基于PLC 的南极磷虾脱壳加工设备船载中央控制系统设计方案

张军文，郑晓伟，倪 锦

［1.中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所，农业农村部远洋渔船与装备重点实验室，国家水产品加工装备研发分中心(上海)，海洋食品精深加工关键技术省部共建协同创新中心，上海 200092］

随着越来越多的国家进发南极海域，南极磷虾捕捞船只越来越多；传统的船载南极磷虾加工脱壳设备往往依靠人力操作，导致其加工效率低下，劳动强度大。如今使用船载PLC(可编程逻辑控制器)控制的南极磷虾脱壳系统，可实时对整个系统的运行故障进行监督和安全控制；对电动机、水泵、压力机械等机械参数和运行状态进行监测、记录和打印，并且对南极磷虾脱壳加工设备的运行过程进行安全保护，以防止意外发生；可以为提高南极磷虾脱壳效率提供重要的技术支撑。

一、PLC在船载南极磷虾脱壳加工设备中央控制系统中应用的优势

船载南极磷虾整套加工系统自身很多机构开启动作非常多，这就要求中央控制系统也要与之相适应，需要很多控制的执行机构。而PLC刚好可以满足这一要求，其内置很多各种用途的继电器，能够对船载南极磷虾加工系统进行精确控制。除此之外，由于PLC从问世到现在，随着大规模集成电路及其微电子技术的迅猛发展，PLC在概念、设计、性能、价格比以及应用方面都有了新的突破，具有运行可靠、故障率低、维护费用低、能耗低、运行无噪声等优点。

二、船载南极磷虾脱壳加工设备的整体技术方案

自动控制系统、安全控制系统、检测报警系统组成了船用南极磷虾脱壳加工中央控制系统。

1.控制系统

船载PLC控制的南极磷虾脱壳系统可以对船载南极磷虾来料自动搅拌、去壳、清洗等功能进行控制，主要控制其开启和关闭等；并且可以对整个系统工作时的电压以及变频器等的工作频率自动显示和控制管理，从而实时对整个系统的运行故障进行监督和安全控制。

2.检测报警系统

船载南极磷虾脱壳加工检测报警系统是由各种传感器对整个系统从投料、搅拌、脱壳、清洗等环节对运行过程中实施检测，重点检测变频电机、增压泵、压力表等运行参数。报警系统将这些检测到的参数自动与其限定数值进行比对，如果超出了限定值会及时发出红灯报警信号。当然，整个检测报警系统会对运行参数的各种结果进行跟踪、记录和打印，对超出的限定数值给予标记。

3.安全系统

对于任何正常工作的系统来说，安全是至关重要的。同样，对于船载南极磷虾脱壳加工系统也需要设置一个安全系统，以应对整个系统发生紧急情况，起到安全保护作用，将事故造成的风险降到最低。南极磷虾船载脱壳加工系统的中央控制系统组成如图1所示。

图1 中央控制系统组成

三、船载南极磷虾脱壳加工设备本地控制单元

船载南极磷虾脱壳加工设备本地控制单元包括：进料输送机(输送电机、变频器)、均质槽(均质电机、液位开关、温度传感器、电磁阀、流量计)、送料泵(送料泵、变频器)、滤水过滤输送机(输送电机)、磷虾脱壳机(脱壳电机、喷淋泵)、虾壳回收装置(输送电机、粉碎电机)、虾肉输送机(输送电机)、风淋滤水系统(风机、输送电机)、压缩装置(压缩电机)和其他备用件等。

四、船载南极磷虾脱壳中央控制系统设计

1.上层数字化检测与控制系统功能概述

利用工业计算机里面的控制软件和自带的各种接口来自动采集南极磷虾脱壳加工设备的各种数据(如工作的PLC、表、温度计、电机控制的变频器等)。再利用软件将收集到的这些数据显示到控制画面上，这样就方便远程监控操作设备的运行状态；若设备某个地方出现异常或故障，系统报警就会及时开启，发出警报信号。另外对设备运行参数进行跟踪、记录和打印，对超出的限定数值给予标记。

南极磷虾脱壳加工设备的顶层控制系统由上层数字化检测系统和自身的监测系统构成，两者相互协调和同步，两者之间的数据可以实现一定程度的共享。其中上层数字化检测系统为监测系统提供了非常人性化的人机互动界面，这样对于维护和操作设备的人员提供了较大的便利。监测系统不但对设备的故障报警界面、流程图的动画界面进行设置，还可以对上层数字化检测收集到的数据进行显示和预测等，这样就可以实现对南极磷虾脱壳加工设备系统进行各种监管和控制。

2.前端控制单元软件与监管系统

南极磷虾脱壳加工设备的前端控制单元软件主要是由数据输入模板、数据判断模块、数据打印模块、数据检测模块、数据时间设置模块以及刷新模块等组成的模块数据库；每个模块可以独立运行和修改，这样可以使前端控制单元软件具有较好的可维护性和可替换性。

监管系统由3个模块组成：①数据传输模块，主要功能是采集南极磷虾脱壳加工设备的数据；②功能模块，以数据传输模块为基础，对各类指定的程序进行调用；③管理模块，主要功能是对各类程序进行管理和调度。监管系统的3个模块相互匹配，可以提高系统的运行速度。

五、南极磷虾电气控制系统的火灾智能监测

数字温度传感器设置在南极磷虾电气控制系统中，南极磷虾电气控制系统中的各类开关都配合灵敏的温度传感器，将专用的传输导线接入，通过监控模块的总线系统传输到监控系统，从而完成对各个运行部位的实时监测和管理，实现对南极磷虾电气控制系统的火灾智能监测。

六、故障处理

对于触摸屏、PLC、电器元件和柜体等常见的故障现象及其解决办法如下。

对于触摸屏不显示、触摸不动作或者通信故障，需要检查触摸屏接线是否松动、检查开关电源是否有输出、检查触摸屏和PLC通讯接线是否松动或者断线、是否有信号干扰、环境温度导致的灵敏度降低或触摸未点中正确位置；对于PLC输入/输出异常、PLC发生不工作、断路器跳闸或烧毁、接触器烧毁、现场控制柜故障亮灯等，需要检查PLC输入/输出点损坏、检查输入信号是否正常、检查PLC电源指示灯是否正常、检查是否电流过大或者短路的位置、检查熔断器是否烧坏、断路器是否供电、变频器是否报警等；对于电器元件出现接触器吸合电机不转、PLC输出点正常但断路器合不上闸、导线发热及中间继电器故障，检查开关是否合闸、三相电源是否存在缺相、接触器的接线是否正常等；对于柜体变频器故障、触摸柜体微麻感觉故障显示，需查看变频器故障代码、检查柜体是否有少许漏电，查询变频器说明书找出对应故障说明并做好绝缘与接地工作。

七、小结

综上所述，对基于PLC的南极磷虾脱壳加工设备船载中央控制系统制定设计方案，在船载加工间建立了控制中心，实现南极磷虾脱壳加工设备的自动启停、自动维持电压、频率的稳定；可以自动实施监测南极磷虾脱壳加工设备中各设备运行状态和参数，能打印和记录参数；可对运行过程的加工设备进行安全防护处理。同时，通过监控系统的稳定运行，人机界面操作简单，整个南极磷虾脱壳加工设备运行实现了自动控制，为整个设备的稳定运行提供了有力保证，促进了产业升级发展，也提升了产业经济效益。