CTK-3A型雙側推手柄控制系統設計

李鑫濤 崔守娟 仲鈺

摘要：設計一種基于MCGS操控界面的CTK-3A型雙側推手柄控制系統，介紹人機界面設計思路和手柄功能，并在船舶平臺上完成調試。手柄操作模式通過使用觸摸屏、控制手柄來操控船舶作業，操縱更靈活、簡便、可靠，對其他同類產品設計有一定的參考借鑒作用。

關鍵詞：雙側推;手柄;設計;MCGS;調試

船舶操縱性與其經濟性和航行安全密切相關，是船舶航行性能的重要指標。手柄控制系統是控制船舶重要的手段之一，操作人員可通過手柄控制系統來控制船舶的速度、位置、艏向、原地回轉、水平移動、快速后退等，具有操縱靈活、簡單、可靠的特點，有效提高了船舶的操縱性。基于MCGS的手柄操作模式設計一種CTK-3A型雙側推手柄控制系統，為同類產品設計提供借鑒和參考。

1 基于MCGS的手柄操作模式

1.1 MCGS簡介

MCGS（Monitor and Control Generated System，監控通用系統）是北京昆侖通態自動化軟件科技有限公司研發的一套基于Windows平臺、用于快速構建和生成上位機監控系統的組態軟件系統，主要用于現場數據的采集和監測，以及前端數據的處理和控制。

MCGS具有功能完善、操作便捷、可視性好、維護性強的突出特點。通過與其他相關硬件設備相結合，可快速開發出各種用于現場采集、數據處理和控制的設備。用戶只需進行簡單的模塊化配置即可構建應用系統，靈活配置各種智能儀器、數據采集模塊、無紙記錄儀、無人值守現場采集站、人機界面等專用設備。

人機界面是系統和用戶進行交互溝通和信息交換的媒介，是計算機系統的重要組成部分。功能優越的人機界面可以讓操作更方便、直觀，更好地發揮控制系統的性能。通過MCGS的用戶管理器設置操作者權限，可保障船舶控制系統正常運行。

1.2 MCGS操作界面設計

采用昆侖公司的實時多任務嵌入式操作系統—昆侖動態人機界面。MCGS嵌入式版本的不同窗口可切換管理用戶系統配置，其窗口配置包括數據庫配置、設備配置、用戶配置、主控制窗口和運行策略，對應5個不同的窗口頁面，每個頁面管理1個部件。在用戶應用程序系統中單擊，可切換不同的窗口頁面，并配置應用程序系統的相應部分。

1.2.1 登陸界面 為防止非操作人員誤操作，系統設置登陸界面，要求使用指定密碼登錄，如圖1所示。

1.2.2 密碼輸入界面 工作人員輸入正確密碼時，觸摸屏進入控制系統。否則，觸摸屏會出現“密碼錯誤，不能進入系統！”提醒字符，警告編外人員不能進入系統。

在主頁中，“歡迎來到側推設備控制系統”使用滾動循環標題，請求訪問正在運行的策略。單擊新策略，選擇要確認的“循環策略”。雙擊“循環策略”后，在“策略工具箱”中創建并選擇腳本，如圖2所示。

1.2.3 側推控制系統主界面 MCGS參考控制功能要求設計控制界面。各個界面的底部都設有界面切換按鈕，實現不同控制界面之間的交互切換。MCGS中的歷史數據可直接顯示重要參數變化，方便查詢。

2 手柄模式操控界面的功能及調試

2.1 手柄操作模式

手柄操作模式是船舶作業系統模式的組成部分之一。手柄控制系統通過電子傳輸測量船舶的艏搖角和位置，使用操作面板上的手柄手動控制船的前進、后退、橫向、轉向、傾斜、航向和航行速度。這種操縱方法無需考慮舵槳的實際位置和船舶運動的關系，通過手柄可直觀地操縱船舶。操作模式簡單、靈敏、可靠，對拖船、渡船、消防船和作業船尤為適用。手柄指令通過模擬量模塊輸入，可實現對船舶運動的手動控制。

2.2 手柄模式操控界面功能

CTK-3A型手柄模式的界面功能很多，現主要論述船舶主界面、艏搖角調節和手柄校正頁面。

2.2.1 主界面 在操控界面中，主界面的主要作用是顯示船舶的運動狀態。

2.2.2 艏搖角調節界面 用來設置船舶的艏搖角度，點擊該界面上的艏搖角調節開關，旋轉操作臺上的旋轉編碼器調節船舶的艏搖角。界面顯示船舶當前艏搖角和設定的艏搖角，按下操作臺上的“確認”按鈕，將設定的艏搖角送到船舶的主控制器。通過旋轉編碼器設定艏搖角時，使用高速計數模快計算旋轉編碼器的脈沖數進行。

2.2.3 手柄校正 CTK-3A型手柄的數值采用模擬量輸入，使用一段時間后最值和中心值會發生偏離，需要用手柄校正界面對手柄進行校正。將手柄置于中心位置，點擊零點校正，手柄原點值更新并送到MCGS控制器，然后搖動手柄到各軸的最大值和最小值處，此時手柄校正界面顯示當前各軸的最值;點擊手柄校正頁面的各軸最值校正按鈕，更新各軸最值數據。手柄輸入值通過手柄當前值與手柄最值間的比來確定。

2.3 CTK-3A型手柄功能調試

通電后，推進控制單元電源指示燈亮。觸發主控制面板上的電源開按鈕，控制系統得電，前面板控制燈亮。觸發控制面板上的調光按鈕，可調整手柄背光燈的強弱。

控制手柄零位和螺距反饋零位。操縱控制面板上的控制手柄，系統控制側推的螺距。控制手柄從左到右的變化將給出螺距指令。通過比較螺距反饋和螺距指令信號，產生±10 V的電壓信號驅動電磁閥，使實際螺距與指令保持一致。

當控制位置位于主控制面板時，使左面板手柄位置與主面板手柄保持一致，左舷控制指示燈點亮，主面板控制指示燈熄滅。當控制位置位于左舷控制面板時，調整右舷面板手柄位置與左舷面板手柄一致，右舷控制指示燈點亮，左舷面板控制指示燈熄滅。當控制位置位于右舷控制面板時，調整主面板手柄位置與右舷面板手柄保持一致，主控制指示燈點亮，右舷面板控制指示燈熄滅。

產生故障時，相應指示燈被點亮且蜂鳴器發出聲響。按下復位按鈕，蜂鳴器消音并進行故障排除。通過手柄上的螺距數值輸入觸摸屏（MCGS）數值，可校正手柄數值，如圖3所示。

3 結語

隨著科學技術的進步，人們對海洋的開發研究逐漸從沿海和近海擴展到深海。傳統的船舶定位無法適合深海作業。船舶手柄控制系統定位準確，操作快捷，運行成本不隨水深的增加而增加，在作業船上得到越來越廣泛的應用，具有廣闊的市場和前景。設計一種基于MCGS操控界面的雙側推手柄控制系統，并在船舶平臺上完成調試。手柄操作模式通過使用觸摸屏、控制手柄來操控船舶作業，操縱更靈活、簡便、可靠，對其他同類產品設計有一定的參考借鑒作用。

參考文獻

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