孫 波,余漢文
(上海外高橋造船有限公司,上海 200137)
船舶機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)多為集成式系統(tǒng),選擇的是多段網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式,由于其自動(dòng)控制由系統(tǒng)軟件與硬件組成,在現(xiàn)場(chǎng)安裝、調(diào)試階段,與傳統(tǒng)的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)有著較大的差異,安裝調(diào)試有效、科學(xué)是其功能價(jià)值發(fā)揮的關(guān)鍵點(diǎn)。
根據(jù)國(guó)家造船工程現(xiàn)場(chǎng)施工的時(shí)間規(guī)定,科學(xué)、合理地安排機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備的安裝、調(diào)試,是保證整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備優(yōu)質(zhì)、按時(shí)地安裝、調(diào)試的關(guān)鍵。船舶機(jī)艙自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、調(diào)試和管理應(yīng)從機(jī)艙智能控制系統(tǒng)的基本組成部分入手,包括控制系統(tǒng)輸入輸出信號(hào)的接入、控制系統(tǒng)軟硬件的設(shè)置和控制系統(tǒng)功能的完成,其需要系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)組成[1]。安裝調(diào)試工作必須分步進(jìn)行,確保上一個(gè)工作完成后可以開(kāi)始下一個(gè)工作。與此同時(shí),需要對(duì)安裝調(diào)試過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)記錄,完善相應(yīng)文件內(nèi)容,為后續(xù)工作的開(kāi)展奠定基礎(chǔ),提供支持。
船舶機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)開(kāi)機(jī)時(shí)總是保存信息,保存的信息始終有效。
由于普通的船舶機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)沒(méi)有很強(qiáng)的抗干擾性能,在自檢和數(shù)據(jù)校準(zhǔn)過(guò)程中容易出現(xiàn)很多問(wèn)題。然而,基于微處理器的船舶機(jī)艙自動(dòng)控制系統(tǒng)可以有效避免上述問(wèn)題,同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的數(shù)據(jù)計(jì)算,從而有效提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)完整性,并可以根據(jù)信息檢索和編程具有良好的數(shù)據(jù)處理能力。
圖1 船艙自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
計(jì)算機(jī)硬盤(pán)的位置既要方便工作人員使用和觀察情況,又要考慮到后期維護(hù)的便利性,留出適當(dāng)?shù)木S護(hù)空間和通道。但如果電控柜內(nèi)大功率電氣系統(tǒng)元件較多,實(shí)際管理期間,設(shè)備散熱較慢,如果要求不標(biāo)準(zhǔn),將會(huì)影響功率元件的性能、熱穩(wěn)定性,因此需要在電控柜內(nèi)設(shè)置好散熱方案,及時(shí)有效地對(duì)柜內(nèi)的溫控進(jìn)行管理。如果自動(dòng)降溫系統(tǒng)的降溫效果不理想,選擇強(qiáng)制降溫,留有通風(fēng)通道。但是,電控箱面板的設(shè)計(jì)位置應(yīng)避免振動(dòng)、灰塵和潮濕空氣等不利環(huán)境。若無(wú)法遠(yuǎn)離振動(dòng)場(chǎng)地,則應(yīng)當(dāng)制定相應(yīng)的措施,減少振動(dòng)。對(duì)于支架系統(tǒng)的基礎(chǔ),托盤(pán)的安裝需要牢固,安裝之后,不可隨意晃動(dòng),避免相應(yīng)故障問(wèn)題的出現(xiàn)。根據(jù)實(shí)際需要,托盤(pán)也可以通過(guò)支撐直接加固在鋼筋或混凝土基礎(chǔ)上。
