0 引　言

舰船通信网络应能够适应高盐雾、潮湿的海洋环境，从而更高效地完成舰船网络接入及信号传输等任务^[1]。光纤传输是以光波作为载波、以光纤作为传输媒质的通信方式，其具有通信容量大、传输距离远、抗电磁干扰强的应用优势。因此，舰船光网络得到了广泛应用。

在舰船光网络中，光纤是光缆的重要组成部分，当光纤发生断裂时光缆将会随之失去作用，导致相应区域内无法正常通信。由于光缆发生故障难以避免，因此，为保证光缆盒子的安全，有效的光线接续处理十分重要^[2]。

光缆接头盒易发生故障的主要原因是自然灾害以及工艺差，需通过控制其中光纤接续设备，快速且高效地完成光缆中断的修复。光纤接续具有修复速度快、可靠性强、稳定性高、通用性范围广以及成本低的优点。该方式利用光纤接续系统可以最快速度抢修光缆，保证光缆正常运行。因此，很多专家针对接续设备控制进行研究，如基于B/S架构的智能设备远程控制系统，其在每一个层次机构中设置不同的功能器件，并借助网络远程连接设备有效连接光纤熔接接续设备。另有学者提出了高性能激光选区熔化增材制造设备控制系统，设计了人机界面模块、PC模块、运动逻辑控制模块等，然后借助EtherCAT新型分布时钟同步技术，提升设备远程控制。在此基础上，借助QT软件平台设计控制流程实现系统设计。

以上2种系统在对设备的实际控制过程中没有计算接续的实际控制量，很可能出现接续不完全或接续过度的情况，存在控制系统的抗干扰性能差、光缆接续的合格率低和光缆断裂定位性能差的问题。为此，本研究基于PLC技术设计了一种新的船用光纤熔接设备智能控制系统。

1 系统整体架构设计

系统的整体架构如图1所示。

1.1 系统硬件模块设计 1.1.1 船用光网络光缆线路检测模块

该模块主要作用是随时检测光缆整体线路中是否存在危险，决定是否需要进行维修。当线路不存在危险则不需要维修；若线路存在危险，此时线路可正常运作，则对其实时监控，若不能正常运作则对其进行维修处理，该模块的架构如图2所示。

1.1.2 DO模块

DO模块包含控制光缆输出以及指示灯蜂鸣器，该模块主要是控制光缆信息的输出量，当超出固定值后即可出现警示。

1.1.3 断裂定位模块

光缆断裂的位置需要接续，接续定位是否精准是接续设备控制系统的关键^[3]，根据设备的整体参数可得出接续设备参数间的关系公式，其表达式为：

$ \Delta y = \frac{{\Delta d}}{{{P_f}}} = \frac{{{p_a}}}{{{p_f}m}}。$

(1)

式中： $ \Delta y $ 代表光线移动的范围； $ \Delta d $ 代表光缆的周长； $ {P_f} $ 代表接续设备的反馈脉冲； $ {p_f} $ 代表螺杆螺距； $ m $ 代表减速比的倒数。

1.1.4 监控模块

监控模块的主要作用是对光缆进行实时监控，其核心是组态软件的计算机，并在PLC的基础上完成信号的检测和控制。此模块还包括运动控制器，运动控制器是整个设备智能控制系统的核心，其主要任务是生成光纤接续的指令以及得出信号的标定位置。

1.1.5 驱动模块与执行模块

驱动模块是设备驱动器的相关组件，驱动器最终目的是将光缆线路的信号放大，进而完成设备控制，保证通信稳定性。执行模块的主要作用是驱动被控制的目标，在保证控制的精度上减少控制时间，提高控制效率。

1.1.6 传感器模块

在整个控制系统中，光缆传感器可采集到周围光缆的几何数据以及物理量数据，在闭环或开环系统中构成反馈回路^[4]，控制器根据目前已知信息得出设备控制策略，完成设备控制。

