浅析阀门遥控系统在海工船舶上的应用

刘海花

摘要：随着全球经济的一体化进程加速，世界各国的贸易往来越来越频繁，而航运业在其中扮演着举足轻重的地位。正是对船舶的依赖性日益加剧，造成了使用者对船舶的安全性，稳定性及实用性等提出了更高的要求。船舶的智能化成为一种必然的选择。基于这种刚性需求，我们认为有必要对船舶的阀门遥控系统作出技术改进。

关键词：阀门遥控系统;海工船舶;应用

船舶行业是否实现现代化的重要标志之一就是船舶机舱是否实现了自动化，船舶自动化的控制和监测系统已经成为了动力装置、损管和电站以及辅机等系统的最重要的组成部分。它不仅能够让机械装置在最好的状态下，很明显的提高船舶的可靠性、机动性和安全性以及它的生命力等等的技术性能的指标，而且还可以改善船舶行业的工作环境，减轻工作人员的劳动的强度。正因为船舶机舱自动化具有这么多的优点，所以它才成为了船舶行业的表征，并且收到了国际各个国家军事以及航运部门的高度关注。

一、阀门遥控系统类型、组成、特点

到目前为止，阀门遥控系统基本上有以下几种型式，按照执行器驱动阀的方式，一般可分为三大类型：气动式、液动式、电-液式。按照阀的安装场所，可分为干式安装和湿式安装。按照阀的遥控控制方式，可分为模拟板开/关控制和计算机开/关控制。遥控阀的开/关位置指示反馈一般为触点信号输出到控制板指示灯指示该阀的工作状态。如为干式安装，微动开关直接装在阀上或压力开关装在电磁阀箱内控制液压管上，通过24v或220v电源连接到模拟板或计算机上指示该阀的工作状态。如为湿式安装，流量计或压力开关必须安装在电磁阀箱内控制液压管上，根据开/关阀的需要液压油流量大小和压力大小输出触点信号。还有一种为遥控阀开度指示，它要求输出的信号为4-20mA，在控制台上连续指示阀的开/关百分比。

（一）气动式阀门遥控系统

该系统设备的配置比较简单，因此最具有经济性，它的工作原理是压缩空气通过电磁阀的换向驱动气缸内的活塞达到开关阀的目的。它的主要配置为控制系统、二位五通电磁阀、气动作用头和阀，该系统利用船上已有的7-10bar控制空气作为动力源，只有一路控制空气接到电磁阀。

该系统的控制空气管子长度和其他型式系统相比，如遥控阀数量相同，所需要的数量要少得多。由于该系统动力源为7-10bar控制空气，气动动力头体积比较大，操作遥控阀时消耗比较多的压缩空气，但气动头使用寿命长，阀可安装在任何区域，工作安全可靠。对该系统而言，缺点是：一般船厂均采用紫铜管作为控制管，所以不可避免控制管路上有更多的管接头，经过长时间工作后，空气管接头容易泄漏，维护起来工作量大，并且在维护时会影响系统工作。遥控阀的开关在控制台上或计算机控制，阀的开关位置通过控制台上或计算机的指示灯显示。

（二）液动式阀门遥控系统

该系统的主要配置为控制系统、液压泵站、电磁阀箱、液压驱动器和阀。液压泵站可分为定量液压泵和变量液压泵，电磁阀箱根据布置场所可分为普通型和本安型，电磁阀箱数量可为一个或几个。液动式阀门遥控的工作原理也是通过公共液压泵站液压泵工作，油泵输出100～150bar液压油工作压力到电磁阀箱中各个电磁阀，通过电磁阀的换向和液压油控制管到液压驱动器控制阀门开关。

每套液压泵组配备二台液压泵，每台液压泵根据液压工作压力设定自动起停和互为备用。液压泵站可选用定量液压泵和变量液压泵，他们不同之处在于定量液压泵要配备蓄压器，保证液压油的工作压力在范围内，变量液压泵不需要配备蓄压器也能保证液压油工作压力。

