客滾船集成進(jìn)水探測自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

朱靜波

(招商局郵輪研究院(上海)有限公司，上海 200137)

0 引言

貨艙進(jìn)水探測報(bào)警裝置的作用是為了及時(shí)了解船舶防水艙壁各艙的意外進(jìn)水情況，以便及時(shí)采取相應(yīng)措施，保障生命安全。目前，常規(guī)貨船和沒有安全返港要求的客船的進(jìn)水探測報(bào)警系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)立的、相對(duì)簡單的系統(tǒng)，沒有冗余要求，基本原理就是當(dāng)某一艙的進(jìn)水探測達(dá)到探頭的安裝高度，探頭觸發(fā)一個(gè)開關(guān)量信號(hào)或模擬量電信號(hào)到控制箱，并在駕駛室發(fā)出聲光報(bào)警，指示出對(duì)應(yīng)報(bào)警的艙室位置。隨著公約法規(guī)的不斷更新，對(duì)于需要滿足安全返港的進(jìn)水探測報(bào)警系統(tǒng)，要求其在直接受到火災(zāi)區(qū)域和其他同一艙室的其他區(qū)域丟失時(shí)任何其他艙的進(jìn)水探測仍可工作?；谶@點(diǎn)，原來的獨(dú)立系統(tǒng)就需要設(shè)置2套系統(tǒng)、2套傳感器，且2套系統(tǒng)的控制箱需要隔離。

本文以某高端客滾船3 100 m車道進(jìn)水探測系統(tǒng)為研究對(duì)象，改變常規(guī)進(jìn)水探測報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式，根據(jù)國際海事組織(IMO)規(guī)范要求和系統(tǒng)功能對(duì)其設(shè)備組成、設(shè)計(jì)原理、系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)、冗余性、安全性進(jìn)行分析，并解決系統(tǒng)實(shí)際使用中的問題。

1 進(jìn)水探測系統(tǒng)的要求

國際海上人命安全公約(SOLAS) II-1_22.1章節(jié)要求： 2010年7月1日或之后建造的載客36人或36人以上的客船，需要為艙壁甲板以下的水密空間安裝進(jìn)水探測系統(tǒng)。

IMO MSC.1/Circ.1291章節(jié)要求：進(jìn)水探測系統(tǒng)需要在駕駛室和安全臺(tái)安裝聲光報(bào)警并指示對(duì)應(yīng)的進(jìn)水區(qū)域；當(dāng)安裝傳感器的區(qū)域進(jìn)水后，進(jìn)水探測器的電纜、接線盒等有關(guān)的設(shè)備可以繼續(xù)工作；當(dāng)正常電源出現(xiàn)故障時(shí)，備用電源可以自動(dòng)切換，以保證進(jìn)水探測系統(tǒng)持續(xù)供電。

IMO MSC.1/Circ.1369 SRTP章節(jié)解釋第40條要求：進(jìn)水探測系統(tǒng)只被考慮在直接受到火災(zāi)區(qū)域和其他同一艙室的其他區(qū)域丟失,所有任何為其他艙服務(wù)的進(jìn)水探測系統(tǒng)仍可工作。

2 集成進(jìn)水探測自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)邏輯和優(yōu)點(diǎn)

常規(guī)船的進(jìn)水探測報(bào)警系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)立的控制系統(tǒng)，包括裝于駕駛室的報(bào)警板、控制箱、接線盒和傳感器等，相對(duì)獨(dú)立且需要考慮控制箱的布置。

進(jìn)水探測報(bào)警系統(tǒng)集成到自動(dòng)化系統(tǒng)，就是進(jìn)水探測傳感器接到自動(dòng)化系統(tǒng)的信號(hào)采集(IO)柜，由自動(dòng)化系統(tǒng)的IO柜采集信號(hào)，經(jīng)過PLC處理。客滾船自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作站分別安裝在駕駛室、貨控室、集控室3個(gè)房間。當(dāng)進(jìn)水探測傳感器觸發(fā)報(bào)警，駕駛室的自動(dòng)化工作站會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警，而集控室和貨控室的自動(dòng)化工作站僅報(bào)警顯示。

某高端客滾船自動(dòng)化系統(tǒng)配置2個(gè)不間斷電源(UPS)。每個(gè)UPS由正常電源和應(yīng)急電源2路供電，這2路電源可自動(dòng)切換。為滿足IMO對(duì)進(jìn)水探測系統(tǒng)雙路電源的要求，每個(gè)UPS分別供電給每個(gè)IO柜，每個(gè)IO柜有2路供電。這樣的設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)是免除安裝原進(jìn)水探測獨(dú)立系統(tǒng)的報(bào)警板和控制箱，且安裝了自動(dòng)化工作站的3個(gè)空間都可以接收到進(jìn)水探測報(bào)警的信號(hào)。

2.2 基于SRTP要求設(shè)計(jì)系統(tǒng)的原理和創(chuàng)新點(diǎn)

進(jìn)水探測系統(tǒng)除了要滿足IMO規(guī)范的要求設(shè)計(jì)之外，同時(shí)還要滿足安全返港的要求。本文設(shè)計(jì)的原理包括以下幾點(diǎn)：

(1)本船設(shè)計(jì)有40個(gè)進(jìn)水探測的區(qū)域。為了節(jié)約成本，進(jìn)水探測的傳感器選擇了開關(guān)量的浮子開關(guān)，既滿足規(guī)范要求又為船廠節(jié)約了成本。

(2)根據(jù)安全返港要求，每個(gè)探測區(qū)域設(shè)計(jì)的傳感器需要輸出2路信號(hào)。因此，考慮到浮子開關(guān)內(nèi)有2副觸點(diǎn)輸出報(bào)警，一般會(huì)在每個(gè)進(jìn)水探測點(diǎn)安裝2個(gè)進(jìn)水探測傳感器去滿足要求。

