船舶电力推进监控系统体系结构设计技术研究

刘擘



船舶电力推进监控系统体系结构设计技术研究

刘擘

( 海军驻武汉712所军事代表室，武汉 430064)

电力推进监控系统是船舶综合电力推进系统的重要组成部分，其运行性能直接影响到船舶的生命力，为确保电力推进系统安全有效运行，保障船舶的生命力，必须深入开展电力推进监控系统设计技术的研究。本文以船舶电力推进监控系统为研究对象，在归纳、总结系统组成和功能的基础上，对监控系统的体系结构设计技术进行了研究。

船舶电力推进系统 监控系统 体系结构

0 引言

电力推进技术可统筹全舰动力，满足未来舰船对电力供应及推进动力的需求，并在操纵性、可靠性、经济性等方面较传统直接推进动力系统有着不同程度的提高，是新世纪舰船动力发展的趋势。随着船舶电力推进技术的发展，使用电力推进技术船舶的发电容量和推进功率等级也大大提高，加上船舶应用环境本身的特殊性，对电力推进监控系统的开放性、互可操作性与互用性、系统结构的高度分散性、现场环境的适应性提出了更高的要求。为了满足需求，电力推进监控系统大量采用了计算机控制技术、信息技术、网络通信技术，并且电力推进监控系统也逐渐向集成化、模块化和智能化发展，使得舰船监控系统日趋完善，而监控系统也越来越复杂，技术含量也越来越高[1]。

因此，为了满足日益提高的对电力推进监控系统的性能要求，首先应进行电力推进监控系统体系结构的研究，只有在体系结构确定后，才能进行下一步的设计。

1 电力推进监控系统概述

1.1 电力推进系统组成

船舶电力推进是船舶推进方式中的一种，指由发电机组发电而由电动机驱动螺旋桨推动船舶行进的推进系统。船舶电力推进系统按功能可划分为供电系统、推进系统和监控系统三个分系统，如图1所示，供电系统包括发电机组和配电板，推进系统包括推进变压器、推进变频器、推进电动机、轴系及螺旋桨，监控系统包括机舱监测报警系统、推进控制系统和功率管理(PMS)系统[2]。

船舶电力推进方式与传统的机械推进方式相比，主要有经济性好、操纵性好、安全性好、节省空间、噪音低、适合环保、电能储备大、有利于实现综合全电力推进系统(IFEPS或IPS)等优点[3]。

1.2 电力推进监控系统组成及功能

电力推进监控系统是装配于船舶上用于完成对综合电力推进系统进行控制、保护、管理的设备，一般由功率管理系统、推进控制系统、机舱监测报警系统等组成。

功率管理系统是装配于船舶上根据功率的需求对机组进行监控并协调各机组的工作，对发电配电进行故障报警和处理，为综合电力推进系统及其他用电设备提供可靠、稳定及优化配置的电力能源的自动化系统；推进控制系统是完成对综合电力推进系统进行控制、保护、管理的自动化系统；机舱监测报警系统是完成对机舱设备进行监视、报警管理的自动化系统。

根据电力推进监控系统的功率管理系统、推进控制系统、机舱监测报警系统的功能分析，进一步将各个组成系统进行划分，如图2所示。

1.2.1功率管理系统组成

1)功率管理单元，实现功率管理系统管理和控制调度等功能；

2)机组接口单元，实现机组状态监测和控制的接口管理；

3)同步控制及保护单元，实现机组同步并车、功率分配及机组保护功能；

4)人机界面，实现功率管理系统的可视化操作、监视功能。

1.2.2推进控制系统组成

推进控制系统一般应设置如下控制站：

1)就地控制站，实现推进系统设备如推进变频器、推进变压器、推进电动机及辅机的监测、保护、就地控制等；

2)集控室控制站，实现推进系统设备如推进变频器、推进变压器、推进电动机及辅机的监测、集控室遥控等；

3)驾驶室控制站，实现推进系统设备如推进变频器、推进变压器、推进电动机及辅机的监测、驾驶室遥控等；

4)车钟系统，设置有主航车钟和应急车钟，在驾驶室和集控室遥控时，使用主航车钟进行传令和操车；当控制网络故障或控制器故障时，可在就地或一处遥控控制站转换为应急操作，通过应急车钟进行传令回令指挥。

1.2.3机舱监测报警系统组成

机舱监测报警系统主要包括如下设备：

1)集中监测站，作为机舱监测报警系统的控制检测中心，实现系统的监测、显示、报表、存储、声光报警等功能；

2)推进采集站，作为机舱监测报警系统的延伸采集站，对推进系统设备的状态和参数进行采集，传送到集中控制站进行显示和报警，本控制站可根据实际需求与推进控制系统综合考虑；

