船舶機(jī)艙自動化系統(tǒng)現(xiàn)場安裝與調(diào)試探討

船舶機(jī)艙自動化系統(tǒng)設(shè)計(jì)和現(xiàn)場施工是船舶機(jī)艙自動化設(shè)備在工程應(yīng)用活動中的主要環(huán)節(jié)，系統(tǒng)的現(xiàn)場安裝與調(diào)試工作在整個的施工過程當(dāng)中占據(jù)了非常重要的地位。如果系統(tǒng)現(xiàn)場安裝調(diào)試的措施和方法不得當(dāng)，不但會導(dǎo)致項(xiàng)目進(jìn)度被延誤，更有可能會損壞系統(tǒng)設(shè)備。現(xiàn)場安裝與調(diào)試的措施和方法是否合適也就決定了系統(tǒng)在交付使用后的運(yùn)行效果。如果措施和方法不適合有可能會危及到以后船舶在航行中的安全。如今，船舶機(jī)艙自動化系統(tǒng)通常都是以集成的方式出現(xiàn)，系統(tǒng)一般采用多段的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。因?yàn)榇皺C(jī)艙自動化系統(tǒng)是一個軟硬件的共同體，所以系統(tǒng)的現(xiàn)場安裝和調(diào)試過程與傳統(tǒng)的電氣與自動化系統(tǒng)不同。有效合理的安裝與調(diào)試措施，是船舶機(jī)艙自動化系統(tǒng)現(xiàn)場施工工作的關(guān)鍵。一、船舶機(jī)艙自動化系統(tǒng)現(xiàn)狀船舶機(jī)艙自動化中機(jī)艙集中控制和監(jiān)測系統(tǒng)是最基本和最重要的自動化設(shè)備之一。根據(jù)目前船舶機(jī)艙自動化實(shí)際應(yīng)用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將計(jì)算機(jī)控制和監(jiān)測系統(tǒng)的形式分為以下3種。1)集中型。集中型系統(tǒng)的一個典型特點(diǎn)就是在集控室里用一臺性能強(qiáng)且運(yùn)算速度快的中小型計(jì)算機(jī)，對機(jī)艙里的動力裝置等設(shè)備進(jìn)行集中的控制和監(jiān)測。它能監(jiān)測系統(tǒng)中上百個參數(shù)，并且可以對系統(tǒng)中一些模擬量和開關(guān)量進(jìn)行閉環(huán)或開環(huán)的控制，同時也可以代替一些模擬調(diào)節(jié)器，如溫度、壓力、轉(zhuǎn)速等，并對這些被控參數(shù)實(shí)現(xiàn)PID自動調(diào)節(jié)控制。2)分布型，又稱為FCS系統(tǒng)。這種系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)場總線來作為每個分系統(tǒng)內(nèi)部的控制網(wǎng)絡(luò)，例如CAN總線等，同時將上層的監(jiān)測和控制功能下放，并利用輸入輸出模塊、傳感器及變送器和執(zhí)行器等部件在現(xiàn)場來實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的各項(xiàng)功能，通過對現(xiàn)場信息利用度的提高來增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性。由于系統(tǒng)采用現(xiàn)場總線通訊協(xié)議是開放的，所以既能在控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)互換與互操作，又能讓機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)如主機(jī)控制與監(jiān)測系統(tǒng)、電站系統(tǒng)等系統(tǒng)之間的連接更為方便，使得船舶機(jī)艙自動化綜合控制信息系統(tǒng)的構(gòu)建和實(shí)現(xiàn)有了一定的通訊基礎(chǔ)。如圖1所示。圖1動力裝置遙控系統(tǒng)示意圖3)集散型，又稱為DCS系統(tǒng)。該系統(tǒng)將控制點(diǎn)和監(jiān)測點(diǎn)按照布置或功能進(jìn)行了分區(qū)，每個分區(qū)設(shè)一臺下層采集處理模塊。信號經(jīng)采集處理模塊轉(zhuǎn)換處理后，經(jīng)通信線送到上層處理微機(jī)。集散型監(jiān)控系統(tǒng)一般分為3層：現(xiàn)場設(shè)備層、控制監(jiān)測層、信息管理層。