劉?；?/p>

摘要：隨著全球經(jīng)濟(jì)的一體化進(jìn)程加速，世界各國的貿(mào)易往來越來越頻繁，而航運(yùn)業(yè)在其中扮演著舉足輕重的地位。正是對(duì)船舶的依賴性日益加劇，造成了使用者對(duì)船舶的安全性，穩(wěn)定性及實(shí)用性等提出了更高的要求。船舶的智能化成為一種必然的選擇?；谶@種剛性需求，我們認(rèn)為有必要對(duì)船舶的閥門遙控系統(tǒng)作出技術(shù)改進(jìn)。

關(guān)鍵詞：閥門遙控系統(tǒng);海工船舶;應(yīng)用

船舶行業(yè)是否實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一就是船舶機(jī)艙是否實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，船舶自動(dòng)化的控制和監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)成為了動(dòng)力裝置、損管和電站以及輔機(jī)等系統(tǒng)的最重要的組成部分。它不僅能夠讓機(jī)械裝置在最好的狀態(tài)下，很明顯的提高船舶的可靠性、機(jī)動(dòng)性和安全性以及它的生命力等等的技術(shù)性能的指標(biāo)，而且還可以改善船舶行業(yè)的工作環(huán)境，減輕工作人員的勞動(dòng)的強(qiáng)度。正因?yàn)榇皺C(jī)艙自動(dòng)化具有這么多的優(yōu)點(diǎn)，所以它才成為了船舶行業(yè)的表征，并且收到了國際各個(gè)國家軍事以及航運(yùn)部門的高度關(guān)注。

一、閥門遙控系統(tǒng)類型、組成、特點(diǎn)

到目前為止，閥門遙控系統(tǒng)基本上有以下幾種型式，按照?qǐng)?zhí)行器驅(qū)動(dòng)閥的方式，一般可分為三大類型：氣動(dòng)式、液動(dòng)式、電-液式。按照閥的安裝場所，可分為干式安裝和濕式安裝。按照閥的遙控控制方式，可分為模擬板開/關(guān)控制和計(jì)算機(jī)開/關(guān)控制。遙控閥的開/關(guān)位置指示反饋一般為觸點(diǎn)信號(hào)輸出到控制板指示燈指示該閥的工作狀態(tài)。如為干式安裝，微動(dòng)開關(guān)直接裝在閥上或壓力開關(guān)裝在電磁閥箱內(nèi)控制液壓管上，通過24v或220v電源連接到模擬板或計(jì)算機(jī)上指示該閥的工作狀態(tài)。如為濕式安裝，流量計(jì)或壓力開關(guān)必須安裝在電磁閥箱內(nèi)控制液壓管上，根據(jù)開/關(guān)閥的需要液壓油流量大小和壓力大小輸出觸點(diǎn)信號(hào)。還有一種為遙控閥開度指示，它要求輸出的信號(hào)為4-20mA，在控制臺(tái)上連續(xù)指示閥的開/關(guān)百分比。

（一）氣動(dòng)式閥門遙控系統(tǒng)

該系統(tǒng)設(shè)備的配置比較簡單，因此最具有經(jīng)濟(jì)性，它的工作原理是壓縮空氣通過電磁閥的換向驅(qū)動(dòng)氣缸內(nèi)的活塞達(dá)到開關(guān)閥的目的。它的主要配置為控制系統(tǒng)、二位五通電磁閥、氣動(dòng)作用頭和閥，該系統(tǒng)利用船上已有的7-10bar控制空氣作為動(dòng)力源，只有一路控制空氣接到電磁閥。

該系統(tǒng)的控制空氣管子長度和其他型式系統(tǒng)相比，如遙控閥數(shù)量相同，所需要的數(shù)量要少得多。由于該系統(tǒng)動(dòng)力源為7-10bar控制空氣，氣動(dòng)動(dòng)力頭體積比較大，操作遙控閥時(shí)消耗比較多的壓縮空氣，但氣動(dòng)頭使用壽命長，閥可安裝在任何區(qū)域，工作安全可靠。對(duì)該系統(tǒng)而言，缺點(diǎn)是：一般船廠均采用紫銅管作為控制管，所以不可避免控制管路上有更多的管接頭，經(jīng)過長時(shí)間工作后，空氣管接頭容易泄漏，維護(hù)起來工作量大，并且在維護(hù)時(shí)會(huì)影響系統(tǒng)工作。遙控閥的開關(guān)在控制臺(tái)上或計(jì)算機(jī)控制，閥的開關(guān)位置通過控制臺(tái)上或計(jì)算機(jī)的指示燈顯示。

