淺談18000t系列船損管監(jiān)控系統(tǒng)的原理及調試

劉余弟

摘 要：損管系統(tǒng)在當今的船舶中已經起到了越來越重要的作用，本論文介紹了18000t系列船損管監(jiān)控系統(tǒng)的大致原理，以及通過調試時所積累的經驗，結合現(xiàn)場實際情況，在保證建造質量的同時對調試的過程進行優(yōu)化，提高效率以縮短建造調試周期。

關鍵詞：監(jiān)控；調試；效率

1.引言

損害管制簡稱“損管”。其定義是為保障或恢復生命力所采取的預防、限制和消除損害的措施和行動。損管的內容包括：1.防沉與抗沉；2.防火、防爆與滅火；3.監(jiān)測核武、生、化沾染情況，為“三防”提供報警和啟動對抗措施。損害管制主要從兩個方面實現(xiàn)，一個是設計時的損管設計，如不沉性設計、消防系統(tǒng)和三防系統(tǒng)的合理性設計；再一個是船員在實際中的操作實施，與任何裝備系統(tǒng)一樣，損管系統(tǒng)要充分發(fā)揮作用，取決于良好的設計和正確的操作使用。

現(xiàn)代損管與傳統(tǒng)的損管概念已有極大的不同，現(xiàn)代損管的發(fā)展趨勢是自動化、智能化，并越來越受到各國的重視。中國對損管技術的發(fā)展歷來較為重視，在損管設計上已經達到國際先進水平，有著完整的損管設計技術規(guī)范。

通過對各種海損事故的分析可以看出，損管成敗的關鍵在于能否盡可能早地發(fā)現(xiàn)損害事故。因此，在船上安裝損管監(jiān)控系統(tǒng)成為保證相關人員及時掌握全船安全狀況的關鍵，特別是隨著計算機技術的進步，以計算機為基礎的、具有信息處理量大、反應時間快、輔助決策能力強等優(yōu)點的現(xiàn)代化損管監(jiān)控系統(tǒng)，已成為損管監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢[1]。

2.損管監(jiān)控系統(tǒng)模塊的功能設置

組成損管監(jiān)控系統(tǒng)需要的傳感器按功能主要分為艙底水、浸水傳感器，溫度傳感器，液位傳感器，艙室門開關、防火風閘傳感器，火警煙霧及火焰探頭傳感器等，并提供接口采集外圍獨立設備的信息數(shù)據(jù)，已達到全船綜合監(jiān)控的目的[2]。

2.1艙底水、浸水功能模塊

通過全船設置的艙底水傳感器，以及重要艙室加裝的浸水傳感器，監(jiān)測船舶的水密完整性。

艙底水、浸水傳感器檢測方式分為電極檢測式和光電探測式兩種[3]。

電極檢測式：根據(jù)電極浸水阻值的變化原理，采用專用集成芯片進行信號放大、整形、比較，輸出高、低電平或繼電器報警信號。其線路設計采用光電隔離、線圈隔離、繼電器隔離等多種安全措施。特點是成本低，高可靠。

光電探測式：傳感器采用紅外光電原理，當外界被測液位接觸到傳感器表面時，改變了光線路徑，紅外接收管處于截止狀態(tài)，從而觸發(fā)了反相器的翻轉，輸出呈低電平吸收電流狀態(tài)。其結構采用全密封設計，保證了產品的高精密及可靠性。特點是能夠防直流極化，抗干擾能力強，可靠性高。

通過兩種類型傳感器的比較，采用光電探測式浸水傳感器更符合船上電磁兼容的要求。

2.2液位監(jiān)測系統(tǒng)模塊

油水艙液位測量時利用液位傳感器將非電量的參量轉換為可測量的電量信號，通過液位傳感器輸出的電信號的計算和處理，可以確定液位的高低。下面是集中類型的液位傳感器的特點及應用范圍[4]。

1.電容式液位傳感器的特性：

性能參數(shù)

溫度范圍-20℃—+1000℃；壓力范圍50Mpa以下；測量范圍0—2m；

應用范圍

限位點設置的控制和報警；連續(xù)測量液位及儲量；用于各種同質性液體及固體散粒；用于易爆區(qū)及粉塵易爆區(qū)。

2.靜壓式液位傳感器

靜壓式液位傳感器是利用壓力傳感器配用陶瓷或薄膜傳感元件作為探頭，將容器中的液位變化產生的壓力變化，經過壓力傳感器轉換成電信號的變化，通過檢測電路對電信號進行處理，從而檢測出液位。