船舶機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)的自動(dòng)安裝技術(shù)實(shí)際上是一項(xiàng)復(fù)雜而煩瑣的任務(wù),因此需要更加重視安裝過(guò)程中的每一步。船舶機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)中的管道敷設(shè)主要分為動(dòng)力管道和通信管道,管道敷設(shè)是船舶機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)裝置順利施工的基本前提。在設(shè)備安裝過(guò)程中,施工人員還必須分析施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況,進(jìn)行深入的了解,從而選擇合理的架設(shè)路徑。這一方案可實(shí)現(xiàn)建筑材料的有效利用,能夠適應(yīng)未來(lái)系統(tǒng)擴(kuò)展的需要。同時(shí),施工人員還應(yīng)勘察施工現(xiàn)場(chǎng),選擇合理的路線和管徑進(jìn)行電纜敷設(shè),既能減少外界影響,又能保證船舶機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)的順利運(yùn)行,為機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)的自動(dòng)架設(shè)技術(shù)奠定了良好的基礎(chǔ)。因此,企業(yè)必須重視船舶機(jī)艙智能系統(tǒng)的自動(dòng)配置技術(shù)。
準(zhǔn)備工作可奠定機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)安裝調(diào)試工作開(kāi)展,是必不可少的過(guò)程。技術(shù)準(zhǔn)備如下。
(1)知曉機(jī)艙動(dòng)力控制系統(tǒng)的監(jiān)控對(duì)象。作為船舶推進(jìn)動(dòng)力裝置服務(wù)的對(duì)象,機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)需要掌握動(dòng)力裝置、相應(yīng)設(shè)備的監(jiān)控要求,了解機(jī)艙內(nèi)設(shè)備特點(diǎn)、設(shè)備功能,知曉如何促進(jìn)機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的措施與路徑[3]。與此同時(shí),需要掌握船舶機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備特點(diǎn)、功能,知曉安裝要求、調(diào)試要點(diǎn),為下一步工作的開(kāi)展指明方向。
(2)熟悉監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的范圍。監(jiān)控系統(tǒng)功能主要包括控制系統(tǒng)配置+功能、通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、I/O 信號(hào)、數(shù)據(jù)數(shù)量、數(shù)據(jù)分布與數(shù)據(jù)類型等。
(3)全面了解系統(tǒng)功能。消化吸收監(jiān)控原理圖、電氣內(nèi)部接線圖、外部電纜連接圖等。
(4)實(shí)驗(yàn)室調(diào)試。在實(shí)驗(yàn)期間,需要靜態(tài)調(diào)試船舶機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng),分析其加工制造,按照要求開(kāi)展試驗(yàn),落實(shí)檢驗(yàn),比如系統(tǒng)功能、系統(tǒng)性能與系統(tǒng)質(zhì)量等。該機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)能夠在連接好電氣、通電之后,借助軟件平臺(tái),將硬件平臺(tái)激活,以此組建完整網(wǎng)絡(luò)??赡M開(kāi)關(guān)信號(hào),控制系統(tǒng),處理緊急情況。
根據(jù)機(jī)艙自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù),首先,在船舶機(jī)艙內(nèi)安裝所有電氣設(shè)備、控制箱、各種現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等設(shè)備;安裝駕駛室、中控室、輪機(jī)長(zhǎng)室(機(jī)電室)、機(jī)艙、管道損壞中心等操作臺(tái)或控制站。到位;檢查鋪設(shè)的電纜;然后完成各裝置的接線和管道連接工作,包括各裝置主電路的電纜連接、監(jiān)控系統(tǒng)的I/O 信號(hào)電路、控制電路、通信網(wǎng)絡(luò)和壓力傳感器等裝置的管道連接。電氣設(shè)備安裝、電纜敷設(shè)、安裝需依照《中國(guó)造船質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(CSQS)、《船舶建造質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(JNS)執(zhí)行,嚴(yán)格依據(jù)圖紙、要求開(kāi)展施工。在電纜敷設(shè)期間,要采取合理的保護(hù)措施與管控措施,將信息傳輸過(guò)程中,電纜影響因素減少。在監(jiān)控系統(tǒng)電纜敷設(shè)期間,針對(duì)輸入信號(hào)、輸出信號(hào),需要避免磁場(chǎng)影響,選擇相應(yīng)的措施,盡量選擇不平行敷設(shè)方式,盡可能地將大功率電氣設(shè)備避開(kāi),敷設(shè)電纜重疊厚度控制在2 層,也就是50mm,成束敷設(shè)電纜,同一電纜控制在6 束內(nèi)。
