船舶機艙自動化系統現場安裝與調試探討

孫 波，余漢文

（上海外高橋造船有限公司，上海 200137）

船舶機艙自動化系統多為集成式系統，選擇的是多段網絡結構形式，由于其自動控制由系統軟件與硬件組成，在現場安裝、調試階段，與傳統的電氣自動化系統有著較大的差異，安裝調試有效、科學是其功能價值發揮的關鍵點。

1 安裝與調試的意義

根據國家造船工程現場施工的時間規定，科學、合理地安排機艙自動化系統設備的安裝、調試，是保證整個系統設備優質、按時地安裝、調試的關鍵。船舶機艙自動化控制系統的設計、開發、調試和管理應從機艙智能控制系統的基本組成部分入手，包括控制系統輸入輸出信號的接入、控制系統軟硬件的設置和控制系統功能的完成，其需要系統結構、特點組成[1]。安裝調試工作必須分步進行，確保上一個工作完成后可以開始下一個工作。與此同時，需要對安裝調試過程進行詳細記錄，完善相應文件內容，為后續工作的開展奠定基礎，提供支持。

2 船舶機艙自動化系統的基本特點

2.1 存儲信息的特點

船舶機艙自動化系統開機時總是保存信息，保存的信息始終有效。

2.2 處理數據的特點

由于普通的船舶機艙自動化系統沒有很強的抗干擾性能，在自檢和數據校準過程中容易出現很多問題。然而，基于微處理器的船舶機艙自動控制系統可以有效避免上述問題，同時還可以實現更復雜的數據計算，從而有效提高系統數據完整性，并可以根據信息檢索和編程具有良好的數據處理能力。

3 船舶機艙自動化系統安裝準備工作概述

3.1 船舶機艙自動化系統的選擇

圖1 船艙自動化系統結構

3.2 硬盤的安裝要求

計算機硬盤的位置既要方便工作人員使用和觀察情況，又要考慮到后期維護的便利性，留出適當的維護空間和通道。但如果電控柜內大功率電氣系統元件較多，實際管理期間，設備散熱較慢，如果要求不標準，將會影響功率元件的性能、熱穩定性，因此需要在電控柜內設置好散熱方案，及時有效地對柜內的溫控進行管理。如果自動降溫系統的降溫效果不理想，選擇強制降溫，留有通風通道。但是，電控箱面板的設計位置應避免振動、灰塵和潮濕空氣等不利環境。若無法遠離振動場地，則應當制定相應的措施，減少振動。對于支架系統的基礎，托盤的安裝需要牢固，安裝之后，不可隨意晃動，避免相應故障問題的出現。根據實際需要，托盤也可以通過支撐直接加固在鋼筋或混凝土基礎上。

3.3 管路鋪設工作

船舶機艙自動化系統的自動安裝技術實際上是一項復雜而煩瑣的任務，因此需要更加重視安裝過程中的每一步。船舶機艙自動化系統中的管道敷設主要分為動力管道和通信管道，管道敷設是船舶機艙自動化系統裝置順利施工的基本前提。在設備安裝過程中，施工人員還必須分析施工現場的實際情況，進行深入的了解，從而選擇合理的架設路徑。這一方案可實現建筑材料的有效利用，能夠適應未來系統擴展的需要。同時，施工人員還應勘察施工現場，選擇合理的路線和管徑進行電纜敷設，既能減少外界影響，又能保證船舶機艙自動化系統的順利運行，為機艙自動化系統的自動架設技術奠定了良好的基礎。因此，企業必須重視船舶機艙智能系統的自動配置技術。

4 安裝與調試設備

4.1 前期準備

準備工作可奠定機艙自動化系統安裝調試工作開展，是必不可少的過程。技術準備如下。

（1）知曉機艙動力控制系統的監控對象。作為船舶推進動力裝置服務的對象，機艙自動化系統需要掌握動力裝置、相應設備的監控要求，了解機艙內設備特點、設備功能，知曉如何促進機艙自動化系統功能實現的措施與路徑[3]。與此同時，需要掌握船舶機艙自動化系統設備特點、功能，知曉安裝要求、調試要點，為下一步工作的開展指明方向。

（2）熟悉監控系統設計數據的范圍。監控系統功能主要包括控制系統配置+功能、通信系統網絡架構、I/O 信號、數據數量、數據分布與數據類型等。

（3）全面了解系統功能。消化吸收監控原理圖、電氣內部接線圖、外部電纜連接圖等。

（4）實驗室調試。在實驗期間，需要靜態調試船舶機艙自動化系統，分析其加工制造，按照要求開展試驗，落實檢驗，比如系統功能、系統性能與系統質量等。該機艙自動化系統能夠在連接好電氣、通電之后，借助軟件平臺，將硬件平臺激活，以此組建完整網絡。可模擬開關信號，控制系統，處理緊急情況。

