吳海春

（渤海船舶職業(yè)學(xué)院， 遼寧 興城 125105）

引言

船舶主機(jī)遙控系統(tǒng)控制面板是船員和主機(jī)進(jìn)行信息交換的接口，用于發(fā)出車令，對(duì)主機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，還能進(jìn)行駕駛臺(tái)與集控室之間的通訊，以及檢測(cè)從現(xiàn)場(chǎng)總線送來的各種模擬量和開關(guān)信號(hào)，并通過蜂鳴器和指示燈進(jìn)行分點(diǎn)聲光報(bào)警等。某新建雙主機(jī)船舶的姊妹船已投入運(yùn)營(yíng)，其主機(jī)遙控系統(tǒng)控制面板上設(shè)有2 個(gè)單手柄車鐘，占用空間較大，無法將應(yīng)急車鐘布置在主機(jī)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(jī)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(duì)控制面板進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，圖1 是為某雙主機(jī)船舶新設(shè)計(jì)的主機(jī)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(tái)和集控室，兩者的控制、顯示及報(bào)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(jī)超速、主機(jī)淡水低壓、主機(jī)滑油低壓和齒輪箱錯(cuò)向等各種報(bào)警指示燈[1-2]。

1 控制面板硬件設(shè)計(jì)

1.1 硬件設(shè)計(jì)邏輯

船舶主機(jī)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(shí)現(xiàn)的指示、故障報(bào)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(shí)，還要兼顧到軟硬件的特點(diǎn)，并盡量滿足軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、電路所用元件最少、系統(tǒng)運(yùn)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(jī)。為尊重駕駛員的操作習(xí)慣和節(jié)省空間，設(shè)計(jì)時(shí)選用雙手柄電位器式車鐘作為主車鐘，既可以單獨(dú)操控每臺(tái)主機(jī)，也可以聯(lián)動(dòng)，同時(shí)操控兩臺(tái)主機(jī)。這種車鐘主要用在電子器件或微型計(jì)算機(jī)組成的遙控系統(tǒng)中，其工作原理及輸出特性如下頁(yè)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(dòng)一個(gè)滑動(dòng)觸點(diǎn)，與環(huán)形電位器接觸。把車鐘手柄扳到中間，即停車位時(shí)，其輸出電壓信號(hào)U0=0，隨著手柄設(shè)定在不同速度擋上，就會(huì)輸出一個(gè)相應(yīng)的電壓信號(hào)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(jī)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(jī)艙傳達(dá)操作指令，并由機(jī)艙值班員回答命令執(zhí)行情況的聯(lián)絡(luò)信號(hào)裝置。應(yīng)急車鐘采用一個(gè)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(jì)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(gè)擋位，轉(zhuǎn)到哪一個(gè)擋位就送出一個(gè)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(gè)擋位，分別為進(jìn)一、進(jìn)二、進(jìn)三、進(jìn)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(shí)，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(gè)開關(guān)量，經(jīng)分析處理后，來控制主機(jī)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(gè)電阻、11 個(gè)指示燈和1 個(gè)40P 的排線口組成。每個(gè)指示燈上串一個(gè)電阻，11 個(gè)指示燈之間采用并聯(lián)方式連接。萬轉(zhuǎn)與單片機(jī)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(jī)的輸出排線口相連。當(dāng)萬轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，送出一個(gè)開關(guān)量給單片機(jī)，單片機(jī)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(gè)引腳導(dǎo)通，相應(yīng)的指示燈被點(diǎn)亮。同時(shí)，單片機(jī)將信號(hào)輸入到控制器中，進(jìn)而控制主機(jī)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(jī)、數(shù)碼管、復(fù)位芯片及通信芯片等組成，在設(shè)計(jì)車鐘顯示電路時(shí)，采用了一個(gè)雙色數(shù)碼管來對(duì)車鐘的操作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，數(shù)碼管的顯示由單片機(jī)控制，分為數(shù)字控制和顏色控制兩部分。這樣設(shè)計(jì)不僅使操縱臺(tái)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(shí)讀起來更加方便。雙色共陽(yáng)極數(shù)碼管如圖4 所示，共有10 個(gè)引腳，其中a、b、c、d、e、f、g，7 個(gè)引腳分別是數(shù)碼管的7段，DP 引腳為數(shù)碼管的1 個(gè)小數(shù)點(diǎn)（這里不用），另2個(gè)引腳K，一個(gè)是共陽(yáng)紅3，一個(gè)是共陽(yáng)綠8。車鐘共有9 個(gè)擋位，其中前進(jìn)擋4 個(gè)，后退擋4 個(gè)，停車擋1個(gè)。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(shí)，顯示綠色1-4；倒車時(shí)，顯示紅色1-4；停車時(shí)顯示紅色0。在雙主機(jī)船舶中，共有兩個(gè)這樣的數(shù)碼管，分別顯示左、右兩個(gè)主機(jī)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(jī)遙控系統(tǒng)的船舶中，一般可在駕駛臺(tái)、集中控制室和機(jī)旁三個(gè)部位操縱主機(jī)。為保證在同一時(shí)間只能在一個(gè)部位操縱主機(jī)，要設(shè)有操縱部位轉(zhuǎn)換裝置。控制方式轉(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(shí)現(xiàn)備車、完車、機(jī)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(hào)以開關(guān)量的形式發(fā)送到主控制器，由主控制器識(shí)別后進(jìn)行相應(yīng)控制方式的切換[6]。

2 控制面板軟件設(shè)計(jì)

2.1 主程序流程

面板所有設(shè)計(jì)程序均采用Keil C51 編譯環(huán)境來編譯。主機(jī)遙控系統(tǒng)開機(jī)以后，首先進(jìn)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(duì)主機(jī)進(jìn)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(hù)及故障報(bào)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(tái)和機(jī)艙進(jìn)行通訊聯(lián)系，沒有控制主機(jī)的作用。具有備車、完車、機(jī)旁、駕控、集控等轉(zhuǎn)換功能。作業(yè)流程如下頁(yè)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(jī)控制雙色數(shù)碼管，實(shí)時(shí)顯示主車鐘車令的情況，其作業(yè)流程如下頁(yè)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(jìn)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(jì)要求，達(dá)到了預(yù)期的功能。

4 結(jié)語(yǔ)

為改進(jìn)某新建雙主機(jī)船舶主機(jī)遙控系統(tǒng)控制面板的設(shè)計(jì)，對(duì)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(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用了一個(gè)雙手柄車鐘，與其姊妹船上采用的2 個(gè)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(duì)主機(jī)進(jìn)行正常操作。此外，還增加了左、右主機(jī)遙控系統(tǒng)電源監(jiān)視功能，通過電源指示燈來實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)電源的狀態(tài)。