制造液化气船的技术要求(16500m3液化气船——全船计算机综合监视控制系统有多先进？)
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文|波义耳的笔记
编辑|波义耳的笔记
1概述
16500m3液化气船是一艘大型液化气船，载重量约为18000t，该船入级GL，船级符号为:
GL+100A5E，liquifiedGasTankerTypeZG，+Mc，E，AUT，INERT
同时，由于合同规定悬挂德国旗，设计时亦要考虑符合SBG，以及BSH、POST的有关规定。
2系统特点
16500m3液化气船压载注油电气控制系统的特点是加入了全船计算机综合监视控制系统(Datachief-2000)，从而简化了压载注油电气控制系统的构成，并且方便了操作。
下图是全船计算机综合报警监视控制系统中压载注油电气控制系统部分的示意图(图1):
冗余现场总线是用于现场仪表、设备与控制系统和控制室之间的一种分布、智能、双向、多变量、多点、多站的通信系统。
现场总线技术将所有的传感器、执行器、显示器、操作器、计算机等均智能化、模块化，所有这些装置均挂在一根4芯的总线上。
图1
KNCA公司提供的全船综合报警监视控制系统(Datachief-2000)正是建立在这个基础上的，如图1所示。
PCU、SAU、加油站报警板通过四芯冗余现场总线和计算机(MCU)进行数据交换和信息处理，而MCU之间则通过局域网ETHERNET进行通讯。
在集控室内，设有遥控操作站(ROS)，包括4个单元:分别为2台主计算机(MCU)、2块操作员控制板、2台图形显示器和1台打印机。
而在货控室内，也设有ROS，配有1台计算机(MCU)、1台图形显示器和1块操作员控制板(OPU)。
·遥控操作站(ROS)有以下4个功能:
(1)接收和传送串行仪表网上的就地数据接收单元和过程控制单元的数据;
(2)显示检测和报警信息，并加以确认;
(3)处于无人机舱工作状态时，将报警延伸至驾驶室和值班轮机员居处;
(4)作为连接局域网的网关。
·计算机单元(MCU8625)
遥控操作站内的计算机单元(MCU)配置了电气接口和软件，这样利用串行仪表网就能与信号输入系统和过程控制系统进行通信，并通过局域网完成数据交换。
MCU还建立了实时操作系统，用于分配不同任务的优先等级，保证系统的实时性能。
打印机也连接在MCU上。
MCU还拥有图形接口和图形软件驱动器，以最快的速度和最好的质量显示和更新高分辨率的画面。
·操作员控制板(OCP8810)
操作员控制板(OCP)上设有带灯功能按钮。
正常情况下，每按一下执行一个功能，并显示相应的画面，这样可避免和操作员对话。
另外，OCP配有跟踪球，在显示器上选择控制物体并完成控制功能后，如果需要，可以按动起动/停止按钮或开/关按钮。
所以，操作员可以在集控室完成压载系统阀门遥控和液位遥测，也能在货物控制室完成这两项任务。
3系统配置
16500m3液化气船压载注油控制系统包括压载水控制、液位遥测及报警、加油过程控制及报警，是一个完整的电气控制系统。
主要设备及其提供厂商有:
KNCA:过程控制单元(PCU)，信号输入单元(SAU)，加油站报警板(BSAP)，加油站仪表板(BSLP)，计算机(MCU)。
SCANASKAPRENORD:液压动力单元控制报警板，2台液压泵，阀件。
4系统功能(1)压载泵及遥控阀控制
压载泵及遥控阀控制由PCU完成。
PCU全称为过程控制单元(ProcessControlUnit)，英文缩写为PCU。
PCU是一个面向就地安装、就地控制操作的设备，每个PCU都是一个独立自控制微处理器系统。
通常操作员可以利用控制室内的显示器和功能操作板(OPU)在模拟图上(Mimic)对控制对象进行控制操作，必要时可直接在PCU面板上操作。
PCU的输入接口提取被控制对象的工作参数和工作状态，输出接口则提供被控制对象的控制信号，这些信号汇集后由PCU的驻留标准程序进行信息处理和数据提取，并通过冗余现场总线送到上层计算机管理系统，即计算机(MCU)。
PCU和计算机之间的连接标准可以是4～20mA的电流环，或是RS-422通讯接口。
通常，PCU有各种标准程序，用于各种控制过程，如泵、阀等。
也可以针对用户提出的各种控制要求，组合相应的标准程序模块，对相应的控制对象进行控制。
a)备用泵控制
系统构成示意图(图2):
图2
在16500m3液化气船上，2个压载泵互为备用，控制由PCU内备用压载泵控制的程序模块实现。
当管路上的压力传感器送出的压力信号值跌落至设定值以下时，主泵自动停，备用泵自动起动，如图2所示。
也能在控制室内遥控起动和停止压载泵。
