电机集中管理系统在船舶上的设计应用

王福利，郭力峰

（1. 上海交通大学，上海 200030；2. 中国舰船研究设计中心，上海 201108）

电气与自动化

电机集中管理系统在船舶上的设计应用

王福利1,2，郭力峰2

（1. 上海交通大学，上海 200030；2. 中国舰船研究设计中心，上海 201108）

结合一种基于CAN总线技术的全船电机监控设备，设计一套船舶电机集中管理系统。介绍该系统的设备组成、功能实现特点等，为传统的船舶平台管理系统设计提供一种与以往不同的方法。

船舶；电机；CAN；集中管理

0 引 言

随着现代船舶在电气化、自动化领域快速发展，电机设备在各系统中得到大量应用。在传统设计中，船舶电机的控制除了成套设备自带控制系统以外，大多采用单独配置启动装置的方式进行监测、控制及保护。在日常使用维护和管理中，由于电机设备及其启动装置布置分散，若不具备统一管理功能，则需船员在实际操作使用中付出较大的劳动。

目前，民用船舶设计广泛采用全船平台管理系统，该系统将船舶平台归为一个系统整体，并对系统内的各设备进行在线监测和集中管理，对船舶平台运行功能平稳、人员实时性介入控制要求不高的船舶（如远洋运输船等）较为适用。对于一些特殊船舶（如海洋执法船），其在运行过程中会面对各种复杂工况，采用与一般船舶类似的平台管理系统不足以针对各种需求作出实时反应，需值班人员在相应位置处迅速介入管理。在这种情况下，可通过对涉及船舶安全的防火、灭火、抑爆及通风机、供油泵等系统设备进行信息互联与控制，以保障船舶安全为目的，以监测及控制全船电机运行状态为手段，构建全船电机集中管理系统，以船舶平台管理系统分系统的形式进行独立监控，这既能保证全船日常的统一管理，又可在复杂工况下控制人员有针对性地实时介入。

1 电机集中管理系统

船舶电机集中管理系统是一种基于工业级计算机、现场总线微处理的网络控制系统[1-2]。该系统按照分散控制、集中管理的设计理念，将传统设计中启动器直接控制的一级管理模式附加高一级的管理设备，形成二级管理系统，向原启动器内植入微处理器采集控制模块，并通过现场总线网络进行连接，将所有信息通过网络传输并在具有控制功能的集中管理设备上进行显示和控制。

电机集中管理系统主要由集中管理设备和智能启动器等设备组成（见图1），具有较完善的用户自定义功能。用户可针对不同的负载设定电机的各种保护参数，在控制上设定电机的顺序启动，分类、分组启动及间隔时间，并实时监测电机的状态信息，对重要信息进行存储。

图1 电机集中管理系统设备组成

在应用中，由电机集中管理设备对电机集中管理系统内各电机设备的运行参数进行集中显示和管理，给管理人员带来极大的便利。同时，可利用该系统的外部通信接口与其他系统建立信息交互[3]，从而扩展管理功能，并向相关系统发送其需要的电机控制决策信息。

2 系统设计及网络组成

在某船舶中，独立配置启动器的电机类负载主要有风机和泵类，包括机舱通风机、舱室离心风机、油泵及水泵等，这些设备大多与船舶本身的消防系统有关。在传统设计中，当发生火灾时，确认火情后可通过遥切按钮将机舱通风、油泵或全船通风机的供电切断，以减缓火情蔓延、增强灭火效果。这种设计会在全船通风区域划分和CO2（或其他灭火剂）灭火舱室较多的情况下使无关通风区域受到影响，增加遥切系统设计的复杂度。同时，在CO2（或其他灭火剂）系统无法获知实际遥切效果的情况下，该系统的灭火效果可能会因通风系统的运行而大幅降低。

在该船的设计中，以电机集中管理系统的基本功能为依托，通过扩展功能接口，以总线通信的方式实现与火警探测系统控制主机、CO2灭火系统主机及主配电板等装置的通信[4-5]。在电机管理网络划分中，为减少电缆敷设长度，根据总布置情况设置2个网络，电机集中管理系统原理网络图见图2。

图2 电机集中管理系统原理网络图

该船的电机集中管理系统包含1台嵌入式电机集中管理设备、2屏电机组合启动屏、5台通风启动箱及若干独立智能启动器，管理范围包括机舱通风机、油泵、冷却海水泵、消防水泵、压载泵及全船离心通风机等。主要电机启动控制设备分布见表1。

表1 主要电机启动控制设备分布

该船的消防系统主要有水消防系统、CO2灭火系统、水成膜泡沫灭火和固定式水基灭火系统（细水雾灭火），其中CO2灭火系统保护的范围包括机舱、油料储存间及航空加油站，在施放前需确认通风机是否已停止工作。

该船的火灾探测系统采用带有地址编码的智能型火灾探测器，能识别各监测舱室的信息，通过对全船监测点进行区域划分，确保与通风系统划分相对应。电机集中管理系统对系统内的风机和油泵按同样区域划分分组，实施区域化启停控制。电机分组及对应关系见表2。

