張樺育　朱慧敏　李翠芳　管石衛(wèi)

摘? ? 要：以深圳海上危險(xiǎn)品應(yīng)急指揮船為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)規(guī)格書(shū)技術(shù)要求的解讀，用功能模塊劃分的方法制定了設(shè)計(jì)框圖，再通過(guò)分模塊的電路原理設(shè)計(jì)，最終組合成滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的電氣原理圖。

關(guān)鍵詞：閥控制系統(tǒng);電氣原理;設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：U665.13 ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： Taking Shenzhen maritime dangerous goods emergency command ship as the research object， through the interpretation of the general technical requirements， the design block diagram of the valve control system is formulated by the method of functional module division， and the electrical principle diagram of the valve control system meeting the design requirements is finally assembled through circuit principle design of sub modules.

Key words： Valve control system; Electrical principle; Design

1? ? ?前言

深圳海上危險(xiǎn)品應(yīng)急指揮船是我司設(shè)計(jì)建造的一艘近海航區(qū)特種用途船。本船主要用于深圳東部大鵬灣水域LNG船舶航行監(jiān)護(hù)、錨地監(jiān)控、轄區(qū)危險(xiǎn)品碼頭與作業(yè)水域的安全監(jiān)管，以及包括危險(xiǎn)品事故應(yīng)急在內(nèi)的現(xiàn)場(chǎng)綜合應(yīng)急指揮。該船建成后，具備較好的自我防護(hù)功能，可在警戒區(qū)域內(nèi)安全航行并實(shí)施人員撤離救助。

2? ? ?閥控制功能實(shí)現(xiàn)的方式

（1）本船設(shè)有1套艙室正壓維持系統(tǒng)，包括呼吸空壓機(jī)、高壓空氣瓶、減壓閥組、CO2吸收設(shè)備等。主要用于當(dāng)船舶所有開(kāi)口封閉時(shí)，可向人員聚集區(qū)域釋放新鮮空氣，改善船內(nèi)空氣質(zhì)量，保證人員的正常呼吸;同時(shí)保證上建生活區(qū)空氣正壓，有效阻止外界危險(xiǎn)氣體滲入安全區(qū);

（2）在危險(xiǎn)氣體擴(kuò)散的環(huán)境下，40 MPa高壓呼吸空氣瓶經(jīng)減壓閥組減至1 MPa后進(jìn)入低壓呼吸空氣瓶，再減至0.15 MPa后送至上建駕駛室、應(yīng)急指揮中心、活動(dòng)室、緊急醫(yī)療救助艙及主甲板氣鎖間的空氣釋放點(diǎn);

（3）本船在主甲板左側(cè)室內(nèi)通道末端設(shè)置氣鎖間，當(dāng)實(shí)施撤離救助作業(yè)時(shí)，人員可通過(guò)氣鎖間前后的兩扇門(mén)進(jìn)出。氣鎖間內(nèi)設(shè)壓縮空氣釋放點(diǎn)并與室外門(mén)連鎖，救援模式下當(dāng)室外門(mén)處于開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)可自動(dòng)向氣鎖間內(nèi)釋放壓縮空氣，保持局部正壓，防止人員開(kāi)門(mén)進(jìn)出時(shí)危險(xiǎn)氣體進(jìn)入船體;

（4）送往上建四個(gè)艙室和主甲板氣鎖間的壓縮空氣分由兩個(gè)閥進(jìn)行控制：為上建四個(gè)艙室送氣的電動(dòng)閥，設(shè)置為在救援工況下自動(dòng)開(kāi)啟;為氣鎖間送氣的電磁閥，設(shè)置為與氣鎖間室外門(mén)聯(lián)鎖，當(dāng)室外門(mén)開(kāi)啟時(shí)自動(dòng)開(kāi)啟釋放壓縮空氣。

通過(guò)《危險(xiǎn)氣體警戒區(qū)域執(zhí)行任務(wù)操作規(guī)程》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《操作規(guī)程》）可知：本船設(shè)立的安全防護(hù)系統(tǒng)，可結(jié)合危險(xiǎn)氣體探測(cè)器的的測(cè)值，人為決策發(fā)出一級(jí)指令（SM1）、二級(jí)指令（SM2）。當(dāng)任一探測(cè)器測(cè)值達(dá)到10LEL時(shí)，指揮人員通過(guò)安全防護(hù)系統(tǒng)向相關(guān)系統(tǒng)發(fā)出SM1激活信號(hào)，以切斷大部分室外非防爆負(fù)載、激活氣鎖間呼吸空氣閥與室外門(mén)聯(lián)鎖的功能，以及使得電站系統(tǒng)僅保留一臺(tái)柴發(fā)機(jī)組和2組動(dòng)力電池并網(wǎng);當(dāng)任一探測(cè)器測(cè)值升至20LEL以上時(shí)，指揮人員通過(guò)安全防護(hù)系統(tǒng)向相關(guān)系統(tǒng)發(fā)出SM2激活信號(hào)，以切斷室外全部非防爆負(fù)載，激活上建四個(gè)艙室的呼吸空氣供氣功能，急停發(fā)電機(jī)組，使得全船進(jìn)入純電池供電模式;此外，由于柴發(fā)機(jī)組不工作，因此還可通過(guò)電動(dòng)閥關(guān)閉全船冷卻水系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)組相關(guān)的冷卻支路。