4.2 設備安裝與接線

根據機艙自動控制系統的設計數據，首先，在船舶機艙內安裝所有電氣設備、控制箱、各種現場設備、傳感器、變送器、執行機構等設備；安裝駕駛室、中控室、輪機長室（機電室）、機艙、管道損壞中心等操作臺或控制站。到位；檢查鋪設的電纜；然后完成各裝置的接線和管道連接工作，包括各裝置主電路的電纜連接、監控系統的I/O 信號電路、控制電路、通信網絡和壓力傳感器等裝置的管道連接。電氣設備安裝、電纜敷設、安裝需依照《中國造船質量標準》（CSQS）、《船舶建造質量標準》（JNS）執行，嚴格依據圖紙、要求開展施工。在電纜敷設期間，要采取合理的保護措施與管控措施，將信息傳輸過程中，電纜影響因素減少。在監控系統電纜敷設期間，針對輸入信號、輸出信號，需要避免磁場影響，選擇相應的措施，盡量選擇不平行敷設方式，盡可能地將大功率電氣設備避開，敷設電纜重疊厚度控制在2 層，也就是50mm，成束敷設電纜，同一電纜控制在6 束內。

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光纜敷設期間，光纜彎曲內徑為0.5mm，光纜外徑則是內徑的4～6 倍。在進行電纜敷設期間，需要避免相應問題，比如：上升、下降、通風和油、液、氣回路等，在敷設蒸汽管、排氣管時，表面相差70mm 以上，平行敷設期間，表面相差80mm 以上，若無法滿足這一差距要求，則需要實施隔熱措施。通常情況下，通信信號通過通信電纜傳輸會引起信號減弱，通信電纜直徑每增加1mm，信號就會減弱0.8dB，而每個電纜接頭會減弱1dB，每個分支會減弱14dB。針對這類現象，電纜敷設時通常需要采取的管理和措施包括：①合理規劃電纜敷設方向，將運輸間隔減少，將接頭、分支數量減少，促使電纜緊密連接。②通信網絡兩端，需要同時連接終端設備及終端電阻。③為了更好地匹配網絡電阻，要確保控制站兩側的電纜長度、分支點一致，通信與電力電纜分開敷設，其與電纜保持40cm/kV 距離。當它們必須相交時，也應該垂直相交，并盡量避開高溫的地方。

4.3 系統接地

為了控制電網的影響，在供配電設計中，船舶機艙自動控制系統中船舶接地技術是重要組成部分，船舶供配電系統多為三相三線制電力系統，結合規范要求，設備金屬外殼、金屬部件與接地螺釘之間的接地電阻＞0.1Ω，可確保不導電裸露金屬部件、金屬外殼零電位差。為了避免電網中的暫態電壓和雜散電壓對設備正常運行的影響，過去一些法規要求電氣設備必須獨立連接。目前船舶建造不建議單獨接地。在一些電子設備中，可避免機箱上干擾電流直接耦合到信號電路上，能夠促使電路單元信號連接到設備機箱絕緣上，這類設計為系統浮地。在一些監控電子產品中，采用一定的結構作為接觸參考點，將其他單元的信號接地與該點相連，可以有效防止較低頻率下各單元內部接地電壓的影響。該電源設計屬于系統單元接地，根據上述分析，可制定以下相應的措施。

（1）選擇編制好的10mm 銅線。將操作站與控制站串聯，并引到地面。

（2）信號輸入和輸出設備接地，選擇單獨的黃綠色導線。

（3）輸入輸出信號線為屏蔽電纜，屏蔽層接至監控站或控制站的接地端子，現場端子懸空。

（4）監測站或控制站接地設置通信電纜的屏蔽層，懸空另一端。

4.4 現場I/O 信號連通

通信網絡的正常，是調試工作開展的基礎，通過連接通信網絡，可確保通信電纜對準，并檢查控制站、監控站的情況，確保各個節點設備順利通電。借助軟件開關、硬件開關，能夠促使整個網絡連接，確保網絡正常工作。維護設備安全，連接輸入信號與輸出信號，首先通過短路信號線的方式檢查每一條輸入輸出信號線，設備不通電時檢查每一條輸入輸出信號線。其次，檢查現場設備斷電時網絡通道是否正常，控制站、監控站是否通電運行正常，若正常，則檢查輸入信號通道、輸出信號通道，比如在現場短路給出開關信號、信號發生器給出模擬信號。

4.5 系統模擬聯調及驗證

當輸入輸出通信連接和通信網絡正常工作時，通過改變輸入輸出信號在現場的狀態來驗證系統的所有功能。

（1）逐項檢查系統各項功能，重點驗證設備連鎖控制、故障連鎖控制、啟停控制功能，并驗證監控系統的信號指示、延時等功能，檢查繼電器和閥門的動作狀態。

（2）逐項檢查監控系統的所有功能，數據顯示和準確性的校準，切換信號的延時和各報警點的檢查，打印功能，數據記錄功能和所有管理功能。

（3）用仿真方法驗證安全系統的各個受控參數。

（4）現場電氣設備，特別是大功率的電機設備，必須在斷開主電路的情況下，空投試驗二次控制電路，確保即便是現場設備不工作，輸入信號與輸出信號也可正常發出，并測試控制功能。

