郭曉波，許亮亮，張海龍

（上海中遠船務(wù)工程有限公司，上海 200231）

鉆井船閥門遙控系統(tǒng)設(shè)計

郭曉波，許亮亮，張海龍

（上海中遠船務(wù)工程有限公司，上海 200231）

閥門遙控系統(tǒng)是由控制臺利用液、氣、電作為動力對閥門的開啟、關(guān)閉進行遠距離集中控制，同時可以監(jiān)測到各個閥的運行情況。首先介紹了遙控閥的類型，再通過兩種常見的控制方案闡述了閥門遙控系統(tǒng)的控制原理，最后以上海中遠船務(wù)工程有限公司在建鉆井船項目為例，詳細講述了電液動式閥門遙控系統(tǒng)的設(shè)計方法。

閥門遙控系統(tǒng)；控制方案；電液動式閥門

0 引言

閥門遙控系統(tǒng)是由控制臺利用液、氣、電作為動力對閥門的開啟、關(guān)閉進行遠距離集中控制，同時可以監(jiān)測到各個閥的運行情況。一般閥門遙控裝置包括中央控制站、控制柜、液壓站、液壓管線、現(xiàn)場閥體和執(zhí)行機構(gòu)（注：只有選用液壓式遙控閥時，才包含液壓站和液壓管線）。在中央控制站或控制柜處通過監(jiān)測裝置或者計算機發(fā)出動作指令，由安裝在現(xiàn)場的執(zhí)行機構(gòu)來執(zhí)行，同時將位置信號反饋至控制柜和中央控制站，從中控制系統(tǒng)可以方便快捷地控制遠程閥門并實時了解閥門的開閉狀態(tài)［1］。

1 遙控閥的類型

根據(jù)遙控閥的驅(qū)動方式可以分為電動、氣動、液動、電液動四種基本類型［2，3］。電動遙控閥是以交流或直流電作為動力來源，通過控制臺上的開關(guān)控制電機的正反轉(zhuǎn)從而控制閥門的開、閉；氣動遙控閥是以氣源壓力作為動力，通過控制臺上的開關(guān)通過控制對應(yīng)開閉閥氣管上的電磁閥換向，由氣壓驅(qū)動器驅(qū)動閥門進行開、閉；液動遙控閥是由液壓泵站提供動力源，通過控制臺上的開關(guān)控制對應(yīng)的開、關(guān)閥管路上的電磁閥換向，由液壓驅(qū)動器驅(qū)動閥門進行開、閉；電液動遙控閥是以液壓為動力，通過控制柜控制電液式驅(qū)動電機正反轉(zhuǎn)，使驅(qū)動器液壓泵將正向或者反向的液壓動力提供給開、閉油路進行閥的開、閉。

根據(jù)閥的功能又可分為雙作用閥和單作用閥。需要失電后保持開關(guān)狀態(tài)不變時選用雙作用閥，需要失電后關(guān)閉或者失電后打開時，選用單作用閥。閥門選擇要滿足規(guī)范要求和船東要求，如壓載系統(tǒng)的遙控閥，要求當失去控制電源和壓力時，遙控閥必須為關(guān)閉狀態(tài)或?qū)蜿P(guān)閉，所以只能選擇單作用閥。

根據(jù)閥的開閉程度又可以將閥分為兩種，一種是開關(guān)閥，其控制及反饋信號為數(shù)字量；一種是調(diào)節(jié)閥，其控制信號和反饋信號為模擬量。

2 閥門遙控系統(tǒng)的控制原理

閥門遙控系統(tǒng)是可以通過遠程監(jiān)測并控制閥門開閉的系統(tǒng)。閥門遙控系統(tǒng)可以作為一個獨立的系統(tǒng)，有單獨的設(shè)備供應(yīng)商提供整套控制系統(tǒng)，并與中央集成控制系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)遠程遙控功能；也可以集成到中央控制系統(tǒng)中，成為中控系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)，由中控系統(tǒng)提供完整的系統(tǒng)［4］。無論采取獨立系統(tǒng)還是集成為中控系統(tǒng)的子系統(tǒng)，閥門遙控系統(tǒng)的控制原理都是一致的。其控制系統(tǒng)拓撲圖如圖1和圖2所示。