《Paper and Biomaterials》為大16開(kāi)本。國(guó)內(nèi)定價(jià):紙質(zhì)版40元/冊(cè),電子版40元/期,紙質(zhì)版+電子版70元/期;國(guó)外及港澳臺(tái)地區(qū)定價(jià):紙質(zhì)版40美元/期,電子版40美元/期,紙質(zhì)版+電子版70美元/期。
光纜敷設(shè)期間,光纜彎曲內(nèi)徑為0.5mm,光纜外徑則是內(nèi)徑的4~6 倍。在進(jìn)行電纜敷設(shè)期間,需要避免相應(yīng)問(wèn)題,比如:上升、下降、通風(fēng)和油、液、氣回路等,在敷設(shè)蒸汽管、排氣管時(shí),表面相差70mm 以上,平行敷設(shè)期間,表面相差80mm 以上,若無(wú)法滿足這一差距要求,則需要實(shí)施隔熱措施。通常情況下,通信信號(hào)通過(guò)通信電纜傳輸會(huì)引起信號(hào)減弱,通信電纜直徑每增加1mm,信號(hào)就會(huì)減弱0.8dB,而每個(gè)電纜接頭會(huì)減弱1dB,每個(gè)分支會(huì)減弱14dB。針對(duì)這類現(xiàn)象,電纜敷設(shè)時(shí)通常需要采取的管理和措施包括:①合理規(guī)劃電纜敷設(shè)方向,將運(yùn)輸間隔減少,將接頭、分支數(shù)量減少,促使電纜緊密連接。②通信網(wǎng)絡(luò)兩端,需要同時(shí)連接終端設(shè)備及終端電阻。③為了更好地匹配網(wǎng)絡(luò)電阻,要確保控制站兩側(cè)的電纜長(zhǎng)度、分支點(diǎn)一致,通信與電力電纜分開(kāi)敷設(shè),其與電纜保持40cm/kV 距離。當(dāng)它們必須相交時(shí),也應(yīng)該垂直相交,并盡量避開(kāi)高溫的地方。
為了控制電網(wǎng)的影響,在供配電設(shè)計(jì)中,船舶機(jī)艙自動(dòng)控制系統(tǒng)中船舶接地技術(shù)是重要組成部分,船舶供配電系統(tǒng)多為三相三線制電力系統(tǒng),結(jié)合規(guī)范要求,設(shè)備金屬外殼、金屬部件與接地螺釘之間的接地電阻>0.1Ω,可確保不導(dǎo)電裸露金屬部件、金屬外殼零電位差。為了避免電網(wǎng)中的暫態(tài)電壓和雜散電壓對(duì)設(shè)備正常運(yùn)行的影響,過(guò)去一些法規(guī)要求電氣設(shè)備必須獨(dú)立連接。目前船舶建造不建議單獨(dú)接地。在一些電子設(shè)備中,可避免機(jī)箱上干擾電流直接耦合到信號(hào)電路上,能夠促使電路單元信號(hào)連接到設(shè)備機(jī)箱絕緣上,這類設(shè)計(jì)為系統(tǒng)浮地。在一些監(jiān)控電子產(chǎn)品中,采用一定的結(jié)構(gòu)作為接觸參考點(diǎn),將其他單元的信號(hào)接地與該點(diǎn)相連,可以有效防止較低頻率下各單元內(nèi)部接地電壓的影響。該電源設(shè)計(jì)屬于系統(tǒng)單元接地,根據(jù)上述分析,可制定以下相應(yīng)的措施。
(1)選擇編制好的10mm 銅線。將操作站與控制站串聯(lián),并引到地面。
(2)信號(hào)輸入和輸出設(shè)備接地,選擇單獨(dú)的黃綠色導(dǎo)線。
(3)輸入輸出信號(hào)線為屏蔽電纜,屏蔽層接至監(jiān)控站或控制站的接地端子,現(xiàn)場(chǎng)端子懸空。
(4)監(jiān)測(cè)站或控制站接地設(shè)置通信電纜的屏蔽層,懸空另一端。
通信網(wǎng)絡(luò)的正常,是調(diào)試工作開(kāi)展的基礎(chǔ),通過(guò)連接通信網(wǎng)絡(luò),可確保通信電纜對(duì)準(zhǔn),并檢查控制站、監(jiān)控站的情況,確保各個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備順利通電。借助軟件開(kāi)關(guān)、硬件開(kāi)關(guān),能夠促使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接,確保網(wǎng)絡(luò)正常工作。維護(hù)設(shè)備安全,連接輸入信號(hào)與輸出信號(hào),首先通過(guò)短路信號(hào)線的方式檢查每一條輸入輸出信號(hào)線,設(shè)備不通電時(shí)檢查每一條輸入輸出信號(hào)線。其次,檢查現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備斷電時(shí)網(wǎng)絡(luò)通道是否正常,控制站、監(jiān)控站是否通電運(yùn)行正常,若正常,則檢查輸入信號(hào)通道、輸出信號(hào)通道,比如在現(xiàn)場(chǎng)短路給出開(kāi)關(guān)信號(hào)、信號(hào)發(fā)生器給出模擬信號(hào)。
