船舶電力推進監控系統體系結構設計技術研究

劉擘

?

船舶電力推進監控系統體系結構設計技術研究

劉擘

( 海軍駐武漢712所軍事代表室，武漢 430064)

電力推進監控系統是船舶綜合電力推進系統的重要組成部分，其運行性能直接影響到船舶的生命力，為確保電力推進系統安全有效運行，保障船舶的生命力，必須深入開展電力推進監控系統設計技術的研究。本文以船舶電力推進監控系統為研究對象，在歸納、總結系統組成和功能的基礎上，對監控系統的體系結構設計技術進行了研究。

船舶電力推進系統 監控系統 體系結構

0 引言

電力推進技術可統籌全艦動力，滿足未來艦船對電力供應及推進動力的需求，并在操縱性、可靠性、經濟性等方面較傳統直接推進動力系統有著不同程度的提高，是新世紀艦船動力發展的趨勢。隨著船舶電力推進技術的發展，使用電力推進技術船舶的發電容量和推進功率等級也大大提高，加上船舶應用環境本身的特殊性，對電力推進監控系統的開放性、互可操作性與互用性、系統結構的高度分散性、現場環境的適應性提出了更高的要求。為了滿足需求，電力推進監控系統大量采用了計算機控制技術、信息技術、網絡通信技術，并且電力推進監控系統也逐漸向集成化、模塊化和智能化發展，使得艦船監控系統日趨完善，而監控系統也越來越復雜，技術含量也越來越高[1]。

因此，為了滿足日益提高的對電力推進監控系統的性能要求，首先應進行電力推進監控系統體系結構的研究，只有在體系結構確定后，才能進行下一步的設計。

1 電力推進監控系統概述

1.1 電力推進系統組成

船舶電力推進是船舶推進方式中的一種，指由發電機組發電而由電動機驅動螺旋槳推動船舶行進的推進系統。船舶電力推進系統按功能可劃分為供電系統、推進系統和監控系統三個分系統，如圖1所示，供電系統包括發電機組和配電板，推進系統包括推進變壓器、推進變頻器、推進電動機、軸系及螺旋槳，監控系統包括機艙監測報警系統、推進控制系統和功率管理(PMS)系統[2]。

船舶電力推進方式與傳統的機械推進方式相比，主要有經濟性好、操縱性好、安全性好、節省空間、噪音低、適合環保、電能儲備大、有利于實現綜合全電力推進系統(IFEPS或IPS)等優點[3]。

1.2 電力推進監控系統組成及功能

電力推進監控系統是裝配于船舶上用于完成對綜合電力推進系統進行控制、保護、管理的設備，一般由功率管理系統、推進控制系統、機艙監測報警系統等組成。

功率管理系統是裝配于船舶上根據功率的需求對機組進行監控并協調各機組的工作，對發電配電進行故障報警和處理，為綜合電力推進系統及其他用電設備提供可靠、穩定及優化配置的電力能源的自動化系統；推進控制系統是完成對綜合電力推進系統進行控制、保護、管理的自動化系統；機艙監測報警系統是完成對機艙設備進行監視、報警管理的自動化系統。

根據電力推進監控系統的功率管理系統、推進控制系統、機艙監測報警系統的功能分析，進一步將各個組成系統進行劃分，如圖2所示。

1.2.1功率管理系統組成

1)功率管理單元，實現功率管理系統管理和控制調度等功能；

2)機組接口單元，實現機組狀態監測和控制的接口管理；

3)同步控制及保護單元，實現機組同步并車、功率分配及機組保護功能；

4)人機界面，實現功率管理系統的可視化操作、監視功能。

1.2.2推進控制系統組成

推進控制系統一般應設置如下控制站：

1)就地控制站，實現推進系統設備如推進變頻器、推進變壓器、推進電動機及輔機的監測、保護、就地控制等；

2)集控室控制站，實現推進系統設備如推進變頻器、推進變壓器、推進電動機及輔機的監測、集控室遙控等；

3)駕駛室控制站，實現推進系統設備如推進變頻器、推進變壓器、推進電動機及輔機的監測、駕駛室遙控等；

4)車鐘系統，設置有主航車鐘和應急車鐘，在駕駛室和集控室遙控時，使用主航車鐘進行傳令和操車；當控制網絡故障或控制器故障時，可在就地或一處遙控控制站轉換為應急操作，通過應急車鐘進行傳令回令指揮。

1.2.3機艙監測報警系統組成

機艙監測報警系統主要包括如下設備：

1)集中監測站，作為機艙監測報警系統的控制檢測中心，實現系統的監測、顯示、報表、存儲、聲光報警等功能；

2)推進采集站，作為機艙監測報警系統的延伸采集站，對推進系統設備的狀態和參數進行采集，傳送到集中控制站進行顯示和報警，本控制站可根據實際需求與推進控制系統綜合考慮；

