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1、系统概述
CARGOPRO系统主要有四个相对独立的子系统组成，包括：液位遥测系统、阀门遥控系统、独立高位及高高位报警系统和大舱进水报警系统，能对全船的货控系统进行监测及报警，是全船电气系统的重要组成部分。该系统有大量数字量和模拟量的测量点，且这些测量点种类多，分布广，对系统的安全性，可靠性及通信能力有较高的要求。我们采用GEFanuc 90-30、VersaMax Micro等系列的PLC作为系统的控制单元，VersaMax RemoteI/O作为远程站进行信号采集，Genius Bus、ModBus、Profibus等通用总线协议作为内部通信协议，并通过TCP/IP网络协议与工控软件iFix通信，实现人机对话。
2、系统解决方案
整套CARGOPRO系统的系统图如图1所示：
图1 CARGOPRO系统图
2.1 液位遥测系统
液位遥测系统采用分散采集，集中控制的设计理念，对相应舱室的液位，液货舱的温度以及四角吃水等进行检测与报警。由于所需采集的信号分布广，数量与种类多，所有的信号都通过安装在各个采集箱中的GEVersaMax Remote I/O模块进行采集，保证所采集信号的准确性。GE VersaMax RemoteI/O模块通过GE的GeniusBus总线协议与安装在货控台的PLC主站通信，将所采集的信号发送到PLC的CPU模块。CPU经过运算将控制信号经GeniusBus发送到GE VersaMax Remote I/O模块，实现远程控制。
上位机部分包括一台工控机、一台交换机以及打印机和软件。工控机通过TCP/IP协议与PLC主站通信，实现监控软件HMI/SCADAiFix与PLC之间的信息交换。操作者通过iFix软件可以实现对所有测量点的实时监测以及对报警信息的处理。
2.2 独立高位及高高位报警系统
该系统通过采集独立的报警信号，对液货舱、污水舱、压载水舱等舱室的高液位及高高液位信号进行报警。采用独立的VersaMaxMicro系列PLC作为控制器，QuickPanelView系列的触摸屏作为HMI，构成了一个相对独立的控制系统，实现相应报警信号的显示和控制。
作为HMI的触摸屏与PLC控制器之间通过ModBus总线协议通信，所有报警信号的显示以及操作员对系统的操作在一个触摸屏上完全实现，使得整个系统极为精简。
2.3 大舱进水报警系统
系统利用压力式液位测量原理，将压力信号转换成4-20mA电流信号，送至货控台上的VersaMaxMicro系列PLC控制站，PLC控制站与QuickPanelView系列的触摸屏通过TCP/IP通信，实现报警信号的现实与控制。整套系统可以实现独立的液位显示，报警显示及控制。
2.4 阀门遥控系统
阀门遥控系统由货控台GE Fanuc 90-30系列PLC控制主站、电磁阀 Remote I/OPLC采集控制站、阀门遥控专用工控机、液压动力泵站、电磁阀箱（包括应急阀块）、液动阀门、手摇泵、应急手摇泵组成。阀门遥控装置采用电—液型驱动装置来控制电磁阀的动作以达到遥控操纵货油及压载舱管路阀门的打开和关闭。阀门的开闭操作及阀位指示都在货控台上阀门遥控专用显示屏上。
在货控台的 PLC控制主站处可对液动遥控阀进行开关操作。开关阀的开关指示，红色指示阀门关闭，绿色指示为阀门打开;开度阀具有开度指示及控制。电磁阀箱PLC 控制站通过 Genius Bus与货控台 PLC 主站连接，根据货控台PLC控制站的操作要求，控制相应的电磁阀，通过电磁阀的瞬间通电换向并锁位功能，控制油路进出方向，达到开关阀门的目的;所有遥控阀的阀位指示及开度控制信号均送到电磁阀箱PLC 控制站，通过 Genius Bus发送至货控台 PLC 控制站接收。
上位机部分包括一台工控机、一台交换机以及打印机和软件。工控机通过 TCP/IP 协议与 PLC 主站通信，实现监控软件HMI/SCADA iFix 与 PLC 之间的信息交换，实现阀门的控制及状态的显示及报警历史记录与查询。
3、系统特点
采用GE的PLC作为控制和信号采集模块，大限度保证了系统运行的稳定性和安全性;分散采集，集中控制的设计，使得各种信号的采集与控制准确、方便；兼容多种通用的总线协议，如：Genius Bus，ModBus，ProfiBus等，大大扩展了系统的适用范围；先进的模块化打包设计，使得各子系统之间相对独立，可以单独运行，各子系统之间也可以无缝连接，协调工作，能满足根据客户的特殊需要，实现个性化的组合；多种人机界面，如：IPC、触摸屏、MIMIC板等，确保了操作人员能方便，快捷地获取信息并实现控制。
