CTK-3A型雙側(cè)推手柄控制系統(tǒng)設(shè)計

李鑫濤 崔守娟 仲鈺

摘要：設(shè)計一種基于MCGS操控界面的CTK-3A型雙側(cè)推手柄控制系統(tǒng)，介紹人機(jī)界面設(shè)計思路和手柄功能，并在船舶平臺上完成調(diào)試。手柄操作模式通過使用觸摸屏、控制手柄來操控船舶作業(yè)，操縱更靈活、簡便、可靠，對其他同類產(chǎn)品設(shè)計有一定的參考借鑒作用。

關(guān)鍵詞：雙側(cè)推;手柄;設(shè)計;MCGS;調(diào)試

船舶操縱性與其經(jīng)濟(jì)性和航行安全密切相關(guān)，是船舶航行性能的重要指標(biāo)。手柄控制系統(tǒng)是控制船舶重要的手段之一，操作人員可通過手柄控制系統(tǒng)來控制船舶的速度、位置、艏向、原地回轉(zhuǎn)、水平移動、快速后退等，具有操縱靈活、簡單、可靠的特點(diǎn)，有效提高了船舶的操縱性?；贛CGS的手柄操作模式設(shè)計一種CTK-3A型雙側(cè)推手柄控制系統(tǒng)，為同類產(chǎn)品設(shè)計提供借鑒和參考。

1 基于MCGS的手柄操作模式

1.1 MCGS簡介

MCGS（Monitor and Control Generated System，監(jiān)控通用系統(tǒng)）是北京昆侖通態(tài)自動化軟件科技有限公司研發(fā)的一套基于Windows平臺、用于快速構(gòu)建和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，主要用于現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)測，以及前端數(shù)據(jù)的處理和控制。

MCGS具有功能完善、操作便捷、可視性好、維護(hù)性強(qiáng)的突出特點(diǎn)。通過與其他相關(guān)硬件設(shè)備相結(jié)合，可快速開發(fā)出各種用于現(xiàn)場采集、數(shù)據(jù)處理和控制的設(shè)備。用戶只需進(jìn)行簡單的模塊化配置即可構(gòu)建應(yīng)用系統(tǒng)，靈活配置各種智能儀器、數(shù)據(jù)采集模塊、無紙記錄儀、無人值守現(xiàn)場采集站、人機(jī)界面等專用設(shè)備。

人機(jī)界面是系統(tǒng)和用戶進(jìn)行交互溝通和信息交換的媒介，是計算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分。功能優(yōu)越的人機(jī)界面可以讓操作更方便、直觀，更好地發(fā)揮控制系統(tǒng)的性能。通過MCGS的用戶管理器設(shè)置操作者權(quán)限，可保障船舶控制系統(tǒng)正常運(yùn)行。

1.2 MCGS操作界面設(shè)計

采用昆侖公司的實(shí)時多任務(wù)嵌入式操作系統(tǒng)—昆侖動態(tài)人機(jī)界面。MCGS嵌入式版本的不同窗口可切換管理用戶系統(tǒng)配置，其窗口配置包括數(shù)據(jù)庫配置、設(shè)備配置、用戶配置、主控制窗口和運(yùn)行策略，對應(yīng)5個不同的窗口頁面，每個頁面管理1個部件。在用戶應(yīng)用程序系統(tǒng)中單擊，可切換不同的窗口頁面，并配置應(yīng)用程序系統(tǒng)的相應(yīng)部分。

1.2.1 登陸界面 為防止非操作人員誤操作，系統(tǒng)設(shè)置登陸界面，要求使用指定密碼登錄，如圖1所示。

1.2.2 密碼輸入界面 工作人員輸入正確密碼時，觸摸屏進(jìn)入控制系統(tǒng)。否則，觸摸屏?xí)霈F(xiàn)“密碼錯誤，不能進(jìn)入系統(tǒng)！”提醒字符，警告編外人員不能進(jìn)入系統(tǒng)。

在主頁中，“歡迎來到側(cè)推設(shè)備控制系統(tǒng)”使用滾動循環(huán)標(biāo)題，請求訪問正在運(yùn)行的策略。單擊新策略，選擇要確認(rèn)的“循環(huán)策略”。雙擊“循環(huán)策略”后，在“策略工具箱”中創(chuàng)建并選擇腳本，如圖2所示。

1.2.3 側(cè)推控制系統(tǒng)主界面 MCGS參考控制功能要求設(shè)計控制界面。各個界面的底部都設(shè)有界面切換按鈕，實(shí)現(xiàn)不同控制界面之間的交互切換。MCGS中的歷史數(shù)據(jù)可直接顯示重要參數(shù)變化，方便查詢。

