客滾船集成進水探測自動化系統設計

朱靜波

(招商局郵輪研究院(上海)有限公司，上海 200137)

0 引言

貨艙進水探測報警裝置的作用是為了及時了解船舶防水艙壁各艙的意外進水情況，以便及時采取相應措施，保障生命安全。目前，常規貨船和沒有安全返港要求的客船的進水探測報警系統是一個獨立的、相對簡單的系統，沒有冗余要求，基本原理就是當某一艙的進水探測達到探頭的安裝高度，探頭觸發一個開關量信號或模擬量電信號到控制箱，并在駕駛室發出聲光報警，指示出對應報警的艙室位置。隨著公約法規的不斷更新，對于需要滿足安全返港的進水探測報警系統，要求其在直接受到火災區域和其他同一艙室的其他區域丟失時任何其他艙的進水探測仍可工作。基于這點，原來的獨立系統就需要設置2套系統、2套傳感器，且2套系統的控制箱需要隔離。

本文以某高端客滾船3 100 m車道進水探測系統為研究對象，改變常規進水探測報警系統設計方式，根據國際海事組織(IMO)規范要求和系統功能對其設備組成、設計原理、系統創新設計、冗余性、安全性進行分析，并解決系統實際使用中的問題。

1 進水探測系統的要求

國際海上人命安全公約(SOLAS) II-1_22.1章節要求： 2010年7月1日或之后建造的載客36人或36人以上的客船，需要為艙壁甲板以下的水密空間安裝進水探測系統。

IMO MSC.1/Circ.1291章節要求：進水探測系統需要在駕駛室和安全臺安裝聲光報警并指示對應的進水區域；當安裝傳感器的區域進水后，進水探測器的電纜、接線盒等有關的設備可以繼續工作；當正常電源出現故障時，備用電源可以自動切換，以保證進水探測系統持續供電。

IMO MSC.1/Circ.1369 SRTP章節解釋第40條要求：進水探測系統只被考慮在直接受到火災區域和其他同一艙室的其他區域丟失,所有任何為其他艙服務的進水探測系統仍可工作。

2 集成進水探測自動化系統的設計

2.1 系統設計邏輯和優點

常規船的進水探測報警系統是一個獨立的控制系統，包括裝于駕駛室的報警板、控制箱、接線盒和傳感器等，相對獨立且需要考慮控制箱的布置。

進水探測報警系統集成到自動化系統，就是進水探測傳感器接到自動化系統的信號采集(IO)柜，由自動化系統的IO柜采集信號，經過PLC處理。客滾船自動化系統設計工作站分別安裝在駕駛室、貨控室、集控室3個房間。當進水探測傳感器觸發報警，駕駛室的自動化工作站會發出聲光報警，而集控室和貨控室的自動化工作站僅報警顯示。

某高端客滾船自動化系統配置2個不間斷電源(UPS)。每個UPS由正常電源和應急電源2路供電，這2路電源可自動切換。為滿足IMO對進水探測系統雙路電源的要求，每個UPS分別供電給每個IO柜，每個IO柜有2路供電。這樣的設計優點是免除安裝原進水探測獨立系統的報警板和控制箱，且安裝了自動化工作站的3個空間都可以接收到進水探測報警的信號。

2.2 基于SRTP要求設計系統的原理和創新點

進水探測系統除了要滿足IMO規范的要求設計之外，同時還要滿足安全返港的要求。本文設計的原理包括以下幾點：

(1)本船設計有40個進水探測的區域。為了節約成本，進水探測的傳感器選擇了開關量的浮子開關，既滿足規范要求又為船廠節約了成本。

(2)根據安全返港要求，每個探測區域設計的傳感器需要輸出2路信號。因此，考慮到浮子開關內有2副觸點輸出報警，一般會在每個進水探測點安裝2個進水探測傳感器去滿足要求。

(3)自動化系統的2個UPS分別安裝在不同的防火分隔區，以避免安全返港狀態下2個UPS同時丟失，使系統安全性和冗余性更高。

(4)自動化系統設計通過網絡電纜CAT6A雙環路連接，形成冗余系統。此設計的優點是當自動化系統發生單點故障時，不會導致此系統故障和丟失IO模塊以上的功能。每個工作站及IO柜都有雙網絡開關A、B作為冗余切換，每個IO柜內配有2個CPU、2個電源模塊，滿足冗余和100%熱備。

(5)進水探測報警系統中每個探測點裝有雙信號輸出的開關，2個信號分別接到不同區域的IO柜，保證一個IO柜丟失了，另外一個IO柜還能維持正常工作，進水探測報警還能繼續報警。

根據以上的原理和創新想法，設計出來的系統框架見圖1。

圖1 集成進水探測的自動化系統框架

3 系統設計的關鍵點

(1)每個進水探測浮子開關有雙觸點信號輸出。根據安全返港要求，浮子開關連接到自動化IO柜的2個信號在安全返港情況下不能同時丟失。除去此區域本身是事故區域外，進水探測浮子開關的2根電纜需要分開敷設在不同區域里，最后連接到不同的自動化IO柜。

設計進水探測報警系統時，已經考慮進水探測浮子開關的2個信號連接到不同的自動化IO柜，但是浮子開關的2根電纜由于船舶空間的影響，還是有可能敷設在同一個區域里。解決這個問題的方法有2種：浮子開關的其中一根電纜改成滿足SRTP要求的耐火電纜；或浮子開關的其中一根電纜與另一根電纜在同一區域的電纜部分用耐火絕緣60 min(A60)管子保護。

(2)根據IMO規范要求，進水探測系統相關的設備進水后還能繼續工作，那么進水探測系統相關設備防水防塵(IP)等級就要求IP67。由于自動化IO柜需要散熱，IP等級最高是IP44， 自動化IO柜的安裝位置需要考慮裝在船舶的干舷甲板以上。每艘船不一樣，一般在船舶4甲板以上。

最優設計方案：進水探測傳感器接連到IO柜的電纜盡量短，按照就近原則設計連接到與傳感器最近的IO柜。IO柜的數量要根據進水探測傳感器的分布去設計，避免過度設計，增加船廠成本和后期修改。進水探測雙信號輸出框架圖見圖2。圖中三位數字代碼598、599等是進水探測傳感器的2路信號編碼。

圖2 進水探測雙信號輸出框架圖

(3)所有進水探測的浮子開關接線需要接常閉觸點，以保證不管是在斷線還是正常情況下進水報警都能發送信號到自動化IO柜，并觸發報警，及時發現問題。其接線圖見圖3。

A～F—接線端子號；A、B—常閉觸點；D、E—常閉觸點。

4 結論

(1)建議提前做好準備工作：統計需要安裝進水探測報警傳感器的位置和數量；設計分配進水探測傳感器連接的IO柜數量和位置；選定自動化IO柜的最佳位置。

(2)本文選用的浮子開關帶有雙信號輸出功能，減少了設備費用，降低了成本支出。如船東要求或進水探測作為液位遙測系統的補充，進水探測傳感器建議選用模擬量信號輸出，每個進水點安裝2個進水探測傳感器。

(3)自動化工作站中的進水探測報警需要設置在駕駛室分組中，保證駕駛室能第一時間接收到有進水探測的聲光報警。安全臺如與駕駛室在一個房間，可以安裝一個報警蜂鳴器在安全臺，起到冗余報警作用，使系統更完善。