新型通用船舶信號(hào)燈控制器的研制

周駿　王水富

摘 要：針對(duì)目前船舶航行信號(hào)燈控制器通用性差、信息化程度低、安裝使用不方便等缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種新型通用船舶信號(hào)燈控制器，此新型控制器具有類似PLC的二次編程功能，可適用不同船舶的不同需求，該控制器占用面積小且布線簡(jiǎn)單、后期維護(hù)方便，樣機(jī)測(cè)試實(shí)驗(yàn)表明：測(cè)試電壓為24V±3V均能正常工作，消耗電流不大于1A，控制器工作可靠。

關(guān)鍵詞：船舶 信號(hào)燈 控制器

目前，信號(hào)燈控制器采用的技術(shù)手段參差不齊，國(guó)外先進(jìn)的船舶裝備多采用電子裝置的控制器，少數(shù)采用計(jì)算機(jī)模擬圖顯示、觸摸屏控制技術(shù)的控制器，而國(guó)內(nèi)船舶配套企業(yè)提供的產(chǎn)品多數(shù)采用傳統(tǒng)的開關(guān)、繼電器線路設(shè)計(jì)的控制器。

近年來(lái)，隨著單片機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，也有一些國(guó)內(nèi)企業(yè)研制出了采用單片機(jī)等主要電子器件的控制器。隨著船舶自動(dòng)化程度的不斷提高，傳統(tǒng)的開關(guān)、繼電器線路設(shè)計(jì)的控制器已經(jīng)越來(lái)越不適應(yīng)船舶安全航行的要求了，傳統(tǒng)的信號(hào)燈控制器由開關(guān)、繼電器、指示燈等元件組成，由于其線路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性差，無(wú)通用性，因而增加了設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試和維護(hù)的難度和成本，更多的船配企業(yè)、研究所開始研制基于新型電子線路、單片機(jī)技術(shù)所設(shè)計(jì)的航行燈、信號(hào)燈控制器。

船舶航行燈、信號(hào)燈國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的分析

根據(jù)《1972年國(guó)際海上避碰規(guī)則公約（COLREG）》第21條、第23條和第34（b）條中關(guān)于航行燈的技術(shù)要求，國(guó)家海事部門于2007年10月8日通過(guò)了新修訂的MSC253（83）航行燈、航行燈控制器和相關(guān)設(shè)備的性能標(biāo)準(zhǔn)，并于2009年1月1日生效。新制訂的性能標(biāo)準(zhǔn)，適用于2009年1月1日及以后安裝上船的航行燈、航行燈控制裝置及相關(guān)設(shè)備。

設(shè)置航行燈、航行燈控制器的目的：①在光線不良的情況，識(shí)別他船；②通知他方，本船海上航行的意圖；③向值班駕駛員（00W）提供航行燈狀態(tài)的信息。

在MSC253（83）海安會(huì)決議中，航行燈（NL）和航行燈控制器（NLC）成為主要描述的內(nèi)容。

將決議的主要內(nèi)容進(jìn)行小結(jié)如下：

光源：該標(biāo)準(zhǔn)具有新的范圍，即包括白熾光源，發(fā)光二極管（LED）和其他非白熾光源；光源還包括燈、底座、安裝位置和減小照明角度的裝置，這里引出發(fā)光二極管（LED）的概念。

雙套燈具適用性：安裝在船長(zhǎng)不小于50m的船舶上的桅燈、舷燈和尾燈應(yīng)為雙套或安裝兩盞燈。

燈具的配套：對(duì)配套的每盞燈，應(yīng)僅使用制造廠規(guī)定的燈、以避免由于不適合的燈而降低航行燈的性能。并適當(dāng)考慮配備的雙套航行燈，應(yīng)備有足夠數(shù)量的備用燈。在這里最主要的就是防止備用燈的缺失，而導(dǎo)致航行燈的失效。

硬件設(shè)計(jì)

如圖1，信號(hào)燈控制系統(tǒng)由1個(gè)主控制器、4個(gè)輸入輸出模塊（IO模塊）、以及若干快速熔斷器組成，主控制器使用直流24V供電，電流≤1A，供電插座在背面，主控制器背面有4個(gè)D型插座，使用專用數(shù)據(jù)線可以連接4個(gè)IO模塊，主控制器備有RS485通信接口，用于編程下載和報(bào)警遠(yuǎn)程傳送，主控制器有160個(gè)可編程、可調(diào)亮度LED輸出，編號(hào)L0-L159；36個(gè)可編程開關(guān)輸入，編號(hào)S0-S35；一個(gè)蜂鳴器輸出。

