近年來，世界海難事故不斷發生，船舶在整個運營期間，由于惡劣海況或者操作失誤等諸多原因使得船舶發生破損、碰撞、擱淺、觸礁等惡性事故不斷發生。特別是隨著《國際海上人命安全公約》的制定，大量的海損事故使人們認識到船舶破艙后報警、堵漏以及排水工作的重要性。

以往在國內船舶的運行當中，機艙內都安裝有大量的液位變送器，搭配綜合控臺的顯示報警儀表完成監測工作，當艙室進水后報警儀表產生報警，由船員發現后再采取應急堵漏與排水措施，這樣往往錯過了最佳的堵漏與排水時間。

本文介紹一種采用PLC S7-200對液位進行監控以及啟動三速電機排水的控制系統。系統在盡可能地減少硬件連接的基礎上，對監控過程采取程序控制。使用PLC SIM5.3仿真軟件的反復試驗，系統控制精度高、可靠性強。

1. 控制過程要求

艙室高度為5m，安裝有投入式液位變送器，它可將被測介質的表面壓力轉換為標準的電壓（0~5V）或者電流信號（4~20mA），直接投入水中即可讀取變送器末端到液位頂部的高度。

PLC S7-200中的模擬量輸入模塊可以很方便的讀取液位上升的實時高度，當艙內液位高于4m時產生報警并同時啟動三速電機，電機帶動抽水泵抽走艙內的液體，PLC S7-200根據艙內液位高度的不同隨時可以改變三速電機的運行狀況，及時改變抽水泵的工作情況。報警產生的聲音可以提醒操作人員采取必要的措施，及時堵漏。

2?．系統硬件配置

本系統中PLC S7-200采用CPU224為處理核心，S7-200系列PLC提供多種具有不同輸入輸出點數的CPU模塊和數字量、模擬量I/O擴展模塊等供用戶選擇，除此之外，它還配備有許多專用的特殊功能模塊，例如輸入/輸出模塊、熱電偶模塊、熱電阻模塊以及通信模塊等等，便于PLC的功能得到進一步的拓展。

液位高度通過投入式液位變送器產生4~20mA直流電信號直接送入PLC S7-200的模擬量輸入模塊，模塊可以很方便的將模擬量轉化為數字量供PLC讀取。在PLC S7-200中4~20mA的模擬量對應于數字量6400~32000，這樣0~5m對應于數字量6400~32000，得到實時高度的計算公式為：

為了節省I/O點的數量。節約投資．本系統對I/O點接線進行優化組合，試驗功能的轉換采用一個節點起兩個節點的作用，使PLC工作在兩種方式下。PLC系統接線與I/O模塊連接分別如圖1、圖2所示：

圖1 PLC系統接線圖

圖2 I/O模塊連接

PLC S7-200輸出端主要用來控制三速電機的啟停，進而控制水泵的抽水速度。圖3所示為控制系統的主電路圖，圖中分別用1C、2C、3C分別代表三個繼電器的常開觸點，輸出端Q4.2、Q4.3、Q4.4分別控制繼電器的通斷，ZC為主干路通斷開關，用來進行過載保護，在任意一條支路中串入電流表，可以很方便讀取系統工作時的電流值，方便對系統進行監測。

圖3 主干路電氣連接圖

3?．系統軟件設計

3.1 控制程序流程圖

圖4 系統流程圖

系統流程圖如圖4所示，三速電機是否開始工作完全取決于液位傳感器讀取得到液位高度的實時值，根據數字量來判斷后續的操作步驟。

當液位達到最大高度的設定點的時候，PLC S7-200發出指令用來啟動電機，并將電機轉速控制在第三速，同時打開報警裝置，通知操作人員采取堵漏措施；若液位未達到最大高度設定點，則傳感器繼續監測，PLC S7-200不發出任何指令。

啟動電機第三速時，艙內液位明顯下降，此時PLC S7-200判斷艙內液位是否達到中間液位設定點。若達到，則電機改為第二速運行，減緩抽水速度，同時也可防止電機高負荷運行，節約電能；若未能達到中間液位設定點，此時電機仍處于第三速檔位。

由于堵漏措施的得當，艙室內液位高度繼續下降，若此時液位高度達到最低液位設定點，啟動電機第一速，將報警裝置關，解除報警。

當液位高度已經達到最低設定點，PLC S7-200啟動內部定時器，電機繼續以第一速帶動水泵將艙室內剩余的液體抽干。

3.2 PLC主程序梯形圖

圖5 PLC主程序梯形圖

4? 系統試驗結果

圖6 PLC SIM5.3仿真結果圖

圖7 電流表實測波形圖

利用PLC SIM5.3對控制系統進行仿真，如圖6所示。輸入側IB 0一欄中第0位為最低液位設定允許開關，第1位為中間液位

設定允許開關，第2位為最高液位設定允許開關，第3位為實時液位輸入允許開關，第5位為復位允許開關。

輸出側Q 4的第0位為報警裝置開，第4位為電機第三速開關。模擬量輸入模塊讀取液位高度為4m，此時大于等于PLC S7-200設定的液位最大高度點，輸出側Q 4的第0位、第4位同時得電，電機第三速啟動并且打開報警裝置，用來提醒操作人員進行必要的堵漏措施。

輸出側Q 4的第1位為報警裝置關，第2位為電機第一速開關。模擬量輸入模塊讀取液位高度為2m，此時小于等于PLC S7-200設定的液位最低高度點，輸出側Q 4的第1位、第2位同時得電同時得電，并且啟動定時器T0，定時器定時時間結束后電機停止運行，系統恢復初始狀態。

（PLC SIM5.3沒有“位”操作標注功能，由于截圖比較小，在不影響論文整體結構的基礎上選擇在論文中用“Q 4第0位”等來標注仿真界面內的不同位）

利用PLC SIM5.3仿真完畢后，將圖5所示的主程序導入PLC S7-200，按照圖2的接線方式依次將PLC S7-200的各個觸點與三速電機的主繼電器連接。最后將PLC S7-200以及電機同時上電后試車運行。

圖7為利用電子示波器實際測量得到的三速電機運行時單相電壓波形圖，從圖中可以很直觀的讀取到單相電壓峰—峰值為380V，單相頻率為50HZ。波形較穩定，諧波很小，三速電機拖動水泵進行抽水作業，水泵抽水較為平穩。

5? 結論

試驗證明，基于PLC S7-200的船舶艙室進水監控系統有效地彌補了以往監測報警儀表只能監測報警而不能主動控制的缺點，能夠迅速反應、及時解決因各種事故造成的船舶艙室進水問題，系統穩定性較好，控制精度較高。

本文編自《電氣技術》，標題為“基于PLC S7-200的船舶艙室進水監控系統的研究”，作者為胡苓苓。