表2 电机分组及对应关系

3 系统功能

该船的电机集中管理系统管理的电机主要有风机、油泵及水泵等，能对每个电机设备进行保护参数设定、区域化管理和在线监测等，同时与火警探测系统主机、CO2灭火系统主机及损管监控系统进行信息交互，根据不同的信息类型实时联锁提示操作。

3.1 基本参数设定

传统的电机控制设备通常采用在电源线路中接入带有电磁脱扣单元的塑壳式断路器配合热磁继电器的方法，基本能实现电机短路保护和过载保护，但这种电子元器件本身存在一定的动作误差，且在人为整定过程中精准度较差。

电机集中管理系统采用穿芯式电流互感器采集电机的运行电流，对电机提供过载保护、堵转保护及不平衡保护等多种完善的保护功能，可根据不同的负载特性设置不同的保护特性曲线。过载保护基于电机热保护的反时限特性算法模型，相比传统的热继电器，保护更精确可靠。在控制策略上，既可对每个电机进行单独控制，也可设定电机的启动顺序，分类、分组启动及其间隔时间，并实时监测电机的输入电流、运行状态等信息，对重要信息进行存储。电机保护参数设定和分区模拟监控分别见图3及图4。

图3 电机保护参数设定

图4 分区模拟监控

3.2 分区域启停控制

在某些特定的环境下，需对船舶某区域内的电机设备执行全部停止或遥控启动操作。例如，《中国海警舰艇入级规范》[6]中有关损害管制功能的明确要求，即“设有遥控关闭主机舱、锅炉舱、辅机舱、直升机机库的机械通风机及燃油泵与燃油速关阀的设施,还应设有这些风机、泵的运行状态的指示灯。通风机、燃油泵、燃油速关阀亦可分区遥控启闭”。由此可知，通过切断设备的供电电源实现风机和油泵关闭功能的传统设计较难实现“分区遥控启闭”功能，而电机集中管理设备的分区控制功能则能很好地实现该功能。

例如，当全船某处发生火灾时，火警控制主机将火警所属区域的信息发送给电机集中管理设备，电机集中管理设备自动切换到该区域的分区风机停止询问界面并发出音响报警提示，操作人员确认后即可停止该区域内所有的通风或油泵设备，在保证切断失火区域通风或油泵设备的同时，降低火灾的影响范围。电机设备分区域顺序启动可大幅度降低工作人员的劳动强度，保证电网品质不受叠加冲击电流的影响，如在集中管理设备上实现全船风机设备的启动控制等。电机分区停止和分区启动分别见图5及图6。

图5 电机分区停止

图6 电机分区启动

3.3 联锁控制

电机集中管理系统与损害管制监控系统及CO2灭火系统均建立数据交互，当损管系统进行风机、油泵的遥切控制或灭火系统施放时，电机集中管理系统同时发出相应电机的停止指令，从而实现该电机在控制设备和电源上的双重停止。

4 结 语

电机集中管理系统具有较完善的电机控制和监测功能，以分散控制、集中管理为特点，既可根据不同电机的负载特性设定保护参数，也可根据实际使用需求对电机负载进行分类和分区控制。同时，其具有丰富的可扩展接口，能与船舶其他系统或设备形成很好的信息交互，执行对方发送的必要指令，发送电机负载运行状态信息等，形成一套独立的管理系统。该系统通常在全船平台管理系统内统一管理，在应急状况下将涉及船舶安全的火灾探测、舱室灭火和风油遥切控制独立管理，提升船舶应急状态下的针对性管理，为传统的船舶平台管理系统设计提供一种不同的方法，具有较高的实际使用价值。

[1] 杨东升，张伟，吴宏，等. 基于现场总线和微处理技术的船舶电机集中监控系统[J]. 造船技术，2010 (6): 40-41.

[2] 侯馨光. 现场总线技术与船舶自动化[J]. 上海造船，1998 (2): 54-57.

[3] 汤天浩. 船舶智能化信息系统的探讨[J]. 上海造船，2007 (3): 29-31.

[4] 严凡，郭小松，张燕琴. 船舶阀门遥控系统电气设计优化与实践[J]. 船舶与海洋工程，2016, 32 (2): 45-48.

[5] 马东旭，王海燕，王兆强. CAN总线技术在船舶主机遥控系统中的应用[J]. 造船技术，2011 (2): 53-56.

[6] 中国船级社. 中国海警舰艇入级规范[S]. 北京：人民交通出版社，2011.

Design and Application of Centralized Motor Management System on Ships

WANG Fu-li，GUO Li-feng

(1. Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200030, China;2. China Ship Development and Design Center, Shanghai 201108, China)

A centralized motor management system is designed for the ship motor monitoring equipment based on CAN bus technology. This paper introduces the composition, the functions and the characteristics of the system in order to provide a distinctive method for the conventional ship platform management system.

ship; motor; CAN; centralized management system

U665.11

A

2095-4069 (2017) 05-0068-04

10.14056/j.cnki.naoe.2017.05.013

2016-11-25

王福利，男，工程师，1981年生。2005年毕业于东华大学电气工程及其自动化专业，现从事船舶电气专业技术方面的工作。