作動筒試驗電氣控制系統設計與實現

葉 嘉

（海軍駐上海七〇四所軍事代表室，上海 200031）

作動筒試驗電氣控制系統設計與實現

葉 嘉

（海軍駐上海七〇四所軍事代表室，上海 200031）

作動筒作為海上航行橫向補給系統中的關鍵設備，直接影響著補給任務的成敗。對此，文中建立了作動筒試驗測試與監控系統，實現對作動筒運行的測試和監控，有助于深入了解其性能參數和運行特性。

作動筒；數據采集；試驗監控；數據顯示

0 引言

海上補給利用各種補給設備在海上對船舶實施物資補充的海上航行作業活動[1,2]。海上航行補給時，同向航行的補給船和接收船存在相互運動（如橫搖、升沉、偏航等因素）[3]，兩船高架索道掛接點的距離也會隨著船舶的運動不斷發生改變，若兩船分離，則索道張力會增加；若兩船靠攏，則索道張力會減少。為了避免兩船分離過大時索道拉斷或在兩船靠近時貨物、軟管落入水中，高架索隨船舶運動做出收放動作，補償船距變化，保持索道張力的恒定不變，確保貨物的安全傳送。

因此，保持高架索道張力穩定是實施海上航行橫向補給的關鍵，根據前期論證的成果，高架索張力的補償采用作動筒和高架索絞車兩級聯合補償方案。

作動筒作為補給系統的補償器，是一個高壓氣缸，頂部和底部裝有滑輪組，用于儲存一定長度的鋼索。當兩船分離時，鋼索張力增加，活塞桿在張力的作用下往氣缸內縮進，鋼索放出；當兩船靠近時，鋼索張力減少，活塞桿在氣壓的作用下往外伸出，收進鋼索。從而補償船舶運動，使高架索張力在一定范圍內變化。

作動筒通過動定滑輪組儲存的鋼索足以自動補償船舶間相互運動引起的高頻、低幅值的船距變化。但由于氣缸的直線運動是有行程限制的，如果船舶相對運動過大時，有可能超出活塞桿運動極限，因此需要高架索絞車參與收放鋼索、聯合補償。作動筒配有位移測量系統，控制系統監測、傳送活塞桿的動態位置信號，電氣控制系統決定作動筒系統的開啟和停止。

作動筒試驗電氣控制系統主要監測其運行狀態和數據，提供可靠實驗分析數據和曲線，為深入分析補給設備、完善設計提供有力的數據支持。

1 作動筒試驗系統

作動筒試驗系統，由作動筒、絞車、液壓機組、電控系統和冷卻水系統組成，用于驗證作動筒的可靠性，如圖1所示。

圖1 作動筒試驗系統結構圖

作動筒的電氣控制系統，滿足試驗過程中作動筒的運行及人員操作的要求，保證試驗中設備的可靠供電，安全運行，方便操作及試驗過程數據的顯示和記錄。主要包括以下三個部分：

1）配電系統：用于對整個作動筒可靠性試驗的工藝設備、控制系統供電及電氣保護；

2）控制系統：用于試驗設備的運行監視、操作控制和試驗記錄；

3）大屏顯示系統：用于試驗系統運行參數和曲線的現場展示。

2 作動筒試驗配電系統

配電系統包括電機啟動柜一臺，用于兩臺 110kW主泵電機和一臺5.5kW輔泵電機的供電，并為PLC柜供電。MCC柜提供三臺電機的啟/停按鈕及狀態指示燈和兩臺主泵電機的電流指示。兩臺主泵電機的啟動過程采用星/三角轉換方式，輔泵的啟動采用直啟方式，所有電機設計有熱繼保護功能。

表1 陪試設備規格

3 作動筒試驗控制系統

作動筒控制系統數據采集、邏輯控制、信息顯示和數據記錄?；谖鏖T子S7-300系列PLC開發，采用CPU和ET200擴展模塊構建整個控制系統，提供數字量輸入/輸出、模擬量輸入/輸出、編碼器輸入功能，模塊之間采用ProfibusDP總線連接[4,5]。

操作臺為試驗運行過程中人員操作和數據監視的平臺。

1）控制系統架構?？刂葡到y采用主站和DP從站的架構，模塊分布在PLC柜和操作臺，其中PLC柜包括一個主站和一個 DP從站，操作臺含一個從站及HMI。模塊類型包括PS307電源模塊、CP342通訊模塊、32點數字量輸入模塊、32點數字量輸出模塊、8點模擬量輸入模塊、4點模擬量輸出模塊及FM350編碼器模塊。

2）人機交互界面如圖2所示。圖2中，控制系統HMI上顯示主要傳感器及功能參數：鋼絲繩張力、無桿腔氣壓、無桿腔氣溫、有桿腔油壓、有桿腔油溫、儲油箱氣壓、儲油箱氣溫、活塞桿位移狀態、作動筒限位狀態顯示、運行總里程、自動循環次數、自動循環里程、自動循環計時、數據瀏覽、馬達冷卻和制動控制。

