淺談18000t系列船損管監(jiān)控系統(tǒng)的原理及調(diào)試

劉余弟

摘 要：損管系統(tǒng)在當(dāng)今的船舶中已經(jīng)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(diào)試時(shí)所積累的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在保證建造質(zhì)量的同時(shí)對(duì)調(diào)試的過程進(jìn)行優(yōu)化，提高效率以縮短建造調(diào)試周期。

關(guān)鍵詞：監(jiān)控；調(diào)試；效率

1.引言

損害管制簡(jiǎn)稱“損管”。其定義是為保障或恢復(fù)生命力所采取的預(yù)防、限制和消除損害的措施和行動(dòng)。損管的內(nèi)容包括：1.防沉與抗沉；2.防火、防爆與滅火；3.監(jiān)測(cè)核武、生、化沾染情況，為“三防”提供報(bào)警和啟動(dòng)對(duì)抗措施。損害管制主要從兩個(gè)方面實(shí)現(xiàn)，一個(gè)是設(shè)計(jì)時(shí)的損管設(shè)計(jì)，如不沉性設(shè)計(jì)、消防系統(tǒng)和三防系統(tǒng)的合理性設(shè)計(jì)；再一個(gè)是船員在實(shí)際中的操作實(shí)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(shè)計(jì)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(shì)是自動(dòng)化、智能化，并越來越受到各國(guó)的重視。中國(guó)對(duì)損管技術(shù)的發(fā)展歷來較為重視，在損管設(shè)計(jì)上已經(jīng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，有著完整的損管設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范。

通過對(duì)各種海損事故的分析可以看出，損管成敗的關(guān)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(guān)人員及時(shí)掌握全船安全狀況的關(guān)鍵，特別是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的、具有信息處理量大、反應(yīng)時(shí)間快、輔助決策能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)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(shì)[1]。

2.損管監(jiān)控系統(tǒng)模塊的功能設(shè)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(guān)、防火風(fēng)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(dú)立設(shè)備的信息數(shù)據(jù)，已達(dá)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(shè)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(cè)船舶的水密完整性。

艙底水、浸水傳感器檢測(cè)方式分為電極檢測(cè)式和光電探測(cè)式兩種[3]。

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

光電探測(cè)式：傳感器采用紅外光電原理，當(dāng)外界被測(cè)液位接觸到傳感器表面時(shí)，改變了光線路徑，紅外接收管處于截止?fàn)顟B(tài)，從而觸發(fā)了反相器的翻轉(zhuǎn)，輸出呈低電平吸收電流狀態(tài)。其結(jié)構(gòu)采用全密封設(shè)計(jì)，保證了產(chǎn)品的高精密及可靠性。特點(diǎn)是能夠防直流極化，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高。

通過兩種類型傳感器的比較，采用光電探測(cè)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(cè)系統(tǒng)模塊

油水艙液位測(cè)量時(shí)利用液位傳感器將非電量的參量轉(zhuǎn)換為可測(cè)量的電量信號(hào)，通過液位傳感器輸出的電信號(hào)的計(jì)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(diǎn)及應(yīng)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(cè)量范圍0—2m；

應(yīng)用范圍

限位點(diǎn)設(shè)置的控制和報(bào)警；連續(xù)測(cè)量液位及儲(chǔ)量；用于各種同質(zhì)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(chǎn)生的壓力變化，經(jīng)過壓力傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化，通過檢測(cè)電路對(duì)電信號(hào)進(jìn)行處理，從而檢測(cè)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(chǔ)量測(cè)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(hào)的光纖均由玻璃纖維構(gòu)成，故有絕緣性能好和抗電磁噪聲的有點(diǎn)。

光纖液位傳感器能用于易燃、易爆物等設(shè)施中；敏感元件的尺寸小，可用于檢測(cè)微量液體；從檢測(cè)液體開始到檢測(cè)信號(hào)輸出為止的響應(yīng)時(shí)間短；敏感元件是玻璃的，故有抗化學(xué)腐蝕性；能檢測(cè)兩種液體界面；價(jià)格低廉。

根據(jù)以上幾種傳感器特點(diǎn)及適用范圍，結(jié)合具體實(shí)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(gè)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(jìn)行保護(hù)。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(huì)對(duì)整條回路通訊產(chǎn)生影響。而如果發(fā)生短路情況，因?yàn)楦綦x柵的功能，也只會(huì)對(duì)該短路區(qū)域進(jìn)行隔離，不影響其他區(qū)域。

對(duì)于諸如機(jī)艙等重點(diǎn)保護(hù)艙室，同時(shí)也將1301系統(tǒng)及高壓細(xì)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(bào)警，可由系統(tǒng)自動(dòng)或由值班人員根據(jù)情況手動(dòng)開啟高壓細(xì)水霧進(jìn)行降溫并滅火。如果情況緊急，則需人工啟動(dòng)1301系統(tǒng)，此時(shí)通過1301系統(tǒng)該區(qū)域?qū)⒈伙L(fēng)油遙切，自動(dòng)切斷油、電、風(fēng)，如有必要?jiǎng)t需要啟動(dòng)1301滅火系統(tǒng)釋放程序，此時(shí)報(bào)警燈柱及1301特殊警鈴將會(huì)響起，該區(qū)域所有人員有30秒的撤離時(shí)間，并在該時(shí)間內(nèi)做好封艙工作。

