船舶机舱自动化系统现场安装与调试探讨

孙 波，余汉文

（上海外高桥造船有限公司，上海 200137）

船舶机舱自动化系统多为集成式系统，选择的是多段网络结构形式，由于其自动控制由系统软件与硬件组成，在现场安装、调试阶段，与传统的电气自动化系统有着较大的差异，安装调试有效、科学是其功能价值发挥的关键点。

1 安装与调试的意义

根据国家造船工程现场施工的时间规定，科学、合理地安排机舱自动化系统设备的安装、调试，是保证整个系统设备优质、按时地安装、调试的关键。船舶机舱自动化控制系统的设计、开发、调试和管理应从机舱智能控制系统的基本组成部分入手，包括控制系统输入输出信号的接入、控制系统软硬件的设置和控制系统功能的完成，其需要系统结构、特点组成[1]。安装调试工作必须分步进行，确保上一个工作完成后可以开始下一个工作。与此同时，需要对安装调试过程进行详细记录，完善相应文件内容，为后续工作的开展奠定基础，提供支持。

2 船舶机舱自动化系统的基本特点

2.1 存储信息的特点

船舶机舱自动化系统开机时总是保存信息，保存的信息始终有效。

2.2 处理数据的特点

由于普通的船舶机舱自动化系统没有很强的抗干扰性能，在自检和数据校准过程中容易出现很多问题。然而，基于微处理器的船舶机舱自动控制系统可以有效避免上述问题，同时还可以实现更复杂的数据计算，从而有效提高系统数据完整性，并可以根据信息检索和编程具有良好的数据处理能力。

3 船舶机舱自动化系统安装准备工作概述

3.1 船舶机舱自动化系统的选择

图1 船舱自动化系统结构

3.2 硬盘的安装要求

计算机硬盘的位置既要方便工作人员使用和观察情况，又要考虑到后期维护的便利性，留出适当的维护空间和通道。但如果电控柜内大功率电气系统元件较多，实际管理期间，设备散热较慢，如果要求不标准，将会影响功率元件的性能、热稳定性，因此需要在电控柜内设置好散热方案，及时有效地对柜内的温控进行管理。如果自动降温系统的降温效果不理想，选择强制降温，留有通风通道。但是，电控箱面板的设计位置应避免振动、灰尘和潮湿空气等不利环境。若无法远离振动场地，则应当制定相应的措施，减少振动。对于支架系统的基础，托盘的安装需要牢固，安装之后，不可随意晃动，避免相应故障问题的出现。根据实际需要，托盘也可以通过支撑直接加固在钢筋或混凝土基础上。

3.3 管路铺设工作

船舶机舱自动化系统的自动安装技术实际上是一项复杂而烦琐的任务，因此需要更加重视安装过程中的每一步。船舶机舱自动化系统中的管道敷设主要分为动力管道和通信管道，管道敷设是船舶机舱自动化系统装置顺利施工的基本前提。在设备安装过程中，施工人员还必须分析施工现场的实际情况，进行深入的了解，从而选择合理的架设路径。这一方案可实现建筑材料的有效利用，能够适应未来系统扩展的需要。同时，施工人员还应勘察施工现场，选择合理的路线和管径进行电缆敷设，既能减少外界影响，又能保证船舶机舱自动化系统的顺利运行，为机舱自动化系统的自动架设技术奠定了良好的基础。因此，企业必须重视船舶机舱智能系统的自动配置技术。

4 安装与调试设备

4.1 前期准备

准备工作可奠定机舱自动化系统安装调试工作开展，是必不可少的过程。技术准备如下。

（1）知晓机舱动力控制系统的监控对象。作为船舶推进动力装置服务的对象，机舱自动化系统需要掌握动力装置、相应设备的监控要求，了解机舱内设备特点、设备功能，知晓如何促进机舱自动化系统功能实现的措施与路径[3]。与此同时，需要掌握船舶机舱自动化系统设备特点、功能，知晓安装要求、调试要点，为下一步工作的开展指明方向。

（2）熟悉监控系统设计数据的范围。监控系统功能主要包括控制系统配置+功能、通信系统网络架构、I/O 信号、数据数量、数据分布与数据类型等。

（3）全面了解系统功能。消化吸收监控原理图、电气内部接线图、外部电缆连接图等。

（4）实验室调试。在实验期间，需要静态调试船舶机舱自动化系统，分析其加工制造，按照要求开展试验，落实检验，比如系统功能、系统性能与系统质量等。该机舱自动化系统能够在连接好电气、通电之后，借助软件平台，将硬件平台激活，以此组建完整网络。可模拟开关信号，控制系统，处理紧急情况。

