5 668 TEU集装箱船的自动化控制设计.docx

5 668 TEU集装箱船的自动化控制设计1 概 述5 668 TEU集装箱船是国内首艘第6代现代化大型集装箱船,船舶总长279.9 m,型宽40.3 m,主机为MAN12K90MC-C,最大输出功率为54 720 kW,服务航速为25.7 kn,定员为25人+苏伊士运河水手6人。为了提高船舶营运效率,减轻船员工作强度,本船配置了较高等级的自动化系统。主要包括:LYNGSO MARINE的UCS2100机舱监测报警控制系统;UTSUKI的阀门遥控和液位遥测系统;YORK的REFCON冷藏集装箱监测控制系统。(NORCONTROL的主机遥控系统是一个比较标准的系统,此处不予讨论。)2 系统设计2.1 UCS2100机舱监测报警控制系统——分站、工作站、延伸报警板5 668 TEU集装箱船的机舱自动化系统除了通常的报警监测功能外,还要求提供PMS(PowerManagement System)功率管理系统控制和重要泵浦控制功能,为此我们选择了UCS2100机舱监测报警控制系统。UCS(Universal Alarm and Monitor-ing and Control System)的中文意思即为通用监测报警和控制系统,此系统的核心部件是‘Outstation分站’,每个分站最大可处理250个输入输出点,因系统自检也需占用处理能力,实际使用中一般不超过200个点。每个分站都有CPU处理器和双路冗余网络接口模块,可独立完成信号的收集和处理,单个分站的故障不影响其它分站。系统的其它设备,如工作站、延伸报警板和报警打印机等都直接与分站相连。5 688 TEU集装箱船共配置了5个分站,实际使用的硬通道输入输出点数量为:模拟输入237点、模拟输出12点、开关量输入365点、开关量输出62点,共676点。此外系统通过串行通讯与液位遥测系统、航行数据记录仪和GMM10功率管理模块进行数据传送,软通道数据输入输出点数量共269点。综上所述,系统的总数据处理量为945点,是普通散货轮的3~4倍。关于分站的布置,除了2个位于主配电板内的分站,另外3个分站起先考虑过按机舱2/3/4甲板每层1个来布置。但具体设计时发现主要的输入输出点均来自于机舱4甲板,其占总数的比例超过2/3。最终决定3个分站均布置在机舱4甲板,1号分站位于船舯,2号分站位于左舷,3号分站位于右舷,分别对应主机、机舱左舷设备和右舷设备的信号处理。由于左右舷设备分别连接到位于左右舷的分站,正中的主机连接到位于船舯的分站,此布置避免了电缆的交叉,缩短了电缆的长度,同时也方便了施工和调试工作。5 688 TEU集装箱船共配置工作站3台,集控室2台,轮机长办公室1台。工作站是操作人员进行监视和控制的工具,必须具有良好的人机界面。由于本船UCS2100系统的信号量近千点,普通的报警监测点清单形式操作人员不方便查看和处理,因此我们采用了电脑MIMIC模拟显示图形式。经过与轮机专业和船东的多次协商,以机舱管系原理图为基础,最终完成了23幅模拟显示图,包含了主机、辅机、燃油、滑油、冷却淡水、冷却海水、压缩空气、轴系、舱柜遥测、功率管理和备用泵控制等机舱主要系统。UCS2100系统的延伸报警板具有LCD显示功能,与我们以往用的延伸报警板相比,除了报警组显示功能外,还能详细查看每个报警的具体信息和各个输入输出通道的当前状况。本船共配有13块延伸报警板,分布于轮机员舱室和所有公共处所,便于船员及时了解船舶状况。参见图1。2.2 阀门遥控和液位遥测系统5 668 TEU集装箱船的阀门遥控和液位遥测系统包含37个单作用阀、10个双作用阀、4个连续调节阀的控制和4个吃水遥测、15个压载水舱遥测以及10个油舱遥测,此外还有压载泵和舱底水泵的控制、6个泵浦吸口和排口压力遥测和22个货舱区舱底水高位报警,总输入输出点数约为300点。本系统共配有3个触摸屏显示器,2个位于船舶办公室,1个位于集控室。人机界面为MIMIC模拟显示图形式,显示和控制都非常简便。整个阀门遥控和液位遥测系统由UTSUKI的软件系统和PLEIGER的硬件系统联合构成,即UTSUKI提供液位遥测传感器、可编程控制器、阀控台和软件控制系统,PLEIGER提供液压动力单元、电磁阀箱和遥控阀。按制造厂标准设计,阀门遥控系统的可编程控制器位于主甲板船舶办公室的阀门控制台内,电磁阀箱位于机舱舱底,两者之间敷设的电缆长度约为60 m左右。本船有遥控阀51个,如果用标准的3芯电缆,由PLC到电磁阀箱约需100根电缆,电缆成本及相应的敷设和接线工作量都很可观。为此我们通过与UTSUKI和PLEIGER进行协调,最终成功将UTSLKI的可编程控制器安装到PLEIGER的电磁阀箱内。阀门控制台与电磁阀箱现仅需1根数据通讯电缆和1根电源电缆相连,从而大大节省了电缆成本和