陸紅，申定安，梁卓能，申啟杰，張紹中

（中交第四航務(wù)工程局有限公司，廣東 廣州 510231）

四航“東南號”是3 500噸級的工程半潛駁，1987年由日本SAKAI HEAVY建造，有27 a船齡。該船2009年調(diào)遣到位于西非海岸的安哥拉施工，2013年初又調(diào)遣到非洲喀麥隆工地。為滿足出運2 500噸級大型混凝土沉箱的施工需要，在施工現(xiàn)場安排了一次船體主結(jié)構(gòu)、壓載水艙室、輪機(jī)、壓載管系、電氣設(shè)備等較全面的維修工作。由于該船比較老舊，經(jīng)詳細(xì)檢查以及向船員了解原壓載水艙及四角吃水液位監(jiān)測系統(tǒng)的傳感器已基本無法工作，電纜老化、轉(zhuǎn)接盒霉變、駕控室操作臺內(nèi)的變換器線路板部分燒壞，整套系統(tǒng)的20個檢測點位及顯示儀表已經(jīng)基本失效。壓載艙液位監(jiān)測系統(tǒng)是半潛駁下潛作業(yè)安全保障的重要系統(tǒng)，為滿足現(xiàn)場施工的需要，必須在短時間內(nèi)將該系統(tǒng)修理恢復(fù)。

1 原半潛駁液位監(jiān)測系統(tǒng)概述

該半潛駁原有的液位監(jiān)測系統(tǒng)有2個部分，共20個檢測點，其中16個測點檢測壓載水艙的液位，另4個測點檢測半潛駁四角吃水。原系統(tǒng)采用的是日本PL－2系列傳感器、SB－15變換器（插卡式線路板）、穩(wěn)壓電源板及磁電式長條形指針儀表[1]。

原液位監(jiān)測系統(tǒng)的傳感器及部分電纜引線已基本老化、短路損壞，中間接線盒大部分積水銹蝕及霉變，從中間接線盒引出到操作室的電纜也部分老化，操作臺內(nèi)的變換器線路板有近10塊損壞，為變換器提供24 V直流電源的穩(wěn)壓電路板燒毀2塊，顯示液位的磁電式條形指針儀表也有部分已經(jīng)失效。

2 方案比選

方案I：按原船液位監(jiān)測系統(tǒng)的元器件型號規(guī)格，選購?fù)吞柣蚬δ芟喈?dāng)?shù)膫鞲衅骱妥儞Q器線路板按恢復(fù)性修復(fù)方案進(jìn)行。該修復(fù)方案不但費用比較高，且現(xiàn)場勘驗、修復(fù)項目確定、元器件選購及制作加工、現(xiàn)場修復(fù)安裝及調(diào)試的時間比較長，難以在短時間內(nèi)修復(fù)該系統(tǒng)，無法滿足施工生產(chǎn)的急需。

方案II：撇開原船的液位監(jiān)測系統(tǒng)，按船上僅存的圖紙資料以及現(xiàn)場實船測繪出的有關(guān)草圖、參數(shù)及實物照片，在國內(nèi)委托一家有經(jīng)驗的專業(yè)從事船舶機(jī)電及自動控制的公司，重新設(shè)計一套新的液位檢測系統(tǒng)，并在國內(nèi)制作加工好有關(guān)器件、數(shù)據(jù)采集單元、編程以及顯示單元后，再前往喀麥隆施工現(xiàn)場進(jìn)行安裝和調(diào)試。該方案實施可靠性雖比方案I高，完成時間也可略短，并且由于是新設(shè)計，可控性方面比較強(qiáng)，但實施起來還是有不少困難，也難于滿足現(xiàn)場的急需。

