AutoChief600主机遥控系统监控与管理技术

安 亮 朱永祥

(江苏航运职业技术学院,江苏南通 221060)

完全分布式网络控制技术的实船应用日益广泛，然而其更新换代较快，资料较少，某些船舶机电管理人员还知之甚少。如KONGSBERG在推出了完全分布式的AutoChief C20型主机遥控系统后近期又推出了其升级版AutoChief 600(文中简称AC600)。在此将以AC600型主机遥控系统为例，介绍新型主机遥控系统网络监控技术的实船应用，并提出维护管理建议。

1 机舱“统一自动化”理念

从自动控制的角度讲，现代自动化机舱主要由监测报警系统、主机遥控系统、自动化电站系统及其它辅助控制系统组成。因为监测报警系统最终将集成后三者的报警信号(或数据)，故可把后三者看作监测报警系统的子系统。微机控制技术在实船应用以来，监测报警系统功能得到了深化，由原来的简单报警功能扩展至集监测、报警控制于一体的综合自动监控系统，而监测报警系统这称谓只是延续历史叫法而已。KONGSBERG基于这一思路，结合完全分布式的模块化网络设计思想，提出了机舱“统一自动化”理念,推出的K-chief 600型监测报警系统，系统结构如图1所示。

图1 K-chief 600型监测报警系统

AC600为K-chief 600型监测报警系统的子系统，主要实现主机监测、控制与安保，并且将主机及遥控系统的数据传送至OS，便于实现全船网络化综合监控。

2 AC600的网络结构

AC600型主机遥控系统亦采用完全分布式处理的网络化设计理念，即采用不同的专用DPU模块实现不同的功能，DPU模块间通过双冗余CAN总线实现数据共享，从而构成了一个有机的网络化主机遥控系统。

为了实现驾驶台、集控室等对船舶主机的遥控操纵，专用于主机遥控的DPU模块根据实际需要需分别安装于驾驶台、集控台及机旁，实现DPU间数据共享的双冗余CAN总线则也需贯穿于三地。

如图2所示，安装于驾驶台的主机遥控专用DPU模块，主要有驾控计算机触摸屏(AutoChief Panel, ACP)、立体复合车钟(LTU)及数字转速表RPM。ACP与LTU组合于一体构成驾驶台操纵单元(BMU)。主机备车完毕，操作部位转至驾驶台，驾驶员可通过立体复合车钟对船舶主机实现全自动遥控，必要时可通过驾控触摸屏进行状态显示和参数查询。大型船舶还可选配侧翼操作单元，实现船舶泊靠时的操纵。

图2 驾驶台DPU模块网络

如图3所示，集控室的专用DPU模块配置主要包括集控计算机触摸屏(ACP)、立体复合车钟(LTU)、数字转速表RPM及显示面板单元(IPU)。前三者功能类似驾驶台遥控，不同的是集控触摸屏(ACP)除了可实现主机遥控系统状态显示、参数查询外，还可实现参数修改、模拟实验、系统调试等功能。显示面板单元(IPU)除了通过指示灯直观显示主机及遥控系统状态外，还可实现辅助风机的自动监控。

图3 集控室DPU模块网络

如图4所示，安装在机旁的主机遥控DPU模块主要有：键式车钟PBT、主机接口模块MEI、数字调速模块DGU、测速模块RPMU、安保模块ESU、I/O混合模块RIO-C2和模拟量输入模块RAI-16等。

图4 机舱DPU模块网络

键式车钟PBT通过CAN总线接收来自驾驶台或集控室车钟的车令，本地应急操纵时用于向驾驶台车钟回令。

主机接口模块MEI作为AC600型主机遥控系统与主机气动操纵系统的接口，主要通过CAN总线接收遥控系统逻辑车令，控制气动操纵系统中的“启动”、“停车”、“正车”、“倒车”等电磁阀，从而实现主机遥控系统的逻辑控制功能。

