淺析主機遙控系統換向控制的技術創新

劉剛

（中國葛洲壩集團機電建設有限公司，湖北 宜昌443000）

1 概述

主機遙控系統是船舶自動化的重要組成部分，主機遙控不僅能改善船舶的操縱性能，而且還能提高船舶航行的安全性，以及主機工作的可靠性和經濟性。本文主機遙控系統對齒輪箱換向控制進行了創新，重點對船舶行駛換向控制技術的原理以及實施過程進行了分析，為主機遙控系統的設計和制造提供了一種方法。

2 傳統主機遙控系統技術介紹

目前在船舶主機遙控系統的功能中，齒輪箱的換向一般通過遙控系統的操縱頭的檔位推拉來帶動主機轉速方向的控制，從而實現齒輪箱的換向。以電氣式主機遙控為例，該系統是由駕駛室遙控PLC及操作臺、監控室復示單元、氣源處理裝置、測速裝置、安全保護裝置、以及包括遙控執行機構與主機操縱系統組成。當主機駕控臺進行遙控操作時，通過操作手柄及車鐘，有發訊裝置送出設定信號至機旁控制箱,信號在遙控裝置中經過運算、放大或信號變化后送出控制信號到遙控執行機構與主機操縱系統，從而進一步控制主機的運行。

目前在船舶主機遙控的功能中，一般通過操作遙控系統的操縱頭的推拉來帶動主機轉速方向的控制，從而實現齒輪箱的換向。但在此過程中，一般通過人工判斷艉軸轉速表系統中艉軸轉速的高低是否能反向合排，當艉軸轉速降到能滿足主機反向運轉的轉速的時，操作操縱頭使遙控系統的PLC程序運行來控制系統。

但在此過程中，一般通過人工判斷艉軸轉速的高低是否能進行變速齒輪箱的反向合排，當艉軸轉速降到能滿足變速齒輪箱反向運轉的轉速時，操作檔桿使遙控系統的PLC程序運行來控制變速齒輪箱合排。當一般遙控系統中未加入艉軸監測信號時，不能滿足船舶入級規范中該控制程序需自動實現，且在主機所允許的時間間隔內完成操作。船舶正常運行行駛情況下，人工判斷的不準確、不及時增加了船舶行駛的不安全因素；而船舶運行時遇到水流湍急或者航速過快的環境時，艉軸轉速很難降到一定程度允許變速齒輪箱合排，此時需要人工進行變速齒輪箱合排。目前部分遙控系統生產單位已取消加入艉軸監測信號，但卻不能滿足該控制程序需自動實現，且在主機所允許的時間間隔內完成操作的船舶入級規范中要求。

3 創新系統技術方案的組成

通過上述分析介紹，在克服上述遙控系統換向程序自動實現和緊急狀態下合排不能同時滿足的難題，本文研究出既能通過艉軸監測實現遙控自動換向控制程序，又能滿足緊急操作合排的主機遙控系統，該系統的創新已在船舶試航過程中得以成功實施。

創新系統包括控制器和分別與其連接的輸入模塊、檔桿檢測模塊、推動機構、AD轉換模塊，轉速傳感器、數字顯示儀分別與AD轉換模塊連接。輸入模塊用于操作人員通過按鍵或按鈕輸入的操作指令；檔桿檢測模塊用于檢測船舶檔桿的“前進”檔位或“后退”檔位或“空車”檔位；其中控制器為PLC控制器，輸入模塊包括自鎖式聯鎖按鈕開關，聯鎖按鈕開關與控制器連接。檔桿檢測模塊包括多個前進接近開關、多個后退接近開關和空車接近開關，前進接近開關分別設置于檔桿的前進檔位處，后退接近開關分別設置于檔桿的后退檔位處，空車接近開關設置于檔桿的空車檔位處；前進接近開關、后退接近開關、空車接近開關分別與控制器連接。系統中推動機構為液壓缸，液壓缸的控制端與控制器連接，而控制器與AD轉換模塊連接的水流傳感器和與報警器分別連接。