圖2 作動筒試驗系統控制界面

3）控制流程

a）設備狀態。確認絞車、液壓機組、水冷系統、空氣系統、電控系統等主要設備均已檢查且無異常。工作氣瓶壓力符合要求，且與作動筒連接閥件已開啟；

b）開啟液壓機組水冷管路球閥，接通水泵電源；

c）絞車旁放置一臺通風設備，對減速機、馬達、卷筒等部位強制散熱；

d）按下主配電柜上“1號啟動”按鈕，接通供電電源；

e）確認操作臺上“手動/自動”旋鈕旋至“中位”，將電控柜面板上“電源旋鈕”旋至接通狀態，觀察操作臺屏幕（HMI），當控制軟件啟動后，檢查并確保各傳感器工作正常。開啟“馬達冷卻”（處于綠色狀態），根據系統運行情況選擇開啟“制動控制”（處于綠色狀態）。在電控柜操作面板上，按下“輔泵啟動”按鈕開啟輔泵，根據試驗要求選擇按下“1號電機啟動”或“2號電機啟動”按鈕啟動主電機。確認電機及泵工作正常，無異響及雜音；

f）操作臺上“手動/自動”旋鈕旋至“手動”，手動緩慢操作絞車收放手柄，牽引作動筒往復運行 2次至 3次，觀察操作臺屏幕，檢查并確認各傳感器工作正常（位移、接近開關、張力、壓力、溫度傳感器等）。確認絞車運轉正常，確認液壓機組運行正常；

g）操作臺上“手動/自動”旋鈕旋至“自動”，根據試驗要求選擇“絞車低速運行”或“絞車高速運行”，觀察操作臺屏幕，檢查并確認各傳感器工作正常（位移、接近開關、張力、壓力、溫度傳感器等），確認自動狀態時各測試數據顯示正常。

系統在“自動”模式下運行時，需定時檢查設備溫度并記錄，溫度過高時應暫停試驗，等待設備冷卻；試驗時，應隨時觀察設備運轉情況，當發現異常時應及時停止試驗，根據情況對設備進行檢查，同時做好記錄。

運行過程中，如果遇到電機負載過大，傳感器控制參數超標，系統將自動停止試驗并報警。

4 作動筒試驗數據顯示系統

作動筒數據顯示系統包括筆記本電腦、顯示器、HDMI轉換器和PLC系統，CP5711用于系統關鍵數據的趨勢顯示，采用65寸全高清液晶屏顯示鋼絲繩張力和作動筒位移曲線。

通過ProfibusDP總線，從控制系統CPU中讀取數據，經由西門子CP5711卡讀入筆記本電腦，然后采用WinCC軟件組態畫面。再將畫面經HDMI高清視頻線與以太網轉換后遠程顯示在液晶屏，顯示實時數據曲線[6]。作動筒試驗數據顯示系統原理如圖3所示。

圖3 作動筒試驗數據顯示系統

圖4顯示了在作動筒可靠性試驗過程中的鋼絲繩張力曲線和作動筒位移，實時數據曲線在顯示器上可視。

5 結論

在海上補給作動筒試驗電控系統的設計與實現中，設計與研制了作動筒試驗配電系統、控制系統、顯示系統，有助于設計人員對于作動筒的性能參數，運行特性的深入分析和總結。

[1] ATP 16(D) /MTP 16 (D) REPLENISHMENT AT SEA[M]. AMERICAN: NAVAL WARFARE PUBLICATION, 2011.

[2] UNDERWAY REPLENISHMENT NWP 4-01.4 [M].AMERICAN: NAVAL WARFARE PUBLIC, 1996.

[3] 孫濤, 桂文彬, 俞志剛. 半潛式平臺定位系泊控制試驗系統設計與應用[J]. 船舶工程, 2012(2):84-86.

[4] 俞志根. 傳感器與檢測技術[M]. 北京: 科學出版社, 2007.

[5] 鄔寬明. CAN現場總線系統的設計與應用[M]. 北京: 北京航空航天大學出版社, 2002.

[6] 張少軍. 網絡視頻監控系統[M]. 北京: 機械工業出版社, 2010.

Design and Realization of Test Electrical Monitor System of Ramtentioner

YE Jia
(Navy representation office at No.704 Research Institute, Shanghai 200031, China)

Ramtentioner is the important technology of ocean ships, which affects the success and sea safety strategy. For this, the article establishes the test system and the monitor system of the ramtentioner at sea, which realizes the test and monitor of the ramtentioner. It helps to deeply understand the performance parameters and the working characteristics.

ramtentioner; data collection; experimentation monitor and control; data display

U665.13

A

10.16443/j.cnki.31-1420.2015.06.015

葉嘉（1981-），男，工程師，研究方向：船舶機電設備。