制网络用于主机远控系统的控制，包括两台S7-200PLC。其中一台用于主机起停和转速调节控制，安装在机控室;另一台用于完成电子调速器的任务，安装在机舱。另设计算机作为监视平台，用来监视整个系统的重要信号。
整个网络的主要设备为:两台S7-200PLC、一台微型机、网络连接器、PC/PPI电缆、RS-485电缆。
根据总体通讯设计思路，我们的总体结构图设计如图1。
图1 总体结构图
如图，主站PLC通讯口出来地总线分别通过网络连接器和PC/PPI电缆和从站PLC以及计算机通讯。主从站之间通过RS-485总线进行PPI协议通讯，主站和计算机终端通过PC/PPI电缆进行自由口通讯。从主站PLC通讯口出来连接上网络连接器，是为了隔离，以免计算机RS-232口损坏。通过网络连接器出来地线以及RS-485信号A和B通过比较高低电平与从站进行通讯。同时通过PC/PPI电缆的连接口引出5针通过RS-485和RS-232转换成3条线分别为接收、发送和地线，与计算机进行通讯。S7-200PLC通讯口的引脚分配见附表。
附表 通讯口引脚分配
2.2 多通讯协议的组合及调试
在S7-200网络通讯中，可以实现两种通讯协议进行通讯而不互相干扰。但条件是两种协议的波特率必须相同，由于只有一个通讯口，波特率只支持9600波特，因此在多协议通讯时，波特率设置为9600波特。对于多协议的组合方式，作者采用了总线分时复用法，在总线分时控制中，作者通过几个定时器组成矩形波，从而形成高低不同时段分别进行PPI协议通讯和自由口通讯。主程序流程图见图2。PPI通讯程序流程见图3。自由口通讯程序的流程见图4。
图2 主程序流程图见
图3 PPI通讯程序流程
图4 自由口通讯程序的流程
按照以上方案所进行的系统设计完成之后，实际的通讯效果达到设计要求，从站PLC和计算机终端基本上能在20ms内获取主站送来的信息。
3 主机远控系统的设计
3.1 起停部分的设计
作者在设计过程中选择的对象是常见的B&M低速机，起停控制主要包括5个部分:起动控制，慢转控制，停车控制，重复起动控制。以正车起动为例，系统须针对两种情况:停车情况下的起动和正常反向起动，都能确保正车起动电磁阀的通断，同时还须判定重复起动的状态，正车起动的程序流程如图5所示。
图5 正车起动的程序流程
慢转控制所要考虑的情况分别是主机停车时间超过30min和电源断电后恢复供电两种情况。在主机转过一圈或有紧急操纵信号的情况下，可以撤消慢转控制。停车控制所要考虑的情况共分4种:停车指令,故障停车信号,车令与运转方向不一致以及起动电磁阀工作期间。重复起动控制又分为4个子程序:起动时间监视子程序，换向时间监视子程序，起动间歇延时子程序和重复起动次数计数子程序。以上程序流程图由于篇幅所限，在此不逐一赘述。
3.2 转速控制部分的设计
本设计是用模拟量输进模块EM235来读取车钟指令和转速反馈。PLC主站首先读进模拟量，通过三次移位，可以得到12位的数字信号，然后通过定时中断程序对输进量进行数字滤波，滤波后的数据将与由外电路所确定的正常信号电压范围比较，可判定车令电位器的三个接线端有无断线故障，在确保信号的正常之后，再经过各种限制处理，限制环节主要包括临界转速限制，加速度限制和负荷程序限制，限制处理后的结果后通过PPI通讯协议发送给从站PLC电子调速器进而控制主机的转速。转速限制处理程序流程图6所示。
图6 转速限制处理程序流程
本设计的另一个任务是读取转速反馈值并对其进行处理，经过处理后得到主机的各种运行状态，包括主机正反转的换向转速，发火转速以及加速转换点，一方面得到起停控制所需要的主机状态信息，另一方面使监测平台能实时监视，直观地反映出目前主机的状态，同时能显示出整个转速变化过程。
4 结束语
本文结合中小型船舶维修改造过程中对主机远控系统的要求，提出一种硬件电路相对简单且易于实现、线路少、编程轻易且功能较全面的主机远控系统的设计及实施方案。系统采用两台S7-200PLC与一台计算机构成主机远控系统的基本框架，利用串行通讯总线可实现各个控制器及计算机之间的信息传输，该方案目前已经在实验室环境下完成了系统的设计以及调试工作。