現(xiàn)場設(shè)備層采用現(xiàn)場總線技術(shù)構(gòu)成一個分布的現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)。信息管理層采用以太網(wǎng)技術(shù)，并通過網(wǎng)關(guān)與底層的現(xiàn)場總線進(jìn)行連接，以實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場設(shè)備層信息交互、控制信息的共享。二、安裝與調(diào)試程序根據(jù)船舶建造項(xiàng)目現(xiàn)場施工的進(jìn)度要求，保質(zhì)、按期完成系統(tǒng)設(shè)備的安裝和調(diào)試工作，關(guān)鍵是如何合理有效地安排機(jī)艙自動化系統(tǒng)設(shè)備的安裝與系統(tǒng)程序的調(diào)試。船舶機(jī)艙自動化系統(tǒng)的安裝和調(diào)試工作首先要從機(jī)艙自動化系統(tǒng)的組成部分開始，比如系統(tǒng)輸入輸出信號的連接、系統(tǒng)的軟硬件配置以及系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)等，這是由系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定的。安裝與調(diào)試的工作需要循序漸進(jìn)，確保完成了前一步的工作之后才能開始下一步的工作，與此同時，也要詳細(xì)記錄整個安裝和調(diào)試的過程，形成調(diào)試過程記錄文件，以便后續(xù)維修保養(yǎng)工作查看。三、安裝與調(diào)試設(shè)備1、前期準(zhǔn)備前期準(zhǔn)備工作是完成機(jī)艙自動化系統(tǒng)安裝與調(diào)試的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，是不可缺少的一個過程。其技術(shù)準(zhǔn)備工作如下。1)熟悉機(jī)艙動力裝置監(jiān)控對象。機(jī)艙自動化系統(tǒng)是為船舶推進(jìn)動力裝置服務(wù)的。吃透推進(jìn)動力裝置各設(shè)備控制和監(jiān)測的要求，了解機(jī)艙各設(shè)備工作特點(diǎn)和作用，明白系統(tǒng)各項(xiàng)功能如何實(shí)現(xiàn)。同時熟悉船舶機(jī)艙自動化系統(tǒng)的各項(xiàng)設(shè)備的特性與功能，明白設(shè)備安裝與調(diào)試的要求、要點(diǎn)，明確下一步工作的方向和內(nèi)容。2）熟悉監(jiān)測和控制系統(tǒng)的各項(xiàng)設(shè)計(jì)資料。如監(jiān)測系統(tǒng)所含設(shè)備及其功能,控制系統(tǒng)的配置與功能,通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),現(xiàn)場I／O信號的名稱、類型、信號的數(shù)量以及在現(xiàn)場的分布情況等。3）吃透系統(tǒng)功能。對監(jiān)測和控制的原理圖，電氣內(nèi)部接線圖，外部電纜連接圖等等進(jìn)行消化和吸收。4)實(shí)驗(yàn)室調(diào)試。在實(shí)驗(yàn)室對已經(jīng)完成加工和制造的船舶機(jī)艙自動化系統(tǒng)進(jìn)行靜態(tài)調(diào)試，并按要求完成測試和檢驗(yàn)，包括系統(tǒng)功能檢驗(yàn)，性能檢測，質(zhì)量檢驗(yàn)等。按機(jī)艙自動化系統(tǒng)配置的所有設(shè)備的氣、電連接完好后進(jìn)行系統(tǒng)通電，同時通過軟件平臺激活硬件平臺，組成完整的連接網(wǎng)絡(luò)。對模擬量、開關(guān)量信號進(jìn)行模擬試驗(yàn)；對控制系統(tǒng)啟動、停車、緊急停車和手柄調(diào)節(jié)操作等功能進(jìn)行效用試驗(yàn)等。2、設(shè)備安裝與接線按照機(jī)艙自動化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)資料，先把船舶機(jī)艙內(nèi)的各電氣設(shè)備、控制箱以及現(xiàn)場各類儀表、傳感器、變送器、執(zhí)行器等設(shè)備安裝到位；將駕駛室、集控室、輪機(jī)長室(機(jī)電長室)、大管輪室、損管中心等操作站或控制站等安裝到位；校驗(yàn)敷設(shè)的電纜；然后對各個設(shè)備完成接線、管路連接等工作，其中包括各個設(shè)備的主回路、監(jiān)控系統(tǒng)I／0信號回路、控制回路、通訊網(wǎng)路等電纜連接以及壓力傳感器等設(shè)備的管路連接。