方案III：按船上僅存的圖紙資料以及實船測繪獲得的艙室草圖、參數(shù)及實物照片，自行設(shè)計、制作、安裝及調(diào)試一套新的液位監(jiān)測系統(tǒng)。由于是自行設(shè)計，對原船的舊系統(tǒng)、壓載艙室、布線走向比較了解，對現(xiàn)場實施安裝的技術(shù)條件、工藝水平以及資源情況清楚，也減少了信息和測繪草圖資料的傳遞環(huán)節(jié)，并從設(shè)計起始，就有針對性的考慮安裝工藝細(xì)節(jié)，可做到邊設(shè)計、邊進(jìn)行元器件比選和采購，同時現(xiàn)場安裝的其他準(zhǔn)備工作也可同步進(jìn)行。由于是自行設(shè)計、安裝及調(diào)試，可分步到位，計劃首先完成監(jiān)測系統(tǒng)功能性要求，在短時間內(nèi)恢復(fù)液位監(jiān)測系統(tǒng)的基本功能，并爭取與現(xiàn)場進(jìn)行的船體結(jié)構(gòu)修理同步完成。

通過對上述3套方案實施中的具體技術(shù)及工藝問題、工期、技術(shù)能力、現(xiàn)場可控資源的認(rèn)真分析，雖然按方案III自行實施有一定的技術(shù)難度，也需承擔(dān)較大的責(zé)任，但憑借可以掌控的技術(shù)力量和多年船舶維修的經(jīng)驗及應(yīng)急處理船機(jī)設(shè)備方面的技術(shù)能力，有信心在短時間內(nèi)完成，滿足現(xiàn)場施工的急需。

3 液位監(jiān)測系統(tǒng)方案選擇及設(shè)計

方案設(shè)計的第一步是選擇液位監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式。為便于安裝，新系統(tǒng)仍采用“投入式”結(jié)構(gòu)的傳感器為主器件檢測艙室的液位。經(jīng)了解和查閱有關(guān)的技術(shù)資料[2]，選擇了新一代的以擴(kuò)散硅壓阻式傳感器為管芯，集成有變換器電路、微處理芯片為一體的MPM4700型新型智能傳感器[3]。該傳感器為四線制，可同時輸出1組4～20 mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號和RS486數(shù)字信號，結(jié)構(gòu)緊湊、性能優(yōu)良，外圍線路極為簡單。

由于該傳感器同時提供了模擬信號和數(shù)字型號，為新設(shè)計的液位監(jiān)測系統(tǒng)分步到位提供了條件。第一階段液位監(jiān)測系統(tǒng)的液位顯示取用傳感器輸出的模擬信號，采用磁電式指針儀表制作液位顯示單元，可基本達(dá)到監(jiān)測16個壓載艙室液位的功能性要求，滿足現(xiàn)場施工生產(chǎn)的急需；第二階段再按完整系統(tǒng)功能要求，分別取用傳感器輸出的模擬及數(shù)字兩路信號，制作兩套并行的顯示單元，可獨立的或同時顯示壓載艙室液位和四角吃水液位，使系統(tǒng)有一定的冗余度。液位監(jiān)測系統(tǒng)工作原理框圖見圖1。

圖1 液位監(jiān)測系統(tǒng)工作原理方框圖Fig.1 Operating principleof theliquid level monitoring system

由于工程工期比較緊，海外施工現(xiàn)場條件有限，船舶又比較老舊，布線工藝采用從各壓載艙室引出的傳感器電纜線直接進(jìn)入壓載泵艙，再直通操控室的布線方案，取消了中間接線盒。第一階段先布設(shè)16個壓載艙的線路，傳感器的液位測量規(guī)格及引出電纜線長度勻按各艙室的位置及液位高度定制，并通過廠家提供的軟件，編寫傳感器的地址碼，為正式版的數(shù)顯做好準(zhǔn)備。每個傳感器對號入座，布置于壓載水艙內(nèi)，并注意適當(dāng)遠(yuǎn)離進(jìn)出水管口，以減小進(jìn)出水時水流對傳感器的沖擊。經(jīng)計算傳感器配套的電纜引線長度分別在42～95 m之間。

初級版的液位監(jiān)測顯示儀表采用磁電式指針表為基本元件，并利用工地現(xiàn)有的條件，設(shè)計和制作了一個模擬艙室物理位置布置、配有16個0～20 mA磁電式指針表和能夠顯示液位刻度值的監(jiān)測顯示儀表盒，滿足了半潛駁下潛作業(yè)的基本要求。

