船舶機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)安裝與調(diào)試探討

孫 波，余漢文

（上海外高橋造船有限公司，上海 200137）

船舶機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)多為集成式系統(tǒng)，選擇的是多段網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式，由于其自動(dòng)控制由系統(tǒng)軟件與硬件組成，在現(xiàn)場(chǎng)安裝、調(diào)試階段，與傳統(tǒng)的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)有著較大的差異，安裝調(diào)試有效、科學(xué)是其功能價(jià)值發(fā)揮的關(guān)鍵點(diǎn)。

1 安裝與調(diào)試的意義

根據(jù)國(guó)家造船工程現(xiàn)場(chǎng)施工的時(shí)間規(guī)定，科學(xué)、合理地安排機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備的安裝、調(diào)試，是保證整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備優(yōu)質(zhì)、按時(shí)地安裝、調(diào)試的關(guān)鍵。船舶機(jī)艙自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開發(fā)、調(diào)試和管理應(yīng)從機(jī)艙智能控制系統(tǒng)的基本組成部分入手，包括控制系統(tǒng)輸入輸出信號(hào)的接入、控制系統(tǒng)軟硬件的設(shè)置和控制系統(tǒng)功能的完成，其需要系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)組成[1]。安裝調(diào)試工作必須分步進(jìn)行，確保上一個(gè)工作完成后可以開始下一個(gè)工作。與此同時(shí)，需要對(duì)安裝調(diào)試過程進(jìn)行詳細(xì)記錄，完善相應(yīng)文件內(nèi)容，為后續(xù)工作的開展奠定基礎(chǔ)，提供支持。

2 船舶機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)的基本特點(diǎn)

2.1 存儲(chǔ)信息的特點(diǎn)

船舶機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)開機(jī)時(shí)總是保存信息，保存的信息始終有效。

2.2 處理數(shù)據(jù)的特點(diǎn)

由于普通的船舶機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)沒有很強(qiáng)的抗干擾性能，在自檢和數(shù)據(jù)校準(zhǔn)過程中容易出現(xiàn)很多問題。然而，基于微處理器的船舶機(jī)艙自動(dòng)控制系統(tǒng)可以有效避免上述問題，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的數(shù)據(jù)計(jì)算，從而有效提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)完整性，并可以根據(jù)信息檢索和編程具有良好的數(shù)據(jù)處理能力。

3 船舶機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)安裝準(zhǔn)備工作概述

3.1 船舶機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)的選擇

圖1 船艙自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.2 硬盤的安裝要求

計(jì)算機(jī)硬盤的位置既要方便工作人員使用和觀察情況，又要考慮到后期維護(hù)的便利性，留出適當(dāng)?shù)木S護(hù)空間和通道。但如果電控柜內(nèi)大功率電氣系統(tǒng)元件較多，實(shí)際管理期間，設(shè)備散熱較慢，如果要求不標(biāo)準(zhǔn)，將會(huì)影響功率元件的性能、熱穩(wěn)定性，因此需要在電控柜內(nèi)設(shè)置好散熱方案，及時(shí)有效地對(duì)柜內(nèi)的溫控進(jìn)行管理。如果自動(dòng)降溫系統(tǒng)的降溫效果不理想，選擇強(qiáng)制降溫，留有通風(fēng)通道。但是，電控箱面板的設(shè)計(jì)位置應(yīng)避免振動(dòng)、灰塵和潮濕空氣等不利環(huán)境。若無法遠(yuǎn)離振動(dòng)場(chǎng)地，則應(yīng)當(dāng)制定相應(yīng)的措施，減少振動(dòng)。對(duì)于支架系統(tǒng)的基礎(chǔ)，托盤的安裝需要牢固，安裝之后，不可隨意晃動(dòng)，避免相應(yīng)故障問題的出現(xiàn)。根據(jù)實(shí)際需要，托盤也可以通過支撐直接加固在鋼筋或混凝土基礎(chǔ)上。