電氣設(shè)備安裝、電纜的敷設(shè)和安裝必須按照《中國造船質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(CSQS)和《船舶建造質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(JNS)要求及有關(guān)電氣安裝工藝圖冊、電纜敷設(shè)工藝以及接地工藝等進(jìn)行。在敷設(shè)電纜時，通過有效的保護(hù)和控制措施來消除電纜在傳輸信號的過程中受到的各種干擾是非常關(guān)鍵的。敷設(shè)監(jiān)控系統(tǒng)輸入輸出信號電纜時，為了使傳輸?shù)男盘柌皇軓?qiáng)磁場的干擾，采取的主要措施一般是不平行敷設(shè)電力電纜和信號電纜，且盡可能避開大功率的用電設(shè)備。電纜敷設(shè)的重疊厚度不超過2層或不大于50mm，電纜需分束敷設(shè)，屬于同一電路的電纜敷設(shè)每束不超過6根。在敷設(shè)電纜時，電纜彎曲最小內(nèi)半徑應(yīng)為電纜外徑的4—6倍；電纜線路在敷設(shè)過程中盡量避開上、下水、通風(fēng)及油、水、氣管路；與蒸汽管或排氣管交叉敷設(shè)時，其表面相距不小于70mm，平行敷設(shè)其表面應(yīng)相距不小于80mm，否則應(yīng)采取隔熱措施。通常通信電纜傳遞通信信號時會產(chǎn)生信號衰減，信號在通信電纜的長度每增加1m時就會衰減0.8dB，每個電纜接頭會衰減1dB，每個分支器會衰減14dB。針對這樣的衰減，一般在敷設(shè)電纜的時候會采取的控制和保護(hù)措施如下：①規(guī)劃好電纜敷設(shè)的方向，盡量縮短傳輸距離，減少接頭和分支器的數(shù)量，并且緊密連接電纜；②通信網(wǎng)絡(luò)的兩端應(yīng)該接入終端器或者終端電阻；③為了比較好的匹配網(wǎng)絡(luò)阻抗，應(yīng)盡量保持控制站兩邊的電纜長度和分支點(diǎn)數(shù)的一致。通信電纜與電力電纜必須嚴(yán)格分開敷設(shè)，與電力電纜之間的距離至少要保證40cm／kV，必須要交叉時應(yīng)保證垂直交叉，并盡量避開高溫地方。3、系統(tǒng)接地為了抑制電網(wǎng)干擾，船舶機(jī)艙自動化系統(tǒng)在供配電的設(shè)計(jì)中，有一個重要的組成部分就是船舶接地技術(shù)。一般船舶供配電采用三相三線電制，按規(guī)范要求設(shè)備的金屬殼體或金屬類部件與接地螺釘之間的接地電阻應(yīng)不大于0.1Ω，從而保證所有不導(dǎo)電裸露的金屬類部件與金屬外殼在任何時候都是零電位差。為了防止電網(wǎng)中暫態(tài)電流或者雜散電流對設(shè)備的正常工作產(chǎn)生干擾，過去有些規(guī)范會要求電子設(shè)備進(jìn)行單獨(dú)接地。現(xiàn)在船舶工程中不提倡單獨(dú)接地。有些電子設(shè)備中為了防止機(jī)箱上的干擾電流直接耦合到信號電路，有意使電路單元信號地線與設(shè)備機(jī)箱絕緣，這種電源設(shè)計(jì)屬于系統(tǒng)懸浮地。在有些監(jiān)控電子設(shè)備中某一結(jié)構(gòu)作為接地基準(zhǔn)點(diǎn)，其它各單元的信號接地都連接到這一點(diǎn)上，在低頻時可有效地避免各單元之間的地阻抗干擾，這種電源設(shè)計(jì)屬于系統(tǒng)單元接地。根據(jù)上述綜合分析，我們經(jīng)常采取如下措施。1)用10mm的編制銅線匯接操作站與控制站，然后引至接地。2)用黃綠線單獨(dú)把信號輸入、輸出設(shè)備本體接地。3)對使用屏蔽電纜的輸入、輸出信號線，在監(jiān)測站或控制站端將屏蔽層匯接到接地端，現(xiàn)場端懸空。4)通信電纜屏蔽層應(yīng)在監(jiān)測站或控制站端匯集起來接地，另一端懸空。4、現(xiàn)場I／O信號連通通信網(wǎng)絡(luò)的正常通信是進(jìn)行以后調(diào)試的基礎(chǔ)。為此對通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接；對通信電纜校線；檢查控制站和監(jiān)測站情況，對各個節(jié)點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行通電；通過對軟件的置位或者硬件的開關(guān)置位，來連通整個網(wǎng)絡(luò)，使網(wǎng)絡(luò)正常工作。