當(dāng)輸入輸出通信連接和通信網(wǎng)絡(luò)正常工作時(shí),通過(guò)改變輸入輸出信號(hào)在現(xiàn)場(chǎng)的狀態(tài)來(lái)驗(yàn)證系統(tǒng)的所有功能。
(1)逐項(xiàng)檢查系統(tǒng)各項(xiàng)功能,重點(diǎn)驗(yàn)證設(shè)備連鎖控制、故障連鎖控制、啟??刂乒δ?,并驗(yàn)證監(jiān)控系統(tǒng)的信號(hào)指示、延時(shí)等功能,檢查繼電器和閥門(mén)的動(dòng)作狀態(tài)。
(2)逐項(xiàng)檢查監(jiān)控系統(tǒng)的所有功能,數(shù)據(jù)顯示和準(zhǔn)確性的校準(zhǔn),切換信號(hào)的延時(shí)和各報(bào)警點(diǎn)的檢查,打印功能,數(shù)據(jù)記錄功能和所有管理功能。
(3)用仿真方法驗(yàn)證安全系統(tǒng)的各個(gè)受控參數(shù)。
(4)現(xiàn)場(chǎng)電氣設(shè)備,特別是大功率的電機(jī)設(shè)備,必須在斷開(kāi)主電路的情況下,空投試驗(yàn)二次控制電路,確保即便是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備不工作,輸入信號(hào)與輸出信號(hào)也可正常發(fā)出,并測(cè)試控制功能。
系泊試驗(yàn)指的是,檢查系統(tǒng)電氣設(shè)備、輔助系統(tǒng)的安裝質(zhì)量、運(yùn)行協(xié)調(diào)、正常性及可靠性,檢查技術(shù)性能是否滿足標(biāo)準(zhǔn)、滿足技術(shù)規(guī)范、滿足規(guī)定等,以此判斷航行試驗(yàn)質(zhì)量與效率。系泊試驗(yàn)是船舶機(jī)艙自動(dòng)控制系統(tǒng)裝配調(diào)試中最重要的環(huán)節(jié)。通常,船廠相關(guān)人員,比如檢查員、船檢局人員(或客戶代表)、船東總工程師和系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師參與工作。工作主要內(nèi)容是系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師協(xié)助船廠檢驗(yàn)員向船檢(或客戶代表)和船東(或船基機(jī)電總監(jiān))申請(qǐng)檢驗(yàn),開(kāi)展動(dòng)態(tài)運(yùn)行效用試驗(yàn),逐一測(cè)試機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)功能,并檢查系統(tǒng)技術(shù)性能,促使其滿足技術(shù)規(guī)范、滿足合同要求。
航行試驗(yàn)指的是,全面檢查機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)質(zhì)量性能、技術(shù)性能,判斷其是否與技術(shù)范圍契合,確定其是否能夠滿足軍用或民用要求。本實(shí)驗(yàn)開(kāi)展,嚴(yán)格遵循系泊試驗(yàn)大綱要求,在試驗(yàn)過(guò)程中,已經(jīng)將所有的缺陷消除,所有試驗(yàn)項(xiàng)目均已驗(yàn)收并簽字。比如:發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)控制系統(tǒng),試驗(yàn)是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)航行試驗(yàn)的工況和時(shí)間表進(jìn)行的,而對(duì)于中高速主機(jī),試驗(yàn)時(shí)間可根據(jù)時(shí)間表縮短50%左右,持續(xù)進(jìn)行試驗(yàn),中間故障停機(jī)時(shí)間不超過(guò)15min[4]。測(cè)試程序包括:①主機(jī)換向測(cè)試。②主機(jī)遠(yuǎn)程啟動(dòng)試驗(yàn)。③開(kāi)展駕駛倒車(chē)交替試驗(yàn)。④對(duì)照?qǐng)龅剞D(zhuǎn)換試驗(yàn)。⑤進(jìn)行安全系統(tǒng)測(cè)試。⑥檢查監(jiān)控、報(bào)警、安全保護(hù)、數(shù)據(jù)顯示、記錄處理功能,在由主機(jī)控制的測(cè)試期間完成。