在电梯控制系统中，采用PLC构成的系统具有故障率低，可靠性高，维修方便等优点。在本实验室中就是采用OMRON的PLC作为电梯教学模型的控制装置。
电梯模型控制系统可分为逻辑控制部分和调速部分。逻辑部分选用高可靠性的PLC，利用软件逻辑控制，具有硬件简单、工作可靠等特点。调速部分的性能对电梯运行时乘客的舒适感有着重要影响，该教学模型调速部分是通过高性能的变频器控制电梯升降电机来实现的，变频器的频率输出和正反转则由PLC的输出来控制。
2 系统结构
整个硬件系统由一个8层电梯教学模型、一个与之相配套的专用实验操作箱、变频器、以及用作控制装置的PLC组成。系统的硬件构成如图1所示。
我们所用的电梯模型为8层，它由轿箱、开关门机构、升降电机、以及模型本身的控制系统组成。为了突出电梯运行控制这一重点，该电梯模型实验装置的楼层显示，电梯轿箱内楼层指示灯，均已由电梯模型实验箱完成,而各楼
图1 系统的硬件组成层电梯操作面板上的按钮指示灯则需由用户控制，这就是为了适合1台控制器同时控制多台电梯模型运行的情况。升降电机以给定的速度和转向运转。
此模型共需有34点指令信号和20点以上的控制输出信号，他们分别是:
(1) 每层楼上、下请求按钮指令信号，共14点(除去1楼下请求和8楼上请求)。
(2) 每层楼的楼层限位开关指令信号，共8点
(3) 轿箱内8层楼楼层按钮指令信号，共8点。
(4) 开、关门按钮指令信号，共2点。
(5) 上下请求指示灯信号，共14点(除去1楼下请求和8楼上请求)。
(6) 开、关门控制信号，共2点。
(7) 变频器正、反转信号，变频器频率选择信号，共4点。
其中(1)～(4)为输入信号，(5)～(7)是输出信号。
PLC根据现场信号的状态决定开门、关门，并决定发给调速系统(变频器)的速度选择信号。在进行PLC控制系统硬件设计时，首先是确定现场输入、输出信号的类型、作用和数量，再选择PLC的型号，在这里我们选择了日本OMRON公司C200Hα的PLC来对电梯教学模型进行控制。
3 电梯定向逻辑
电梯的定向是根据电梯的上行请求信号、下行请求信号、电梯轿箱内请求信号、电梯当前所处位置等信号来确定电梯继续运行的方向。电梯的定向是电梯控制中的重要逻辑。在以往电梯的定向逻辑中，一般都是将电梯各个层的上、下行请求信号、电梯轿箱内楼层请求信号、电梯当前楼层信号等综合到一条或几条语句中进行判断。这样一来，当楼层数目比较大时，每条语句的编程元件很多，不可避免的带来程序复杂，容易出错，调试麻烦，运行速度慢等问题。以下提出的用逻辑运算指令来进行电梯定向的方法可以比较好的解决该问题。
3.1 状态转换方式
电梯的方向只有上升、下降2个方向，但电梯也可能由于没有任何的上升或者下降请求信号而处于停止状态。在电梯的方向处理过程中，电梯只能在上升状态和停止状态或者下降状态与停止之间转换，例如当电梯由上升状态转为下降状态时必须先由上升状态转换为停止状态以后再由停止状态转为下降状态。这样的处理方式对电梯的运行是很有意义的，以往的电梯控制系统中，当电梯响应完某个方向上的所有信号后，若所有剩余的信号都是反方向的，电梯立刻改变方向，此时，在原方向前方若出现新的呼叫信号，电梯将不会立刻应答，只是记忆该呼叫信号，而去响应换向后的方向上的呼叫信号，这样既不符合电梯选层的优先原则，又不能有效的节约能源。采用图2所示的状态转换方式，电梯在响应完某个方向上的所有信号后并不是立刻反向，而是保持该状态等待一段时间后进入停止状态，然后再反向响应相反方向的呼叫信号。对保持时间进行合理的选择，完全可以做到既不会使得电梯的换向过程显得迟钝，又能有效的响应同方向的
图2 电梯的状态转换
新呼叫信号。
从上面的分析可以看出，由于电梯的上升与下降状态之间需要通过“停止状态”该中间状态来转换，故在电梯的方向判断逻辑中需要考虑以下几种情况:
(1) 电梯处于上升状态