由《全船技術(shù)規(guī)格書(shū)》、《操作規(guī)程》中可知：在船舶所有開(kāi)口（門(mén)、窗、蓋等）封閉后，通過(guò)向上建四個(gè)艙室釋放呼吸空氣建立正壓，使得水域內(nèi)擴(kuò)散的LNG不侵入本船;通過(guò)打開(kāi)氣鎖間外門(mén)時(shí)能自動(dòng)釋放呼吸空氣，實(shí)現(xiàn)在LNG擴(kuò)散水域內(nèi)進(jìn)出本船進(jìn)行人員救助的功能。如圖1所示，氣鎖間是作為本船在LNG擴(kuò)散水域航行時(shí)進(jìn)出本船的緩沖區(qū)域。

3? ? 閥控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

任何輔助設(shè)備的電氣控制系統(tǒng)，除了從《全船技術(shù)規(guī)格書(shū)》、《操作規(guī)程》獲取信息外，還得通過(guò)管路原理圖來(lái)了解對(duì)電氣控制方面的要求。圖2為艙室供氣管系圖。

由圖2可見(jiàn)：（1）來(lái)自于低壓空氣瓶的呼吸空氣，經(jīng)減壓閥組ASV4減壓后，再經(jīng)電動(dòng)閥ASV12分成4路支管分別到達(dá)上建4個(gè)艙室。在通往4個(gè)艙室的管路上各有一個(gè)氣體流量調(diào)節(jié)閥（ASV8/ASV7/ASV9/ASV10），但非電動(dòng)調(diào)節(jié)開(kāi)度。從這路管路上看，其實(shí)對(duì)電氣控制而言還是很簡(jiǎn)單的，在管路上并沒(méi)有流量/壓力參數(shù)對(duì)閥的開(kāi)關(guān)狀態(tài)形成控制;（2）低壓空氣瓶的另一路出口，接到減壓閥組ASV5減壓后，先后經(jīng)氣體流量調(diào)節(jié)閥ASV11（非電動(dòng)調(diào)節(jié)）、電磁閥ASV6接至主甲板氣鎖間，對(duì)于該電磁閥也是簡(jiǎn)單的啟閉;（3）通過(guò)冷卻水管系圖，得知電動(dòng)閥CWV44可以開(kāi)閉到柴油發(fā)機(jī)組的冷卻支路，管路之中除了該電動(dòng)閥，沒(méi)有壓力/溫度傳感器或流量調(diào)節(jié)裝置需要提供電氣控制。

通過(guò)上述分析，該閥控制系統(tǒng)就初步形成了：設(shè)計(jì)一套閥控制系統(tǒng)。在二級(jí)指令激活后，控制上建的持續(xù)供氣功能以維持正壓;一級(jí)指令激活后，控制氣鎖間外門(mén)與閥聯(lián)動(dòng)功能;二級(jí)指令激活后，控制發(fā)電機(jī)組冷卻支路的關(guān)閉功能。但是，該控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不能簡(jiǎn)單地只對(duì)幾個(gè)閥進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控，還需要繼續(xù)完善，并且要有安全防護(hù)方面的考慮，必需增加如下幾點(diǎn)：

（1）補(bǔ)充系統(tǒng)自身的激活功能，因?yàn)槌Ｒ?guī)航行下該系統(tǒng)無(wú)需啟用;

（2）從可靠性考慮，當(dāng)遠(yuǎn)程一級(jí)/二級(jí)指令遙控失效時(shí)，還能本地手動(dòng)控制閥的開(kāi)閉;

（3）氣鎖間作為在LNG擴(kuò)散水域唯一的進(jìn)出通道，本著維持正壓以及即便LNG氣體入侵也要降低LNG濃度的原則，此處不能同時(shí)開(kāi)啟內(nèi)外門(mén)，需要在內(nèi)外門(mén)各安裝開(kāi)閉狀態(tài)指示燈;

（4）氣鎖間的釋放最好有釋放延時(shí)關(guān)閉的功能;

（5）增加反饋功能，包括接收到一級(jí)/二級(jí)指令的反饋、閥開(kāi)閉狀態(tài)的反饋，以及門(mén)開(kāi)閉狀態(tài)的反饋。

根據(jù)以上所述，按功能模塊劃分，閥控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖3所示。

4? ? 電氣原理圖設(shè)計(jì)