火警系統(tǒng)采用手動(dòng)報(bào)警按鈕，煙霧傳感器及溫度傳感器。

1.手動(dòng)報(bào)警按鈕的作用是，當(dāng)人員發(fā)現(xiàn)火災(zāi)時(shí)，在火災(zāi)探測(cè)器沒有探測(cè)到火災(zāi)的時(shí)候，人員手動(dòng)按下手動(dòng)報(bào)警按鈕，報(bào)告火災(zāi)信號(hào)。

2.煙霧傳感器的作用是，當(dāng)船舶的某一艙室發(fā)生火災(zāi)時(shí)，艙室溫度上升的同時(shí)，由于可燃物的不充分燃燒（艙室環(huán)境狹小，氧氣不足）將產(chǎn)生煙霧，由于煙霧的作用使傳感器內(nèi)部發(fā)生變化，并按照一定規(guī)律產(chǎn)生電信號(hào)的輸出，通過信號(hào)的輸出，達(dá)到煙霧的報(bào)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(cè)量艙室環(huán)境溫度，在環(huán)境溫度升高后觸發(fā)火影報(bào)警。由于火警報(bào)警系統(tǒng)中的溫度測(cè)量主要是監(jiān)控整個(gè)小環(huán)境的溫度，其測(cè)量對(duì)象是空氣介質(zhì)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(nèi)。

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(gè)部分中出現(xiàn)短路現(xiàn)象，另外兩個(gè)部分的監(jiān)控都不會(huì)受影響。S01—S03為聲光報(bào)警器，由火警主機(jī)通過接線盒M01直接供電，當(dāng)火警探頭發(fā)生報(bào)警后，相應(yīng)區(qū)域的聲光報(bào)警器就會(huì)響起。

2.4重要輔助設(shè)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(shè)備，諸如鍋爐、舵機(jī)、消防泵、機(jī)艙油氣探測(cè)、充放電板等設(shè)備的狀態(tài)信號(hào)，以起到監(jiān)控全船重要輔助設(shè)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(nèi)部軟件計(jì)算當(dāng)前全船吃水狀態(tài)及載重分布情況，計(jì)算出合理的穩(wěn)態(tài)狀態(tài)。如果發(fā)生艙室浸水等嚴(yán)重情況，則可通過軟件提供的通過對(duì)空倉(cāng)、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(fēng)閘、門開關(guān)等狀態(tài)信息，使船員在機(jī)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(diào)試

由于損管系統(tǒng)的復(fù)雜性，因此結(jié)合對(duì)損管系統(tǒng)原理的認(rèn)識(shí)，可以對(duì)損管系統(tǒng)調(diào)試的過程進(jìn)行優(yōu)化，以提高工作效率。

損管系統(tǒng)集中了全船各個(gè)角落所有的傳感報(bào)警器以及重要輔助設(shè)備的延伸報(bào)警狀態(tài)，因此調(diào)試起來更多的是需要細(xì)心與觀察力，發(fā)現(xiàn)并預(yù)判各個(gè)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(hào)，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(hào)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(hào)發(fā)生器，對(duì)傳感器以及監(jiān)控系統(tǒng)中的艙容表進(jìn)行模擬試驗(yàn)及校準(zhǔn)，這樣不但能提高試驗(yàn)準(zhǔn)確性，還能大幅減少因各個(gè)油水艙駁運(yùn)導(dǎo)致的時(shí)間上的浪費(fèi)。

再比如艙底水及浸水傳感器，由于實(shí)做報(bào)警非常的麻煩，需要配合人員逐個(gè)爬到底艙進(jìn)行試驗(yàn)，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(hào)是分別是6mA/16mA兩種狀態(tài)（正常情況/報(bào)警情況）的電流信號(hào)，因此可以先使用一個(gè)約1K歐姆的電阻依次測(cè)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(shí)做報(bào)警，可大幅提高效率。

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

顯而易見，損管系統(tǒng)這樣做能夠大幅縮短系統(tǒng)的調(diào)試周期，調(diào)試周期從最初的3個(gè)多月，縮短到最快只花了3個(gè)星期就達(dá)到報(bào)驗(yàn)狀態(tài)，這對(duì)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(jié)

18000t系列船中的損管監(jiān)控系統(tǒng)是非常重要的設(shè)備，通過各種傳感器，以及數(shù)據(jù)接入口，對(duì)船只各個(gè)方面損害發(fā)生時(shí)的各種工況進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋，在損害發(fā)生時(shí)可控制切斷油、電、風(fēng)開關(guān)，并通過防沉抗沉系統(tǒng)將船只調(diào)節(jié)到最佳穩(wěn)態(tài)狀態(tài)，以盡可能減少損害發(fā)生時(shí)所帶來的影響。

在調(diào)試該系統(tǒng)時(shí)，需要善于歸納總結(jié)之前調(diào)試、試航時(shí)碰到的問題，對(duì)積累的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在保證建造質(zhì)量的同時(shí)對(duì)調(diào)試的過程進(jìn)行優(yōu)化，提高效率以縮短建造調(diào)試周期。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：滬東中華造船（集團(tuán)）有限公司）