某雙主機船舶主機遙控系統(tǒng)控制面板設(shè)計

吳海春

（渤海船舶職業(yè)學(xué)院， 遼寧 興城 125105）

引言

船舶主機遙控系統(tǒng)控制面板是船員和主機進行信息交換的接口，用于發(fā)出車令，對主機的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速進行控制，還能進行駕駛臺與集控室之間的通訊，以及檢測從現(xiàn)場總線送來的各種模擬量和開關(guān)信號，并通過蜂鳴器和指示燈進行分點聲光報警等。某新建雙主機船舶的姊妹船已投入運營，其主機遙控系統(tǒng)控制面板上設(shè)有2 個單手柄車鐘，占用空間較大，無法將應(yīng)急車鐘布置在主機遙控面板上，操作起來十分不便。此外，面板上還缺少左、右主機遙控系統(tǒng)電源監(jiān)視功能，無法使工作人員直觀獲取系統(tǒng)的供電狀態(tài)。因此，需要對控制面板進行優(yōu)化設(shè)計，圖1 是為某雙主機船舶新設(shè)計的主機遙控系統(tǒng)控制面板，該面板在船上共有兩塊，分別設(shè)在駕駛臺和集控室，兩者的控制、顯示及報警等功能相同。面板上布置有主車鐘、應(yīng)急車鐘、車鐘顯示單元、操車位置轉(zhuǎn)換等功能單元，此外，面板上還有電源、遙控氣源失氣、主機超速、主機淡水低壓、主機滑油低壓和齒輪箱錯向等各種報警指示燈[1-2]。

1 控制面板硬件設(shè)計

1.1 硬件設(shè)計邏輯

船舶主機遙控系統(tǒng)控制面板主要由主車鐘控制電路、應(yīng)急車鐘控制電路、車鐘顯示電路、控制方式轉(zhuǎn)換開關(guān)電路等組成。根據(jù)所要實現(xiàn)的指示、故障報警、傳令應(yīng)答等任務(wù)功能，確定所用的芯片和各芯片之間的關(guān)系，同時，還要兼顧到軟硬件的特點，并盡量滿足軟件設(shè)計簡單、電路所用元件最少、系統(tǒng)運行穩(wěn)定等要求，最終確定所用的硬件，如圖2 所示。最后，采用protel 軟件繪制面板各單元的原理圖和電路板圖。

1.2 主車鐘控制電路

主車鐘也稱遙控操縱器，用于在駕駛室或集控室直接遙控主機。為尊重駕駛員的操作習(xí)慣和節(jié)省空間，設(shè)計時選用雙手柄電位器式車鐘作為主車鐘，既可以單獨操控每臺主機，也可以聯(lián)動，同時操控兩臺主機。這種車鐘主要用在電子器件或微型計算機組成的遙控系統(tǒng)中，其工作原理及輸出特性如下頁圖3 所示。環(huán)形電位器兩端接正電源，中間抽頭接地，車鐘手柄帶動一個滑動觸點，與環(huán)形電位器接觸。把車鐘手柄扳到中間，即停車位時，其輸出電壓信號U0=0，隨著手柄設(shè)定在不同速度擋上，就會輸出一個相應(yīng)的電壓信號U0。

1.3 應(yīng)急車鐘控制電路

應(yīng)急車鐘是為了滿足在應(yīng)急工況下操控主機而特別設(shè)置的車鐘，由應(yīng)急車鐘發(fā)送器和應(yīng)急車鐘接收器組成，用于駕控室向機艙傳達操作指令，并由機艙值班員回答命令執(zhí)行情況的聯(lián)絡(luò)信號裝置。應(yīng)急車鐘采用一個萬轉(zhuǎn)來控制，萬轉(zhuǎn)是一種多擋位的開關(guān)，它可以根據(jù)不同的需求，任意設(shè)計擋位，在360°范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)，但每次操作萬轉(zhuǎn)只能選擇一個擋位，轉(zhuǎn)到哪一個擋位就送出一個相應(yīng)的開關(guān)量?！皯?yīng)急車鐘”控制單元上面共設(shè)有11 個擋位，分別為進一、進二、進三、進四、停車、退一、退二、退三、退四、備車和完車。當(dāng)出現(xiàn)應(yīng)急工況時，便可以使用應(yīng)急車鐘，通過萬轉(zhuǎn)指向不同的擋位，產(chǎn)生一個開關(guān)量，經(jīng)分析處理后，來控制主機的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)向，以及“完車”和“備車”等操作。應(yīng)急車鐘的電路由11 個電阻、11 個指示燈和1 個40P 的排線口組成。每個指示燈上串一個電阻，11 個指示燈之間采用并聯(lián)方式連接。萬轉(zhuǎn)與單片機的輸入排線口相連，應(yīng)急車鐘上的排線口通過排線與單片機的輸出排線口相連。當(dāng)萬轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動時，送出一個開關(guān)量給單片機，單片機執(zhí)行預(yù)先寫入的程序，控制應(yīng)急車鐘排線口中的兩個引腳導(dǎo)通，相應(yīng)的指示燈被點亮。同時，單片機將信號輸入到控制器中，進而控制主機的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)向[3-4]。