4、结束语
CARGOPRO系统具有极高的安全行和稳定性，人机界面友好，通信稳定，且目前已在多艘船上得到了应用，并通过了多家船级社的船检。
本文介绍了采用气动元件的物料搬运系统的结构、气动系统及其PLC控制系统。物料的搬运方式具有可抓可吸的多用途功能；气动系统电磁换向阀采用汇流板集装方式，减少了占用空间；PLC控制具有单步、自动等多种工作方式。
由于气压传动具有气源使用方便、不污染环境、动作灵活迅速、工作安全可靠、操作维修简便以及适于在恶劣环境下工作等特点，在冲压加工、注塑及压铸等有毒或高温环境下作业，机床上、下料，仪表及轻工行业中小零件的输送和自动装配等作业，食品包装及输送，电子产品输送、自动插接，弹药生产自动化等过程中被广泛应用。气压传动是一种易于推广普及的实现工业自动化的应用技术。气动系统的应用，引起了产业界的普遍重视，气动行业已成为工业国家发展速度快的行业之一。
作为气动系统的控制装置目前多数采用可编程控制器（PLC）。可编程序控制器是以微处理器为基础，综合计算机技术，自动控制技术和通讯技术而发展起来的一种新型、通用的自动控制装置，其可靠性好，操作简便。在实际应用中，控制系统很容易实现。一般是由受控设备的动作顺序和工艺要求，构成工步状态表，形成梯形图，再编制PLC指令。
一、物料搬运系统结构设计
物料搬运系统原理图如图1所示。该系统由左右移动气缸1、复位进退气缸2、升降气缸3、夹手或真空吸盘4、物料块5、传感器6、圆柱导轨7、支架8、底座9、微动开关10等组成。夹手或真空吸盘4可以夹住或吸住物料块5，抓取物料的部分采用夹持式和吸附式两种形式，选用不同的形式，可分别完成工件的抓取和吸附，以适应不同种类的物料搬运。夹手采用电磁铁吸合与断开方式夹持物料。夹手或吸盘在升降气缸3的作用下可以上下移动；夹手或真空吸盘连同升降气缸在左右移动气缸1的作用下沿着圆柱导轨可以左右移动；在复位进退气缸2的作用下将物料块送回原始位置，为下一个工作周期准备，以实现循环。此系统能够实现物料在一个平面内的搬运。左右移动行程为300mm，上下移动行程为80mm，根据行程选择不同的气缸，气缸1、2行程为300mm，气缸3行程为80mm。气缸选用法兰式安装。为了防止工件偏移，在左右移动气缸1运动路径两边安置导向圆柱导轨7，将圆柱导轨用螺钉固定在支架8上；支架用螺栓固定在底座9上。
图1 物料搬运系统原理图
在左右移动气缸1的缸体上安装了两个磁性开关6用于左右极限位置检测；在底座上安装了一个微动开关10用于物料块下限位置检测。
操作面板安装在电控箱上，与实验装置主体是分离的。PLC可编程序控制器，电磁阀，真空发生器等均放置在电控箱里。
二、气动系统设计
气动原理图如图2所示。
图2 气动原理图
气源出来的气体经过二联件处理后进入到汇流板。通过相应的电磁换向阀可进入气动执行元件，分别驱动气缸1的左右移动、气缸2的推料动作、气缸3的上升下降运动、吸盘4的抓料和松料动作。整个气动系统的3个气缸全部采用出气节流调速；电磁阀采用3个二位五通阀和1个二位二通阀。选用集装式电磁换向阀，将所有电磁换向阀由汇流板集装在一起，以减小占用空间。
三、程序流程图及软件设计
实现功能。物料搬运系统具有左右移动、上下移动及对物料的夹紧和放松、推料进退功能，在PLC控制下可实现单步、自动等多种工作方式。物料被夹手搬运完成以后，为满足连续动作需要，还必须将此物料运送回原点位置，以供下次搬运需要。系统可完成的各种工作方式如下。
单步：可实现“上升”，“下降”，“左移”，“右移”，“夹紧”，“放松”，“推料进”，“推料退”等八种点动操作；
连续：按下“启动”按钮后，夹手从原点位置开始连续不断地执行搬运物料的个步。
根据上述任务，先设计主程序框图，如图3所示。
图3 主程序框图
物料搬运系统实现的动作：下降→抓料→上升→右移→再下降→松料→再上升→左移→推料进→推料退。
在这个系统中，我们只实现一个物料的循环动作，故在机械手回原点后，需将物料推回原来位置。
在PLC控制下可实现单动、连续动作工作方式。
系统上电后，通过旋转按扭选择是单动还是连动，如果是单动则执行单动程序，否则执行连动程序。
单动工作方式：利用按钮对夹手每一动作单独进行控制。
连续：按下启动按钮，夹手从原点开始，按工序自动循环工作，直到按下停止按钮，夹手在完成后一个周期的工作后，返回原点，自动停机。如图4所示。
图4 连续动作顺序流程图
四、结论
基于PLC控制的物料搬运系统能够实现物料的自动循环搬运。此系统既可以使用夹手夹持物料，又可以使用真空吸盘吸附物料，具有多种用途功能；气动系统的电磁换向阀采用汇流板集装，减少了占用空间；在PLC的控制下可以实现单动和连动两种执行方式，完成物料的搬运。