（二）液動(dòng)式閥門遙控系統(tǒng)

該系統(tǒng)的主要配置為控制系統(tǒng)、液壓泵站、電磁閥箱、液壓驅(qū)動(dòng)器和閥。液壓泵站可分為定量液壓泵和變量液壓泵，電磁閥箱根據(jù)布置場所可分為普通型和本安型，電磁閥箱數(shù)量可為一個(gè)或幾個(gè)。液動(dòng)式閥門遙控的工作原理也是通過公共液壓泵站液壓泵工作，油泵輸出100～150bar液壓油工作壓力到電磁閥箱中各個(gè)電磁閥，通過電磁閥的換向和液壓油控制管到液壓驅(qū)動(dòng)器控制閥門開關(guān)。

每套液壓泵組配備二臺(tái)液壓泵，每臺(tái)液壓泵根據(jù)液壓工作壓力設(shè)定自動(dòng)起停和互為備用。液壓泵站可選用定量液壓泵和變量液壓泵，他們不同之處在于定量液壓泵要配備蓄壓器，保證液壓油的工作壓力在范圍內(nèi)，變量液壓泵不需要配備蓄壓器也能保證液壓油工作壓力。

（三）電-液式閥門遙控系統(tǒng)

電-液式閥門遙控系統(tǒng)和液動(dòng)式閥門遙控系統(tǒng)相比較，有所不同。它主要由每個(gè)閥單獨(dú)的控制模塊、油泵、液壓油缸和閥組成。工作原理和液動(dòng)式相似，單獨(dú)的油泵正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)提供壓力到液壓驅(qū)動(dòng)器控制閥門的開關(guān)。

該系統(tǒng)最大的優(yōu)點(diǎn)在于每個(gè)遙控閥單獨(dú)控制，與氣動(dòng)式和液壓式比較，電纜取代了管系，維護(hù)方便、簡單;由于每個(gè)閥都有一個(gè)單獨(dú)的動(dòng)力頭，在維護(hù)時(shí)不會(huì)影響其他閥的工作，所以此系統(tǒng)工作更可靠;由于是電腦模塊控制，它可以做到閥的比列開度，更具有先進(jìn)性，但由于此系統(tǒng)是由電腦、模塊、動(dòng)力液壓頭組成，所以它的投入也大，并且閥的安裝位置一定是干式的，在有些區(qū)域要配氣動(dòng)式或液動(dòng)式。

二、閥門遙控系統(tǒng)中閥和執(zhí)行器及船級(jí)社規(guī)范要求

執(zhí)行器閥一般分為單作用和雙作用，單作用執(zhí)行器是指一邊是氣缸或油缸驅(qū)動(dòng)閥開，另一邊為彈簧關(guān)閉閥。雙作用執(zhí)行器是指兩邊都是氣缸或油缸驅(qū)動(dòng)閥的開關(guān)。

而執(zhí)行器閥都必須滿足該船入級(jí)要求，所以我們需要了解各船級(jí)社的規(guī)范要求，各船級(jí)社對(duì)該系統(tǒng)的要求有所不同。以ABS船級(jí)社為例，遙控閥如布置在艙底水系統(tǒng)，要求當(dāng)遙控閥失去控制電源和液壓壓力時(shí)，該閥必須處于關(guān)閉狀態(tài)或?qū)蜿P(guān)閉，所以只能選擇單作用驅(qū)動(dòng)器。而BV船級(jí)社要求，當(dāng)遙控閥失去控制電源和液壓壓力時(shí)，該閥必須鎖定在最后命令的位置上或?qū)蜿P(guān)閉，所以要優(yōu)先選擇雙作用驅(qū)動(dòng)器和雙相電磁閥。液壓泵站和液壓式驅(qū)動(dòng)器的材料和試驗(yàn)必須滿足船級(jí)社的要求，還有遙控閥必須提供就地的應(yīng)急操縱。

