淺析閥門遙控系統(tǒng)在海工船舶上的應用

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摘要：隨著全球經(jīng)濟的一體化進程加速，世界各國的貿(mào)易往來越來越頻繁，而航運業(yè)在其中扮演著舉足輕重的地位。正是對船舶的依賴性日益加劇，造成了使用者對船舶的安全性，穩(wěn)定性及實用性等提出了更高的要求。船舶的智能化成為一種必然的選擇。基于這種剛性需求，我們認為有必要對船舶的閥門遙控系統(tǒng)作出技術改進。

關鍵詞：閥門遙控系統(tǒng);海工船舶;應用

船舶行業(yè)是否實現(xiàn)現(xiàn)代化的重要標志之一就是船舶機艙是否實現(xiàn)了自動化，船舶自動化的控制和監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)成為了動力裝置、損管和電站以及輔機等系統(tǒng)的最重要的組成部分。它不僅能夠讓機械裝置在最好的狀態(tài)下，很明顯的提高船舶的可靠性、機動性和安全性以及它的生命力等等的技術性能的指標，而且還可以改善船舶行業(yè)的工作環(huán)境，減輕工作人員的勞動的強度。正因為船舶機艙自動化具有這么多的優(yōu)點，所以它才成為了船舶行業(yè)的表征，并且收到了國際各個國家軍事以及航運部門的高度關注。

一、閥門遙控系統(tǒng)類型、組成、特點

到目前為止，閥門遙控系統(tǒng)基本上有以下幾種型式，按照執(zhí)行器驅(qū)動閥的方式，一般可分為三大類型：氣動式、液動式、電-液式。按照閥的安裝場所，可分為干式安裝和濕式安裝。按照閥的遙控控制方式，可分為模擬板開/關控制和計算機開/關控制。遙控閥的開/關位置指示反饋一般為觸點信號輸出到控制板指示燈指示該閥的工作狀態(tài)。如為干式安裝，微動開關直接裝在閥上或壓力開關裝在電磁閥箱內(nèi)控制液壓管上，通過24v或220v電源連接到模擬板或計算機上指示該閥的工作狀態(tài)。如為濕式安裝，流量計或壓力開關必須安裝在電磁閥箱內(nèi)控制液壓管上，根據(jù)開/關閥的需要液壓油流量大小和壓力大小輸出觸點信號。還有一種為遙控閥開度指示，它要求輸出的信號為4-20mA，在控制臺上連續(xù)指示閥的開/關百分比。

（一）氣動式閥門遙控系統(tǒng)

該系統(tǒng)設備的配置比較簡單，因此最具有經(jīng)濟性，它的工作原理是壓縮空氣通過電磁閥的換向驅(qū)動氣缸內(nèi)的活塞達到開關閥的目的。它的主要配置為控制系統(tǒng)、二位五通電磁閥、氣動作用頭和閥，該系統(tǒng)利用船上已有的7-10bar控制空氣作為動力源，只有一路控制空氣接到電磁閥。

該系統(tǒng)的控制空氣管子長度和其他型式系統(tǒng)相比，如遙控閥數(shù)量相同，所需要的數(shù)量要少得多。由于該系統(tǒng)動力源為7-10bar控制空氣，氣動動力頭體積比較大，操作遙控閥時消耗比較多的壓縮空氣，但氣動頭使用壽命長，閥可安裝在任何區(qū)域，工作安全可靠。對該系統(tǒng)而言，缺點是：一般船廠均采用紫銅管作為控制管，所以不可避免控制管路上有更多的管接頭，經(jīng)過長時間工作后，空氣管接頭容易泄漏，維護起來工作量大，并且在維護時會影響系統(tǒng)工作。遙控閥的開關在控制臺上或計算機控制，閥的開關位置通過控制臺上或計算機的指示燈顯示。

（二）液動式閥門遙控系統(tǒng)

該系統(tǒng)的主要配置為控制系統(tǒng)、液壓泵站、電磁閥箱、液壓驅(qū)動器和閥。液壓泵站可分為定量液壓泵和變量液壓泵，電磁閥箱根據(jù)布置場所可分為普通型和本安型，電磁閥箱數(shù)量可為一個或幾個。液動式閥門遙控的工作原理也是通過公共液壓泵站液壓泵工作，油泵輸出100～150bar液壓油工作壓力到電磁閥箱中各個電磁閥，通過電磁閥的換向和液壓油控制管到液壓驅(qū)動器控制閥門開關。

每套液壓泵組配備二臺液壓泵，每臺液壓泵根據(jù)液壓工作壓力設定自動起停和互為備用。液壓泵站可選用定量液壓泵和變量液壓泵，他們不同之處在于定量液壓泵要配備蓄壓器，保證液壓油的工作壓力在范圍內(nèi)，變量液壓泵不需要配備蓄壓器也能保證液壓油工作壓力。

（三）電-液式閥門遙控系統(tǒng)