通用型IO模塊每個(gè)模塊有獨(dú)立的8路輸入輸出電路。輸出為繼電器輸出，對(duì)外提供無(wú)源觸點(diǎn)，可承受斷開電壓≤220V，可通過(guò)電流≤3A。輸入為電流輸入型，當(dāng)某一路輸出繼電器閉合，模塊立刻對(duì)通過(guò)繼電器觸點(diǎn)的電流進(jìn)行檢測(cè)，若電流≥20mA，模塊輸入為1；若電流<10mA，模塊輸入為0。

主控制器有：160個(gè)可編程、可調(diào)亮度LED輸出，編號(hào)L0-L159；36個(gè)可編程開關(guān)輸入，編號(hào)S0-S35；一個(gè)蜂鳴器輸出。通用型IO模塊每個(gè)模塊有獨(dú)立的8路輸入輸出電路。輸出為繼電器輸出，對(duì)外提供無(wú)源觸點(diǎn)，可承受斷開電壓≤220V，可通過(guò)電流≤3A。輸入為電流輸入型，當(dāng)某一路輸出繼電器閉合，模塊立刻對(duì)通過(guò)繼電器觸點(diǎn)的電流進(jìn)行檢測(cè)，若電流≥20mA，模塊輸入為1；若電流<10mA，模塊輸入為0。

圖形化編程軟件設(shè)計(jì)

圖形化編程軟件主要分三個(gè)部分，即界面部分、圖形指令轉(zhuǎn)換部分和下載連接部分。界面部分主要提供設(shè)計(jì)人員編程的界面，采用圖形化元件，對(duì)話框提示，方便使用。圖形轉(zhuǎn)換部分對(duì)已編寫好的圖形化程序進(jìn)行分析，翻譯成二進(jìn)制指令，供控制器執(zhí)行用。下載連接部分可以通過(guò)串口連接計(jì)算機(jī)與控制器，把程序指令下載到控制器。

樣機(jī)的測(cè)試實(shí)驗(yàn)

信號(hào)燈控制器使用24V直流電源供電，實(shí)際測(cè)試24V±3V均能正常工作，消耗電流不大于1A。總共32個(gè)I/O口，分布在4個(gè)I/O板。對(duì)樣機(jī)進(jìn)行了以下實(shí)驗(yàn)：①每一路I/O口均為無(wú)源觸點(diǎn)，實(shí)際測(cè)試分?jǐn)嚯妷嚎沙惺?20V以上，I/O口允許電流不小于3A，最大瞬時(shí)電流5A。② 每個(gè)I/O口內(nèi)置電流檢測(cè)電路，能檢測(cè)到I/O口是否有電流（至少20mA）通過(guò)。③I/O口可用于直接控制220VAC、功率不大于100W或24VDC、功率不大于60W的白熾燈。④設(shè)計(jì)工作環(huán)境為溫度-20-50℃，相對(duì)濕度小于60%，在高溫試驗(yàn)中，溫度為70℃ ±2℃，持續(xù)時(shí)間為2小時(shí)，系統(tǒng)仍能正常工作。圖5為高溫試驗(yàn)方法圖。

結(jié)論

針對(duì)目前船舶信號(hào)燈控制器通用性差、信息化程度低、安裝使用不方便等缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種新型通用船舶航行信號(hào)燈控制器，此新型控制器具有類似PLC的二次編程功能，可適用不同船舶的不同需求，該控制器占用面積小且布線簡(jiǎn)單、后期維護(hù)方便，樣機(jī)測(cè)試實(shí)驗(yàn)表明：測(cè)試電壓為24V±3V均能正常工作，消耗電流不大于1A，控制器工作可靠。

參考文獻(xiàn)：

[1] 邵玉華. 基于SJA1000的CAN總線通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì) [J]. 鐵道通信信號(hào). 2010 （03）

[2] 王云午，魏宗壽. 基于CAN總線的通信節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) [J]. 現(xiàn)代電子技術(shù). 2008 （03）

[3] 李妍. 船舶航行信號(hào)指示燈調(diào)光器的改進(jìn) [J]. 船電技術(shù). 2003 （01）

[4] 張灼端. 海船各種航行信號(hào)燈的配置 [J]. 廣船科技. 2000 （02）

（作者單位：浙江省揚(yáng)帆集團(tuán)股份有限公司）endprint