挂接在CAN总线上的数字调速模块DGU和测速模块RPMU主要完成主机转速与负荷控制功能，DGU接收车钟设定转速信号，经转速限制等处理后作为转速设定值与测速模块RPMU送来的主机实际转速测量值相比较，形成偏差；DGU内部PID程序对偏差进行计算处理，必要时再经过负荷限制，最终输出燃油齿条期望位置信号(代表供油量大小)，从而把主机转速稳定在设定转速上。

安保模块ESU主要用于直接实现安保自动停车和间接实现故障自动降速。自动停车时，ESU直接控制安保电磁阀动作；自动降速时，通过CAN总线使DGU的转速设定值为“慢速”值，最终由转速控制系统使主机转速降至“慢速”。

模拟量输入模块RAI-16采集主机系统参数如冷却水温度、滑油压力等信号，处理并进行监测，必要时通过CAN总线传送至其它模块和OS。I/O混合模块RIO-C2同集控室网段中的IPU配合实现辅助风机的自动监控。

驾驶台、集控室及机旁的DPU模块网络通过另一通信模块PSS(图中未示出)连接在一起最终接至图1中的DPSC，从而构成了AC600型的主机遥控系统。

KONGSBERG对主机遥控系统的功能进行分解与分类，采用不同的功能DPU模块相互协作，巧妙有序地完成复杂的控制功能；DPU的相互协作，则需模块间数据共享，数据共享由双冗余的CAN总线实现。这便是AC600型主机遥控系统的完全分布式网络化设计思想。

3 AC600的新特点

3.1 功能新特点

AC600型主机遥控系统通过DPU模块组成的CAN总线网络主要实现启/停、换向等逻辑控制功能和转速/负荷控制功能。构成于AC600的DPU模块内部结构均为独立的计算机结构，其本质属于微机控制，微机控制功能主要通过软件实现。因为软件的可扩展性，AC600除可实现逻辑、转速控制功能外，还可根据实际情况扩展一些特殊而实用功能。在此主要介绍轮机管理人员不甚熟悉的特殊功能。

(1)轴带发电机模式

采用“可调距桨+不可逆恒速转主机”推进的船舶往往配置轴带发电机。为了保证工频恒定，轴带发电机需配备定频齿轮或电子恒频装置；恒频装置可保证主机转速在极限供电转速(默认75%MCR)以上运行，即使转速变化也可使其输出50或60Hz恒频交流电。船舶正常航行时，主机转速恒定，轴带发电机供电全船；然而若出现主机自动停车或自动减速故障时，便可能还将导致全船失电。为了避免此类恶性事故的产生，AC600设有轴带发电机模式，若轴带发电机供电全船时主机自动停车或自动降速故障发生时，AC600将使主机转速降至极限供电转速并保持1分钟(可调)，与此同时通过MEI模块向自动化电站系统发第一备用柴油机组启动指令。在此1分钟内，柴油机组启动、入网并分担轴带发电机组负荷，轴带发动机解列，而后AC600中的安保模块控制主机停车或降速，从而避免了主机停车(或降速)与全船失电同时发生的恶性事故。轴带发动机模式及其参数的设定一般在集控室计算机触摸屏设置完成。

(2)气缸自动切除模式

AC600型主机遥控系统为大型主机低负荷和低转速设计了气缸自动切除模式(CCO)。如MAN B&W 12K90MC-C型等主机，低负荷时可将气缸分成两组，位于中间4、5、6、7、8、9号缸为一组，位于两边1、2、3和10、11、12号缸为一组，AC600通过MEI模块控制两组气缸上的停油电磁阀，使两组气缸以2分钟为周期交替运行。这样低负荷和低转速时气缸可减至一半，既降低油耗又提高了稳定性。两组气缸交替运行还可避免热负荷不均和滑油浪费。气缸自动切除模式及其参数的设定一般通过集控室计算机触摸屏设置完成。