電-液式閥門遙控系統(tǒng)和液動式閥門遙控系統(tǒng)相比較，有所不同。它主要由每個閥單獨的控制模塊、油泵、液壓油缸和閥組成。工作原理和液動式相似，單獨的油泵正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)提供壓力到液壓驅(qū)動器控制閥門的開關。

該系統(tǒng)最大的優(yōu)點在于每個遙控閥單獨控制，與氣動式和液壓式比較，電纜取代了管系，維護方便、簡單;由于每個閥都有一個單獨的動力頭，在維護時不會影響其他閥的工作，所以此系統(tǒng)工作更可靠;由于是電腦模塊控制，它可以做到閥的比列開度，更具有先進性，但由于此系統(tǒng)是由電腦、模塊、動力液壓頭組成，所以它的投入也大，并且閥的安裝位置一定是干式的，在有些區(qū)域要配氣動式或液動式。

二、閥門遙控系統(tǒng)中閥和執(zhí)行器及船級社規(guī)范要求

執(zhí)行器閥一般分為單作用和雙作用，單作用執(zhí)行器是指一邊是氣缸或油缸驅(qū)動閥開，另一邊為彈簧關閉閥。雙作用執(zhí)行器是指兩邊都是氣缸或油缸驅(qū)動閥的開關。

而執(zhí)行器閥都必須滿足該船入級要求，所以我們需要了解各船級社的規(guī)范要求，各船級社對該系統(tǒng)的要求有所不同。以ABS船級社為例，遙控閥如布置在艙底水系統(tǒng)，要求當遙控閥失去控制電源和液壓壓力時，該閥必須處于關閉狀態(tài)或?qū)蜿P閉，所以只能選擇單作用驅(qū)動器。而BV船級社要求，當遙控閥失去控制電源和液壓壓力時，該閥必須鎖定在最后命令的位置上或?qū)蜿P閉，所以要優(yōu)先選擇雙作用驅(qū)動器和雙相電磁閥。液壓泵站和液壓式驅(qū)動器的材料和試驗必須滿足船級社的要求，還有遙控閥必須提供就地的應急操縱。

三、船舶閥門控制系統(tǒng)的軟件設計

我國現(xiàn)代船舶閥門遙控系統(tǒng)的軟件設計也包括兩個部分：上位機軟件系統(tǒng)和現(xiàn)場控制器軟件系統(tǒng)。上位機軟件系統(tǒng)的主要功能是監(jiān)測各閥門狀態(tài)和遠程控制閥門運行。目前常用的上位機軟件系統(tǒng)界面多是由 VB6.0 進行開發(fā)的。在軟件啟動后，系統(tǒng)首先會自動進行初始化設置，然后形成監(jiān)控界面，進入運行模式?，F(xiàn)場控制器軟件獨立于上位機軟件系統(tǒng)，應用 C 語言編程進行開發(fā)，這種設計方式可以有效提高現(xiàn)場控制器軟件的程序可讀性和可移植性?，F(xiàn)場控制器軟件系統(tǒng)的主要功能包括閥門狀態(tài)和運行過程信息的采集和監(jiān)測、閥門控制動作的執(zhí)行、與上位機系統(tǒng)的連接與通訊等?，F(xiàn)場控制器軟件系統(tǒng)設計包括主程序的設計和 CAN 通信設計，以及相關連接程序的設計。主程序負責各閥門數(shù)據(jù)信息的采集、接受上位機系統(tǒng)信號、執(zhí)行運行指令等?，F(xiàn)場控制器包括現(xiàn)場和遠程兩種控制方式。在現(xiàn)場控制模式下，操作人員通過手動操作對閥門進行控制，上位機只能通過軟件系統(tǒng)進行監(jiān)控;在遠程遙控模式下，上位機能夠通過下達指令，經(jīng)由現(xiàn)場控制軟件對閥門進行控制。CAN通信設計負責 CAN 總線相關的各條數(shù)據(jù)信息的整合和維護，功能較為單一，程序設計較為簡單。

四、結(jié)束語

隨著工業(yè)技術的發(fā)展，船用閥門的控制系統(tǒng)為滿足現(xiàn)代船舶的實際需求不斷進行更新?lián)Q代，新型遙控系統(tǒng)依托計算機技術與船艙監(jiān)控系統(tǒng)相互結(jié)合，成為新型船舶系統(tǒng)中重要的一環(huán)。然而，船用閥門的遙控系統(tǒng)自主研發(fā)難度大，需要突破的科技難題較多，經(jīng)濟附加值巨大，核心技術被國外船舶制造企業(yè)壟斷，一直是制約我國現(xiàn)代船舶自動化裝卸載技術發(fā)展的重要原因。當前，我國船用閥門遙控系統(tǒng)的關鍵技術經(jīng)過多年努力已經(jīng)取得部分突破，電液集成技術、遙控技術等新型控制技術獲得發(fā)展，國產(chǎn)設備在現(xiàn)代船舶的裝船率正在不斷提高。

參考文獻

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