2.1 閥門遙控系統(tǒng)作為一個獨立的系統(tǒng)來設(shè)計

圖1所示方案中，遙控閥按照區(qū)域就近連接到對應(yīng)的閥門遙控系統(tǒng)控制柜上，控制柜集成了 I/O模塊，系統(tǒng)控制模塊和系統(tǒng)操作的人機界面，通過人機界面顯示MIMIC圖，獲取閥門的開、閉狀態(tài)；通過人機界面的鼠標或者鍵盤來發(fā)送命令信號，從而達到遠程控制閥門的目的。

各個控制柜之間通過Ethernet網(wǎng)絡(luò)連接，使得任何一個單獨的控制柜上都可以監(jiān)測并控制所有的遙控閥?？刂乒裢ㄟ^RS-485總線和中控聯(lián)網(wǎng)，使得所有的遙控閥也可以通過中控監(jiān)測并通過控制位置的選擇，轉(zhuǎn)移到中控控制。

2.2 閥門遙控系統(tǒng)作為中控系統(tǒng)的一部分來設(shè)計

圖2所示，遙控閥系統(tǒng)和中控系統(tǒng)共用現(xiàn)場信號采集柜（I/O柜），各個區(qū)域的遙控閥就近連接到I/O柜中，I/O柜經(jīng)網(wǎng)絡(luò)連接到中央控制柜，閥門遙控的控制模塊集成在中控系統(tǒng)的控制柜中，再經(jīng)網(wǎng)絡(luò)連接到人機操作界面，通過改界面監(jiān)測并控制遙控閥。根據(jù)船東要求，在現(xiàn)場需要就地控制位置，可以加設(shè)就地控制板以滿足需要。

圖1 閥門遙控系統(tǒng)典型拓撲圖

圖2 閥門遙控系統(tǒng)典型拓撲圖

3 鉆井船閥門遙控系統(tǒng)設(shè)計方案

上海中遠船務(wù)工程有限公司在建鉆井船項目中閥門遙控系統(tǒng)主要服務(wù)于壓載系統(tǒng)、艙底水系統(tǒng)、海水冷卻系統(tǒng)中的遙控閥?？紤]到管線敷設(shè)難度，所有遙控閥選用的是電液式遙控閥。根據(jù)閥門的位置分布共配置了五個自帶工作站的閥門遙控控制柜，同時配有兩臺手搖泵以備應(yīng)急狀態(tài)時本地手動操作閥門。以下分別從系統(tǒng)電源、網(wǎng)絡(luò)、控制器和中控的接口，以及控制模塊等方面來介紹本項目中閥門遙控系統(tǒng)的設(shè)計方案［5］。

閥門遙控控制柜電源為220VAC 60Hz，正常情況下由船舶正常電源供給，當正常電源失效時，自動切換到220VAC 60Hz應(yīng)急電源并向中控發(fā)送一個報警信號?？刂乒裰信溆袃陕?20VAC/24VDC開關(guān)模塊電源，一路是為正常，另一路作備用，當正常模塊失效后切換到備用模塊供電并向中控發(fā)送報警信號。此外，每個控制柜中還配置有維持20分鐘供電的蓄電池。

每個控制柜配有一組網(wǎng)絡(luò)開關(guān)，主要作用是連接控制器和HMI人機界面?？刂破鬟B接到接口1，工作站HMI連接到接口2，接口3用作連接外部計算機，接口4和接口5用來和其它控制柜相連。該設(shè)計可使每一臺控制柜都可以分享其他所有控制柜的信息。該網(wǎng)絡(luò)為Moxa Turbo Ring冗余網(wǎng)絡(luò)，當網(wǎng)絡(luò)異常時，可以在20ms之內(nèi)迅速恢復網(wǎng)絡(luò)聯(lián)機，確保系統(tǒng)正常運行。

