淺析主機(jī)遙控系統(tǒng)換向控制的技術(shù)創(chuàng)新

劉剛

（中國(guó)葛洲壩集團(tuán)機(jī)電建設(shè)有限公司，湖北 宜昌443000）

1 概述

主機(jī)遙控系統(tǒng)是船舶自動(dòng)化的重要組成部分，主機(jī)遙控不僅能改善船舶的操縱性能，而且還能提高船舶航行的安全性，以及主機(jī)工作的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。本文主機(jī)遙控系統(tǒng)對(duì)齒輪箱換向控制進(jìn)行了創(chuàng)新，重點(diǎn)對(duì)船舶行駛換向控制技術(shù)的原理以及實(shí)施過(guò)程進(jìn)行了分析，為主機(jī)遙控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造提供了一種方法。

2 傳統(tǒng)主機(jī)遙控系統(tǒng)技術(shù)介紹

目前在船舶主機(jī)遙控系統(tǒng)的功能中，齒輪箱的換向一般通過(guò)遙控系統(tǒng)的操縱頭的檔位推拉來(lái)帶動(dòng)主機(jī)轉(zhuǎn)速方向的控制，從而實(shí)現(xiàn)齒輪箱的換向。以電氣式主機(jī)遙控為例，該系統(tǒng)是由駕駛室遙控PLC及操作臺(tái)、監(jiān)控室復(fù)示單元、氣源處理裝置、測(cè)速裝置、安全保護(hù)裝置、以及包括遙控執(zhí)行機(jī)構(gòu)與主機(jī)操縱系統(tǒng)組成。當(dāng)主機(jī)駕控臺(tái)進(jìn)行遙控操作時(shí)，通過(guò)操作手柄及車鐘，有發(fā)訊裝置送出設(shè)定信號(hào)至機(jī)旁控制箱,信號(hào)在遙控裝置中經(jīng)過(guò)運(yùn)算、放大或信號(hào)變化后送出控制信號(hào)到遙控執(zhí)行機(jī)構(gòu)與主機(jī)操縱系統(tǒng)，從而進(jìn)一步控制主機(jī)的運(yùn)行。

目前在船舶主機(jī)遙控的功能中，一般通過(guò)操作遙控系統(tǒng)的操縱頭的推拉來(lái)帶動(dòng)主機(jī)轉(zhuǎn)速方向的控制，從而實(shí)現(xiàn)齒輪箱的換向。但在此過(guò)程中，一般通過(guò)人工判斷艉軸轉(zhuǎn)速表系統(tǒng)中艉軸轉(zhuǎn)速的高低是否能反向合排，當(dāng)艉軸轉(zhuǎn)速降到能滿足主機(jī)反向運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速的時(shí)，操作操縱頭使遙控系統(tǒng)的PLC程序運(yùn)行來(lái)控制系統(tǒng)。

但在此過(guò)程中，一般通過(guò)人工判斷艉軸轉(zhuǎn)速的高低是否能進(jìn)行變速齒輪箱的反向合排，當(dāng)艉軸轉(zhuǎn)速降到能滿足變速齒輪箱反向運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速時(shí)，操作檔桿使遙控系統(tǒng)的PLC程序運(yùn)行來(lái)控制變速齒輪箱合排。當(dāng)一般遙控系統(tǒng)中未加入艉軸監(jiān)測(cè)信號(hào)時(shí)，不能滿足船舶入級(jí)規(guī)范中該控制程序需自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，且在主機(jī)所允許的時(shí)間間隔內(nèi)完成操作。船舶正常運(yùn)行行駛情況下，人工判斷的不準(zhǔn)確、不及時(shí)增加了船舶行駛的不安全因素；而船舶運(yùn)行時(shí)遇到水流湍急或者航速過(guò)快的環(huán)境時(shí)，艉軸轉(zhuǎn)速很難降到一定程度允許變速齒輪箱合排，此時(shí)需要人工進(jìn)行變速齒輪箱合排。目前部分遙控系統(tǒng)生產(chǎn)單位已取消加入艉軸監(jiān)測(cè)信號(hào)，但卻不能滿足該控制程序需自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，且在主機(jī)所允許的時(shí)間間隔內(nèi)完成操作的船舶入級(jí)規(guī)范中要求。