三、船舶閥門控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

我國現(xiàn)代船舶閥門遙控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)也包括兩個(gè)部分：上位機(jī)軟件系統(tǒng)和現(xiàn)場控制器軟件系統(tǒng)。上位機(jī)軟件系統(tǒng)的主要功能是監(jiān)測各閥門狀態(tài)和遠(yuǎn)程控制閥門運(yùn)行。目前常用的上位機(jī)軟件系統(tǒng)界面多是由 VB6.0 進(jìn)行開發(fā)的。在軟件啟動(dòng)后，系統(tǒng)首先會(huì)自動(dòng)進(jìn)行初始化設(shè)置，然后形成監(jiān)控界面，進(jìn)入運(yùn)行模式?，F(xiàn)場控制器軟件獨(dú)立于上位機(jī)軟件系統(tǒng)，應(yīng)用 C 語言編程進(jìn)行開發(fā)，這種設(shè)計(jì)方式可以有效提高現(xiàn)場控制器軟件的程序可讀性和可移植性?，F(xiàn)場控制器軟件系統(tǒng)的主要功能包括閥門狀態(tài)和運(yùn)行過程信息的采集和監(jiān)測、閥門控制動(dòng)作的執(zhí)行、與上位機(jī)系統(tǒng)的連接與通訊等?，F(xiàn)場控制器軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括主程序的設(shè)計(jì)和 CAN 通信設(shè)計(jì)，以及相關(guān)連接程序的設(shè)計(jì)。主程序負(fù)責(zé)各閥門數(shù)據(jù)信息的采集、接受上位機(jī)系統(tǒng)信號(hào)、執(zhí)行運(yùn)行指令等?，F(xiàn)場控制器包括現(xiàn)場和遠(yuǎn)程兩種控制方式。在現(xiàn)場控制模式下，操作人員通過手動(dòng)操作對(duì)閥門進(jìn)行控制，上位機(jī)只能通過軟件系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控;在遠(yuǎn)程遙控模式下，上位機(jī)能夠通過下達(dá)指令，經(jīng)由現(xiàn)場控制軟件對(duì)閥門進(jìn)行控制。CAN通信設(shè)計(jì)負(fù)責(zé) CAN 總線相關(guān)的各條數(shù)據(jù)信息的整合和維護(hù)，功能較為單一，程序設(shè)計(jì)較為簡單。

四、結(jié)束語

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，船用閥門的控制系統(tǒng)為滿足現(xiàn)代船舶的實(shí)際需求不斷進(jìn)行更新?lián)Q代，新型遙控系統(tǒng)依托計(jì)算機(jī)技術(shù)與船艙監(jiān)控系統(tǒng)相互結(jié)合，成為新型船舶系統(tǒng)中重要的一環(huán)。然而，船用閥門的遙控系統(tǒng)自主研發(fā)難度大，需要突破的科技難題較多，經(jīng)濟(jì)附加值巨大，核心技術(shù)被國外船舶制造企業(yè)壟斷，一直是制約我國現(xiàn)代船舶自動(dòng)化裝卸載技術(shù)發(fā)展的重要原因。當(dāng)前，我國船用閥門遙控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)經(jīng)過多年努力已經(jīng)取得部分突破，電液集成技術(shù)、遙控技術(shù)等新型控制技術(shù)獲得發(fā)展，國產(chǎn)設(shè)備在現(xiàn)代船舶的裝船率正在不斷提高。

參考文獻(xiàn)

[1] 王良武，李瑋，謝承利，等. 船用電液驅(qū)動(dòng)閥門遙控系統(tǒng)潛水性能試驗(yàn)研究[J]. 船海工程，2014，43（6）：48-51，54.

[2] 黃自瑩，吳建國，章智敏. 基于冗余 CAN 總線的船用閥門嵌入式控制系統(tǒng)[J]. 儀表技術(shù)，2011（10）：7-12.