智能主機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

王笑虹

（大連造船廠集團(tuán)有限公司設(shè)計(jì)所，大連116021）

1 引言

由MAN公司開發(fā)的電噴主機(jī)近幾年逐漸開始應(yīng)用，我集團(tuán)CS1800-7～10船采用了新型智能型主機(jī)MAN 7S60ME-C，通過研究，對該型主機(jī)電氣系統(tǒng)的構(gòu)成、功能有了詳細(xì)的了解, 并據(jù)此完成了主機(jī)遙控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，詳述如下。

2 主機(jī)控制系統(tǒng)構(gòu)成及功能

相對以往使用的主機(jī)機(jī)型而言，新型主機(jī)復(fù)雜了許多，相應(yīng)的采購成本也會增加。特別是智能型主機(jī)增加了自身的控制系統(tǒng)(ECS)，即兩部互為備用的計(jì)算機(jī)和其他控制組件，由于此控制系統(tǒng)的引入，原有需要船廠配置的主機(jī)遙控系統(tǒng)，相對簡單一些。新主機(jī)的應(yīng)用，為船廠的設(shè)計(jì)、安裝節(jié)省了部分時(shí)間，尤其是電纜的使用量減少了，降低了工裝成本。

供電方案：主機(jī)控制系統(tǒng)(ECS)對于電源的要求較高，不但要求電源品質(zhì)高，而且要有電池備份以適應(yīng)供電失去后控制系統(tǒng)繼續(xù)工作的要求，這樣今后控制系統(tǒng)的供電方式的設(shè)計(jì)應(yīng)給予足夠重視，也增加了相關(guān)需要訂貨的設(shè)備。設(shè)計(jì)之初電源由集控臺分電進(jìn)行供電，雖然集控臺分電由主配電板、應(yīng)急配電板供電并兩路自動切換，但由于集控臺分電匯流排只有一路，一旦發(fā)生故障仍無法滿足冗余要求。這就需要考慮從主配電板、應(yīng)急配電板或相應(yīng)的分電板供應(yīng)電力。經(jīng)過與船級社、設(shè)備廠家溝通后，我們確定控制系統(tǒng)電源UPS分別由集控臺220 V分電和機(jī)艙25P分電供電，滿足了設(shè)備廠家、船級社對于電力供應(yīng)的備份冗余要求。主機(jī)控制系統(tǒng)供電方案如圖1所示。

圖1 主機(jī)控制系統(tǒng)供電方案

主機(jī)控制系統(tǒng)(ECS)采用了模塊化設(shè)計(jì)。每個(gè)模塊就是一個(gè)多目標(biāo)控制器(MPC)，而且硬件可以互換，降低了主機(jī)的維護(hù)成本。主機(jī)控制系統(tǒng)模塊由ECU, CCU, ACU構(gòu)成，分別為主機(jī)控制單元，氣缸控制單元，輔助控制單元，見圖1。各個(gè)控制單元功能：CCU用于對每個(gè)氣缸進(jìn)行控制、ACU用于對輔助鼓風(fēng)機(jī)、液壓動力單元的起動、運(yùn)行、停止進(jìn)行控制及工況監(jiān)測；EICU用于與主機(jī)遙控系統(tǒng)進(jìn)行集中接口；ECU用于對各個(gè)控制單元進(jìn)行控制; MOP提供了集控室控制、監(jiān)測主機(jī)的軟件界面，并與諸控制單元進(jìn)行通信；PDB用于在正常、應(yīng)急條件下向諸控制單元供應(yīng)電力。其中，主機(jī)控制單元雙套互為備用，氣缸控制單元為每缸一部，輔助控制單元三個(gè)，用于控制主機(jī)輔助鼓風(fēng)機(jī)，液壓動力系統(tǒng)等。主機(jī)控制系統(tǒng)的人機(jī)接口是由經(jīng)過認(rèn)證后的工業(yè)計(jì)算機(jī)MOP實(shí)現(xiàn)，采用當(dāng)今主流的觸摸屏操作，該計(jì)算機(jī)還有一部備份計(jì)算機(jī)。它可以與船上的局域網(wǎng)系統(tǒng)連接，這樣主機(jī)的相關(guān)數(shù)據(jù)不但可以通過局域網(wǎng)被輪機(jī)長獲知，并可通過衛(wèi)星通信系統(tǒng)發(fā)送到世界各地，為主機(jī)的維護(hù)提供便利。

主機(jī)控制系統(tǒng)與其他系統(tǒng)接口：機(jī)艙監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)；主機(jī)安全系統(tǒng)；主機(jī)遙控系統(tǒng)；輔助鼓風(fēng)機(jī)起動器；液壓馬達(dá)起動器；自清濾器；電站管理系統(tǒng)；局域網(wǎng)系統(tǒng)。

