某型港作拖船機艙監(jiān)控系統(tǒng)的研究與改進

某型港作拖船機艙監(jiān)控臺是全船動力系統(tǒng)的監(jiān)視裝置,采集機艙所有監(jiān)測點、控制點以及主機系統(tǒng)的各主要參數(shù),由系統(tǒng)集中處理進行報警及顯示,并在駕控臺延伸報警。

1 原系統(tǒng)存在的問題

1.1 設(shè)計缺陷

由于原有機艙監(jiān)控裝置屬于上世紀(jì) 80年代的產(chǎn)品,主要采用繼電器電路和 CMOS電路相結(jié)合的控制方式,來實現(xiàn)監(jiān)測、報警功能,因此在設(shè)計方式上存在缺陷。其中系統(tǒng)控制功能都是用硬件實現(xiàn)的,致使監(jiān)控臺內(nèi)插件板較多,各種線路繁雜,船員的日常檢修、維護極為不便。另外控制電路板故障率較高,修理電路板又必須有專業(yè)的技術(shù)軟件和專業(yè)的工具,并且對修理人員的技能要求較高,目前艦員級維修無法做到如此專業(yè)的修理和維護,大量的工作還要依賴專業(yè)修理廠,這樣使得裝備的完好率較低,影響船舶的在航時間。

1.2 系統(tǒng)老化問題

經(jīng)過 20年的使用,各傳感器、繼電器電路和電路板的接插部件已經(jīng)嚴(yán)重老化,經(jīng)常有接觸不良而造成的誤動作和報警現(xiàn)象,并且 CMOS電路也進入了使用疲勞期,對系統(tǒng)的可靠性影響較大。因此隨著系統(tǒng)使用年限的增加,各種老化問題引發(fā)的不確定性故障經(jīng)常出現(xiàn)。

1.3 配件及保障問題

隨著技術(shù)的發(fā)展,電子裝備正朝著通用化、數(shù)字化、模塊化方向發(fā)展,一般要求當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)了問題后能迅速確定故障點,并簡單的通過更換模塊檢查排除。原有電路板是設(shè)備制造廠設(shè)計的,不是通用器件,配件又?jǐn)嗑€,完全不具備通用性,給使用、檢修、維護都帶來極大的不方便。

目前某基地使用的兩條此類型拖船均出現(xiàn)了機艙監(jiān)控臺頻繁誤報警并引起主機自動停車的情況,對裝備的正常使用和安全保障構(gòu)成極大的威脅,而且問題一直沒有得到有效的解決。因此對機艙監(jiān)控系統(tǒng)進行技術(shù)研究并加以改進來提高系統(tǒng)的可靠性成為該型船裝備保障工作的重點。

2 改進方案

2.1 設(shè)計思路

在原有監(jiān)控臺的基礎(chǔ)上重新設(shè)計改裝監(jiān)控系統(tǒng),極大的簡化硬件結(jié)構(gòu),完全實現(xiàn)數(shù)字化、模塊化。保證系統(tǒng)的通用性、互換性。

用可編程控制器、觸摸屏來實現(xiàn)硬件設(shè)計,用軟件完成邏輯運算,保證系統(tǒng)的可靠性。

當(dāng)出現(xiàn)各類故障時系統(tǒng)能顯示故障部位,提高檢修的方便性。

系統(tǒng)設(shè)計時保留擴展接口,為以后系統(tǒng)功能的擴展提供條件。

2.2 技術(shù)方案

近年來,隨著電子技術(shù)的革新以及工控和組態(tài)技術(shù)在工業(yè)中的蓬勃發(fā)展,工控機、單片機和 PLC的應(yīng)用已經(jīng)非常成熟,在工業(yè)控制上成功的替代了以前的模擬、數(shù)字電路系統(tǒng)。海軍裝備為實現(xiàn)現(xiàn)代化也促使新技術(shù)、新產(chǎn)品在艦船上大量的應(yīng)用,在新式艦船上主要監(jiān)控系統(tǒng)都采用了工控機、總線等先進的控制技術(shù)。

為了提高機艙監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性、通用性,本系統(tǒng)采用可編程控制器對機艙監(jiān)控系統(tǒng)核心進行改進設(shè)計,改裝后系統(tǒng)主機選用西門子可編程控制器(PLC)CPU226,用 PLC的輸入通道采集所有外部報警信號和控制信號,通過 PLC編程以軟件的形式實現(xiàn)原有的邏輯功能和報警功能。監(jiān)控室顯示板更新為功能豐富的人機界面 (觸摸屏)DOPA10TCTD,用來顯示和處理所有報警信號,而且人機界面還可以實現(xiàn)控制功能并與主機 PLC直接通訊。由于駕駛室遙控報警板離機艙較遠(yuǎn),仍沿用原有的顯示和控制方式,但是所有的顯示和控制都改用機艙PLC實現(xiàn)。為了保護PLC和人機界面,提高系統(tǒng)穩(wěn)定性,根據(jù)輸出負(fù)載的功耗情況,在機艙監(jiān)控臺加一塊輸入、輸出隔離板,用來隔離驅(qū)動功耗較大的負(fù)載。

西門子可編程控制器在 STEP7-Micro/WIN軟件下完成系統(tǒng)編程,以軟件的形式實現(xiàn)系統(tǒng)的各種邏輯控制功能,這樣既增加了系統(tǒng)的可靠性也提高了可塑性。人機界面在 Screen Editor組態(tài)軟件環(huán)境下實現(xiàn)與 PLC的通訊和顯示,而且人機界面可以作為部分輸入控制單元參與系統(tǒng)控制,簡化系統(tǒng)。

3 改進效果

改裝后的監(jiān)控系統(tǒng)僅用了 4個模塊完成了所有系統(tǒng)功能,大大簡化了原有的硬件結(jié)構(gòu)。并且出現(xiàn)故障后可準(zhǔn)確的判斷出故障點,對故障模塊直接更換即可排除。邏輯運算用軟件編程實現(xiàn),極大的增加了可靠性,而且維護、保養(yǎng)、檢修相當(dāng)方便,減輕了船員保養(yǎng)的工作量。通過隨船進行的各項試驗表明,系統(tǒng)的功能、指標(biāo)均達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計目標(biāo)。

改進后的系統(tǒng)不僅保留原系統(tǒng)所有功能,而且能根據(jù)用戶要求擴展部分頻率信號和模擬量信號的顯示,豐富了監(jiān)控臺的顯示功能。人機界面還可外接打印機等輸出設(shè)備,對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行存儲和管理,可有效的記錄各系統(tǒng)歷史工作狀態(tài)。

4 結(jié)束語

上述機艙監(jiān)控系統(tǒng)的研究與改進,成功完成了該系統(tǒng)的技術(shù)升級,簡化了硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),對艦船裝備的保障有極大的實際意義。新系統(tǒng)的最大優(yōu)勢在于完成了模塊化設(shè)計的同時,還具備較好的擴展性,為以后機艙現(xiàn)代化改裝打下了基礎(chǔ),有較好的經(jīng)濟和軍事效益。

U672

C

1001-8328(2010)05-0052-01

(92330部隊裝備部 韓利昆;4808工廠威海修船廠徐 巍,楊文軍 供稿)