3 創(chuàng)新系統(tǒng)技術(shù)方案的組成

通過(guò)上述分析介紹，在克服上述遙控系統(tǒng)換向程序自動(dòng)實(shí)現(xiàn)和緊急狀態(tài)下合排不能同時(shí)滿足的難題，本文研究出既能通過(guò)艉軸監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)遙控自動(dòng)換向控制程序，又能滿足緊急操作合排的主機(jī)遙控系統(tǒng)，該系統(tǒng)的創(chuàng)新已在船舶試航過(guò)程中得以成功實(shí)施。

創(chuàng)新系統(tǒng)包括控制器和分別與其連接的輸入模塊、檔桿檢測(cè)模塊、推動(dòng)機(jī)構(gòu)、AD轉(zhuǎn)換模塊，轉(zhuǎn)速傳感器、數(shù)字顯示儀分別與AD轉(zhuǎn)換模塊連接。輸入模塊用于操作人員通過(guò)按鍵或按鈕輸入的操作指令；檔桿檢測(cè)模塊用于檢測(cè)船舶檔桿的“前進(jìn)”檔位或“后退”檔位或“空車”檔位；其中控制器為PLC控制器，輸入模塊包括自鎖式聯(lián)鎖按鈕開關(guān)，聯(lián)鎖按鈕開關(guān)與控制器連接。檔桿檢測(cè)模塊包括多個(gè)前進(jìn)接近開關(guān)、多個(gè)后退接近開關(guān)和空車接近開關(guān)，前進(jìn)接近開關(guān)分別設(shè)置于檔桿的前進(jìn)檔位處，后退接近開關(guān)分別設(shè)置于檔桿的后退檔位處，空車接近開關(guān)設(shè)置于檔桿的空車檔位處；前進(jìn)接近開關(guān)、后退接近開關(guān)、空車接近開關(guān)分別與控制器連接。系統(tǒng)中推動(dòng)機(jī)構(gòu)為液壓缸，液壓缸的控制端與控制器連接，而控制器與AD轉(zhuǎn)換模塊連接的水流傳感器和與報(bào)警器分別連接。

船舶在正常運(yùn)行行駛情況下，船舶行駛換向時(shí)變速齒輪箱自動(dòng)合排；當(dāng)遇到緊急情況，船舶操作人員也可以根據(jù)實(shí)際需要，解除自動(dòng)合排功能，手動(dòng)進(jìn)行船舶行駛換向。

4 創(chuàng)新的系統(tǒng)技術(shù)方案的原理

當(dāng)控制器檢測(cè)到操作人員在進(jìn)行船舶行駛換向操作時(shí)，且控制器檢測(cè)到輸入模塊中“聯(lián)鎖”按鈕導(dǎo)通時(shí)，控制器輸出控制信號(hào)到推動(dòng)機(jī)構(gòu)，推動(dòng)機(jī)構(gòu)伸展，船舶變速齒輪箱的離合器分離，控制器讀取轉(zhuǎn)速傳感器的轉(zhuǎn)速信號(hào)，轉(zhuǎn)速降低后，控制器輸出控制信號(hào)到推動(dòng)機(jī)構(gòu)，推動(dòng)機(jī)構(gòu)收縮，船舶變速齒輪箱的離合器接合，船舶變速齒輪箱自動(dòng)合排；當(dāng)控制器檢測(cè)到操作人員在進(jìn)行船舶行駛換向操作時(shí)，且控制器檢測(cè)到輸入模塊“聯(lián)鎖”按鈕斷開時(shí)，觸發(fā)報(bào)警器發(fā)出報(bào)警聲，提醒集控室操作人員注意，控制船舶主機(jī)轉(zhuǎn)速，手動(dòng)進(jìn)行變速齒輪箱換向合排。