(3)自動(dòng)化系統(tǒng)的2個(gè)UPS分別安裝在不同的防火分隔區(qū)，以避免安全返港狀態(tài)下2個(gè)UPS同時(shí)丟失，使系統(tǒng)安全性和冗余性更高。

(4)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)通過網(wǎng)絡(luò)電纜CAT6A雙環(huán)路連接，形成冗余系統(tǒng)。此設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)生單點(diǎn)故障時(shí)，不會(huì)導(dǎo)致此系統(tǒng)故障和丟失IO模塊以上的功能。每個(gè)工作站及IO柜都有雙網(wǎng)絡(luò)開關(guān)A、B作為冗余切換，每個(gè)IO柜內(nèi)配有2個(gè)CPU、2個(gè)電源模塊，滿足冗余和100%熱備。

(5)進(jìn)水探測報(bào)警系統(tǒng)中每個(gè)探測點(diǎn)裝有雙信號(hào)輸出的開關(guān)，2個(gè)信號(hào)分別接到不同區(qū)域的IO柜，保證一個(gè)IO柜丟失了，另外一個(gè)IO柜還能維持正常工作，進(jìn)水探測報(bào)警還能繼續(xù)報(bào)警。

根據(jù)以上的原理和創(chuàng)新想法，設(shè)計(jì)出來的系統(tǒng)框架見圖1。

圖1 集成進(jìn)水探測的自動(dòng)化系統(tǒng)框架

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)

(1)每個(gè)進(jìn)水探測浮子開關(guān)有雙觸點(diǎn)信號(hào)輸出。根據(jù)安全返港要求，浮子開關(guān)連接到自動(dòng)化IO柜的2個(gè)信號(hào)在安全返港情況下不能同時(shí)丟失。除去此區(qū)域本身是事故區(qū)域外，進(jìn)水探測浮子開關(guān)的2根電纜需要分開敷設(shè)在不同區(qū)域里，最后連接到不同的自動(dòng)化IO柜。

設(shè)計(jì)進(jìn)水探測報(bào)警系統(tǒng)時(shí)，已經(jīng)考慮進(jìn)水探測浮子開關(guān)的2個(gè)信號(hào)連接到不同的自動(dòng)化IO柜，但是浮子開關(guān)的2根電纜由于船舶空間的影響，還是有可能敷設(shè)在同一個(gè)區(qū)域里。解決這個(gè)問題的方法有2種：浮子開關(guān)的其中一根電纜改成滿足SRTP要求的耐火電纜；或浮子開關(guān)的其中一根電纜與另一根電纜在同一區(qū)域的電纜部分用耐火絕緣60 min(A60)管子保護(hù)。

(2)根據(jù)IMO規(guī)范要求，進(jìn)水探測系統(tǒng)相關(guān)的設(shè)備進(jìn)水后還能繼續(xù)工作，那么進(jìn)水探測系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備防水防塵(IP)等級(jí)就要求IP67。由于自動(dòng)化IO柜需要散熱，IP等級(jí)最高是IP44， 自動(dòng)化IO柜的安裝位置需要考慮裝在船舶的干舷甲板以上。每艘船不一樣，一般在船舶4甲板以上。

最優(yōu)設(shè)計(jì)方案：進(jìn)水探測傳感器接連到IO柜的電纜盡量短，按照就近原則設(shè)計(jì)連接到與傳感器最近的IO柜。IO柜的數(shù)量要根據(jù)進(jìn)水探測傳感器的分布去設(shè)計(jì)，避免過度設(shè)計(jì)，增加船廠成本和后期修改。進(jìn)水探測雙信號(hào)輸出框架圖見圖2。圖中三位數(shù)字代碼598、599等是進(jìn)水探測傳感器的2路信號(hào)編碼。

圖2 進(jìn)水探測雙信號(hào)輸出框架圖

(3)所有進(jìn)水探測的浮子開關(guān)接線需要接常閉觸點(diǎn)，以保證不管是在斷線還是正常情況下進(jìn)水報(bào)警都能發(fā)送信號(hào)到自動(dòng)化IO柜，并觸發(fā)報(bào)警，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。其接線圖見圖3。

A～F—接線端子號(hào)；A、B—常閉觸點(diǎn)；D、E—常閉觸點(diǎn)。

4 結(jié)論

(1)建議提前做好準(zhǔn)備工作：統(tǒng)計(jì)需要安裝進(jìn)水探測報(bào)警傳感器的位置和數(shù)量；設(shè)計(jì)分配進(jìn)水探測傳感器連接的IO柜數(shù)量和位置；選定自動(dòng)化IO柜的最佳位置。

(2)本文選用的浮子開關(guān)帶有雙信號(hào)輸出功能，減少了設(shè)備費(fèi)用，降低了成本支出。如船東要求或進(jìn)水探測作為液位遙測系統(tǒng)的補(bǔ)充，進(jìn)水探測傳感器建議選用模擬量信號(hào)輸出，每個(gè)進(jìn)水點(diǎn)安裝2個(gè)進(jìn)水探測傳感器。

(3)自動(dòng)化工作站中的進(jìn)水探測報(bào)警需要設(shè)置在駕駛室分組中，保證駕駛室能第一時(shí)間接收到有進(jìn)水探測的聲光報(bào)警。安全臺(tái)如與駕駛室在一個(gè)房間，可以安裝一個(gè)報(bào)警蜂鳴器在安全臺(tái)，起到冗余報(bào)警作用，使系統(tǒng)更完善。