根據(jù)圖3的設(shè)計(jì)框圖，閥控制系統(tǒng)主要分為六個(gè)功能模塊：系統(tǒng)激活、控制部位轉(zhuǎn)換、上建4個(gè)艙室的供氣設(shè)計(jì)、氣鎖間（緩沖區(qū)域）進(jìn)出的設(shè)計(jì)、柴發(fā)機(jī)組冷卻水支路的開(kāi)閉設(shè)計(jì)、反饋。只要每個(gè)模塊分別用繼電器、接觸器、按鈕/轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)等基本元器件組合，最終模塊集成并稍加修改，就可以設(shè)計(jì)出符合預(yù)期的電氣原理圖。

為描述方便，我們把給上建4個(gè)艙室供氣的電動(dòng)閥稱(chēng)為1#電動(dòng)閥，給氣鎖間供氣的電磁閥稱(chēng)為2號(hào)電磁閥，而柴發(fā)機(jī)組冷卻水支路的電動(dòng)閥稱(chēng)為3#電動(dòng)閥。

（1）系統(tǒng)激活

可采用啟動(dòng)按鈕（常開(kāi)）、停止按鈕（常閉）、繼電器及其輔助觸點(diǎn)，并結(jié)合自鎖回路的設(shè)計(jì)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)激活功能。自鎖回路設(shè)計(jì)在電氣原理圖中極為常見(jiàn)，其核心是將繼電器的常開(kāi)輔助觸點(diǎn)與啟動(dòng)按鈕并聯(lián)，一旦按下啟動(dòng)按鈕使得繼電器的線(xiàn)圈得電，則其并聯(lián)啟動(dòng)按鈕的常開(kāi)觸點(diǎn)就會(huì)閉合，往后即使松開(kāi)啟動(dòng)按鈕也能保證繼電器線(xiàn)圈的持續(xù)供電。

（2）控制部位轉(zhuǎn)換

控制部位轉(zhuǎn)換功能最理想的方式是采用轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。由于本控制系統(tǒng)的三個(gè)閥均要有本地手動(dòng)/遠(yuǎn)程自動(dòng)的控制部位，故可將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)串聯(lián)繼電器，通過(guò)繼電器的輔助觸點(diǎn)來(lái)擴(kuò)展。在控制電路當(dāng)中，利用串聯(lián)繼電器的方法來(lái)擴(kuò)展信號(hào)是很常見(jiàn)的，通常用來(lái)解決觸點(diǎn)信號(hào)不夠的問(wèn)題，如在配電板的風(fēng)油遙切控制回路便是如此，常需要同時(shí)切斷若干個(gè)斷路器;另外，按照設(shè)計(jì)要求，遠(yuǎn)程控制中1號(hào)電動(dòng)閥和3號(hào)電動(dòng)閥需要安全防護(hù)系統(tǒng)的二級(jí)指令信號(hào)觸發(fā)，而2號(hào)電磁閥需要安全防護(hù)系統(tǒng)的一級(jí)指令信號(hào)觸發(fā)。

（3）上建4個(gè)艙室的供氣設(shè)計(jì)

對(duì)上建4個(gè)艙室的供氣設(shè)計(jì)，實(shí)際就是對(duì)電動(dòng)閥的開(kāi)閉控制設(shè)計(jì)，以及閥的狀態(tài)反饋。通過(guò)電動(dòng)閥的原理圖，可知其4號(hào)端子接控制電源的一側(cè)，9號(hào)端子接開(kāi)閥指令，10號(hào)端子接關(guān)閥指令，14/15號(hào)端子構(gòu)成閥開(kāi)到位指示，14/16號(hào)端子構(gòu)成閥關(guān)到位指示，而11號(hào)端子接加熱器的一端，本項(xiàng)目可無(wú)需使用;通過(guò)串接繼電器的輔助觸點(diǎn)或串接繼電器，很容易實(shí)現(xiàn)開(kāi)/關(guān)閥及開(kāi)/關(guān)到位指示，但要注意所需信號(hào)是有源還是無(wú)源，開(kāi)/關(guān)閥需要有源信號(hào)，而開(kāi)/關(guān)到位指示則是通過(guò)無(wú)源觸點(diǎn)信號(hào)輸出。如圖4所示。

（4）氣鎖間進(jìn)出的設(shè)計(jì)

此項(xiàng)設(shè)計(jì)分兩部分：一部分是氣鎖間的供氣設(shè)計(jì);另一部分是氣鎖間內(nèi)/外門(mén)打開(kāi)時(shí)的報(bào)警。