5 創(chuàng)新的系統(tǒng)技術(shù)方案的實(shí)施

輸入模塊包括聯(lián)鎖按鈕開關(guān)，聯(lián)鎖按鈕開關(guān)為自鎖開關(guān)；聯(lián)鎖按鈕開關(guān)與控制器連接；聯(lián)鎖按鈕開關(guān)按下時(shí)導(dǎo)通，彈起時(shí)斷開；當(dāng)按鈕開關(guān)按下時(shí)，駕駛室操作人員操作檔桿換向，變速齒輪箱自動(dòng)合排；當(dāng)按鈕開關(guān)彈起時(shí)，駕駛室操作人員操作檔桿換向，變速齒輪箱不會(huì)自動(dòng)合排，需要手動(dòng)操作進(jìn)行變速齒輪箱合排。一般船舶主機(jī)遙控設(shè)有“前進(jìn)4”、“前進(jìn)3”、“前進(jìn)2”、“前進(jìn)1”、“空車”、“后退1”、“后退2”、“后退3”、“后退4”共9 個(gè)檔位，檔桿檢測(cè)模塊包括4 個(gè)前進(jìn)接近開關(guān)、4 個(gè)后退接近開關(guān)和空車接近開關(guān)，4 個(gè)前進(jìn)接近開關(guān)分別設(shè)置在“前進(jìn)4”、“前進(jìn)3”、“前進(jìn)2”、“前進(jìn)1”檔位處，4個(gè)后退接近開關(guān)分別設(shè)置在“后退1”、“后退2”、“后退3”、“后退4”檔位處，空車接近開關(guān)設(shè)置在“空車”檔位處。前進(jìn)接近開關(guān)、后退接近開關(guān)、空車接近開關(guān)分別與控制器1 連接。輸入模塊、數(shù)字顯示儀設(shè)置在船舶駕駛室，顯示器、報(bào)警器均設(shè)置在船舶集控室，供船舶值班人員查看實(shí)時(shí)情況。在船舶艉軸上設(shè)置有磁鋼，轉(zhuǎn)速傳感器對(duì)準(zhǔn)艉軸上設(shè)置的磁鋼，船舶正車或倒車運(yùn)行時(shí)，磁鋼跟隨艉軸轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速傳感器通過(guò)檢測(cè)變化的磁信號(hào)檢測(cè)艉軸的轉(zhuǎn)速。推動(dòng)機(jī)構(gòu)為液壓缸；液壓缸的活塞桿與船舶變速齒輪箱的離合器的撥叉連接；液壓缸的液壓泵、控制閥分別與控制器連接；液壓缸的活塞桿伸展時(shí)，推動(dòng)變速齒輪箱的離合器的撥叉，使離合器處于分離狀態(tài)，變速齒輪箱與船舶主機(jī)停止動(dòng)力傳輸；液壓缸的活塞桿反向收縮時(shí)，離合器處于接合狀態(tài)，變速齒輪箱合排，船舶主機(jī)經(jīng)離合器傳輸動(dòng)力到變速齒輪箱。轉(zhuǎn)速傳感器檢測(cè)艉軸的轉(zhuǎn)速，水流傳感器檢測(cè)船尾的水流速，轉(zhuǎn)速信號(hào)、水流速信號(hào)經(jīng)AD 轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并傳輸至控制器，通過(guò)數(shù)字顯示儀展示給船舶駕駛室的操作人員。

6 創(chuàng)新的系統(tǒng)技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)

實(shí)現(xiàn)船舶行駛換向的船舶變速齒輪箱合排的自動(dòng)控制，方便實(shí)用，避免人為合排控制時(shí)人為判斷的不準(zhǔn)確、不及時(shí)或失誤而導(dǎo)致的船舶行駛的不安全和風(fēng)險(xiǎn)；實(shí)時(shí)采集、顯示船舶艉軸轉(zhuǎn)速以及附近的水流數(shù)據(jù)，供船舶駕駛員、集控室監(jiān)控人員參考；在緊急特殊情況下，可手動(dòng)解除船舶變速齒輪箱合排的自動(dòng)控制，人工手動(dòng)進(jìn)行變速齒輪箱合排，增加了系統(tǒng)的靈活性；手動(dòng)解除船舶變速齒輪箱合排的自動(dòng)控制后，進(jìn)行行駛換向操作時(shí)，觸發(fā)船舶集控室的報(bào)警器，提醒船舶集控室操作人員注意。

7 結(jié)論

本技術(shù)方案在船舶行駛換向的船舶變速齒輪箱合排的自動(dòng)控制上體現(xiàn)了主機(jī)遙控系統(tǒng)操作的靈活性，尤其對(duì)運(yùn)行在內(nèi)河及水流湍急河道的船舶，增加了船舶行駛的安全性，該技術(shù)在未來(lái)將會(huì)得到推廣和應(yīng)用。