集裝箱船改造半潛船的液位遙測及閥門遙控系統

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

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.桂林地區軍事代表室，廣西桂林 541000）

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

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，采用自動化技術的液位遙測及閥門遙控系統被廣泛應用于各類船舶，用以提高船舶壓載水系統、艙底水系統等運行的可靠性。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，設計并加裝了液位遙測及閥門遙控系統。

1 系統概述

本系統的主要目的是實現對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/關控制和狀態指示，同時還要監測6臺泵的實時狀態，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個溫度監測點進行實時監測記錄。

鑒于CCS《鋼質海船入級規范》的系統獨立性要求，本系統將按液位監測和閥門遙控采用獨立的硬件構成子系統設計，另外考慮到使用者的實際需求，再經后臺軟件處理后向用戶提供友好的操作界面，從而將兩個子系統有機的結合起來。

2 系統的特點及硬件設計

2.1 系統特點

根據改造船的主要技術功能要求，經分析，本液位遙測及閥門遙控系統具有以下特點：1）I/O點數多，經統計液位測量系統模擬量輸入177點、開關量輸入57點，閥門遙控系統開關量輸入894點、開關量輸出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 系統硬件設計

針對以上特點，本系統采用西門子PLC、傳感器、電液執行機構等構成硬件結構[1,2]。主要設備包括121個壓電式液位傳感器、48個電極式液位傳感器、248臺電液執行器、248臺液壓驅動頭、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和閥門遙控子系統所共有。

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，按照就近原則將隸屬于各管系的閥門的狀態反饋信號電纜和控制信號電纜分別接入相應的信號采樣箱，同時液位傳感器也按就近原則接入各信號采樣箱。為確保系統獨立性，液位遙測子系統和閥門遙控子系統分別采用獨立的PLC模塊、獨立的電源供應，而各采樣箱殼體為液位遙測子系統和閥門遙控子系統所共用。

3 系統通訊的設計

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構建SIMATIC DP分布式I/O系統，系統設計如圖1所示。

采樣箱和壓載控制臺以光纖為通訊介質構成環網，其中液位遙測采用1組環網，閥門遙控采用2組環網，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系統中各模塊與中央處理器之間的必要數據交換。

圖1 液位遙測及閥門遙控系統圖

液位遙測子系統和閥門遙控子系統各自的中央處理器通過工業以太網和TCP/IP協議同安裝在壓載控制臺的2臺工作站及集控室內的1臺工作站連接，從而與管理層進行通訊，將采集的實時監控數據發送給計算機。同時，計算機運用SIMATIC提供的組態軟件根據實船的布置繪制模擬圖，將隸屬于同一系統的液位監測數據、閥門的開/關狀態和遙控按鈕都制作在同一界面上，為系統提供了一個良好的人機界面。連接于該以太網上的計算機都可以互相通訊，進行數據交換。

4 系統功能

液位遙測子系統可以實現采樣箱、壓載控制臺、集控室工作站三地同時實時監測相關液位數據，并可通過報警值的設定實現相關監測點的超限報警，見圖2。

閥門遙控子系統采用四級控制，控制優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生的液壓源可以實現開/關閥門。

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，并可經遙控按鈕發出控制信號，直接控制驅動電路實現遙控閥門開/關的操作。

第三級控制即MIMIC板遙控，MIMIC板上設有壓載管系、透氣管系閥門和6臺壓載泵的狀態指示和遙控按鈕，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，觀察到相應遙控閥門的實時狀態，并可以通過控制旋鈕發出控制信號，經通訊網絡將控制信號發送至各地信號采樣箱后，遙控相應的閥以實現閥門的開/關控制；MIMIC板設“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，系統共配有3臺工作站（與液位測量系統共用），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出控制信號經通訊網絡，將控制信號發送至各地信號采樣箱后，遙控相應的閥以實現閥門的開/關控制。

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 結語

通過加裝液位遙測及閥門遙控系統，實現了改造船液艙液位、溫度、船舶吃水等參數的實時監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。改裝完成后實際應用表明，該系統運行可靠，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的設計與實現[J]. 大連海事大學學報, 2007, 33(S2): 149-151.

[2] 石峰, 史書臣, 王國敬. 海上油輪液位遙測系統的設計與應用[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用[M].北京: 機械工業出版社, 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。從事船舶機電設備。