為確保設(shè)備安全，并盡快將輸入輸出信號連通：首先，用短接信號線來查通斷的方法，在設(shè)備不通電的情況下，對各個輸入輸出信號線進(jìn)行檢查；其次，在現(xiàn)場設(shè)備斷電，控制站與監(jiān)測站通電運(yùn)行且運(yùn)行正常的情況下檢查網(wǎng)絡(luò)通道是否正常，如果正常，則檢查各個輸入輸出信號的通道，方法是通過在現(xiàn)場短接給出開關(guān)量信號或者用信號發(fā)生器給出模擬信號。5、系統(tǒng)模擬聯(lián)調(diào)及驗(yàn)證在現(xiàn)場I／O信號連通和通訊網(wǎng)絡(luò)工作正常情況下，通過現(xiàn)場I／O信號狀態(tài)變化，對系統(tǒng)的各項(xiàng)功能進(jìn)行驗(yàn)證。1)對控制系統(tǒng)的各項(xiàng)功能進(jìn)行逐項(xiàng)驗(yàn)證，對設(shè)備聯(lián)鎖控制、故障聯(lián)鎖控制以及啟／?？刂乒δ艿冗M(jìn)行重點(diǎn)驗(yàn)證；并且對監(jiān)控系統(tǒng)的信號指示，延時等功能進(jìn)行驗(yàn)證；對繼電器、閥等動作狀況進(jìn)行檢查。2)逐項(xiàng)對監(jiān)測系統(tǒng)各項(xiàng)功能進(jìn)行驗(yàn)證，數(shù)據(jù)顯示及精度的調(diào)校、開關(guān)量信號延時及其各個報警點(diǎn)的校驗(yàn)、打印功能、數(shù)據(jù)記錄功能以及所有的管理功能進(jìn)行校驗(yàn)。3)對安全系統(tǒng)每個被控參數(shù)用模擬方法進(jìn)行驗(yàn)證。4）對現(xiàn)場的各個電器設(shè)備,主要如大功率電機(jī)等拖動設(shè)備，需要在脫開主回路的情況下，對二次控制回路進(jìn)行空投試驗(yàn)，即讓現(xiàn)場設(shè)備不運(yùn)轉(zhuǎn)，而輸入輸出信號正常發(fā)出，試驗(yàn)控制功能。6、系泊試驗(yàn)系泊試驗(yàn)是檢查整個系統(tǒng)中各電氣設(shè)備及附屬系統(tǒng)的安裝質(zhì)量、運(yùn)轉(zhuǎn)協(xié)調(diào)性、正確性和可靠性,檢查其技術(shù)性能是否符合標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格書及訂購合同的規(guī)定，決定整個系統(tǒng)是否可以進(jìn)行航行試驗(yàn)的一個重要環(huán)節(jié)。船舶機(jī)艙自動化系統(tǒng)安裝與調(diào)試工作中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)就是系泊試驗(yàn)。通常情況下,由船廠檢驗(yàn)人員、船檢局人員(或客戶代表)、船東輪機(jī)長和系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程人員參加,工作內(nèi)容主要是系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程人員協(xié)助船廠檢驗(yàn)人員一起,向船檢（或客戶代表)和船東（或駐艦機(jī)電長）對機(jī)艙自動化系統(tǒng)實(shí)施動態(tài)運(yùn)行效用試驗(yàn)進(jìn)行報檢。對機(jī)艙自動化系統(tǒng)逐項(xiàng)功能進(jìn)行試驗(yàn)，檢查其系統(tǒng)的技術(shù)性能是否滿足技術(shù)規(guī)格書和合同的規(guī)定要求。7、航行試驗(yàn)航行試驗(yàn)是全面地檢查機(jī)艙自動化系統(tǒng)的質(zhì)量和技術(shù)性能是否滿足技術(shù)規(guī)格書要求,確定其可否驗(yàn)收并交付船東（或部隊(duì))使用。這項(xiàng)試驗(yàn)建立在已按系泊試驗(yàn)大綱規(guī)定進(jìn)行了系泊試驗(yàn)，并消除了在系泊試驗(yàn)過程中所發(fā)現(xiàn)的全部缺陷，試驗(yàn)項(xiàng)目全部驗(yàn)收，簽署完畢的基礎(chǔ)上。以柴油機(jī)推進(jìn)裝置控制系統(tǒng)為例,航行試驗(yàn)按照柴油機(jī)航行試驗(yàn)的工況及時間規(guī)定程序表進(jìn)行，對中高速主機(jī),按規(guī)定程序試驗(yàn)時間可減少50%，試驗(yàn)時應(yīng)連續(xù)進(jìn)行,中間因故障停車時間一般應(yīng)不超過15min。其試驗(yàn)程序如下:①主機(jī)換向試驗(yàn);②主機(jī)遙控啟動試驗(yàn);③以遙控系統(tǒng)操縱正車和倒車相互交替試驗(yàn);④控制部位轉(zhuǎn)換