3.3 管路鋪設(shè)工作

船舶機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)的自動(dòng)安裝技術(shù)實(shí)際上是一項(xiàng)復(fù)雜而煩瑣的任務(wù)，因此需要更加重視安裝過程中的每一步。船舶機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)中的管道敷設(shè)主要分為動(dòng)力管道和通信管道，管道敷設(shè)是船舶機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)裝置順利施工的基本前提。在設(shè)備安裝過程中，施工人員還必須分析施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，進(jìn)行深入的了解，從而選擇合理的架設(shè)路徑。這一方案可實(shí)現(xiàn)建筑材料的有效利用，能夠適應(yīng)未來系統(tǒng)擴(kuò)展的需要。同時(shí)，施工人員還應(yīng)勘察施工現(xiàn)場(chǎng)，選擇合理的路線和管徑進(jìn)行電纜敷設(shè)，既能減少外界影響，又能保證船舶機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)的順利運(yùn)行，為機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)的自動(dòng)架設(shè)技術(shù)奠定了良好的基礎(chǔ)。因此，企業(yè)必須重視船舶機(jī)艙智能系統(tǒng)的自動(dòng)配置技術(shù)。

4 安裝與調(diào)試設(shè)備

4.1 前期準(zhǔn)備

準(zhǔn)備工作可奠定機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)安裝調(diào)試工作開展，是必不可少的過程。技術(shù)準(zhǔn)備如下。

（1）知曉機(jī)艙動(dòng)力控制系統(tǒng)的監(jiān)控對(duì)象。作為船舶推進(jìn)動(dòng)力裝置服務(wù)的對(duì)象，機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)需要掌握動(dòng)力裝置、相應(yīng)設(shè)備的監(jiān)控要求，了解機(jī)艙內(nèi)設(shè)備特點(diǎn)、設(shè)備功能，知曉如何促進(jìn)機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的措施與路徑[3]。與此同時(shí)，需要掌握船舶機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備特點(diǎn)、功能，知曉安裝要求、調(diào)試要點(diǎn)，為下一步工作的開展指明方向。

（2）熟悉監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的范圍。監(jiān)控系統(tǒng)功能主要包括控制系統(tǒng)配置+功能、通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、I/O 信號(hào)、數(shù)據(jù)數(shù)量、數(shù)據(jù)分布與數(shù)據(jù)類型等。

（3）全面了解系統(tǒng)功能。消化吸收監(jiān)控原理圖、電氣內(nèi)部接線圖、外部電纜連接圖等。

（4）實(shí)驗(yàn)室調(diào)試。在實(shí)驗(yàn)期間，需要靜態(tài)調(diào)試船舶機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)，分析其加工制造，按照要求開展試驗(yàn)，落實(shí)檢驗(yàn)，比如系統(tǒng)功能、系統(tǒng)性能與系統(tǒng)質(zhì)量等。該機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)能夠在連接好電氣、通電之后，借助軟件平臺(tái)，將硬件平臺(tái)激活，以此組建完整網(wǎng)絡(luò)?？赡M開關(guān)信號(hào)，控制系統(tǒng)，處理緊急情況。

4.2 設(shè)備安裝與接線

根據(jù)機(jī)艙自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，首先，在船舶機(jī)艙內(nèi)安裝所有電氣設(shè)備、控制箱、各種現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等設(shè)備；安裝駕駛室、中控室、輪機(jī)長(zhǎng)室（機(jī)電室）、機(jī)艙、管道損壞中心等操作臺(tái)或控制站。到位；檢查鋪設(shè)的電纜；然后完成各裝置的接線和管道連接工作，包括各裝置主電路的電纜連接、監(jiān)控系統(tǒng)的I/O 信號(hào)電路、控制電路、通信網(wǎng)絡(luò)和壓力傳感器等裝置的管道連接。電氣設(shè)備安裝、電纜敷設(shè)、安裝需依照《中國(guó)造船質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（CSQS）、《船舶建造質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（JNS）執(zhí)行，嚴(yán)格依據(jù)圖紙、要求開展施工。在電纜敷設(shè)期間，要采取合理的保護(hù)措施與管控措施，將信息傳輸過程中，電纜影響因素減少。在監(jiān)控系統(tǒng)電纜敷設(shè)期間，針對(duì)輸入信號(hào)、輸出信號(hào)，需要避免磁場(chǎng)影響，選擇相應(yīng)的措施，盡量選擇不平行敷設(shè)方式，盡可能地將大功率電氣設(shè)備避開，敷設(shè)電纜重疊厚度控制在2 層，也就是50mm，成束敷設(shè)電纜，同一電纜控制在6 束內(nèi)。