每個控制柜中配有一個可編程控制器，控制器的地址根據(jù)控制柜編號編寫，遙控閥的控制和報警裝置都安裝在控制器中，此外控制器還配有和本地網(wǎng)絡(luò)的接口，便于修改內(nèi)部程序。

每個控制柜中有兩個相互冗余的RS485模塊，通過RS485模塊和中控傳輸數(shù)據(jù)。兩個模塊中的數(shù)據(jù)相同，如果一個模塊故障，信號可以通過另一個模塊傳輸。每個控制柜配有一個帶有“17”的HMI操作界面的工作站，并自帶數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視系統(tǒng)APERIO。APERIO系統(tǒng)是船員最常用的操作系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)可以通過設(shè)計好的顯示界面全程控制并監(jiān)測遙控閥的狀態(tài)。所有的遙控閥和相關(guān)的三個系統(tǒng)（壓載系統(tǒng)、艙底水系統(tǒng)、海水冷卻系統(tǒng)）信息可以在五個控制的任何一個工作站上完全顯示。

本項目采用的閥門控制模塊是專門為控制Damcos閥門設(shè)計的控制單元，控制模塊通過控制本地執(zhí)行機構(gòu)中的電磁閥或者本地動力單元來控制閥門的開、閉。該模塊既可以通過中控控制也可以通過控制柜上的HMI控制，此外該模塊上還配有開、閉按鈕，以備緊急狀況時控制?？刂颇K上有兩路繼電器輸出到本地執(zhí)行機構(gòu)的電磁閥和動力單元從而控制閥門的開、閉，同時配有閥門位置反饋信號輸入接口。

4 結(jié)論

閥門遙控系統(tǒng)作為船舶及海洋工程中的常用系統(tǒng)，在設(shè)計過程中要充分考慮船舶或海洋工程的實際情況選擇閥門的類型。根據(jù)各系統(tǒng)閥門的實際分布位置確定閥門遙控系統(tǒng)控制柜或接線柜的臺數(shù)，在滿足規(guī)范要求［6，7］的前提下確定控制柜合適的安裝位置，同時要考慮系統(tǒng)電源、網(wǎng)絡(luò)配置滿足冗余要求。本文通過介紹遙控閥類型，閥門遙控控制原理，比結(jié)合實際項目設(shè)計，對閥門遙控系統(tǒng)的設(shè)計方案做了詳細說明，望對以后的設(shè)計提供一定的參考價值。

［1］ 林銳， 劉輝， 張軒. 船舶閥門遙控系統(tǒng)研究與分析［J］.流體傳動與控制， 2007（6）： 15-16.

［2］ 韓章. 船舶閥門遙控系統(tǒng)的選擇［J］. 船舶與海洋工程，2009（2）： 33-34.

［3］ 周守為. 海洋石油工程設(shè)計指南［M］. 北京： 石油工業(yè)出版社， 2007.

［4］ 陳可越. 船舶設(shè)計手冊［M］. 北京： 中國交通科技出版社， 2008.

［5］ EMERSON閥門遙控系統(tǒng)資料［Z］. 2012.

［6］ ABS Rules for mobile offshore drilling units［S］. 2012.

［7］ ABS Rules for building and classing steel vessel［S］. 2012.

Design of Valve Remote Control System for Drill Ship

Guo Xiao-bo， Xu Liang-liang， Zhang Hai-long
（COSCO Shanghai Shipyard Co.， Ltd.， Shanghai 200231， China）

Valve remote control system is a kind of system that could control the valve form a remote controller by using the hydraulic pressure， air pressure and electric power as the source of power. At the same time， the operation state of each valve can be monitored on the remote controller. The paper introduces the type of remote control valve， and explains the control principle of valve remote control system through two common control schemes. Finally， the dill ship is taken as an example to describe the design method of the electro-hydraulic valve remote control system.

valve remote control system； control scheme； electro-hydraulic valve

U665.13

A

10.14141/j.31-1981.2016.01.017

郭曉波（1988—），女，助理工程師，研究方向：船舶與海洋工程電氣專業(yè)設(shè)計。