25000DWT化學品船自動化系統集成

劉 軍，謝立果

(南通明德重工有限公司，江蘇 南通 226361)

25000DWT化學品船自動化系統集成

劉 軍，謝立果

(南通明德重工有限公司，江蘇 南通 226361)

以25 000 DWT化學品船為研究對象，通過智能化、集成化設計優化船舶自動化系統集成，充分利用以計算機為基礎的自動化中央控制系統的功能，以達到簡化系統硬件，降低成本，易操作，通用性強且便于維護的目的。該系統經實船應用后，效果良好。

液體化學品船；自動控制；系統集成

0 引言

隨著計算機技術的高速發展及對船舶自動化的要求不斷提高，當前船舶自動化系統一直在向信息化、集成化、智能化發展，目前許多新建船舶對船舶機艙自動化系統的功能要求已不僅僅滿足于局部的、單一的、獨立的監測和報警功能，而是要求具有大范圍、多層次、集中式的監控和管理及遠程維護功能。常見的幾個船舶監控系統，如船舶電站管理系統、液位遙測系統、閥門遙控系統、機艙泵組和風機控制系統、視頻監控系統以及船岸通訊系統等與監測報警系統的集成是船舶機艙自動化發展的趨勢，也是在設計過程中需要優化的方向。

1 普通自動化方案現狀分析

目前主流的自動化廠家的中央控制系統都是以計算機為基礎的，其提供的自動化系統設備均具有強大的信息集成、功能擴展、軟件升級功能。而大部分造船項目中對機艙自動化系統的設計思路還停留在采用獨立系統或小部分集成的設計，自動化系統幾乎只用于機艙報警監測，其他各個監控系統還需要配置各自獨立的控制系統。因此，自動化廠家鑒于個別項目因為船廠要求的自動化系統功能太簡單，不能充分利用其自動化設備功能而拒絕報價。單獨系統設計還有以下不足之處：

(1)獨立的電站管理系統：無法在除了集控室之外的處所監測和控制，不方便實時監測船舶電站的各項性能參數。在日常操作過程中，船員需要從機艙及配電板2個不同地方觀測相關數據，操作不方便，尤其是出現報警、需要緊急操作的情況，不能及時得到2個相關系統的參數及報警狀態，會嚴重影響緊急操作的效率及合理性，且通常只能在機艙集中控制室進行控制，無法在貨油控制室及駕駛室這2個重要的控制站進行監測。

(2)獨立的機艙泵組和風機控制系統：獨立的泵組及風機控制系統需要用到很多繼電器等電器元件以實現控制電路的啟停及聯鎖功能，大量的控制元件的使用也增大了維護檢修工作難度。獨立的泵組及風機控制通常也只能在機艙范圍內操作，無法從機艙外部控制站進行控制，且因為各泵組及風機控制獨立分布在各處，船員也無法方便及時知道各泵組或風機的運行情況，需要頻繁的巡查。

(3)獨立的液位遙測系統：通過安裝在貨油控制室的1臺電腦實時監測液貨艙的液位、溫度、壓力。通常這套系統只能在貨油控制室內操作，如果需要在駕駛室或集中控制室進行監測，必須在每個工作站增加1臺電腦，這將增加船舶系統成本，也無法與相關的閥門遙控、泵組控制等功能界面相互切換、操作。

(4)獨立的閥門遙控系統：通過安裝在貨油控制室的1臺電腦或mmic板控制船舶壓載、液貨裝卸及加熱等。通常此系統只能在貨油控制室進行監測、控制，如果需要在其他控制站進行監測、控制，需要多訂購工作站與之聯網，這將增加系統成本，也無法與相關的泵組控制、液位遙測等功能界面相互切換、操作。

2 解決思路

將各系統信號采集、數據處理、控制功能集成到自動化系統內，由自動化系統的數據采集模塊、通訊模塊、中央處理單元完成，便于船舶集中監控和管理，也便于軟件升級及功能擴展。系統以CAN總線或以太網通訊為基礎，雙冗余設計，既確保系統的簡潔、數據傳輸高效，也確保整個系統的可靠性。為了進一步提高各系統可靠性，各分系統設計相對獨立，具備就地操作功能，也就是如果控制系統出現故障，也可以確保各系統正常操作。

在前期的船舶技術規格書談判及方案設計時，向船東推薦使用多系統集成的自動化系統。這樣既便于船舶在以后的使用過程中方便船員操作及維護，又利于船廠節約成本，而且集成的自動化系統，接口銜接容易，技術風險小，同一風格的人機界面也方便船員適應和操作。