船舶在正常運行行駛情況下，船舶行駛換向時變速齒輪箱自動合排；當遇到緊急情況，船舶操作人員也可以根據實際需要，解除自動合排功能，手動進行船舶行駛換向。

4 創新的系統技術方案的原理

當控制器檢測到操作人員在進行船舶行駛換向操作時，且控制器檢測到輸入模塊中“聯鎖”按鈕導通時，控制器輸出控制信號到推動機構，推動機構伸展，船舶變速齒輪箱的離合器分離，控制器讀取轉速傳感器的轉速信號，轉速降低后，控制器輸出控制信號到推動機構，推動機構收縮，船舶變速齒輪箱的離合器接合，船舶變速齒輪箱自動合排；當控制器檢測到操作人員在進行船舶行駛換向操作時，且控制器檢測到輸入模塊“聯鎖”按鈕斷開時，觸發報警器發出報警聲，提醒集控室操作人員注意，控制船舶主機轉速，手動進行變速齒輪箱換向合排。

5 創新的系統技術方案的實施

輸入模塊包括聯鎖按鈕開關，聯鎖按鈕開關為自鎖開關；聯鎖按鈕開關與控制器連接；聯鎖按鈕開關按下時導通，彈起時斷開；當按鈕開關按下時，駕駛室操作人員操作檔桿換向，變速齒輪箱自動合排；當按鈕開關彈起時，駕駛室操作人員操作檔桿換向，變速齒輪箱不會自動合排，需要手動操作進行變速齒輪箱合排。一般船舶主機遙控設有“前進4”、“前進3”、“前進2”、“前進1”、“空車”、“后退1”、“后退2”、“后退3”、“后退4”共9 個檔位，檔桿檢測模塊包括4 個前進接近開關、4 個后退接近開關和空車接近開關，4 個前進接近開關分別設置在“前進4”、“前進3”、“前進2”、“前進1”檔位處，4個后退接近開關分別設置在“后退1”、“后退2”、“后退3”、“后退4”檔位處，空車接近開關設置在“空車”檔位處。前進接近開關、后退接近開關、空車接近開關分別與控制器1 連接。輸入模塊、數字顯示儀設置在船舶駕駛室，顯示器、報警器均設置在船舶集控室，供船舶值班人員查看實時情況。在船舶艉軸上設置有磁鋼，轉速傳感器對準艉軸上設置的磁鋼，船舶正車或倒車運行時，磁鋼跟隨艉軸轉動，轉速傳感器通過檢測變化的磁信號檢測艉軸的轉速。推動機構為液壓缸；液壓缸的活塞桿與船舶變速齒輪箱的離合器的撥叉連接；液壓缸的液壓泵、控制閥分別與控制器連接；液壓缸的活塞桿伸展時，推動變速齒輪箱的離合器的撥叉，使離合器處于分離狀態，變速齒輪箱與船舶主機停止動力傳輸；液壓缸的活塞桿反向收縮時，離合器處于接合狀態，變速齒輪箱合排，船舶主機經離合器傳輸動力到變速齒輪箱。轉速傳感器檢測艉軸的轉速，水流傳感器檢測船尾的水流速，轉速信號、水流速信號經AD 轉換模塊轉換為數字信號并傳輸至控制器，通過數字顯示儀展示給船舶駕駛室的操作人員。

6 創新的系統技術方案的優點

實現船舶行駛換向的船舶變速齒輪箱合排的自動控制，方便實用，避免人為合排控制時人為判斷的不準確、不及時或失誤而導致的船舶行駛的不安全和風險；實時采集、顯示船舶艉軸轉速以及附近的水流數據，供船舶駕駛員、集控室監控人員參考；在緊急特殊情況下，可手動解除船舶變速齒輪箱合排的自動控制，人工手動進行變速齒輪箱合排，增加了系統的靈活性；手動解除船舶變速齒輪箱合排的自動控制后，進行行駛換向操作時，觸發船舶集控室的報警器，提醒船舶集控室操作人員注意。

7 結論

本技術方案在船舶行駛換向的船舶變速齒輪箱合排的自動控制上體現了主機遙控系統操作的靈活性，尤其對運行在內河及水流湍急河道的船舶，增加了船舶行駛的安全性，該技術在未來將會得到推廣和應用。