某型艦艇智能型電機集中控制系統(tǒng)的設計

趙潔，方興，席敬波

（1.中國人民解放軍第7815工廠，浙江寧波 315000；2.總裝駐杭州地區(qū)軍代室，杭州 310012）

0 引言

當今世界是信息自動化高速發(fā)展的時代，隨著自動控制技術的發(fā)展及綜合監(jiān)測報警系統(tǒng)的普及，電動機監(jiān)控管理系統(tǒng)也向著智能化、網(wǎng)絡化、信息數(shù)字化的方向發(fā)展。有著特殊使命任務的軍用船艇更加亟需進行信息化方面的改造。

本設計對某型艦船的主要電機控制箱進行智能化改造，并采用RS485通訊實現(xiàn)對各智能化電機進行分散布置、集中管理，除了可以遠程集中實現(xiàn)常規(guī)的啟動、停止功能外，還可以全過程監(jiān)視電機的相關運行參數(shù)。

1 船舶電機控制管理的現(xiàn)狀

現(xiàn)代艦船管理水平普遍提高，設備的自動化程度均有顯著提高，進入了網(wǎng)絡化、信息化階段，但對電機的管理卻未有改進。現(xiàn)代艦船電機管理存在的主要問題：

1)電機分散布置于各個艙室，大部分電機的啟動器基本設置于電機旁，一旦需要開啟或關停電機，操作人員就必須往返于各個艙室進行操作，增加了工作量，也不方便對電機的運行狀態(tài)進行監(jiān)測；

2)部分艦艇電機采用了組合啟動屏形式的集中管理模式，但該種集中管理模式增加了電纜敷設，增加了艦船的建造成本，且對電機的運行參數(shù)無法直接監(jiān)測；

3)電機涉及的使用艙室與人員較多，日常使用和維護工作量較大[1]。

2 智能型電機集中控制系統(tǒng)的組成及原理

某艦艇智能型電機集中控制系統(tǒng)主要由上位機、可編程控制器（PLC）、通訊集線器（RS485）和智能電機啟動器（帶電機智能管理模塊）若干組成，如圖1所示。

本艇因設備較多，布置時比較緊湊，而且各個泵的啟動器又不得不布置在左右兩舷，當船舶航行時人員不方便去兩舷操作啟動器。

如機艙部分有總用泵、滑油泵、燃油泵、機艙風機等等，加上各類設備布置后基本處于飽和狀態(tài)。一旦船舶處于航行狀態(tài)，本身狹小的通道加上高溫、顛簸等不確定因素，對操作人員的操作維護帶來一定風險。而智能磁力啟動器可在上位機上進行啟停操作。將上位機布置于便于操作及監(jiān)測的位置，可以有效解決上述問題。

圖1為網(wǎng)絡連接的邏輯順序，實際設備連接可根據(jù)各個啟動器的布置按最短路徑相互連線。啟動器之間通過Modbus-RS485通信接口串接組網(wǎng)，在上位機上操作時，啟動器打至遙控狀態(tài)。部分遙控通信人機界面如圖2所示。該界面直觀顯示各啟動器的連接與運行狀態(tài)。當通訊中斷或產(chǎn)生故障時會發(fā)出聲光報警，并作相應的歷史記錄。雙擊界面上的任一智能啟動器界面彈出該啟動器的操作界面，可以實現(xiàn)對該啟動器的啟停及相關參數(shù)的監(jiān)控。如圖3所示的為監(jiān)控室風機操作界面及運行時的相關參數(shù)。除啟停功能外可以監(jiān)測風機運行的電流、通訊指示、故障報警等。其它操作界面類同。

考慮到該型艦艇的的航行狀態(tài)及機艙空間，現(xiàn)場 PC采用壁掛式安裝，上設信息顯示器、消音按鈕和外接RS485通訊口。

1）外接通訊口：通訊RS485，采用MODBUS RTU通訊協(xié)議，波特率 9600無校驗，與綜合監(jiān)測報警系統(tǒng)相連，可通過 RS485/RS232轉換成RS232 接口[2]。