4.2 设备安装与接线

根据机舱自动控制系统的设计数据，首先，在船舶机舱内安装所有电气设备、控制箱、各种现场设备、传感器、变送器、执行机构等设备；安装驾驶室、中控室、轮机长室（机电室）、机舱、管道损坏中心等操作台或控制站。到位；检查铺设的电缆；然后完成各装置的接线和管道连接工作，包括各装置主电路的电缆连接、监控系统的I/O 信号电路、控制电路、通信网络和压力传感器等装置的管道连接。电气设备安装、电缆敷设、安装需依照《中国造船质量标准》（CSQS）、《船舶建造质量标准》（JNS）执行，严格依据图纸、要求开展施工。在电缆敷设期间，要采取合理的保护措施与管控措施，将信息传输过程中，电缆影响因素减少。在监控系统电缆敷设期间，针对输入信号、输出信号，需要避免磁场影响，选择相应的措施，尽量选择不平行敷设方式，尽可能地将大功率电气设备避开，敷设电缆重叠厚度控制在2 层，也就是50mm，成束敷设电缆，同一电缆控制在6 束内。

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光缆敷设期间，光缆弯曲内径为0.5mm，光缆外径则是内径的4～6 倍。在进行电缆敷设期间，需要避免相应问题，比如：上升、下降、通风和油、液、气回路等，在敷设蒸汽管、排气管时，表面相差70mm 以上，平行敷设期间，表面相差80mm 以上，若无法满足这一差距要求，则需要实施隔热措施。通常情况下，通信信号通过通信电缆传输会引起信号减弱，通信电缆直径每增加1mm，信号就会减弱0.8dB，而每个电缆接头会减弱1dB，每个分支会减弱14dB。针对这类现象，电缆敷设时通常需要采取的管理和措施包括：①合理规划电缆敷设方向，将运输间隔减少，将接头、分支数量减少，促使电缆紧密连接。②通信网络两端，需要同时连接终端设备及终端电阻。③为了更好地匹配网络电阻，要确保控制站两侧的电缆长度、分支点一致，通信与电力电缆分开敷设，其与电缆保持40cm/kV 距离。当它们必须相交时，也应该垂直相交，并尽量避开高温的地方。

4.3 系统接地

为了控制电网的影响，在供配电设计中，船舶机舱自动控制系统中船舶接地技术是重要组成部分，船舶供配电系统多为三相三线制电力系统，结合规范要求，设备金属外壳、金属部件与接地螺钉之间的接地电阻＞0.1Ω，可确保不导电裸露金属部件、金属外壳零电位差。为了避免电网中的暂态电压和杂散电压对设备正常运行的影响，过去一些法规要求电气设备必须独立连接。目前船舶建造不建议单独接地。在一些电子设备中，可避免机箱上干扰电流直接耦合到信号电路上，能够促使电路单元信号连接到设备机箱绝缘上，这类设计为系统浮地。在一些监控电子产品中，采用一定的结构作为接触参考点，将其他单元的信号接地与该点相连，可以有效防止较低频率下各单元内部接地电压的影响。该电源设计属于系统单元接地，根据上述分析，可制定以下相应的措施。

（1）选择编制好的10mm 铜线。将操作站与控制站串联，并引到地面。

（2）信号输入和输出设备接地，选择单独的黄绿色导线。

（3）输入输出信号线为屏蔽电缆，屏蔽层接至监控站或控制站的接地端子，现场端子悬空。

（4）监测站或控制站接地设置通信电缆的屏蔽层，悬空另一端。

4.4 现场I/O 信号连通

通信网络的正常，是调试工作开展的基础，通过连接通信网络，可确保通信电缆对准，并检查控制站、监控站的情况，确保各个节点设备顺利通电。借助软件开关、硬件开关，能够促使整个网络连接，确保网络正常工作。维护设备安全，连接输入信号与输出信号，首先通过短路信号线的方式检查每一条输入输出信号线，设备不通电时检查每一条输入输出信号线。其次，检查现场设备断电时网络通道是否正常，控制站、监控站是否通电运行正常，若正常，则检查输入信号通道、输出信号通道，比如在现场短路给出开关信号、信号发生器给出模拟信号。

4.5 系统模拟联调及验证

当输入输出通信连接和通信网络正常工作时，通过改变输入输出信号在现场的状态来验证系统的所有功能。

（1）逐项检查系统各项功能，重点验证设备连锁控制、故障连锁控制、启停控制功能，并验证监控系统的信号指示、延时等功能，检查继电器和阀门的动作状态。

（2）逐项检查监控系统的所有功能，数据显示和准确性的校准，切换信号的延时和各报警点的检查，打印功能，数据记录功能和所有管理功能。

（3）用仿真方法验证安全系统的各个受控参数。

（4）现场电气设备，特别是大功率的电机设备，必须在断开主电路的情况下，空投试验二次控制电路，确保即便是现场设备不工作，输入信号与输出信号也可正常发出，并测试控制功能。