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光纜敷設(shè)期間，光纜彎曲內(nèi)徑為0.5mm，光纜外徑則是內(nèi)徑的4～6 倍。在進(jìn)行電纜敷設(shè)期間，需要避免相應(yīng)問題，比如：上升、下降、通風(fēng)和油、液、氣回路等，在敷設(shè)蒸汽管、排氣管時(shí)，表面相差70mm 以上，平行敷設(shè)期間，表面相差80mm 以上，若無法滿足這一差距要求，則需要實(shí)施隔熱措施。通常情況下，通信信號(hào)通過通信電纜傳輸會(huì)引起信號(hào)減弱，通信電纜直徑每增加1mm，信號(hào)就會(huì)減弱0.8dB，而每個(gè)電纜接頭會(huì)減弱1dB，每個(gè)分支會(huì)減弱14dB。針對(duì)這類現(xiàn)象，電纜敷設(shè)時(shí)通常需要采取的管理和措施包括：①合理規(guī)劃電纜敷設(shè)方向，將運(yùn)輸間隔減少，將接頭、分支數(shù)量減少，促使電纜緊密連接。②通信網(wǎng)絡(luò)兩端，需要同時(shí)連接終端設(shè)備及終端電阻。③為了更好地匹配網(wǎng)絡(luò)電阻，要確?？刂普緝蓚?cè)的電纜長(zhǎng)度、分支點(diǎn)一致，通信與電力電纜分開敷設(shè)，其與電纜保持40cm/kV 距離。當(dāng)它們必須相交時(shí)，也應(yīng)該垂直相交，并盡量避開高溫的地方。

4.3 系統(tǒng)接地

為了控制電網(wǎng)的影響，在供配電設(shè)計(jì)中，船舶機(jī)艙自動(dòng)控制系統(tǒng)中船舶接地技術(shù)是重要組成部分，船舶供配電系統(tǒng)多為三相三線制電力系統(tǒng)，結(jié)合規(guī)范要求，設(shè)備金屬外殼、金屬部件與接地螺釘之間的接地電阻＞0.1Ω，可確保不導(dǎo)電裸露金屬部件、金屬外殼零電位差。為了避免電網(wǎng)中的暫態(tài)電壓和雜散電壓對(duì)設(shè)備正常運(yùn)行的影響，過去一些法規(guī)要求電氣設(shè)備必須獨(dú)立連接。目前船舶建造不建議單獨(dú)接地。在一些電子設(shè)備中，可避免機(jī)箱上干擾電流直接耦合到信號(hào)電路上，能夠促使電路單元信號(hào)連接到設(shè)備機(jī)箱絕緣上，這類設(shè)計(jì)為系統(tǒng)浮地。在一些監(jiān)控電子產(chǎn)品中，采用一定的結(jié)構(gòu)作為接觸參考點(diǎn)，將其他單元的信號(hào)接地與該點(diǎn)相連，可以有效防止較低頻率下各單元內(nèi)部接地電壓的影響。該電源設(shè)計(jì)屬于系統(tǒng)單元接地，根據(jù)上述分析，可制定以下相應(yīng)的措施。

（1）選擇編制好的10mm 銅線。將操作站與控制站串聯(lián)，并引到地面。

（2）信號(hào)輸入和輸出設(shè)備接地，選擇單獨(dú)的黃綠色導(dǎo)線。

（3）輸入輸出信號(hào)線為屏蔽電纜，屏蔽層接至監(jiān)控站或控制站的接地端子，現(xiàn)場(chǎng)端子懸空。

（4）監(jiān)測(cè)站或控制站接地設(shè)置通信電纜的屏蔽層，懸空另一端。

4.4 現(xiàn)場(chǎng)I/O 信號(hào)連通

通信網(wǎng)絡(luò)的正常，是調(diào)試工作開展的基礎(chǔ)，通過連接通信網(wǎng)絡(luò)，可確保通信電纜對(duì)準(zhǔn)，并檢查控制站、監(jiān)控站的情況，確保各個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備順利通電。借助軟件開關(guān)、硬件開關(guān)，能夠促使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接，確保網(wǎng)絡(luò)正常工作。維護(hù)設(shè)備安全，連接輸入信號(hào)與輸出信號(hào)，首先通過短路信號(hào)線的方式檢查每一條輸入輸出信號(hào)線，設(shè)備不通電時(shí)檢查每一條輸入輸出信號(hào)線。其次，檢查現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備斷電時(shí)網(wǎng)絡(luò)通道是否正常，控制站、監(jiān)控站是否通電運(yùn)行正常，若正常，則檢查輸入信號(hào)通道、輸出信號(hào)通道，比如在現(xiàn)場(chǎng)短路給出開關(guān)信號(hào)、信號(hào)發(fā)生器給出模擬信號(hào)。