4 現(xiàn)場安裝調(diào)試

第一階段的安裝調(diào)試工作主要是按設(shè)計的布線圖在壓載艙壁上焊接不銹鋼電纜水密套管、在壓載艙室安放傳感器、傳感器引出電纜線的布設(shè)、電纜集線盒的制作和安裝、初級版的液位監(jiān)測顯示儀表盒的制作以及系統(tǒng)調(diào)試等工作。

由于各艙室的液位高度及艙容有差別，每個儀表的顯示盤面都根據(jù)不同的艙室進(jìn)行重新設(shè)計及制作刻度值，并按不同艙室的艙容量，對應(yīng)液位高度標(biāo)識出壓載水的重量，便于操作人員清楚、直觀地掌握壓載水的分布情況。

初級版顯示儀表盒安裝調(diào)試后，即安排了半潛駁的試潛作業(yè)，各壓載艙室注入的水位高度（壓載水量）一目了然，為半潛駁平穩(wěn)、安全下潛作業(yè)提供了數(shù)據(jù)資料，整個試潛作業(yè)中，半潛駁四角吃水差控制在0.1～0.2 m內(nèi)。之后“東南號”就順利完成了喀麥隆碼頭工地的第一件混凝土大型沉箱的出運作業(yè)，滿足了海外工程施工的急需。新系統(tǒng)的構(gòu)思、設(shè)計、現(xiàn)場制作、安裝調(diào)試前后耗時僅25 d。

5 使用效果及后續(xù)工作

初級版的液位監(jiān)測系統(tǒng)在滿足了施工生產(chǎn)的急需后，即安排了完整版的顯示單元的設(shè)計、制作和安裝。液位顯示分為2個獨立的系統(tǒng)并行工作，在使用中可做到互為效驗和備用。一套仍采用磁電式儀表，設(shè)計1個550 mm×350 mm的儀表面板，布置16個壓載水艙顯示儀表及4個四角吃水條形儀表，數(shù)據(jù)信號采集于MPM4700傳感器的4～20 mA模擬信號，讀數(shù)精度為±5 cm。另一套數(shù)顯裝置的信號來自MPM4700傳感器輸出的標(biāo)準(zhǔn)RS485接口，采用C++語言編制液位系統(tǒng)程序軟件，數(shù)字信號經(jīng)計算機(jī)處理后，通過32′液晶屏同時顯示液位柱狀圖和壓載量，讀數(shù)精度為±1.0 cm。另外，液位系統(tǒng)軟件建有數(shù)據(jù)庫，可實時輸出和打印顯示屏上的液位數(shù)據(jù)及當(dāng)班的全部作業(yè)數(shù)據(jù)報表，改變了原來通過人工填寫下潛作業(yè)記錄的方式。

6 結(jié)語

目前壓載水艙內(nèi)的液位顯示是獲取艙內(nèi)液位實時變化的基本技術(shù)手段。在半潛駁下潛作業(yè)中，艙室內(nèi)的液位顯示是操作人員注水下潛、排水上浮以及船舶浮態(tài)調(diào)整和控制的重要操作指引，是保證半潛駁正常施工作業(yè)和安全保障必需的監(jiān)測系統(tǒng)，因此該系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，應(yīng)及時安排修復(fù)，特別是對那些老舊的半潛駁更加顯得重要。

[1] 液面計·吃水計仕樣書工事番號SNO.42097[Z].大阪：日立造船株式會社，1987.Specificationsfor liquid level gaugeand draft gauge SNO.42097[Z].Osaka:Hitachi Zosen Corporation,1987.

[2] 賈伯年，俞樸，宋愛國.傳感器技術(shù)[M].第3版.南京：東南大學(xué)出版社，2007.JIA Bo-nian,YUPu,SONGAi-guo.Sensor technology[M].3rd ed.Nanjing:Southeast University Press,2007.

[3]MPM4700型智能液位變送器V12.12.02[Z].寶雞：麥克傳感器有限公司，2012.MPM4700 intelligent liquid level transmitter V12.12.02[Z].Baoji:Micro Sensor Co.,Ltd.,2012.