25000DWT化学品船自动化系统集成

刘 军，谢立果

(南通明德重工有限公司，江苏 南通 226361)

25000DWT化学品船自动化系统集成

刘 军，谢立果

(南通明德重工有限公司，江苏 南通 226361)

以25 000 DWT化学品船为研究对象，通过智能化、集成化设计优化船舶自动化系统集成，充分利用以计算机为基础的自动化中央控制系统的功能，以达到简化系统硬件，降低成本，易操作，通用性强且便于维护的目的。该系统经实船应用后，效果良好。

液体化学品船；自动控制；系统集成

0 引言

随着计算机技术的高速发展及对船舶自动化的要求不断提高，当前船舶自动化系统一直在向信息化、集成化、智能化发展，目前许多新建船舶对船舶机舱自动化系统的功能要求已不仅仅满足于局部的、单一的、独立的监测和报警功能，而是要求具有大范围、多层次、集中式的监控和管理及远程维护功能。常见的几个船舶监控系统，如船舶电站管理系统、液位遥测系统、阀门遥控系统、机舱泵组和风机控制系统、视频监控系统以及船岸通讯系统等与监测报警系统的集成是船舶机舱自动化发展的趋势，也是在设计过程中需要优化的方向。

1 普通自动化方案现状分析

目前主流的自动化厂家的中央控制系统都是以计算机为基础的，其提供的自动化系统设备均具有强大的信息集成、功能扩展、软件升级功能。而大部分造船项目中对机舱自动化系统的设计思路还停留在采用独立系统或小部分集成的设计，自动化系统几乎只用于机舱报警监测，其他各个监控系统还需要配置各自独立的控制系统。因此，自动化厂家鉴于个别项目因为船厂要求的自动化系统功能太简单，不能充分利用其自动化设备功能而拒绝报价。单独系统设计还有以下不足之处：

(1)独立的电站管理系统：无法在除了集控室之外的处所监测和控制，不方便实时监测船舶电站的各项性能参数。在日常操作过程中，船员需要从机舱及配电板2个不同地方观测相关数据，操作不方便，尤其是出现报警、需要紧急操作的情况，不能及时得到2个相关系统的参数及报警状态，会严重影响紧急操作的效率及合理性，且通常只能在机舱集中控制室进行控制，无法在货油控制室及驾驶室这2个重要的控制站进行监测。

(2)独立的机舱泵组和风机控制系统：独立的泵组及风机控制系统需要用到很多继电器等电器元件以实现控制电路的启停及联锁功能，大量的控制元件的使用也增大了维护检修工作难度。独立的泵组及风机控制通常也只能在机舱范围内操作，无法从机舱外部控制站进行控制，且因为各泵组及风机控制独立分布在各处，船员也无法方便及时知道各泵组或风机的运行情况，需要频繁的巡查。

(3)独立的液位遥测系统：通过安装在货油控制室的1台电脑实时监测液货舱的液位、温度、压力。通常这套系统只能在货油控制室内操作，如果需要在驾驶室或集中控制室进行监测，必须在每个工作站增加1台电脑，这将增加船舶系统成本，也无法与相关的阀门遥控、泵组控制等功能界面相互切换、操作。

(4)独立的阀门遥控系统：通过安装在货油控制室的1台电脑或mmic板控制船舶压载、液货装卸及加热等。通常此系统只能在货油控制室进行监测、控制，如果需要在其他控制站进行监测、控制，需要多订购工作站与之联网，这将增加系统成本，也无法与相关的泵组控制、液位遥测等功能界面相互切换、操作。

2 解决思路

将各系统信号采集、数据处理、控制功能集成到自动化系统内，由自动化系统的数据采集模块、通讯模块、中央处理单元完成，便于船舶集中监控和管理，也便于软件升级及功能扩展。系统以CAN总线或以太网通讯为基础，双冗余设计，既确保系统的简洁、数据传输高效，也确保整个系统的可靠性。为了进一步提高各系统可靠性，各分系统设计相对独立，具备就地操作功能，也就是如果控制系统出现故障，也可以确保各系统正常操作。

在前期的船舶技术规格书谈判及方案设计时，向船东推荐使用多系统集成的自动化系统。这样既便于船舶在以后的使用过程中方便船员操作及维护，又利于船厂节约成本，而且集成的自动化系统，接口衔接容易，技术风险小，同一风格的人机界面也方便船员适应和操作。