4.5 系統(tǒng)模擬聯(lián)調(diào)及驗(yàn)證

當(dāng)輸入輸出通信連接和通信網(wǎng)絡(luò)正常工作時(shí)，通過改變輸入輸出信號(hào)在現(xiàn)場(chǎng)的狀態(tài)來驗(yàn)證系統(tǒng)的所有功能。

（1）逐項(xiàng)檢查系統(tǒng)各項(xiàng)功能，重點(diǎn)驗(yàn)證設(shè)備連鎖控制、故障連鎖控制、啟?？刂乒δ?，并驗(yàn)證監(jiān)控系統(tǒng)的信號(hào)指示、延時(shí)等功能，檢查繼電器和閥門的動(dòng)作狀態(tài)。

（2）逐項(xiàng)檢查監(jiān)控系統(tǒng)的所有功能，數(shù)據(jù)顯示和準(zhǔn)確性的校準(zhǔn)，切換信號(hào)的延時(shí)和各報(bào)警點(diǎn)的檢查，打印功能，數(shù)據(jù)記錄功能和所有管理功能。

（3）用仿真方法驗(yàn)證安全系統(tǒng)的各個(gè)受控參數(shù)。

（4）現(xiàn)場(chǎng)電氣設(shè)備，特別是大功率的電機(jī)設(shè)備，必須在斷開主電路的情況下，空投試驗(yàn)二次控制電路，確保即便是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備不工作，輸入信號(hào)與輸出信號(hào)也可正常發(fā)出，并測(cè)試控制功能。

4.6 系泊試驗(yàn)

系泊試驗(yàn)指的是，檢查系統(tǒng)電氣設(shè)備、輔助系統(tǒng)的安裝質(zhì)量、運(yùn)行協(xié)調(diào)、正常性及可靠性，檢查技術(shù)性能是否滿足標(biāo)準(zhǔn)、滿足技術(shù)規(guī)范、滿足規(guī)定等，以此判斷航行試驗(yàn)質(zhì)量與效率。系泊試驗(yàn)是船舶機(jī)艙自動(dòng)控制系統(tǒng)裝配調(diào)試中最重要的環(huán)節(jié)。通常，船廠相關(guān)人員，比如檢查員、船檢局人員（或客戶代表）、船東總工程師和系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師參與工作。工作主要內(nèi)容是系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師協(xié)助船廠檢驗(yàn)員向船檢（或客戶代表）和船東（或船基機(jī)電總監(jiān)）申請(qǐng)檢驗(yàn)，開展動(dòng)態(tài)運(yùn)行效用試驗(yàn)，逐一測(cè)試機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)功能，并檢查系統(tǒng)技術(shù)性能，促使其滿足技術(shù)規(guī)范、滿足合同要求。

4.7 航行試驗(yàn)

航行試驗(yàn)指的是，全面檢查機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)質(zhì)量性能、技術(shù)性能，判斷其是否與技術(shù)范圍契合，確定其是否能夠滿足軍用或民用要求。本實(shí)驗(yàn)開展，嚴(yán)格遵循系泊試驗(yàn)大綱要求，在試驗(yàn)過程中，已經(jīng)將所有的缺陷消除，所有試驗(yàn)項(xiàng)目均已驗(yàn)收并簽字。比如：發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)控制系統(tǒng)，試驗(yàn)是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)航行試驗(yàn)的工況和時(shí)間表進(jìn)行的，而對(duì)于中高速主機(jī)，試驗(yàn)時(shí)間可根據(jù)時(shí)間表縮短50%左右，持續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)，中間故障停機(jī)時(shí)間不超過15min[4]。測(cè)試程序包括：①主機(jī)換向測(cè)試。②主機(jī)遠(yuǎn)程啟動(dòng)試驗(yàn)。③開展駕駛倒車交替試驗(yàn)。④對(duì)照?qǐng)龅剞D(zhuǎn)換試驗(yàn)。⑤進(jìn)行安全系統(tǒng)測(cè)試。⑥檢查監(jiān)控、報(bào)警、安全保護(hù)、數(shù)據(jù)顯示、記錄處理功能，在由主機(jī)控制的測(cè)試期間完成。