機(jī)艙自動(dòng)化控制系統(tǒng)自動(dòng)化配置完成后,工作的重點(diǎn)之一是做好相應(yīng)的調(diào)試工作,采用連續(xù)調(diào)試的方式,保證裝置正常穩(wěn)定運(yùn)行。設(shè)備確認(rèn)正常后,即可完成驗(yàn)收和交付。在對(duì)船舶機(jī)艙自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行測(cè)試的過(guò)程中,檢查的主要內(nèi)容是設(shè)備部件運(yùn)行是否正常、表盤(pán)外觀、控制箱和儀表盤(pán)內(nèi)的數(shù)字指示是否工作正常,損壞的物品是否更換。同時(shí),通過(guò)檢查,在管理上也要對(duì)電磁流量計(jì)、氣動(dòng)閥等關(guān)鍵部位進(jìn)行更細(xì)致的檢查,防止內(nèi)部出現(xiàn)回路問(wèn)題。當(dāng)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中出現(xiàn)環(huán)路問(wèn)題時(shí),研究人員必須對(duì)線路信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和檢查,并在第一時(shí)間進(jìn)行更換和調(diào)試,直到其線路符合相關(guān)法律規(guī)范和安全標(biāo)準(zhǔn)。
為了驗(yàn)證裝配自動(dòng)化系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性,首先需要進(jìn)行系統(tǒng)的試運(yùn)行。測(cè)試可能包括以下3 個(gè)方面的不同內(nèi)容。首先要求進(jìn)行單體測(cè)試,對(duì)系統(tǒng)的主要關(guān)鍵技術(shù)器件和元器件進(jìn)行獨(dú)立測(cè)試,檢查工作特性是否能夠滿足社會(huì)生產(chǎn)的實(shí)際要求。主要測(cè)試內(nèi)容包括自動(dòng)化設(shè)備特性、工作參數(shù)、監(jiān)控室監(jiān)控管理能力的分析檢測(cè)等。然后在滿足設(shè)計(jì)需求后進(jìn)入聯(lián)動(dòng)測(cè)試階段。把一個(gè)子項(xiàng)目任務(wù)作為一個(gè)完全獨(dú)立的控制系統(tǒng),可以進(jìn)行聯(lián)調(diào)聯(lián)試,檢查控制系統(tǒng)的實(shí)際工作開(kāi)展情況及是否能夠完成[5]。調(diào)試階段是自動(dòng)控制系統(tǒng)的最終檢驗(yàn),在聯(lián)調(diào)結(jié)果沒(méi)有問(wèn)題的前提下完成。施工單位、監(jiān)理單位和施工單位可以共同參加試運(yùn)行。試運(yùn)行達(dá)到設(shè)計(jì)要求后,則申請(qǐng)竣工驗(yàn)收。
船舶機(jī)艙安裝自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)特別注意以下兩個(gè)問(wèn)題。首先,在安裝過(guò)程中,需要對(duì)磁盤(pán)的質(zhì)量進(jìn)行全面的審查,以充分保證磁盤(pán)的質(zhì)量管理符合設(shè)計(jì)要求,從而保證信息報(bào)告的準(zhǔn)確性[6]。安裝完畢后,要檢查安裝區(qū)域內(nèi)預(yù)留的埋件及數(shù)量是否符合要求。如有問(wèn)題,及時(shí)匯報(bào),調(diào)整預(yù)留預(yù)埋件位置。其次,安裝完成后,還需要嚴(yán)格按照之前的設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行工藝管道施工。一般來(lái)說(shuō),除了金屬管和電纜管道外,還需要安裝金屬軟管來(lái)加強(qiáng)環(huán)保,但不僅如此,在金屬管歪斜排列的生產(chǎn)過(guò)程管理中,必須使用一些特殊的彎管機(jī),這樣才能采取最有效的措施,避免因金屬電纜裂縫而導(dǎo)致的安全生產(chǎn)事故[7]。
綜上所述,在船舶機(jī)艙自動(dòng)控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)布置和調(diào)試中,問(wèn)題的隨機(jī)性普遍比較強(qiáng),涉及的方面也比較廣泛,現(xiàn)場(chǎng)工作人員需要樹(shù)立良好的工作態(tài)度,快速反思,不斷提升自身問(wèn)題解決能力,在出現(xiàn)問(wèn)題的情況下,要及時(shí)采取相應(yīng)的措施,制定相應(yīng)的方案,確保實(shí)施有效合理[8]。本文試驗(yàn)選擇的方案及措施,能夠?yàn)榇皺C(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試積攢經(jīng)驗(yàn),可供同行參考。