1.4 車鐘顯示電路

車鐘顯示電路由單片機、數(shù)碼管、復(fù)位芯片及通信芯片等組成，在設(shè)計車鐘顯示電路時，采用了一個雙色數(shù)碼管來對車鐘的操作狀態(tài)進行實時顯示，數(shù)碼管的顯示由單片機控制，分為數(shù)字控制和顏色控制兩部分。這樣設(shè)計不僅使操縱臺的布局美觀大方，節(jié)約空間，還讓車鐘顯示更加直觀，操作人員識讀起來更加方便。雙色共陽極數(shù)碼管如圖4 所示，共有10 個引腳，其中a、b、c、d、e、f、g，7 個引腳分別是數(shù)碼管的7段，DP 引腳為數(shù)碼管的1 個小數(shù)點（這里不用），另2個引腳K，一個是共陽紅3，一個是共陽綠8。車鐘共有9 個擋位，其中前進擋4 個，后退擋4 個，停車擋1個。通過數(shù)碼管的數(shù)字顯示車鐘手柄的具體位置，當(dāng)正車時，顯示綠色1-4；倒車時，顯示紅色1-4；停車時顯示紅色0。在雙主機船舶中，共有兩個這樣的數(shù)碼管，分別顯示左、右兩個主機操車手柄的位置[5]。

1.5 控制方式轉(zhuǎn)換開關(guān)電路

在設(shè)有主機遙控系統(tǒng)的船舶中，一般可在駕駛臺、集中控制室和機旁三個部位操縱主機。為保證在同一時間只能在一個部位操縱主機，要設(shè)有操縱部位轉(zhuǎn)換裝置?？刂品绞睫D(zhuǎn)換開關(guān)主要用于完成控制方式的轉(zhuǎn)換，共設(shè)有三處（左、右操車位置和輔車鐘）來實現(xiàn)備車、完車、機旁、駕控和集控指令，如圖1“操車位置”和“輔車鐘”控制單元所示。信號以開關(guān)量的形式發(fā)送到主控制器，由主控制器識別后進行相應(yīng)控制方式的切換[6]。

2 控制面板軟件設(shè)計

2.1 主程序流程

面板所有設(shè)計程序均采用Keil C51 編譯環(huán)境來編譯。主機遙控系統(tǒng)開機以后，首先進行系統(tǒng)狀態(tài)信息的采集，自檢系統(tǒng)是否正常，如一切正常，操作人員可以對主機進行操控。系統(tǒng)主程序主要包括轉(zhuǎn)換開關(guān)通信聯(lián)絡(luò)、車鐘顯示、安全保護及故障報警與處理、子程序的控制調(diào)用等幾部分功能。作業(yè)流程如圖5 所示。

2.2 轉(zhuǎn)換開關(guān)通信聯(lián)絡(luò)程序

轉(zhuǎn)換開關(guān)只是用于駕控臺和機艙進行通訊聯(lián)系，沒有控制主機的作用。具有備車、完車、機旁、駕控、集控等轉(zhuǎn)換功能。作業(yè)流程如下頁圖6 和圖7 所示。

2.3 車鐘顯示程序

車鐘顯示是通過單片機控制雙色數(shù)碼管，實時顯示主車鐘車令的情況，其作業(yè)流程如下頁圖8 所示。

3 系統(tǒng)調(diào)試

系統(tǒng)調(diào)試主要是指程序上的調(diào)試，包括分塊調(diào)試和系統(tǒng)整體調(diào)試。軟件的所有程序都經(jīng)過調(diào)試通過，并且有一些模塊，借助串口通信調(diào)試助手軟件，進行了串口通信以及485 通信的調(diào)試工作，調(diào)試結(jié)果能滿足設(shè)計要求，達到了預(yù)期的功能。

4 結(jié)語

為改進某新建雙主機船舶主機遙控系統(tǒng)控制面板的設(shè)計，對新船控制面板的主車鐘控制電路、應(yīng)急車鐘控制電路、車鐘顯示電路、控制方式轉(zhuǎn)換開關(guān)電路等進行了優(yōu)化設(shè)計，采用了一個雙手柄車鐘，與其姊妹船上采用的2 個單手柄車鐘相比，結(jié)構(gòu)更加緊湊，更加節(jié)約空間，并增加了左、右應(yīng)急車鐘，可以保證在應(yīng)急的工況下對主機進行正常操作。此外，還增加了左、右主機遙控系統(tǒng)電源監(jiān)視功能，通過電源指示燈來實時顯示系統(tǒng)電源的狀態(tài)。