電磁閥的開(kāi)閉設(shè)計(jì)很簡(jiǎn)單，即通電開(kāi)啟、斷電關(guān)閉。由于有延時(shí)關(guān)閉的要求，故需加入延時(shí)繼電器;由于氣鎖間并不需要一直保持釋放呼吸空氣，只有外門(mén)打開(kāi)時(shí)才需要釋放，故通過(guò)室外門(mén)的行程開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)串上繼電器，以此來(lái)擴(kuò)展外門(mén)啟閉的信號(hào)，作為本地開(kāi)閥和遙控開(kāi)閥的必要條件;此外，對(duì)于氣鎖間內(nèi)/外門(mén)打開(kāi)時(shí)的報(bào)警設(shè)計(jì)，可將內(nèi)/外門(mén)的行程開(kāi)關(guān)擴(kuò)展后的觸點(diǎn)信號(hào)分別串入報(bào)警燈即可;而為使得同時(shí)打開(kāi)內(nèi)外門(mén)時(shí)觸發(fā)蜂鳴器報(bào)警，只需把兩個(gè)門(mén)所擴(kuò)展的常開(kāi)輔助觸點(diǎn)串上蜂鳴器接上電源即可。

（5）柴發(fā)機(jī)組冷卻水支路的開(kāi)閉設(shè)計(jì)

3#電動(dòng)閥的開(kāi)閉設(shè)計(jì)與1#電動(dòng)閥基本一樣，需注意的是二級(jí)指令輸入時(shí)，是關(guān)閉3#電動(dòng)閥，這個(gè)正好跟1#電動(dòng)閥相反，因此只要在遙控線(xiàn)路上做一下對(duì)調(diào)即可。

（6）反饋

反饋包括自動(dòng)功能激活反饋、閥狀態(tài)反饋以及門(mén)狀態(tài)反饋。反饋的目的在于讓相關(guān)系統(tǒng)知悉本系統(tǒng)是否執(zhí)行到位，通常采用繼電器的輔助觸點(diǎn)來(lái)反饋。

最終設(shè)計(jì)電氣原理圖，如圖5～圖7所示。

5? ? ?閥控制系統(tǒng)功能

（1）閥控制系統(tǒng)在常規(guī)航行時(shí)無(wú)需使用，救援工況下需按下控制箱激活按鈕以激活開(kāi)啟相關(guān)功能;

（2）閥控制系統(tǒng)對(duì)1號(hào)電動(dòng)蝶閥的控制模式，分為本地和遙控兩種模式：本地模式下在控制箱面板上可手動(dòng)開(kāi)啟和關(guān)閉1號(hào)電動(dòng)蝶閥;遙控模式下可由安全防護(hù)系統(tǒng)二級(jí)指令開(kāi)啟或關(guān)閉;

（3）閥控制系統(tǒng)對(duì)2號(hào)電磁閥的控制模式，分為本地（手動(dòng)）和遙控兩種模式：本地模式下在控制箱面板上可手動(dòng)開(kāi)啟和關(guān)閉2號(hào)電磁閥;遙控模式下該電磁閥由安全防護(hù)系統(tǒng)一級(jí)指令遠(yuǎn)程開(kāi)啟或關(guān)閉;需注意無(wú)論何種模式，電磁閥始終與氣鎖間室外門(mén)的門(mén)開(kāi)關(guān)傳感器聯(lián)動(dòng)，只有當(dāng)室外門(mén)開(kāi)啟時(shí)才可開(kāi)啟釋放呼吸空氣，而當(dāng)室外門(mén)關(guān)閉時(shí)延遲2 s（可調(diào)）關(guān)閉電磁閥;閥控制箱還有門(mén)聯(lián)鎖報(bào)警功能，當(dāng)一級(jí)指令激活的情況下，根據(jù)控制箱采集的門(mén)限位信號(hào);當(dāng)氣鎖間室外/室內(nèi)門(mén)被同時(shí)打開(kāi)，則就地發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào);另外，任意一個(gè)門(mén)打開(kāi)都會(huì)有燈光提醒;

（4）閥控制系統(tǒng)對(duì)3號(hào)電動(dòng)蝶閥的控制模式，分為本地和遙控兩種模式：控制功能同1號(hào)電動(dòng)蝶閥;

（5）閥控制系統(tǒng)能輸出安全防護(hù)系統(tǒng)的指令接收狀態(tài)，以及閥門(mén)開(kāi)閉、門(mén)開(kāi)閉狀態(tài)。

6? ? 結(jié)論

通過(guò)以上分析，用功能模塊劃分的方法設(shè)計(jì)電氣控制原理圖。實(shí)船試驗(yàn)結(jié)果表明，滿(mǎn)足規(guī)格書(shū)技術(shù)要求。通過(guò)本案例，可為類(lèi)似船舶電氣原理圖設(shè)計(jì)提供參考。