余維木；周佳宇

（1.上海海迅機電工程有限公司，上海 201111；2.桂林地區(qū)軍事代表室，廣西桂林 541000）

集裝箱船改造半潛船的液位遙測及閥門遙控系統(tǒng)

余維木1；周佳宇2

（1.上海海迅機電工程有限公司，上海 201111；2.桂林地區(qū)軍事代表室，廣西桂林 541000）

基于西門子可編程邏輯控制器設(shè)計了液位遙測及閥門遙控系統(tǒng)，加裝在改造船中，實現(xiàn)了液艙液位、溫度、船舶吃水等參數(shù)的實時監(jiān)測與顯示及對閥門、水泵的遙控操作。改造結(jié)果表明，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。

液位遙測；閥門遙控；可編程邏輯控制器

0 引言

近年來，隨著船舶的科技化含量和自動化程度的不斷提高，采用自動化技術(shù)的液位遙測及閥門遙控系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于各類船舶，用以提高船舶壓載水系統(tǒng)、艙底水系統(tǒng)等運行的可靠性。半潛船通常具有較多大容積的壓載艙，通過壓載水的調(diào)整來控制船舶下潛或上浮，壓載艙水位的控制對半潛船功能和安全具有重要的作用。因此，在某1700箱集裝箱船改造半潛船中，就針對半潛船的特點，設(shè)計并加裝了液位遙測及閥門遙控系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)概述

本系統(tǒng)的主要目的是實現(xiàn)對1700箱改造船的壓載管系、艙底水管系、燃油輸送管系、海水冷卻管系、透氣管系共247個閥門進行遠距離開/關(guān)控制和狀態(tài)指示，同時還要監(jiān)測6臺泵的實時狀態(tài)，并可遙控啟/停，以及對壓載艙、燃油艙、主機滑油艙、淡水艙和船舶吃水共121個液位監(jiān)測點、48個壓載艙高位報警點、11個污水井高位報警點和32個溫度監(jiān)測點進行實時監(jiān)測記錄。

鑒于CCS《鋼質(zhì)海船入級規(guī)范》的系統(tǒng)獨立性要求，本系統(tǒng)將按液位監(jiān)測和閥門遙控采用獨立的硬件構(gòu)成子系統(tǒng)設(shè)計，另外考慮到使用者的實際需求，再經(jīng)后臺軟件處理后向用戶提供友好的操作界面，從而將兩個子系統(tǒng)有機的結(jié)合起來。

2 系統(tǒng)的特點及硬件設(shè)計

2.1 系統(tǒng)特點

根據(jù)改造船的主要技術(shù)功能要求，經(jīng)分析，本液位遙測及閥門遙控系統(tǒng)具有以下特點：1）I/O點數(shù)多，經(jīng)統(tǒng)計液位測量系統(tǒng)模擬量輸入177點、開關(guān)量輸入57點，閥門遙控系統(tǒng)開關(guān)量輸入894點、開關(guān)量輸出900點、模擬量輸入10點、模擬量輸出14點；2）液位測量的傳感器幾乎從船首至船尾都有布置；3）隸屬于各管系的閥門分布安裝于全船的不同位置。

2.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

針對以上特點，本系統(tǒng)采用西門子PLC、傳感器、電液執(zhí)行機構(gòu)等構(gòu)成硬件結(jié)構(gòu)[1,2]。主要設(shè)備包括121個壓電式液位傳感器、48個電極式液位傳感器、248臺電液執(zhí)行器、248臺液壓驅(qū)動頭、6個信號采樣、1個壓載控制臺、1臺集控室工作站和2個加油站報警箱。其中信號采樣箱和壓載控制臺為液位遙測子系統(tǒng)和閥門遙控子系統(tǒng)所共有。

PLC上連接的I/O模塊安裝在分布于全船不同位置的6個信號采樣箱內(nèi)，按照就近原則將隸屬于各管系的閥門的狀態(tài)反饋信號電纜和控制信號電纜分別接入相應(yīng)的信號采樣箱，同時液位傳感器也按就近原則接入各信號采樣箱。為確保系統(tǒng)獨立性，液位遙測子系統(tǒng)和閥門遙控子系統(tǒng)分別采用獨立的PLC模塊、獨立的電源供應(yīng)，而各采樣箱殼體為液位遙測子系統(tǒng)和閥門遙控子系統(tǒng)所共用。

3 系統(tǒng)通訊的設(shè)計

基于全集成自動化概念，本液位遙測及閥門遙控選用西門子的PLC構(gòu)建SIMATIC DP分布式I/O系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計如圖1所示。

采樣箱和壓載控制臺以光纖為通訊介質(zhì)構(gòu)成環(huán)網(wǎng)，其中液位遙測采用1組環(huán)網(wǎng)，閥門遙控采用2組環(huán)網(wǎng)，將6個信號采樣箱和駕駛室壓載控制臺連接起來，這樣可以安全可靠地完成SIMATIC系統(tǒng)中各模塊與中央處理器之間的必要數(shù)據(jù)交換。