特殊功能在AC600型主机遥控系统较多，比如恶劣海况模式、恒定供油量模式、通过冗余切换实现故障智能处理等。这些功能主要通过软件完成，几乎无需增加硬件开销，因为软件的可移植性，可在成本不变的前提下实现功能升级。

3.2 结构新特点

AC600主机遥控系统在其前一代产品ACC20的完全分布式网络化结构的基础上进行了进一步的优化。增设了驾驶台、集控室面板和车钟及转速通信模式。

(1)计算机触摸屏面板

为了缩短船舶管理人员对新产品的学习周期，AC600主机遥控系统的驾驶台、集控室ACP面板继承了ACC20主机遥控系统ACP面板的成熟软件界面设计。硬件上则进一步地得到优化，将原来LCD液晶显示屏升级为了计算机触摸屏，操作更加快捷方便。为了达到可靠性目的，计算机触摸屏面板左侧中部仍然保留了“取消自动停车”、“取消自动降速”、“取消限制”等三个越控按钮；下部保留了“消音”、“故障确认”和多功能旋转按钮。计算机触摸屏面板触摸功能失效时，还可通过多功能旋转按钮进行操作。

(2)立体复合车钟

AC600型主机遥控系统的驾驶台、集控室单手柄复合车钟采用立体化结构。主车钟刻度盘以滚轮的形式悬浮与车钟面板之上，车钟面板上的辅助带灯按钮及状态显示均采用动态液晶显示，对比度强烈，显示效果更佳。

图5 立体化单手柄复合车钟

(3)双冗余RS-485通信

数字调速模块DGU和测速模块RPMU均挂接在CAN总线上，主机实时转速测量值可通过CAN总线送至DGU。为了保证实时转速传递的可靠性与精确性，主机遥控系统至少设置两套测速模块 (RPMU1和 RPMU2)， AC C20中仅将RPMU1通过RS-422通信送至DGU，作为双冗余CAN总线的补充。只将其中一个测速模块(RPMU1)与DGU相连的原因是RS-422通信不支持真正意义的多站点通信。为此AC600主机遥控系统将该通信升级为支持真正意义多站点通信的RS-485通信；两套测速模块(RPMU1和RPMU2)均通过RS-485通信接至DGU模块；即在两RPMU与DGU构成RS-485通信网络作为双冗余CAN总线网络的补充。进一步提高了主机实时转速测量信号传输的可靠性和精确性。

4 常见故障分析

KONGSBERG主机遥控技术实船应用成熟，加之AC600相对于其前代产品在软硬件可靠性上做出了大量的优化设计，其主机遥控系统内部故障率极低，故障率较高的部分往往是外部设备或外部设备接口处。外设或接口故障最终表现为主机遥控系统不能正常工作，船舶管理人员若不甚了解AC600网络化结构及接线，则很难对故障作出有效诊断。在此以AC600主机遥控系统实船应用中易出现的三大故障为例进行分析。

4.1 操作部位丢失

主机备车完毕操作部位转换至驾驶台，由驾驶员遥控操作主机。遥控过程中，驾驶台操作突然失效，三地控制部位指示灯均熄灭，驾控计算机触屏显示“操作部位丢失”，此时操作部位无法转换。因为驾驶台与集控室两地操作部位无法转换，轮机管理人员往往习惯在此两地间查找故障，若不改变思路，故障则无法排除。