智能型主機(jī)控制系統(tǒng)的外圍輔助系統(tǒng)：輔助鼓風(fēng)機(jī)與主機(jī)遙控系統(tǒng)的接口相對以往較為復(fù)雜，主機(jī)系統(tǒng)的輔助鼓風(fēng)機(jī)與主機(jī)遙控系統(tǒng)的接口較以往相對簡單，主機(jī)自帶有控制系統(tǒng)控制。由于電噴主機(jī)要求氣缸油在停機(jī)后仍保持40oC，這樣除了要有蒸汽加熱設(shè)備，還要增設(shè)電伴熱以維持氣缸油在管路的溫度。通過研究，這一電伴熱系統(tǒng)，相對簡單。只需電源開關(guān)、溫度開關(guān)、伴熱電纜即可實(shí)現(xiàn)。另外，由于進(jìn)機(jī)一側(cè)的管路伴熱由造機(jī)廠負(fù)責(zé)，在訂貨時(shí)這部分的伴熱電纜不用考慮在內(nèi)。這樣我們經(jīng)過仔細(xì)研究工作圖，選擇機(jī)艙動力分電向電伴熱控制箱供電，通過溫度開關(guān)控制伴熱電纜的供電，實(shí)現(xiàn)氣缸油管路的溫度控制。伴熱電纜的施工對于沒有海洋工程或石化工程施工經(jīng)驗(yàn)的車間來說，敷設(shè)有一定難度，我們建議由伴熱電纜廠家現(xiàn)場指導(dǎo)敷設(shè)、交驗(yàn)。

圖2 主機(jī)控制系統(tǒng)單線圖

智能型主機(jī)控制系統(tǒng)(ECS)的報(bào)警點(diǎn)輸出：因?yàn)橹鳈C(jī)控制系統(tǒng)已將主機(jī)上若干的傳感器信號進(jìn)行了采集，并都有相應(yīng)的報(bào)警點(diǎn)，但部分報(bào)警點(diǎn)還應(yīng)被船上機(jī)艙監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)采集并處理，這就要求主機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)和機(jī)艙監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)之間有數(shù)據(jù)通信來完成報(bào)警信息的采集。 經(jīng)過多次與 MAN、機(jī)廠溝通協(xié)調(diào)，最后確定增加以太網(wǎng)集線器，將控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī) MOP與機(jī)艙監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)接，從而通過監(jiān)測報(bào)警軟件訪問控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)MOP，讀取報(bào)警點(diǎn)信息。

新型主機(jī)沿用了 MK6型油霧探測器，該型油霧探測器已經(jīng)十分成熟，并被大多數(shù)主機(jī)普遍采用，其降速點(diǎn)和報(bào)警點(diǎn)的接口也很簡單。降速點(diǎn)和報(bào)警點(diǎn)均以無源開關(guān)量觸點(diǎn)信號形式輸出，由機(jī)艙監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)采集。

新型主機(jī)配有氣缸壓力監(jiān)測裝置，不但可以與手持終端相連接進(jìn)行就地信息采集讀取，還可以與船上局域網(wǎng)計(jì)算機(jī)連接將信息上網(wǎng)。

新型主機(jī)的本地控制板，與主機(jī)控制系統(tǒng)集成，該控制板沿用了以往主機(jī)控制板LOP的控制功能，安裝形式有所不同；但沒有集成車鐘功能。另外，本地控制板與主機(jī)遙控系統(tǒng)的接口并不是通過總線通信形式實(shí)現(xiàn)的，而是單點(diǎn)連接實(shí)現(xiàn)控制、指示功能，采用多芯通信電纜連接兩個(gè)設(shè)備。由于新型主機(jī)的控制組件相對較多，在生產(chǎn)設(shè)計(jì)過程中，會經(jīng)常出現(xiàn)控制部分組件無法定位的問題，這種情況今后需要設(shè)計(jì)主管注意，應(yīng)與造機(jī)廠盡早、及時(shí)溝通確認(rèn)，避免耽誤設(shè)計(jì)進(jìn)度或造成設(shè)計(jì)差錯(cuò)。在工程設(shè)計(jì)中，先在TRIBON中調(diào)用主機(jī)三維模型，并形成多面視圖后發(fā)給主機(jī)廠。主機(jī)廠根據(jù)詳細(xì)的模型視圖，將其控制組件給予詳細(xì)的定位。這樣解決了主機(jī)上部分電氣設(shè)備定位模糊的問題。

主機(jī)控制系統(tǒng)圖設(shè)計(jì)，此項(xiàng)工作對于電氣專業(yè)來說是新型主機(jī)應(yīng)用工作中的重點(diǎn)，通過半年來對主機(jī)及其控制系統(tǒng)研究，主機(jī)控制系統(tǒng)圖已經(jīng)設(shè)計(jì)完畢并提交船東、船級社認(rèn)可。

新挑戰(zhàn)：由于智能型主機(jī)的應(yīng)用，為設(shè)計(jì)、配合、試驗(yàn)工作帶來了新的挑戰(zhàn), 由于主機(jī)控制系統(tǒng)和全船局域網(wǎng)系統(tǒng)的接口、以及遙控系統(tǒng)接口的增加，增加電氣設(shè)計(jì)人員協(xié)調(diào)工作量，相關(guān)系統(tǒng)的按期到廠、上船及調(diào)試是保證建造、海試按期進(jìn)行的關(guān)鍵。

3 遇到的問題

以上即對新型智能型主機(jī) MAN 7S60ME-C技術(shù)信息的研究總結(jié)，在研究的過程中，經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)這樣那樣的問題，該型主機(jī)是造機(jī)廠第一次生產(chǎn)并向我公司供貨，對該型主機(jī)的深入了解需要時(shí)間。

及時(shí)的溝通是發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的重要途徑；有很多問題都是在與造機(jī)廠、主機(jī)遙控廠家溝通時(shí)發(fā)現(xiàn)的。但有時(shí)溝通的效率不盡理想，原因是多方面的，但主要是MAN作為專利方，不直接針對船廠進(jìn)行交流，溝通環(huán)節(jié)偏多，使得有些細(xì)節(jié)問題解決起來效率偏低。

[1]MAN DIESEL A/S, S60ME-C Project Guide 4thedition Copenhagen Denmark, 2007.