客滚船集成进水探测自动化系统设计

朱静波

(招商局邮轮研究院(上海)有限公司，上海 200137)

0 引言

货舱进水探测报警装置的作用是为了及时了解船舶防水舱壁各舱的意外进水情况，以便及时采取相应措施，保障生命安全。目前，常规货船和没有安全返港要求的客船的进水探测报警系统是一个独立的、相对简单的系统，没有冗余要求，基本原理就是当某一舱的进水探测达到探头的安装高度，探头触发一个开关量信号或模拟量电信号到控制箱，并在驾驶室发出声光报警，指示出对应报警的舱室位置。随着公约法规的不断更新，对于需要满足安全返港的进水探测报警系统，要求其在直接受到火灾区域和其他同一舱室的其他区域丢失时任何其他舱的进水探测仍可工作。基于这点，原来的独立系统就需要设置2套系统、2套传感器，且2套系统的控制箱需要隔离。

本文以某高端客滚船3 100 m车道进水探测系统为研究对象，改变常规进水探测报警系统设计方式，根据国际海事组织(IMO)规范要求和系统功能对其设备组成、设计原理、系统创新设计、冗余性、安全性进行分析，并解决系统实际使用中的问题。

1 进水探测系统的要求

国际海上人命安全公约(SOLAS) II-1_22.1章节要求： 2010年7月1日或之后建造的载客36人或36人以上的客船，需要为舱壁甲板以下的水密空间安装进水探测系统。

IMO MSC.1/Circ.1291章节要求：进水探测系统需要在驾驶室和安全台安装声光报警并指示对应的进水区域；当安装传感器的区域进水后，进水探测器的电缆、接线盒等有关的设备可以继续工作；当正常电源出现故障时，备用电源可以自动切换，以保证进水探测系统持续供电。

IMO MSC.1/Circ.1369 SRTP章节解释第40条要求：进水探测系统只被考虑在直接受到火灾区域和其他同一舱室的其他区域丢失,所有任何为其他舱服务的进水探测系统仍可工作。

2 集成进水探测自动化系统的设计

2.1 系统设计逻辑和优点

常规船的进水探测报警系统是一个独立的控制系统，包括装于驾驶室的报警板、控制箱、接线盒和传感器等，相对独立且需要考虑控制箱的布置。

进水探测报警系统集成到自动化系统，就是进水探测传感器接到自动化系统的信号采集(IO)柜，由自动化系统的IO柜采集信号，经过PLC处理。客滚船自动化系统设计工作站分别安装在驾驶室、货控室、集控室3个房间。当进水探测传感器触发报警，驾驶室的自动化工作站会发出声光报警，而集控室和货控室的自动化工作站仅报警显示。

某高端客滚船自动化系统配置2个不间断电源(UPS)。每个UPS由正常电源和应急电源2路供电，这2路电源可自动切换。为满足IMO对进水探测系统双路电源的要求，每个UPS分别供电给每个IO柜，每个IO柜有2路供电。这样的设计优点是免除安装原进水探测独立系统的报警板和控制箱，且安装了自动化工作站的3个空间都可以接收到进水探测报警的信号。

2.2 基于SRTP要求设计系统的原理和创新点

进水探测系统除了要满足IMO规范的要求设计之外，同时还要满足安全返港的要求。本文设计的原理包括以下几点：

(1)本船设计有40个进水探测的区域。为了节约成本，进水探测的传感器选择了开关量的浮子开关，既满足规范要求又为船厂节约了成本。

(2)根据安全返港要求，每个探测区域设计的传感器需要输出2路信号。因此，考虑到浮子开关内有2副触点输出报警，一般会在每个进水探测点安装2个进水探测传感器去满足要求。

(3)自动化系统的2个UPS分别安装在不同的防火分隔区，以避免安全返港状态下2个UPS同时丢失，使系统安全性和冗余性更高。

(4)自动化系统设计通过网络电缆CAT6A双环路连接，形成冗余系统。此设计的优点是当自动化系统发生单点故障时，不会导致此系统故障和丢失IO模块以上的功能。每个工作站及IO柜都有双网络开关A、B作为冗余切换，每个IO柜内配有2个CPU、2个电源模块，满足冗余和100%热备。

(5)进水探测报警系统中每个探测点装有双信号输出的开关，2个信号分别接到不同区域的IO柜，保证一个IO柜丢失了，另外一个IO柜还能维持正常工作，进水探测报警还能继续报警。

根据以上的原理和创新想法，设计出来的系统框架见图1。

图1 集成进水探测的自动化系统框架

3 系统设计的关键点

(1)每个进水探测浮子开关有双触点信号输出。根据安全返港要求，浮子开关连接到自动化IO柜的2个信号在安全返港情况下不能同时丢失。除去此区域本身是事故区域外，进水探测浮子开关的2根电缆需要分开敷设在不同区域里，最后连接到不同的自动化IO柜。

设计进水探测报警系统时，已经考虑进水探测浮子开关的2个信号连接到不同的自动化IO柜，但是浮子开关的2根电缆由于船舶空间的影响，还是有可能敷设在同一个区域里。解决这个问题的方法有2种：浮子开关的其中一根电缆改成满足SRTP要求的耐火电缆；或浮子开关的其中一根电缆与另一根电缆在同一区域的电缆部分用耐火绝缘60 min(A60)管子保护。

(2)根据IMO规范要求，进水探测系统相关的设备进水后还能继续工作，那么进水探测系统相关设备防水防尘(IP)等级就要求IP67。由于自动化IO柜需要散热，IP等级最高是IP44， 自动化IO柜的安装位置需要考虑装在船舶的干舷甲板以上。每艘船不一样，一般在船舶4甲板以上。

最优设计方案：进水探测传感器接连到IO柜的电缆尽量短，按照就近原则设计连接到与传感器最近的IO柜。IO柜的数量要根据进水探测传感器的分布去设计，避免过度设计，增加船厂成本和后期修改。进水探测双信号输出框架图见图2。图中三位数字代码598、599等是进水探测传感器的2路信号编码。

图2 进水探测双信号输出框架图

(3)所有进水探测的浮子开关接线需要接常闭触点，以保证不管是在断线还是正常情况下进水报警都能发送信号到自动化IO柜，并触发报警，及时发现问题。其接线图见图3。

A～F—接线端子号；A、B—常闭触点；D、E—常闭触点。

4 结论

(1)建议提前做好准备工作：统计需要安装进水探测报警传感器的位置和数量；设计分配进水探测传感器连接的IO柜数量和位置；选定自动化IO柜的最佳位置。

(2)本文选用的浮子开关带有双信号输出功能，减少了设备费用，降低了成本支出。如船东要求或进水探测作为液位遥测系统的补充，进水探测传感器建议选用模拟量信号输出，每个进水点安装2个进水探测传感器。

(3)自动化工作站中的进水探测报警需要设置在驾驶室分组中，保证驾驶室能第一时间接收到有进水探测的声光报警。安全台如与驾驶室在一个房间，可以安装一个报警蜂鸣器在安全台，起到冗余报警作用，使系统更完善。