3 實船自動化系統集成

25 000 DWT化學品船自動化系統集成包含監測報警系統、值班報警系統、延伸報警系統、功率管理系統、機艙泵組和風機控制系統、液位遙測系統、閥門遙控系統。為了確保系統的正常運行，在系統的訂貨、設計階段重點關注、解決了以下問題：

3.1設備訂貨配置方案

(1)配電設備訂貨：技術協議要求提供開關及啟動器、相應的通訊接口，功率管理(PMS)，機艙泵及風機控制模塊及控制。監測功能由自動化系統提供。

(2)液位遙測訂貨：技術協議要求廠家提供液位遙測(TLG)探頭及相關輔助配套安裝件，信號采集、處理、計算由自動化系統提供。

(3)閥門遙控訂貨：技術協議要求廠家提供閥門遙控(VRC)動力單元、遙控閥、電磁閥箱，信號采集、處理由自動化系統提供。

(4)監測報警系統：技術協議要求監測報警(AMS)廠家提供4臺工作站、4個信號采集站、功率管理系統、值班報警、延伸報警系統及與上述系統的通訊接口。

3.2設計過程中通訊接口的協調

在船舶詳細設計階段，需要與各設備廠家溝通，并在廠家圖認可中明確各分系統通訊接口形式、通訊協議內容，避免系統調試時出現接口不正確，使各系統不能正常通訊，影響系統的完整性。

3.3系統功能

圖1為25 000 DWT化學品船自動化系統集成的參考拓撲圖。

如圖1所示，該系統包括：位于集控室、駕駛室、貨油控制室的4臺工作站，分布各區域的4個信號采集站，功率管理模塊、網絡集線器、延伸報警板、值班報警板打印機等硬件組成，通過以太網、CAN總線雙冗余設計，系統簡潔、可靠性高、傳輸速度快。主機、輔機等重要設備傳感器、液位遙測液位傳感器、電站功率管理系統、閥門遙控系統的反饋及驅動信號通過信號采集箱連接到自動化控制系統。集控室工作站1、工作站2是2個互為備用的主控制站，駕駛室、貨油控制室為分工作站。考慮到各工作站操作人員工作職能，通過系統軟件設置各工作站權限，實現操作功能與人員職責匹配。各工作站主要功能為：集控室工作站監測所有系統、控制機艙區域設備，貨油控制室工作站監測、控制液位遙測系統、閥門遙控系統，駕駛室工作站監測功率管理、閥門遙控系統、液位遙測系統、主機、發電機等重要設備。這種設置既保證系統兼容性、完整性，也確保各工作站操作界面的簡潔明了。

4 2種系統方案成本對比

4.1獨立系統方案(2011年參考價格)

機艙監測報警系統約515 000美元，閥門遙控系統約245 000美元，液位遙測系統約86 000美元，電站管理系統約16 000美元。

4.2系統集成方案(2011年參考價格)

自動化系統(集成機艙監測報警系統、電站管理、閥門遙控控制部分、液位遙測控制部分)約521 000美元，閥門遙控系統驅動終端約221 000美元，液位遙測系統傳感器約70 800美元。

對比發現，單船設備節約成本約49 200美元。

5 系統集成優點分析

集成方案與獨立方案相比，除了設備訂購價格較少外，還有以下優點：

(1)省掉液位遙測、閥門遙控等系統的顯示器及控制系統，節省電纜、空間和電源設備，減小控制臺尺寸，減少設備保管、施工工作量。

(2)減少系統硬件數量，可使船舶運行過程中的在線維護、維修等更簡單方便，節省了維護費用；元器件通用性強，方便了備件管理及采購。

(3)系統集成的人機界面風格統一，降低船員學習難度；各界面切換方便、簡潔，方便船員操作。

6 結語

4條25 000 DWT化學品船在2011～2012年完工交付，經售后服務部跟蹤反饋，該系統一直工作穩定可靠，沒有出現售后問題。另外，由于系統人機界面友好、簡潔、操作方便、維護簡單，得到了船東的一致好評。

自動化系統集成方案不僅能提高自動化系統利用率和船舶性能，而且可以降低船廠采購、施工成本和技術風險，也便于船舶運營過程中的設備維護管理及操作，更有利于后期系統升級、功能擴展，方便船東遠程機務管理。

圖1 25 000 DWT化學品船自動化系統集成參考拓撲圖

[1]中國船舶工業總公司. 船舶實用設計手冊(電氣分冊)[M]. 北京:國防工業出版社，2004.

[2]胡壽松. 自動控制原理[M]. 北京：國防工業出版社，1994.

2014-04-25

劉軍(1974-)，男，工程師，從事船舶生產及設計；謝立果(1984-)，男，工程師，從事船舶電氣生產及設計。

U674.13+3.2

B