4.6 系泊试验

系泊试验指的是，检查系统电气设备、辅助系统的安装质量、运行协调、正常性及可靠性，检查技术性能是否满足标准、满足技术规范、满足规定等，以此判断航行试验质量与效率。系泊试验是船舶机舱自动控制系统装配调试中最重要的环节。通常，船厂相关人员，比如检查员、船检局人员（或客户代表）、船东总工程师和系统设计工程师参与工作。工作主要内容是系统设计工程师协助船厂检验员向船检（或客户代表）和船东（或船基机电总监）申请检验，开展动态运行效用试验，逐一测试机舱自动化系统功能，并检查系统技术性能，促使其满足技术规范、满足合同要求。

4.7 航行试验

航行试验指的是，全面检查机舱自动化系统质量性能、技术性能，判断其是否与技术范围契合，确定其是否能够满足军用或民用要求。本实验开展，严格遵循系泊试验大纲要求，在试验过程中，已经将所有的缺陷消除，所有试验项目均已验收并签字。比如：发动机推进控制系统，试验是根据发动机航行试验的工况和时间表进行的，而对于中高速主机，试验时间可根据时间表缩短50%左右，持续进行试验，中间故障停机时间不超过15min[4]。测试程序包括：①主机换向测试。②主机远程启动试验。③开展驾驶倒车交替试验。④对照场地转换试验。⑤进行安全系统测试。⑥检查监控、报警、安全保护、数据显示、记录处理功能，在由主机控制的测试期间完成。

5 船舶机舱自动化系统调试工作

5.1 调试工作

机舱自动化控制系统自动化配置完成后，工作的重点之一是做好相应的调试工作，采用连续调试的方式，保证装置正常稳定运行。设备确认正常后，即可完成验收和交付。在对船舶机舱自动控制系统设备进行测试的过程中，检查的主要内容是设备部件运行是否正常、表盘外观、控制箱和仪表盘内的数字指示是否工作正常，损坏的物品是否更换。同时，通过检查，在管理上也要对电磁流量计、气动阀等关键部位进行更细致的检查，防止内部出现回路问题。当系统开发中出现环路问题时，研究人员必须对线路信号进行监测和检查，并在第一时间进行更换和调试，直到其线路符合相关法律规范和安全标准。

5.2 自动化系统的验收

为了验证装配自动化系统的可靠性和稳定性，首先需要进行系统的试运行。测试可能包括以下3 个方面的不同内容。首先要求进行单体测试，对系统的主要关键技术器件和元器件进行独立测试，检查工作特性是否能够满足社会生产的实际要求。主要测试内容包括自动化设备特性、工作参数、监控室监控管理能力的分析检测等。然后在满足设计需求后进入联动测试阶段。把一个子项目任务作为一个完全独立的控制系统，可以进行联调联试，检查控制系统的实际工作开展情况及是否能够完成[5]。调试阶段是自动控制系统的最终检验，在联调结果没有问题的前提下完成。施工单位、监理单位和施工单位可以共同参加试运行。试运行达到设计要求后，则申请竣工验收。

5.3 调试工作要注意的意事项

船舶机舱安装自动控制系统应特别注意以下两个问题。首先，在安装过程中，需要对磁盘的质量进行全面的审查，以充分保证磁盘的质量管理符合设计要求，从而保证信息报告的准确性[6]。安装完毕后，要检查安装区域内预留的埋件及数量是否符合要求。如有问题，及时汇报，调整预留预埋件位置。其次，安装完成后，还需要严格按照之前的设计图纸进行工艺管道施工。一般来说，除了金属管和电缆管道外，还需要安装金属软管来加强环保，但不仅如此，在金属管歪斜排列的生产过程管理中，必须使用一些特殊的弯管机，这样才能采取最有效的措施，避免因金属电缆裂缝而导致的安全生产事故[7]。

6 结语

综上所述，在船舶机舱自动控制系统的现场布置和调试中，问题的随机性普遍比较强，涉及的方面也比较广泛，现场工作人员需要树立良好的工作态度，快速反思，不断提升自身问题解决能力，在出现问题的情况下，要及时采取相应的措施，制定相应的方案，确保实施有效合理[8]。本文试验选择的方案及措施，能够为船舶机舱自动化系统现场安装调试积攒经验，可供同行参考。