3 实船自动化系统集成

25 000 DWT化学品船自动化系统集成包含监测报警系统、值班报警系统、延伸报警系统、功率管理系统、机舱泵组和风机控制系统、液位遥测系统、阀门遥控系统。为了确保系统的正常运行，在系统的订货、设计阶段重点关注、解决了以下问题：

3.1设备订货配置方案

(1)配电设备订货：技术协议要求提供开关及启动器、相应的通讯接口，功率管理(PMS)，机舱泵及风机控制模块及控制。监测功能由自动化系统提供。

(2)液位遥测订货：技术协议要求厂家提供液位遥测(TLG)探头及相关辅助配套安装件，信号采集、处理、计算由自动化系统提供。

(3)阀门遥控订货：技术协议要求厂家提供阀门遥控(VRC)动力单元、遥控阀、电磁阀箱，信号采集、处理由自动化系统提供。

(4)监测报警系统：技术协议要求监测报警(AMS)厂家提供4台工作站、4个信号采集站、功率管理系统、值班报警、延伸报警系统及与上述系统的通讯接口。

3.2设计过程中通讯接口的协调

在船舶详细设计阶段，需要与各设备厂家沟通，并在厂家图认可中明确各分系统通讯接口形式、通讯协议内容，避免系统调试时出现接口不正确，使各系统不能正常通讯，影响系统的完整性。

3.3系统功能

图1为25 000 DWT化学品船自动化系统集成的参考拓扑图。

如图1所示，该系统包括：位于集控室、驾驶室、货油控制室的4台工作站，分布各区域的4个信号采集站，功率管理模块、网络集线器、延伸报警板、值班报警板打印机等硬件组成，通过以太网、CAN总线双冗余设计，系统简洁、可靠性高、传输速度快。主机、辅机等重要设备传感器、液位遥测液位传感器、电站功率管理系统、阀门遥控系统的反馈及驱动信号通过信号采集箱连接到自动化控制系统。集控室工作站1、工作站2是2个互为备用的主控制站，驾驶室、货油控制室为分工作站。考虑到各工作站操作人员工作职能，通过系统软件设置各工作站权限，实现操作功能与人员职责匹配。各工作站主要功能为：集控室工作站监测所有系统、控制机舱区域设备，货油控制室工作站监测、控制液位遥测系统、阀门遥控系统，驾驶室工作站监测功率管理、阀门遥控系统、液位遥测系统、主机、发电机等重要设备。这种设置既保证系统兼容性、完整性，也确保各工作站操作界面的简洁明了。

4 2种系统方案成本对比

4.1独立系统方案(2011年参考价格)

机舱监测报警系统约515 000美元，阀门遥控系统约245 000美元，液位遥测系统约86 000美元，电站管理系统约16 000美元。

4.2系统集成方案(2011年参考价格)

自动化系统(集成机舱监测报警系统、电站管理、阀门遥控控制部分、液位遥测控制部分)约521 000美元，阀门遥控系统驱动终端约221 000美元，液位遥测系统传感器约70 800美元。

对比发现，单船设备节约成本约49 200美元。

5 系统集成优点分析

集成方案与独立方案相比，除了设备订购价格较少外，还有以下优点：

(1)省掉液位遥测、阀门遥控等系统的显示器及控制系统，节省电缆、空间和电源设备，减小控制台尺寸，减少设备保管、施工工作量。

(2)减少系统硬件数量，可使船舶运行过程中的在线维护、维修等更简单方便，节省了维护费用；元器件通用性强，方便了备件管理及采购。

(3)系统集成的人机界面风格统一，降低船员学习难度；各界面切换方便、简洁，方便船员操作。

6 结语

4条25 000 DWT化学品船在2011～2012年完工交付，经售后服务部跟踪反馈，该系统一直工作稳定可靠，没有出现售后问题。另外，由于系统人机界面友好、简洁、操作方便、维护简单，得到了船东的一致好评。

自动化系统集成方案不仅能提高自动化系统利用率和船舶性能，而且可以降低船厂采购、施工成本和技术风险，也便于船舶运营过程中的设备维护管理及操作，更有利于后期系统升级、功能扩展，方便船东远程机务管理。

图1 25 000 DWT化学品船自动化系统集成参考拓扑图

[1]中国船舶工业总公司. 船舶实用设计手册(电气分册)[M]. 北京:国防工业出版社，2004.

[2]胡寿松. 自动控制原理[M]. 北京：国防工业出版社，1994.

2014-04-25

刘军(1974-)，男，工程师，从事船舶生产及设计；谢立果(1984-)，男，工程师，从事船舶电气生产及设计。

U674.13+3.2

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