3)輔機采集站，作為機艙監測報警系統的延伸采集站，在機艙就近布置，對機艙輔機狀態和參數進行采集，傳送到集中監測站進行顯示和報警；

4)延伸報警板，作為機艙監測報警系統的延伸顯示，按照需要在士兵艙、機電長室、船長室、會議室等位置進行安裝，對系統報警和參數進行延伸顯示。

2 電力推進監控系統體系結構設計

2.1 結構設計

電力推進監控系統各組成部分在電力推進系統中的分布如圖3所示。

2.1.1 功率管理系統結構設計

功率管理系統一般按照不同功能單元在主配電板內進行安裝，功率管理單元和人機界面單元一般安裝于母聯屏或同步屏內，機組接口單元和同步控制及保護單元安裝于每個發電機組控制屏內。功率管理系統也可采用單獨成柜方式進行設計。

2.1.2推進控制系統結構設計

推進控制系統中，集控室控制站一般采用嵌入式方式安裝于集控臺上，主要包括推進控制面板、主航車鐘集控室接收器、應急車鐘集控室接收器、模擬表頭等；駕駛室控制站一般采用嵌入式方式安裝于駕控臺上，主要包括推進控制面板、主航車鐘駕駛室發訊器、應急車鐘駕駛室發訊器、模擬表頭等；就地控制箱一般采用壁掛式安裝于變頻器旁，內部包括控制器、繼電器等[4]。

2.1.3機艙監測報警系統結構設計

機艙監測報警系統中，集中監測站采用臺式防護結構，前部設置有扶手，是主要的人機操作、監視接口。按照功能進行分區，分別設置有模擬顯示屏、模擬表頭、監視屏幕，操作面板等。臺內設置工控機、不間斷電源等；輔機采集站采用箱式結構壁掛式安裝于機艙內，內部布置有數據處理和采集模塊和通訊模塊等；延伸報警板一般采用壁掛式安裝，設置有顯示屏對報警信息進行顯示。

2.1.4控制臺結構設計

1)控制臺設計應滿足正面維修的要求，并應能靠壁和并柜安裝；

2)操作界面應便于人員操作、觀察和記錄，高度不宜大于2m；

3)控制臺宜為掀蓋式，且設有絕緣扶手，并在側方或前方設置百葉窗，便于散熱；

4)控制臺構架單元的一般由結構型鋼或型鋼構件組成，并在每個部件的彎角處的縱橫平面上焊上角撐板；

5)門、蓋、抽屜等活動應與配合平面吻合。平開門應能在不小于90°范圍內開閉；且設置有固定開閉位置的機構，抽屜應設置防止脫落的機構。

2.1.5控制臺布置設計

1)控制臺內顯示器、儀表、按鈕及其他操作顯示設備的布置，均應便于操作和監視；

2)控制臺上的儀表應具有檢定合格標志，檢測和指示儀表的準確度等級不應低于1.5 級；

3)控制臺的板面器件應按照控制對象分區分組配置，并按照控制對象在船上的實際位置對應布置；

4)二次儀表、系統模擬圖、顯示器等應盡量布置在控制臺的垂直面板上，而操作手柄、開關等布置在水平面板上；

5)越控、緊急停止等應設置防止誤操作的安全保護措施。

2.2 硬件設計

1)監控系統提供對現場設備的實時執行控制，能進行遙控集中控制，向用戶提供集中操作接口，實時監測系統的狀態，進行故障診斷和保護控制，提供數據查詢和打印，并能提供與本船其它信息系統的接口；2)當部分發電機組、電動機損壞或故障時也應能進行推進作業；3)系統有故障發生時，應聲光報警，并給出報警信息顯示。

3 結束語

本文以船舶電力推進監控系統為研究對象，對電力推進監控系統的體系結構設計技術進行了研究，分別進行了結構設計研究、硬件設計，對電力推進監控系統的設計具有一定的指導意義。

[1] 尚安利，張達寬等. 電力推進船舶功率管理系統綜述[J]. 船電技術，2011，31(10):1-5.

[2] 包艷，施偉鋒. 船舶電力推進系統運行的仿真[J]. 中國航海，2011，4:34-38.

[3] 張狄林. 美國綜合電力推進技術發展綜述[J]. 船電技術，2010，30(12):47-49.

[4] 蔡成濤，夏桂華. 艦船智能化損管系統體系結構研究[J]. 數學技術與應用，2012，(8):72-74.

Research on Architecture of Marine Electric Propulsion Monitoring And Controlling System

Liu Bo

（Naval Representatives Office in Wuhan Institue of Marine Electric Propulsion ,Wuhan 430064 ,China）

2014-08-16

TM921

A

1003-4862（2014）11-0033-03

劉擘(1980-), 男，工程師。研究方向：通訊工程。