3)辅机采集站，作为机舱监测报警系统的延伸采集站，在机舱就近布置，对机舱辅机状态和参数进行采集，传送到集中监测站进行显示和报警；

4)延伸报警板，作为机舱监测报警系统的延伸显示，按照需要在士兵舱、机电长室、船长室、会议室等位置进行安装，对系统报警和参数进行延伸显示。

2 电力推进监控系统体系结构设计

2.1 结构设计

电力推进监控系统各组成部分在电力推进系统中的分布如图3所示。

2.1.1 功率管理系统结构设计

功率管理系统一般按照不同功能单元在主配电板内进行安装，功率管理单元和人机界面单元一般安装于母联屏或同步屏内，机组接口单元和同步控制及保护单元安装于每个发电机组控制屏内。功率管理系统也可采用单独成柜方式进行设计。

2.1.2推进控制系统结构设计

推进控制系统中，集控室控制站一般采用嵌入式方式安装于集控台上，主要包括推进控制面板、主航车钟集控室接收器、应急车钟集控室接收器、模拟表头等；驾驶室控制站一般采用嵌入式方式安装于驾控台上，主要包括推进控制面板、主航车钟驾驶室发讯器、应急车钟驾驶室发讯器、模拟表头等；就地控制箱一般采用壁挂式安装于变频器旁，内部包括控制器、继电器等[4]。

2.1.3机舱监测报警系统结构设计

机舱监测报警系统中，集中监测站采用台式防护结构，前部设置有扶手，是主要的人机操作、监视接口。按照功能进行分区，分别设置有模拟显示屏、模拟表头、监视屏幕，操作面板等。台内设置工控机、不间断电源等；辅机采集站采用箱式结构壁挂式安装于机舱内，内部布置有数据处理和采集模块和通讯模块等；延伸报警板一般采用壁挂式安装，设置有显示屏对报警信息进行显示。

2.1.4控制台结构设计

1)控制台设计应满足正面维修的要求，并应能靠壁和并柜安装；

2)操作界面应便于人员操作、观察和记录，高度不宜大于2m；

3)控制台宜为掀盖式，且设有绝缘扶手，并在侧方或前方设置百叶窗，便于散热；

4)控制台构架单元的一般由结构型钢或型钢构件组成，并在每个部件的弯角处的纵横平面上焊上角撑板；

5)门、盖、抽屉等活动应与配合平面吻合。平开门应能在不小于90°范围内开闭；且设置有固定开闭位置的机构，抽屉应设置防止脱落的机构。

2.1.5控制台布置设计

1)控制台内显示器、仪表、按钮及其他操作显示设备的布置，均应便于操作和监视；

2)控制台上的仪表应具有检定合格标志，检测和指示仪表的准确度等级不应低于1.5 级；

3)控制台的板面器件应按照控制对象分区分组配置，并按照控制对象在船上的实际位置对应布置；

4)二次仪表、系统模拟图、显示器等应尽量布置在控制台的垂直面板上，而操作手柄、开关等布置在水平面板上；

5)越控、紧急停止等应设置防止误操作的安全保护措施。

2.2 硬件设计

1)监控系统提供对现场设备的实时执行控制，能进行遥控集中控制，向用户提供集中操作接口，实时监测系统的状态，进行故障诊断和保护控制，提供数据查询和打印，并能提供与本船其它信息系统的接口；2)当部分发电机组、电动机损坏或故障时也应能进行推进作业；3)系统有故障发生时，应声光报警，并给出报警信息显示。

3 结束语

本文以船舶电力推进监控系统为研究对象，对电力推进监控系统的体系结构设计技术进行了研究，分别进行了结构设计研究、硬件设计，对电力推进监控系统的设计具有一定的指导意义。

[1] 尚安利，张达宽等. 电力推进船舶功率管理系统综述[J]. 船电技术，2011，31(10):1-5.

[2] 包艳，施伟锋. 船舶电力推进系统运行的仿真[J]. 中国航海，2011，4:34-38.

[3] 张狄林. 美国综合电力推进技术发展综述[J]. 船电技术，2010，30(12):47-49.

[4] 蔡成涛，夏桂华. 舰船智能化损管系统体系结构研究[J]. 数学技术与应用，2012，(8):72-74.

Research on Architecture of Marine Electric Propulsion Monitoring And Controlling System

Liu Bo

（Naval Representatives Office in Wuhan Institue of Marine Electric Propulsion ,Wuhan 430064 ,China）

2014-08-16

TM921

A

1003-4862（2014）11-0033-03

刘擘(1980-), 男，工程师。研究方向：通讯工程。