5 船舶機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)調(diào)試工作

5.1 調(diào)試工作

機(jī)艙自動(dòng)化控制系統(tǒng)自動(dòng)化配置完成后，工作的重點(diǎn)之一是做好相應(yīng)的調(diào)試工作，采用連續(xù)調(diào)試的方式，保證裝置正常穩(wěn)定運(yùn)行。設(shè)備確認(rèn)正常后，即可完成驗(yàn)收和交付。在對(duì)船舶機(jī)艙自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行測(cè)試的過程中，檢查的主要內(nèi)容是設(shè)備部件運(yùn)行是否正常、表盤外觀、控制箱和儀表盤內(nèi)的數(shù)字指示是否工作正常，損壞的物品是否更換。同時(shí)，通過檢查，在管理上也要對(duì)電磁流量計(jì)、氣動(dòng)閥等關(guān)鍵部位進(jìn)行更細(xì)致的檢查，防止內(nèi)部出現(xiàn)回路問題。當(dāng)系統(tǒng)開發(fā)中出現(xiàn)環(huán)路問題時(shí)，研究人員必須對(duì)線路信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和檢查，并在第一時(shí)間進(jìn)行更換和調(diào)試，直到其線路符合相關(guān)法律規(guī)范和安全標(biāo)準(zhǔn)。

5.2 自動(dòng)化系統(tǒng)的驗(yàn)收

為了驗(yàn)證裝配自動(dòng)化系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，首先需要進(jìn)行系統(tǒng)的試運(yùn)行。測(cè)試可能包括以下3 個(gè)方面的不同內(nèi)容。首先要求進(jìn)行單體測(cè)試，對(duì)系統(tǒng)的主要關(guān)鍵技術(shù)器件和元器件進(jìn)行獨(dú)立測(cè)試，檢查工作特性是否能夠滿足社會(huì)生產(chǎn)的實(shí)際要求。主要測(cè)試內(nèi)容包括自動(dòng)化設(shè)備特性、工作參數(shù)、監(jiān)控室監(jiān)控管理能力的分析檢測(cè)等。然后在滿足設(shè)計(jì)需求后進(jìn)入聯(lián)動(dòng)測(cè)試階段。把一個(gè)子項(xiàng)目任務(wù)作為一個(gè)完全獨(dú)立的控制系統(tǒng)，可以進(jìn)行聯(lián)調(diào)聯(lián)試，檢查控制系統(tǒng)的實(shí)際工作開展情況及是否能夠完成[5]。調(diào)試階段是自動(dòng)控制系統(tǒng)的最終檢驗(yàn)，在聯(lián)調(diào)結(jié)果沒有問題的前提下完成。施工單位、監(jiān)理單位和施工單位可以共同參加試運(yùn)行。試運(yùn)行達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，則申請(qǐng)竣工驗(yàn)收。

5.3 調(diào)試工作要注意的意事項(xiàng)

船舶機(jī)艙安裝自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)特別注意以下兩個(gè)問題。首先，在安裝過程中，需要對(duì)磁盤的質(zhì)量進(jìn)行全面的審查，以充分保證磁盤的質(zhì)量管理符合設(shè)計(jì)要求，從而保證信息報(bào)告的準(zhǔn)確性[6]。安裝完畢后，要檢查安裝區(qū)域內(nèi)預(yù)留的埋件及數(shù)量是否符合要求。如有問題，及時(shí)匯報(bào)，調(diào)整預(yù)留預(yù)埋件位置。其次，安裝完成后，還需要嚴(yán)格按照之前的設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行工藝管道施工。一般來說，除了金屬管和電纜管道外，還需要安裝金屬軟管來加強(qiáng)環(huán)保，但不僅如此，在金屬管歪斜排列的生產(chǎn)過程管理中，必須使用一些特殊的彎管機(jī)，這樣才能采取最有效的措施，避免因金屬電纜裂縫而導(dǎo)致的安全生產(chǎn)事故[7]。

6 結(jié)語

綜上所述，在船舶機(jī)艙自動(dòng)控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)布置和調(diào)試中，問題的隨機(jī)性普遍比較強(qiáng)，涉及的方面也比較廣泛，現(xiàn)場(chǎng)工作人員需要樹立良好的工作態(tài)度，快速反思，不斷提升自身問題解決能力，在出現(xiàn)問題的情況下，要及時(shí)采取相應(yīng)的措施，制定相應(yīng)的方案，確保實(shí)施有效合理[8]。本文試驗(yàn)選擇的方案及措施，能夠?yàn)榇皺C(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試積攢經(jīng)驗(yàn)，可供同行參考。