在该状态下，当前楼层的上面有上升请求，当前楼层的上面有下降请求或者电梯轿箱内请求在当前楼层的上面，3个条件有1个和多个成立时，电梯继续处于上升状态;当以上3种条件都不满足时，电梯经过一段定时时间后进入停止状态。
(2) 电梯处于下降状态
在当前楼层的下面有下降请求，当前楼层的下面有上升请求或者电梯轿箱内的请求在当前楼层的下面时，电梯继续处于下降状态;当以上3种条件都不满足时，电梯经过一段定时时间后进入停止状态。
(3) 电梯处于停止状态
在当前层之上有下降、上升的请求信号或者电梯轿箱内楼层请求信号在当前层的上面则置电梯为上升状态;相反，若在当前层之下有下降、上升的请求信号或者电梯轿箱内楼层请求信号在当前层的下面则置电梯为下降状态。
3.2 电梯定向逻辑
电梯定向逻辑在程序处理上使用OMRON的C系列的PLC所具有的逻辑运算功能可以大大简化程序的开发过程，并使程序的运行更加有效。将DM0000作为电梯上行的记忆信号。将它低8位中的一位用作表示该层有没有上行请求信号产生且被接纳。位代表电梯1楼上行请求信号，第二位代表电梯2楼的上行请求信号，依此类推。程序开始时首先将DM0000的低8位全部置为“0”，然后判断在每一层是否又有上行请求信号，如果有，就将该层对应的位置为“1”，否则就置该层对应的位为“0”。同理可以将电梯的下行信号记忆到DM0001的低8位中，将电梯当前的位置保存在DM0002的低8位中，将电梯的轿箱内的请求信号保存在DM0003的低8位中。
电梯处于上升状态时方向判断相对简单，只需将保存当前电梯位置DM0002与DM0000(记忆上行请求)、M0001(记忆下行请求)、DM0003(记忆轿箱内楼层请求)作比较就可以简单的判断在当前楼层之上有无上行请求、下行请求或者轿箱内楼层请求是否在当前层之上，从而决定电梯是否继续上升。
当电梯处于下降状态和停止状态时的方向判断则比较复杂一些，以下只以电梯处于下降状态时为例来进行说明。为了判断电梯在当前楼层以下是否有请求，在程序中用到了另外一个DM单元(DM0004)来保存电梯的当前位置，但该单元的存储方式则与DM0002完全不同。
电梯当前所处的楼层和DM0004的低8位数据的对应关系如附表。DM0004与DM0000作“与”操作，则可以屏蔽当前楼层以上的所有上行请求，而保留当前楼层以下的所有上行请求。 若“与”后的结果不为零，则表示在当前楼层的下面仍然有上行请求存在，若“与”后的结果为零，则表示当前楼层以下已经没有上行请求存在了，程序如图3所示。用相同的方法可以判断在当前楼层的下面是否存在下行请求和轿箱内的楼层请求信号。综合以上3个判断结果就可以判断电梯是否继续处于下降状态。若电梯继续下降的条件不成立，则电梯经过一段定时后进入停止状态。
附表 电梯当前所处楼层与DM0004低8位的对应关系
电梯处于停止状态时的方向判断的程序编制方法与电梯处于下降时有很大的相视之处，限于文章的篇幅就不在详细叙述。
4 电梯调速
在电梯控制系统中，电梯速度的控制是一个重要而难以解决的问题。电梯的速度控制对乘坐者的舒适感影响很大，又影响电梯的jingque定位。在该电梯教学模型的控制系统中选用日本Panasonic交流马达变频调速器V700T750B1来控制电梯的速度。当PLC完成定向后，向变频器发出方向使能的速度信号，变频器依据设定的速
图3 判断当前楼层下有无上行请求的程序
度及加速度值启动电机，达到大速度后匀速运行。当电梯响应呼叫，到达目的层的减速点时，PLC切断高速度信号输出，此时变频器以设定的减速度将大速度减至爬行速度。在减速运行过程中，变频器的调速器能够自动计算出减速点到限位点之间的距离，并计算出优化曲线，从而能够按优化曲线运行。
使用PLC、变频器来控制电梯还有一种比较好的速度控制方法可以使用，就是利用PLC的D/A模块来实现。事先将数字化的理想速度曲线存入PLC寄存器，在电梯的运行过程中PLC通过查表找出对应的速度值写入D/A模块，再由D/A模块转换成模拟量后控制变频器的频率输出