b)阀控制功能
图3
系统构成示意图见图3。
PCU内的阀控制功能软件模块，能够对阀进行遥控操作。
遥控阀动作受电磁阀控制，16500m3液化气船上的电磁阀为双作用阀，由PCU的两个开关量输出信号和两个开关量输入信号控制。
开关量输出信号为脉冲信号，脉冲信号的长短可根据实际需要在PCU面板上调整，反馈限位开关的位置指示出阀的终了位置。
如果两个限位开关同时闭合，则会报告工作状态出错。
阀的遥控开启和关闭均在控制室内进行。
由于全船综合报警控制系统(Datachief-2000)采用双环路结构，如图1所示，所以即使有一个环路出现故障，连接在冗余现场总线上的各现场设备也可通过另一环路正常工作，安全传送数据，执行控制。
在预先设定的时间内，如果遥控阀没有按控制要求动作，则PCU将给出执行出错信号。
对于指定的阀，PCU也可做到自动开启和关闭。
(2)液位遥测
16500m3液化气船的液位遥测中，利用2个SAU对液位参数进行集中遥测、数据处理及液位报警。
因为第1顶边压载水舱、第2顶边压载水舱(左、右)和第3顶边压载水舱(左、右)的液位传感器布置在危险区，所以传感器信号经放大器放大，通过安全隔离装置后送到SAU。
SAU全称为信号输入单元(SignalAcquisitionUnit)，英文缩写为SAU。
SAU主要是为KNCA公司的报警监测系统设计的。
然而，SAU也是一个功能灵活的单元，可作为一个通用的输入接口，输入液位信号，并连接至一台或两台计算机上。
SAU是一个标准化的工作模块，每个SAU的输入通道为32路，每个通道安装一块适配卡，可与任一种传感器信号匹配，模拟量、开关量、频率信号(如转速)都可以。
如果需要，每个SAU最多还可给出5个输出信号，可以是开关量输出，也可以是模拟量输出。
SAU内有一个微处理器，可将输入信号转换成相应的工程单位，或以满量程的百分比显示在SAU面板上。
所有信号都可以与预先设定的报警值比较。
SAU可提供3种报警指示:
(1)每个通道的独立报警指示。
每个指示都会送到计算机(MCU)。
同时，SAU面板上每个通道相应的报警灯会亮;
(2)通用报警指示。
SAU检测到报警时，产生一个继电器输出信号，可以用此信号驱动警笛，发出声光报警;
(3)预先设置的组报警指示。
组报警可以用继电器输出，也可发送至计算机。
这样，在遥控报警站便能知道报警属于哪一种工况出错范围，以便及时排除故障状态。
如果要求按被监视设备的工况要求抑制报警，也可以预先输入开关量抑制条件，SAU就不会在抑制条件下发出报警信号，避免了误报警的产生。
正常状态和报警状态的所有过程数据，可以显示在显示屏上或SAU面板上。
全部预置报警参数和信号参数都可在SAU面板上检查和修改，如比例因子。
(3)注油控制
16500m3液化气船按SBG要求，燃油注油系统为封闭式溢流系统。
船上共有7个储油舱，每个储油舱安装3个独立作用限位开关，其中1个用于第1液位的报警，另外2个分别用于第2液位的报警和控制。
第1液位限位开关设在储油舱容量的85%处，作为加油(用较大流量注油)极限报警值;第2液位限位开关设在储油舱容量的95%处，作为补油(用较小流量注油)报警极限值。
某个储油舱补油时，加油站值班人员通过电话与控制室值班人员联系，动作设在控制台上的转换开关。
预先将溢流阀开闭控制线路切换到与当前储油舱内用于控制的第2液位限位开关相应的线路上，当液位达到95%时，当前储油舱内用于报警的第2液位限位开关发出液位危险报警信号，同时溢流阀自动打开。
为了满足SBG要求，在加油站配备了加油站报警板和加油站仪表板。
加油站在船的左、右舷各设1个。
·如图1所示，左加油站报警板通过冗余现场总线连接到Datachief-2000，故左加油站报警板所需的所有报警信号，均只要通过一根简单清楚的4芯总线便能从计算机(MCU)获得。
同时，加油站报警板本身也是一个微处理器，所以右加油站报警板也只需通过一根4芯总线，与左加油站报警板连接，就可得到报警信号输入。
因此，报警板上报警内容的增加和删减非常方便，只要将报警板内的贮留程序稍加改动，而对外围设备的配置连接无任何影响。
·加油站仪表板上，有7个液位表和4个阀位开关指示灯，指示2个溢流阀的终了位置。
SAU提供了7个模拟量输出信号，作为7个液位表的输入信号，使加油站值班人员简洁明了的观察各储油舱储油情况，及时采取措施，既保证各储油舱加满油料，又能预防燃油溢出到甲板并污染船旁水域。
7个液位表分别指示:第1燃油舱(左)，第2燃油舱(右)，第2燃油舱(左)，第2燃油舱(右)，第1柴油舱(右)，第2柴油舱(左)，第2柴油舱(右)的液位。
阀位开关指示信号则由报警监测系统的SAU送出。