2）報警指示功能：生成聲光報警，當發(fā)生斷線或過載等報警時，指示器鳴叫并閃爍。

3）消音功能：當聲光報警指示器動作時，按下該按鈕可關閉報警器，再按一下恢復報警；當有新的報警產(chǎn)生時，消音將自動取消，對該故障進行聲光報警。

4）顯示屏信息顯示：主畫面，實時報警顯示列表畫面，通過觸摸屏上的按鈕圖標實現(xiàn)畫面自由切換，其界面如圖2所示。

3 智能電機啟動器原理

要實現(xiàn)智能化遠程控制，磁力啟動器的設計是關鍵。每個磁力啟動器均配置了智能電機控制器，除具有傳統(tǒng)的電機過載、短路、斷相及欠壓保護功能外，通過電機集中控制裝置還可以實現(xiàn)如下功能：參數(shù)設置、遙控控制、順序起動、自 動起動、信息采集、監(jiān)測報警、遠程輸出（如至綜合監(jiān)測報警系統(tǒng)及指揮系統(tǒng)）等。智能電機啟動器原理圖如圖4所示，采用施耐德控制模塊。控制電路電壓為直流24 V，由PLC和串行總線通過Modbus協(xié)議進行控制。選用動力底座LUB、多功能控制單元 LUCM、Modbus通信模塊LULC03、線圈預接線模塊 LUPBN11C。將通信模塊輸出端子連接到線圈端子，并將通信模塊連接至串行總線。實現(xiàn)短路保護、電子式熱過載保護（可調(diào)整范圍）、測量負載電流并檢測空載運行、電動啟動器與選擇開關位置間互鎖。通過開關量觸點監(jiān)視電動機狀態(tài)，并可發(fā)出報警信號，對熱過載可能造成的停機進行完整預測。多功能控制單元正面帶有熱脫扣測試按鈕，實現(xiàn)過載報警的同時還可以輸出電動機的負載指示，通過輸出4-20mA模擬量電流信號給上位機。

4 上位機軟件系統(tǒng)

本系統(tǒng)采用亞控科技的組態(tài)王監(jiān)測系統(tǒng)軟件。該軟件系統(tǒng)是新型的自動控制系統(tǒng)，以標準工業(yè)計算機軟件、硬件平臺構成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)。它具有適應性強、開放性好、易于擴展。通常分為：控制層、監(jiān)控層、管理層。監(jiān)控層對下連接控制層，對上連接管理層，實現(xiàn)對現(xiàn)場的實時監(jiān)測與控制。組態(tài)軟件充分利用圖文編輯功能，并以動畫方式顯示控制設備狀態(tài)。采用其豐富的設備驅動程序和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能，實現(xiàn)對各個電機的數(shù)據(jù)鏈接與集中控制。如圖 3，電機的運行狀況通過電機運行動畫演示出來。該軟件系統(tǒng)兼具強大的數(shù)據(jù)存儲能力，如電機故障報警等會自動報警并自動存儲與標識，可以滿足艦船查看和檢索歷史運行數(shù)據(jù)，為電機的維護保養(yǎng)提供相應的參考與策略。

5 結束語

該智能電機集中控制系統(tǒng)在某型艦艇上運行穩(wěn)定可靠，圖形界面直觀，操作簡便。安全有效的減輕了操作人員的工作量。船艇使用部隊反應良好，值得推廣應用。

[1]楊東升，張偉，吳宏，黃興.基于現(xiàn)場總線和微處理技術的船舶電機集中監(jiān)控系統(tǒng)[J].造船技術，2010，（6）：40.

[2]汪先兵，宋成法，費文曉.基于現(xiàn)場總線的MMC系列電動機監(jiān)控管理系統(tǒng)設計[N].西南科技大學學報，2006.