圖1 液位遙測及閥門遙控系統(tǒng)圖

液位遙測子系統(tǒng)和閥門遙控子系統(tǒng)各自的中央處理器通過工業(yè)以太網(wǎng)和TCP/IP協(xié)議同安裝在壓載控制臺的2臺工作站及集控室內(nèi)的1臺工作站連接，從而與管理層進行通訊，將采集的實時監(jiān)控數(shù)據(jù)發(fā)送給計算機。同時，計算機運用SIMATIC提供的組態(tài)軟件根據(jù)實船的布置繪制模擬圖，將隸屬于同一系統(tǒng)的液位監(jiān)測數(shù)據(jù)、閥門的開/關(guān)狀態(tài)和遙控按鈕都制作在同一界面上，為系統(tǒng)提供了一個良好的人機界面。連接于該以太網(wǎng)上的計算機都可以互相通訊，進行數(shù)據(jù)交換。

4 系統(tǒng)功能

液位遙測子系統(tǒng)可以實現(xiàn)采樣箱、壓載控制臺、集控室工作站三地同時實時監(jiān)測相關(guān)液位數(shù)據(jù)，并可通過報警值的設(shè)定實現(xiàn)相關(guān)監(jiān)測點的超限報警，見圖2。

閥門遙控子系統(tǒng)采用四級控制，控制優(yōu)先級別由高至低為分別為閥頭就地、就地集中控制、MIMIC板遙控、工作站遙控，見圖3。

第一級控制即閥頭就地控制，在不需電源的情況下，操作人員通過便攜式液壓手動泵產(chǎn)生的液壓源可以實現(xiàn)開/關(guān)閥門。

第二級控制即就地集中控制，操作人員可以通過各信號采樣箱面板上的指示燈觀察閥門的狀態(tài)，并可經(jīng)遙控按鈕發(fā)出控制信號，直接控制驅(qū)動電路實現(xiàn)遙控閥門開/關(guān)的操作。

第三級控制即MIMIC板遙控，MIMIC板上設(shè)有壓載管系、透氣管系閥門和6臺壓載泵的狀態(tài)指示和遙控按鈕，MIMIC板嵌入安裝在駕駛室壓載控制臺上。操作人員可通過MIMIC板，觀察到相應(yīng)遙控閥門的實時狀態(tài)，并可以通過控制旋鈕發(fā)出控制信號，經(jīng)通訊網(wǎng)絡(luò)將控制信號發(fā)送至各地信號采樣箱后，遙控相應(yīng)的閥以實現(xiàn)閥門的開/關(guān)控制；MIMIC板設(shè)“MIMIC遙控/PC遙控”切換，以及“就地控制/MIMIC遙控/PC遙控”三位指示。

第四級控制即PC遙控，系統(tǒng)共配有3臺工作站（與液位測量系統(tǒng)共用），2臺安裝在駕駛室壓載控制臺上，另1臺安裝在集控室。操作人員通過工作站的人機界面可以看到閥門的實時位置，并可以通過工作站人機界面上的模擬遙控按鈕發(fā)出控制信號經(jīng)通訊網(wǎng)絡(luò)，將控制信號發(fā)送至各地信號采樣箱后，遙控相應(yīng)的閥以實現(xiàn)閥門的開/關(guān)控制。

同時，還控制1#～4#壓載泵，1#、2#壓載/掃艙泵，及1#～4#壓載泵電機各6點溫度指示及報警。

圖2 液艙液位

圖3 液艙管系及遙控蝶閥

5 結(jié)語

通過加裝液位遙測及閥門遙控系統(tǒng)，實現(xiàn)了改造船液艙液位、溫度、船舶吃水等參數(shù)的實時監(jiān)測與顯示以及對閥門、水泵的遠程遙控操作，從而提高了半潛船沉浮控制的自動化程度。改裝完成后實際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)運行可靠，且給操作者帶來了方便，提高了工作效率。

[1] 甘輝兵, 張建, 張均東, 李精明. 基于PLC的船舶閥門遙控及液位遙測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 大連海事大學(xué)學(xué)報, 2007, 33(S2): 149-151.

[2] 石峰, 史書臣, 王國敬. 海上油輪液位遙測系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用[J]. 化工自動化及儀表, 2011, 38(6):701-703.

[3] 吳中俊, 黃永紅. 可編程序控制器原理及應(yīng)用[M].北京: 機械工業(yè)出版社, 2003.

Design of Level Gauging and Valve Remote Control System while Container Vessel Being Reconstructed to Semi-submerged Vessel

YU Wei-mu1, ZHOU Jia-yu2
(1.Shanghai Hai Xun Mechanical and Electronic Engineering Co., Ltd., Shanghai201111, China; 2. Representative Office at Guilin District, Guilin 541000, China)

A level gauging and valve remote control system is designed based on Siemens PLC and installed to a reconstructed vessel. Liquid level, temperature and draft can be real-time monitored and shown, while valve and pump can be remotely operated. The results indicate that the system is effective and reliable.

level gauging; valve remote control; Programmable Logic Controller

U664.82

A

10.16443/j.cnki.31-1420.2015.06.011

余維木（1967-），男，工程師。從事船舶機電設(shè)備。