1 引言
可编手里逻辑控制器PLC进入国内工业控制领域己近十年了，早期的PLC由于受硬件的构成及软件环境的局限，其应用范围受到二定的限制。近几年来，随着微电子技术及计算机技术的高速发展，PLC产品高度融合了计算机产业新进的技术与工业自动控制的经典理论，在其功能及性能上指标上得以大大的丰富和完善，从而突破了传统PLC的概念，在中、小型控制领域内极大的扩展了其应用范围。在特定的范围内，高性能价格比己成为新型PLC的突出的特点。
A-B公司是国际的工业产品制造厂商，其工业自动化控制产品以其高性能、高可靠性在工业控制领域有着其特定的地位。A-B公司的PLC产品更是该产品领域的佼佼者。本文将通过介绍A-B公司的新型PLC产品在南方某3X125MW机组电厂辅助装置中的实际应用实例，来介绍新型PLC产品的先进功能与性能。
2 产品简介
美国A-B公司的新型的SLC500/03PLC系统，是PLC产品领域中较先进的机型之二，除具有常规PLC产品的基本性能外，它还具有以下的独特功能：
*强大的输入/输出信号支持能力，I/O接口部分支持960离散点；
*丰富简单的集成化指令，处理器指令集71条，简单易学便于系统的应用及推广；
*多级工作状态指示显示，便于现场运行人员对系统的工作状态一目了然；
*高可靠性的性能设计，确保正常工作条件下，系统的维护量小。
3 工艺流程
作为电厂工艺流程中二个重要的环节，化学水处理部分在整个电厂的自动控制系统中有着举足轻重的地位。它的工作状态将直接影响整个锅炉系统的安全性与经济性，并影响到整个电厂的工作稳定性与可靠性。化学水电气控制部分的各种控制阀门和联锁开关较多，其中任一环节的工作状态的稳定性和可靠性都将对整个化学水自动控制部分产生相送连的影响。
针对这样的实际状况，我们在化学水的控制部分采用了由PLC系统构成的程序控制，选用了A-B公司高性能的PLC产品SLC-500/03，从而完成化学水处理部分的启动、停止、暂停、再启动以及相关电磁阀箱、风机、泵的控制。化学水部分的运行（送水）和再生指令全部自动进行。当某种水处理设备失效后，由检测仪表发出信号，把该设备从制水系统中解列，经过判断，确认具备再生条件时，自动投入再生。再生程序完毕，水质合格后自动把该设备并入到制水系统，恢复送水。
选用PLC系统构成了以下几个分系统：
*机械过滤器的程序控制系统
*一般除盐系统的程序控制系统
*混合离子交换器的程序控制系统
下面以化学水处理部分一般除盐系统的程序控制为例，介绍其工艺及系统构成。
对于电厂的化学水处理部分，除盐系统为系统中重要的一个环节，供往锅炉的水中含有微量的悬浮物、胶体物质和有机物质，它们的存在会直接影响锅炉的使用寿命和传输管道的安全，必须作前期的处理。
它的处理过程为在化学水处理的过程中，加入特定的化学物质，从而与水中的有害成分发生化学反应，通过沉淀、过滤等方式将这些特质从水中分离出来。PLC系统主要自动控制并完成整个除盐过程的中的阀门的启、停及相关管路中的开、闭等。并联运行固定床两极除盐系统工艺示意图如图1所示：
4 实际应用
根据上述的化学水一般除盐过程的工艺流程，选用相对应的PLC构成程序控制系统。除盐过程所涉及的开关量信号计有除盐水导电度、阳床钠离子、阳床NaOH等相关的输入、输出点，故选用了SLC500/03中的离散量输入模块1746-IB32计三块，离散量输出模块1746-IB32计二块，继电器输出模块1746-0X08计八块，构成的整个PLC自动控制系统如图2所示。
按照上述的程序流程图，通过PLC系统专用的程序软件包进行系统程序的生成，并投入正常的使用。（程序部分较长，略）
5 使用效果及经济效益
按照常规电厂输助设备控制系统的设计，化学水处理自动控制部分常常采用传统的按钮及继电器组组成。这样构成的系统，早期投入的费用相对较低，但由于所使用的元、器件和设备较多，相互之间的连接线及关系也较繁琐，无法从每二个环节上确定保证每一个独立部分性能的良好发挥和其可靠性，从长远运行的角度考虑，后期设备的维护上所发生的费用将远远超过选用PLC构成系统所发生的费用，这里还不包括由于这部分工作的不可靠因素从而造成对整个电厂的正常生产所带来的影响。我们在南方某电厂3*125MW机组化学水处理部分设计中采用了PLC系统构成，由于该产品的优良特性，不仅在极短的工期时间内完成了该程序控制部分的安装与系统调试，由于产品的高可靠性，从而使该辅助系统投入运行一年多来，基本处于免维护工作状态，保证了整个运行机组的安全、可靠、稳定的运转，受到业主等多方面的好评。