靜壓式液位傳感器可用于裝有液位、糊狀物以及漿料容器的液位及儲量測量。靜壓式液位傳感器有多種封裝形式，不同的封裝形式有不同的用途。

3.光纖式液位傳感器

光纖式液位傳感器的敏感元件和傳輸信號的光纖均由玻璃纖維構成，故有絕緣性能好和抗電磁噪聲的有點。

光纖液位傳感器能用于易燃、易爆物等設施中；敏感元件的尺寸小，可用于檢測微量液體；從檢測液體開始到檢測信號輸出為止的響應時間短；敏感元件是玻璃的，故有抗化學腐蝕性；能檢測兩種液體界面；價格低廉。

根據(jù)以上幾種傳感器特點及適用范圍，結合具體實際情況，該船上使用的是靜壓式液位傳感器。

2.3火警系統(tǒng)及1301系統(tǒng)

火警系統(tǒng)在全船共分為5個回路，為保證可靠性，每一條回路都有互為備用的兩條通訊線，并安裝有隔離柵按區(qū)域進行保護。因此，即使回路中發(fā)生斷路情況，只要有一條通訊線保持完整，也不會對整條回路通訊產生影響。而如果發(fā)生短路情況，因為隔離柵的功能，也只會對該短路區(qū)域進行隔離，不影響其他區(qū)域。

對于諸如機艙等重點保護艙室，同時也將1301系統(tǒng)及高壓細水霧系統(tǒng)接入火警系統(tǒng)之中。一旦這些艙室發(fā)生火警報警，可由系統(tǒng)自動或由值班人員根據(jù)情況手動開啟高壓細水霧進行降溫并滅火。如果情況緊急，則需人工啟動1301系統(tǒng)，此時通過1301系統(tǒng)該區(qū)域將被風油遙切，自動切斷油、電、風，如有必要則需要啟動1301滅火系統(tǒng)釋放程序，此時報警燈柱及1301特殊警鈴將會響起，該區(qū)域所有人員有30秒的撤離時間，并在該時間內做好封艙工作。

火警系統(tǒng)采用手動報警按鈕，煙霧傳感器及溫度傳感器。

1.手動報警按鈕的作用是，當人員發(fā)現(xiàn)火災時，在火災探測器沒有探測到火災的時候，人員手動按下手動報警按鈕，報告火災信號。

2.煙霧傳感器的作用是，當船舶的某一艙室發(fā)生火災時，艙室溫度上升的同時，由于可燃物的不充分燃燒（艙室環(huán)境狹小，氧氣不足）將產生煙霧，由于煙霧的作用使傳感器內部發(fā)生變化，并按照一定規(guī)律產生電信號的輸出，通過信號的輸出，達到煙霧的報警的目的。

煙霧傳感器分布于除廚房外的所有工作艙室及通道，采用光電感煙傳感器，光電感煙傳感器是利用煙粒子散射和吸收光原理工作的[5]。

3.溫度傳感器的作用是測量艙室環(huán)境溫度，在環(huán)境溫度升高后觸發(fā)火影報警。由于火警報警系統(tǒng)中的溫度測量主要是監(jiān)控整個小環(huán)境的溫度，其測量對象是空氣介質的溫度，因此可選擇非接觸式的紅外輻射溫度傳感器。

溫度傳感器分布于廚房、餐廳等特殊艙室內。

該火警系統(tǒng)圖中，隔離柵UI將整條火警系統(tǒng)回路分為3部分，即使每一個部分中出現(xiàn)短路現(xiàn)象，另外兩個部分的監(jiān)控都不會受影響。S01—S03為聲光報警器，由火警主機通過接線盒M01直接供電，當火警探頭發(fā)生報警后，相應區(qū)域的聲光報警器就會響起。

2.4重要輔助設備狀態(tài)監(jiān)控

損管系統(tǒng)通過外部接口可以輸入其它外部設備，諸如鍋爐、舵機、消防泵、機艙油氣探測、充放電板等設備的狀態(tài)信號，以起到監(jiān)控全船重要輔助設備的用途。

2.5防沉抗沉系統(tǒng)