4.6 系泊試驗

系泊試驗指的是，檢查系統電氣設備、輔助系統的安裝質量、運行協調、正常性及可靠性，檢查技術性能是否滿足標準、滿足技術規范、滿足規定等，以此判斷航行試驗質量與效率。系泊試驗是船舶機艙自動控制系統裝配調試中最重要的環節。通常，船廠相關人員，比如檢查員、船檢局人員（或客戶代表）、船東總工程師和系統設計工程師參與工作。工作主要內容是系統設計工程師協助船廠檢驗員向船檢（或客戶代表）和船東（或船基機電總監）申請檢驗，開展動態運行效用試驗，逐一測試機艙自動化系統功能，并檢查系統技術性能，促使其滿足技術規范、滿足合同要求。

4.7 航行試驗

航行試驗指的是，全面檢查機艙自動化系統質量性能、技術性能，判斷其是否與技術范圍契合，確定其是否能夠滿足軍用或民用要求。本實驗開展，嚴格遵循系泊試驗大綱要求，在試驗過程中，已經將所有的缺陷消除，所有試驗項目均已驗收并簽字。比如：發動機推進控制系統，試驗是根據發動機航行試驗的工況和時間表進行的，而對于中高速主機，試驗時間可根據時間表縮短50%左右，持續進行試驗，中間故障停機時間不超過15min[4]。測試程序包括：①主機換向測試。②主機遠程啟動試驗。③開展駕駛倒車交替試驗。④對照場地轉換試驗。⑤進行安全系統測試。⑥檢查監控、報警、安全保護、數據顯示、記錄處理功能，在由主機控制的測試期間完成。

5 船舶機艙自動化系統調試工作

5.1 調試工作

機艙自動化控制系統自動化配置完成后，工作的重點之一是做好相應的調試工作，采用連續調試的方式，保證裝置正常穩定運行。設備確認正常后，即可完成驗收和交付。在對船舶機艙自動控制系統設備進行測試的過程中，檢查的主要內容是設備部件運行是否正常、表盤外觀、控制箱和儀表盤內的數字指示是否工作正常，損壞的物品是否更換。同時，通過檢查，在管理上也要對電磁流量計、氣動閥等關鍵部位進行更細致的檢查，防止內部出現回路問題。當系統開發中出現環路問題時，研究人員必須對線路信號進行監測和檢查，并在第一時間進行更換和調試，直到其線路符合相關法律規范和安全標準。

5.2 自動化系統的驗收

為了驗證裝配自動化系統的可靠性和穩定性，首先需要進行系統的試運行。測試可能包括以下3 個方面的不同內容。首先要求進行單體測試，對系統的主要關鍵技術器件和元器件進行獨立測試，檢查工作特性是否能夠滿足社會生產的實際要求。主要測試內容包括自動化設備特性、工作參數、監控室監控管理能力的分析檢測等。然后在滿足設計需求后進入聯動測試階段。把一個子項目任務作為一個完全獨立的控制系統，可以進行聯調聯試，檢查控制系統的實際工作開展情況及是否能夠完成[5]。調試階段是自動控制系統的最終檢驗，在聯調結果沒有問題的前提下完成。施工單位、監理單位和施工單位可以共同參加試運行。試運行達到設計要求后，則申請竣工驗收。

5.3 調試工作要注意的意事項

船舶機艙安裝自動控制系統應特別注意以下兩個問題。首先，在安裝過程中，需要對磁盤的質量進行全面的審查，以充分保證磁盤的質量管理符合設計要求，從而保證信息報告的準確性[6]。安裝完畢后，要檢查安裝區域內預留的埋件及數量是否符合要求。如有問題，及時匯報，調整預留預埋件位置。其次，安裝完成后，還需要嚴格按照之前的設計圖紙進行工藝管道施工。一般來說，除了金屬管和電纜管道外，還需要安裝金屬軟管來加強環保，但不僅如此，在金屬管歪斜排列的生產過程管理中，必須使用一些特殊的彎管機，這樣才能采取最有效的措施，避免因金屬電纜裂縫而導致的安全生產事故[7]。

6 結語

綜上所述，在船舶機艙自動控制系統的現場布置和調試中，問題的隨機性普遍比較強，涉及的方面也比較廣泛，現場工作人員需要樹立良好的工作態度，快速反思，不斷提升自身問題解決能力，在出現問題的情況下，要及時采取相應的措施，制定相應的方案，確保實施有效合理[8]。本文試驗選擇的方案及措施，能夠為船舶機艙自動化系統現場安裝調試積攢經驗，可供同行參考。