2 手柄模式操控界面的功能及調(diào)試

2.1 手柄操作模式

手柄操作模式是船舶作業(yè)系統(tǒng)模式的組成部分之一。手柄控制系統(tǒng)通過電子傳輸測量船舶的艏搖角和位置，使用操作面板上的手柄手動控制船的前進(jìn)、后退、橫向、轉(zhuǎn)向、傾斜、航向和航行速度。這種操縱方法無需考慮舵槳的實(shí)際位置和船舶運(yùn)動的關(guān)系，通過手柄可直觀地操縱船舶。操作模式簡單、靈敏、可靠，對拖船、渡船、消防船和作業(yè)船尤為適用。手柄指令通過模擬量模塊輸入，可實(shí)現(xiàn)對船舶運(yùn)動的手動控制。

2.2 手柄模式操控界面功能

CTK-3A型手柄模式的界面功能很多，現(xiàn)主要論述船舶主界面、艏搖角調(diào)節(jié)和手柄校正頁面。

2.2.1 主界面 在操控界面中，主界面的主要作用是顯示船舶的運(yùn)動狀態(tài)。

2.2.2 艏搖角調(diào)節(jié)界面 用來設(shè)置船舶的艏搖角度，點(diǎn)擊該界面上的艏搖角調(diào)節(jié)開關(guān)，旋轉(zhuǎn)操作臺上的旋轉(zhuǎn)編碼器調(diào)節(jié)船舶的艏搖角。界面顯示船舶當(dāng)前艏搖角和設(shè)定的艏搖角，按下操作臺上的“確認(rèn)”按鈕，將設(shè)定的艏搖角送到船舶的主控制器。通過旋轉(zhuǎn)編碼器設(shè)定艏搖角時，使用高速計數(shù)?？煊嬎阈D(zhuǎn)編碼器的脈沖數(shù)進(jìn)行。

2.2.3 手柄校正 CTK-3A型手柄的數(shù)值采用模擬量輸入，使用一段時間后最值和中心值會發(fā)生偏離，需要用手柄校正界面對手柄進(jìn)行校正。將手柄置于中心位置，點(diǎn)擊零點(diǎn)校正，手柄原點(diǎn)值更新并送到MCGS控制器，然后搖動手柄到各軸的最大值和最小值處，此時手柄校正界面顯示當(dāng)前各軸的最值;點(diǎn)擊手柄校正頁面的各軸最值校正按鈕，更新各軸最值數(shù)據(jù)。手柄輸入值通過手柄當(dāng)前值與手柄最值間的比來確定。

2.3 CTK-3A型手柄功能調(diào)試

通電后，推進(jìn)控制單元電源指示燈亮。觸發(fā)主控制面板上的電源開按鈕，控制系統(tǒng)得電，前面板控制燈亮。觸發(fā)控制面板上的調(diào)光按鈕，可調(diào)整手柄背光燈的強(qiáng)弱。

控制手柄零位和螺距反饋零位。操縱控制面板上的控制手柄，系統(tǒng)控制側(cè)推的螺距?？刂剖直鷱淖蟮接业淖兓瘜⒔o出螺距指令。通過比較螺距反饋和螺距指令信號，產(chǎn)生±10 V的電壓信號驅(qū)動電磁閥，使實(shí)際螺距與指令保持一致。

當(dāng)控制位置位于主控制面板時，使左面板手柄位置與主面板手柄保持一致，左舷控制指示燈點(diǎn)亮，主面板控制指示燈熄滅。當(dāng)控制位置位于左舷控制面板時，調(diào)整右舷面板手柄位置與左舷面板手柄一致，右舷控制指示燈點(diǎn)亮，左舷面板控制指示燈熄滅。當(dāng)控制位置位于右舷控制面板時，調(diào)整主面板手柄位置與右舷面板手柄保持一致，主控制指示燈點(diǎn)亮，右舷面板控制指示燈熄滅。

產(chǎn)生故障時，相應(yīng)指示燈被點(diǎn)亮且蜂鳴器發(fā)出聲響。按下復(fù)位按鈕，蜂鳴器消音并進(jìn)行故障排除。通過手柄上的螺距數(shù)值輸入觸摸屏（MCGS）數(shù)值，可校正手柄數(shù)值，如圖3所示。

3 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們對海洋的開發(fā)研究逐漸從沿海和近海擴(kuò)展到深海。傳統(tǒng)的船舶定位無法適合深海作業(yè)。船舶手柄控制系統(tǒng)定位準(zhǔn)確，操作快捷，運(yùn)行成本不隨水深的增加而增加，在作業(yè)船上得到越來越廣泛的應(yīng)用，具有廣闊的市場和前景。設(shè)計一種基于MCGS操控界面的雙側(cè)推手柄控制系統(tǒng)，并在船舶平臺上完成調(diào)試。手柄操作模式通過使用觸摸屏、控制手柄來操控船舶作業(yè)，操縱更靈活、簡便、可靠，對其他同類產(chǎn)品設(shè)計有一定的參考借鑒作用。

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