損管防沉抗沉系統(tǒng)，通過損管內部軟件計算當前全船吃水狀態(tài)及載重分布情況，計算出合理的穩(wěn)態(tài)狀態(tài)。如果發(fā)生艙室浸水等嚴重情況，則可通過軟件提供的通過對空倉、油水艙注水或排水等建議，盡可能減小船只傾斜狀況。

2.6艙室傳感器

艙室傳感器包含諸如艙室溫度傳感器，防火風閘、門開關等狀態(tài)信息，使船員在機電集控室中就能掌握全船的狀態(tài)信息。

3.損管系統(tǒng)的調試

由于損管系統(tǒng)的復雜性，因此結合對損管系統(tǒng)原理的認識，可以對損管系統(tǒng)調試的過程進行優(yōu)化，以提高工作效率。

損管系統(tǒng)集中了全船各個角落所有的傳感報警器以及重要輔助設備的延伸報警狀態(tài)，因此調試起來更多的是需要細心與觀察力，發(fā)現(xiàn)并預判各個參數(shù)是否屬于正常狀態(tài)。比如油水艙液位傳感器采用的是4—20mm電流信號，則以此可以在即使空艙的情況下來判斷傳感器是否存在故障，以及信號采集電路是否有異常，如果有條件的話，可以直接使用模擬電流的信號發(fā)生器，對傳感器以及監(jiān)控系統(tǒng)中的艙容表進行模擬試驗及校準，這樣不但能提高試驗準確性，還能大幅減少因各個油水艙駁運導致的時間上的浪費。

再比如艙底水及浸水傳感器，由于實做報警非常的麻煩，需要配合人員逐個爬到底艙進行試驗，如遇到問題還要往返于損管傳感器接線箱及底艙之間排查問題。而根據(jù)傳感器的原理，它的輸出信號是分別是6mA/16mA兩種狀態(tài)（正常情況/報警情況）的電流信號，因此可以先使用一個約1K歐姆的電阻依次測試線路及采集模塊功能的正確性，待確定模塊，及通訊線路沒有問題后再去底艙實做報警，可大幅提高效率。

此外由于全船所有輔助設備的報警點均為常閉觸點，根據(jù)這一性質在保證損管系統(tǒng)接線完整性的情況下，可以在損管設備第一次通電時即快速對所有全船輔助設備做一次摸底排查，并結合模擬報警點的方法可以快速鎖定線路或設備存在的問題，以此加快調試速度。類似的各個損管分系統(tǒng)大部分都可以通過這種預先觀察判斷的方法來盡可能快的完成調試任務，并配合各個系統(tǒng)進行報驗。

顯而易見，損管系統(tǒng)這樣做能夠大幅縮短系統(tǒng)的調試周期，調試周期從最初的3個多月，縮短到最快只花了3個星期就達到報驗狀態(tài)，這對于該船的施工人員管理以及降本增益是十分有幫助的。

4.總結

18000t系列船中的損管監(jiān)控系統(tǒng)是非常重要的設備，通過各種傳感器，以及數(shù)據(jù)接入口，對船只各個方面損害發(fā)生時的各種工況進行實時反饋，在損害發(fā)生時可控制切斷油、電、風開關，并通過防沉抗沉系統(tǒng)將船只調節(jié)到最佳穩(wěn)態(tài)狀態(tài)，以盡可能減少損害發(fā)生時所帶來的影響。

在調試該系統(tǒng)時，需要善于歸納總結之前調試、試航時碰到的問題，對積累的經驗進行總結，并結合現(xiàn)場實際情況，在保證建造質量的同時對調試的過程進行優(yōu)化，提高效率以縮短建造調試周期。

參考文獻

[1]方萬水，李煒，吳先高。艦船損管系統(tǒng)系統(tǒng)發(fā)展概述.艦船科學技術.2002（24）：37-39頁

[2]汪新剛。艦艇機艙自動化監(jiān)控系統(tǒng)設計.艦船電子工程.2006（26）：178-181頁

[3]楊幫文。新型傳感器和變送器實用手冊.第一版.電子工業(yè)出版社.2008：9-19頁

[4]曲波，肖圣兵，呂建平。工業(yè)常用傳感器選型指南.第一版.清華大學出版社.2002：23-70頁

[5]劉子巍。獨立式光電感煙火警探測報警器電路研究.大連理工大學碩士學位論文.2008：9-19頁

（作者單位：滬東中華造船（集團）有限公司）