（三）电-液式阀门遥控系统

电-液式阀门遥控系统和液动式阀门遥控系统相比较，有所不同。它主要由每个阀单独的控制模块、油泵、液压油缸和阀组成。工作原理和液动式相似，单独的油泵正转或反转提供压力到液压驱动器控制阀门的开关。

该系统最大的优点在于每个遥控阀单独控制，与气动式和液压式比较，电缆取代了管系，维护方便、简单;由于每个阀都有一个单独的动力头，在维护时不会影响其他阀的工作，所以此系统工作更可靠;由于是电脑模块控制，它可以做到阀的比列开度，更具有先进性，但由于此系统是由电脑、模块、动力液压头组成，所以它的投入也大，并且阀的安装位置一定是干式的，在有些区域要配气动式或液动式。

二、阀门遥控系统中阀和执行器及船级社规范要求

执行器阀一般分为单作用和双作用，单作用执行器是指一边是气缸或油缸驱动阀开，另一边为弹簧关闭阀。双作用执行器是指两边都是气缸或油缸驱动阀的开关。

而执行器阀都必须满足该船入级要求，所以我们需要了解各船级社的规范要求，各船级社对该系统的要求有所不同。以ABS船级社为例，遥控阀如布置在舱底水系统，要求当遥控阀失去控制电源和液压压力时，该阀必须处于关闭状态或导向关闭，所以只能选择单作用驱动器。而BV船级社要求，当遥控阀失去控制电源和液压压力时，该阀必须锁定在最后命令的位置上或导向关闭，所以要优先选择双作用驱动器和双相电磁阀。液压泵站和液压式驱动器的材料和试验必须满足船级社的要求，还有遥控阀必须提供就地的应急操纵。

三、船舶阀门控制系统的软件设计

我国现代船舶阀门遥控系统的软件设计也包括两个部分：上位机软件系统和现场控制器软件系统。上位机软件系统的主要功能是监测各阀门状态和远程控制阀门运行。目前常用的上位机软件系统界面多是由 VB6.0 进行开发的。在软件启动后，系统首先会自动进行初始化设置，然后形成监控界面，进入运行模式。现场控制器软件独立于上位机软件系统，应用 C 语言编程进行开发，这种设计方式可以有效提高现场控制器软件的程序可读性和可移植性。现场控制器软件系统的主要功能包括阀门状态和运行过程信息的采集和监测、阀门控制动作的执行、与上位机系统的连接与通讯等。现场控制器软件系统设计包括主程序的设计和 CAN 通信设计，以及相关连接程序的设计。主程序负责各阀门数据信息的采集、接受上位机系统信号、执行运行指令等。现场控制器包括现场和远程两种控制方式。在现场控制模式下，操作人员通过手動操作对阀门进行控制，上位机只能通过软件系统进行监控;在远程遥控模式下，上位机能够通过下达指令，经由现场控制软件对阀门进行控制。CAN通信设计负责 CAN 总线相关的各条数据信息的整合和维护，功能较为单一，程序设计较为简单。

四、结束语

随着工业技术的发展，船用阀门的控制系统为满足现代船舶的实际需求不断进行更新换代，新型遥控系统依托计算机技术与船舱监控系统相互结合，成为新型船舶系统中重要的一环。然而，船用阀门的遥控系统自主研发难度大，需要突破的科技难题较多，经济附加值巨大，核心技术被国外船舶制造企业垄断，一直是制约我国现代船舶自动化装卸载技术发展的重要原因。当前，我国船用阀门遥控系统的关键技术经过多年努力已经取得部分突破，电液集成技术、遥控技术等新型控制技术获得发展，国产设备在现代船舶的装船率正在不断提高。

参考文献

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[2] 黄自莹，吴建国，章智敏. 基于冗余 CAN 总线的船用阀门嵌入式控制系统[J]. 仪表技术，2011（10）：7-12.