1.2 接续设备控制系统软件设计

PLC是一种可编程序逻辑控制器。在接续设备控制系统中PLC是主要控制设备。根据实际情况，设计PLC控制程度的流程图，如图3所示。

在软件设计系统中，PLC程序设计是最关键的步骤，需计算出设备控制相关量化因子参数，将所有参数添加到PLC中，继而进行模糊化处理，并根据数据库得出控制量，最终在反模糊化处理下生成控制量的实际值，模糊控制算法的流程如图4所示。

根据整体光缆设施选取出相应的PLC类型，在光缆自身的需求下对熔接接续位置精准控制。为加强控制精度，可选取交流伺服电机闭环控制进行接续，进而扩大接续设备的使用范围。

在实际控制过程中，需判断PLC是否完全启动，并检测光缆盒子是否存在问题，进而决定是否控制设备。在对设备控制途中，可利用硬件设置下达指令，系统接收指令后再一次对光缆进行检测，当一切条件均满足PLC要求则执行相应命令。

在计算控制量的过程中，启动以及复位是整个系统的核心环节，经过对设备的数据采集后利用模糊控制算法即可得出输出结果。其中，模糊控制算法是保证接续质量的关键。将采集到的数据变量进行模糊化处理，进而生成相应的隶属函数，根据变量间的关系生成模糊规则库，在强度转移法的帮助下计算出模糊输出变量值，再利用重心法完成变量的反模糊化，最终得到实际控制量。

2 实验结果分析

为了验证上述设计船用光纤熔接设备智能控制系统的整体有效性，通过对比形式，对本文系统、基于B/S架构的智能设备远程控制系统（对比系统1）、高性能激光选区熔化增材制造设备控制系统（对比系统2）的抗干扰性能、光缆接续的合格率和光缆断裂定位性能的测试。

2.1 控制系统的抗干扰性能

由于舰船光网络长期处于高盐雾、潮湿的海洋环境中，这种环境恶劣且电压不稳定，而且设备中带有很多大功率的变频器等，在对设备进行控制的过程中会受到的干扰因素较多，导致接续设备的稳定性下降。为比较出3种系统的各自性能，随机采取5组完全不同的光缆样本进行测试，得出每种方法在5组实验下受到干扰的程度，即稳定运行的程度，进而得出最优控制方法，其结果如图5所示。可知，在每组实验下设备的运行稳定性均是本文系统的稳定性最高，即其在控制过程中受到的干扰最小，2种对比系统的稳定性均远远不如所提方法。此外，在本文系统控制下的设备运行稳定性波动很小，而2种对比系统针对不同的环境其运行稳定程度波动较大，从而说明本文系统的设备控制效果好、抗干扰性能较强。

2.2 光缆接续的合格率

光纤接续的主要作用是修复光缆断裂，由于海洋环境的干扰，接续设备的接续合格率较低，此时需要利用设备中的控制系统对设备进行控制，提高设备的接续合格率。为此，随机选取10组不同的光缆断裂样本，利用3种系统进行修复，分别得出各组实验下的接续合格率，其结果如图6所示。可知，应用3种系统后，接续合格率与原始接续合格率相比均有所上升。但在本文系统控制下，每组样本光缆接续合格率均非常接近100%，说明本文系统的控制效果更好。

2.3 光缆断裂定位性能

光缆断裂的位置定位准确性直接决定接续的质量，当断裂位置定位不准确会加大接续误差，不能完整的恢复通信功能，会对人们日常生活带来影响，为得出光纤熔接接续设备控制的最优方法，在15组完全不同断裂位置下利用3种系统进行定位，判断每种系统的真实定位与实际位置之间差异，差异最小的即为最优方法，实验结果如表1所示。可知，每组实验下均是本文系统的结果与真实定位最接近，2种对比系统的结果与真实断裂位置之间的差异较大，导致接续的误差较大，从而验证了本文系统的控制效果好。

3 结　语

本文设计基于PLC的船用光纤熔接接续设备智能控制系统。该系统针对光缆断裂分别设计出硬件和软件，实现光纤熔接接续设备智能控制，解决了控制系统抗干扰性能差、光缆接续合格率低和光缆断裂定位性能差的问题，提高了接续设备的整体性能。