出现此类故障，应根据自身主机遥控系统知识储备，查找系统接线图。AC600型主机遥控系统中操作部位转换信号均接至机旁MEI模块，并且MEI模块接线具有严格的统一性。即，“集控/驾控”选择开关接至MEI模块中的19#通道，“本地应急”、“遥控”等开关量信号分别接入MEI中20#、21#通道。驾驶台或集控室遥控时，21#通道接收“1”信号；应急操作时，20#通道接收“1”信号。正常情况下，20#、21#通道有且仅有一通道接收“1”信号，若非如此，即出现“操作部位丢失”故障。接入20#、21#通道的信号形式一般分两种，一种是直接把 “本地/遥控”转换开关接入；一种是分别通过安装于本地和遥控气源管道上压力开关接入。“本地/遥控”转换开关接触不良或气源管道上压力开关损坏最易引起此类故障。简言之，只要将故障锁定于MEI，问题便可迎刃而解。

4.2 无法遥控启动主机

主机备车完毕，驾驶台和集控室均无法启动主机，出现此类故障时，计算机触屏显示“电磁阀回路故障”。在AC600主机遥控系统中，“启动”、“停车”、“正车”、“倒车”等电磁阀控制端信号分别由MEI模块中的5#、6#、7#、8#通道接出。油气分进型主机正车启动时，5#、6#、7#三通道均输出“1”；油气并进型主机正车启动时，5#、7#两通道输出“1”；若相应端口信号无信号输出，则MEI内部故障或接口故障。然而此类故障往往由电磁阀或电磁阀至接口间的导线短路引起，也可能为电磁阀卡死或是电磁阀绝缘减低引起。根据接线图可轻松查出故障。

4.3 主机转速失控

在驾驶台或集控室遥控主机时，转速无法跟随立体复合车钟设定而失控。主机转速失控可能的原因主要有测速装置故障或调速器故障，两种故障出现其一，则实现闭环调速的控制系统即变成开环。而开环系统无法抑制扰动而使转速失控。然而DGU数字调速器实船应用技术成熟，不易产生故障；相反，与测速模块RPMU相连的磁脉冲式转速传感器出现故障的概率比较大。因此一般出现此类故障时，计算机触屏显示“测速装置故障”。故障源最可能出现在磁脉冲式转速传感器至测速模块RPMU接口处。具体故障不外乎：测速探头污损、测速探头与旋转齿轮间距改变(2～3mm)、测速探头至接口连接线开路或短路、测速探头内部故障、测速模块RPMU接口损坏；前两者故障最为常见，停机后根据接线图检修即可。

5 AC600维护与管理要点

AC600为集主机控制、报警、安保于一体的工业网络化综合监控系统，其内容涉及微机技术、网络技术及传感器技术等多学科知识。而这些对船舶管理人员来说较为陌生，维护管理中建议特别注意以下几点。

实践证明，系统接线识图是掌握微机型(网络化)控制系统的事半功倍的学习方法，读系统懂接线图是系统维护管理的必要前提。然而，较多船舶管理人员见到厚厚的图纸，便望而生畏；其实系统接线图相对传统电路板原理要简单得多，船舶管理人员结合传统主机管理技术和基础电工知识储备，只要精心阅读便可入门，而后再联系实船设备，即可做到精通。

用于主机遥控的专用DPU模块均采用专业的密闭封装技术，内部为“黑匣子”式计算机系统，硬件免维护。若DPU发生故障，计算机触摸屏上将显示“通信错误”提示，可根据相应DPU模块上状态指示灯(5个)的不同组合情况判断故障类型。而后再根据说明书作出处理。

AC600型主机遥控系统触摸屏界面软件功能强大、内容丰富，因其完全继承ACC20主机遥控系统界面设计，熟悉 ACC20的用户可较快上手，新手通过说明书可也很快掌握。需要特别注意的是，触摸屏上的操作切记用力过重，否则影响寿命。若触摸屏触摸功能偶尔失效，断电重启触摸屏计算机即可恢复，若不能恢复请暂时使用多功能旋转按钮替代操作。

急停按钮上设置透明保护罩，可防止误操作造成应急停车。若需取消“误操作应急停车”，在按下急停按钮后立即再按一次即可。AC600型主机遥控系统无需故障降速复位，即故障解除后，主机自动由“慢速”增至车令设置转速。