船用电动阀门陆上试验专用调试装置的研制

船用电动阀门陆上试验专用调试装置的研制

高荣武曹力刚

（渤海造船厂集团有限公司125004）

摘要：通过对船用电动阀门陆上调试标准实验程序的分析与研究，并参照了现有船舶上电动阀门操作控制装置的设计理念，研制出一种用于船用电动阀门陆上调试的专用调试装置，该装置应用后可以确保船用电动阀门在上船安装前性能考核试验的顺利进行，增加船用电动阀门试验过程的安全性。

关键词：船用电动阀门；陆上调试；专用调试装置

1引言

用于船用的电动阀门长期工作在高温、高压的恶劣环境中，对其可靠性要求极高，生产厂家必须做一系列的相关试验确保性能；同时根据标准试验程序，这些电动阀门在出厂后正式上船安装前必须再进行一系列的内场陆上调试试验，在验证其相关电气性能达标后方可上船安装。这些试验和检验工作要严格按照标相关准试验程序进行，以确保阀门电气性能的可靠性，在试验中需要一种专用的调试装置来对这些阀门进行电气性能检验。目前生产厂家和公司内部都还没有相应的专用调试装置，而这些阀门的生产供应商只提供出厂检定报告，对于后续的阀门到厂后的内场检定及上艇安装前相关试验则由公司相关试验人员完成，故迫切需要研制一种专用调试装置。

2专用调试装置的技术指标

通过对船用电动阀门陆上调试试验标准程序的研究与分析，并参照了现有舰船上的核级电动阀门的操作控制装置的设计，我们提出了用于船用电动阀门陆上调试试验的专用调试装置的性能指标要求：

●阀门调试种类：包括目前船舶使用的各类常见电动阀门（如全封式电动阀、谐波式电动阀、调料式电动阀、交直流电磁阀及直行程及角行程的罗托克电动阀等），并带有辅助接口，为将来新型阀门调试做功能扩展

●装置具有良好的人机界面，带有数据记录及存储功能，便于数据存储及追溯

●装置可调试阀门的功率范围：借助于电源变换箱可以调试3KW以内的各类阀门

●装置应具备的调试功能：通过触摸屏，能对各类电动阀进行开、关试验，能自动显示阀门开关时间、开度比、开关信号、过扭信号，并以流程图方式显示阀门当前状态

●阀门开关时间显示误差：±0.01秒

●装置应具有自动相序功能

3装置的整体组成及主要功能电路分析

图1装置整体组成原理框图

如图1所示，装置设计成上下位机的形式，这样不仅操作方便，还利于后续的功能扩展。上位机由工控触摸屏电脑组成，接受操作人员输入的阀门开关操作命令并将指令通过RS232接口传递到下位机去，同时接受下位机的返回参数；下位机由单片机系统及相关控制系统组成，完成对上位机命令的响应来控制阀门的开关，同时将相关参数返回到上位机中显示。主要功能电路如下：

3.1触摸工控上位机的控制软件设计

上位机的功能是将操作人员的开关阀命令传输到电脑中并发出相对应的指令传递给下位机去，并对下位机进行参数采集，在软件设计上经过分析比对选用了图形化设计软件Labview8.6进行上位机软件设计，设计中将需调试的阀门直接采用直观图形方式进行显示控制，相关数据的显示采用仿真标准表的形式，便于用户操作及观察。

3.2下位机硬件及软件设计

下位机功能是接受上位机的指令（开阀、关阀、停止）并通过功率接口将指令执行到相关阀门上。下位机的硬件设计方面考虑到该装置功能不是很复杂，并从可靠性及通用性方面考虑，选择了51

系列单片机89S52，它外围电路设计简单，性价比高，非常适合用于小型控制系统中，其软件可以使用C和汇编两种语言，考虑到程序设计比较简单及控制的实时型，采用汇编语言进行设计，主要功能就是通过串口接受上位机命令并做出解释，然后通过P1口控制相关继电器从而控制阀门的开关，并将相关参数通过采集模块采集后上传到上位机中进行显示。

3.3功率扩展接口设计

考虑到船用核级阀门将来可能会出现型号变动及增加新型阀门的情况，该调试装置预留了两个功率扩展接口，并在上位机的界面上也预留了专用扩展界面，这样装置就具备了很强的扩展能力，将来可以根据需求随时增加调试的阀门种类

3.4转换电源箱的设计

目前大多数调试现场的电源只提供三相交流380V电源和单相交流220V电源，而船用阀门需要的电源种类则要复杂一些（还需要三相交流220V、直流220V、直流40V及直流10V等等），为应对这种情况，单独设计了一个电源转换箱，转换箱的输入为调试现场的三相交流380V电源和单相交流220V电源，输出为阀门调试需要的各种电源。使得装置具有通用性，便于推广使用。

3.5阀门控制接口的电路设计要点

3.5.1全封式电动阀门控制电路的设计要点

船用全封阀除了功率略有不同外，控制原理基本相同，设计时需要考虑功率器件的设计余量问题。因全封阀的行程开关一般为霍尔元件，以干簧管串并连居多，这样可以防止误动作及拒动作，

干簧管功率较小一般不能接入交流控制电路，所以

在装置中单独设计了一个阀位控制板，将全封阀的行程信号功率放大后接入交流控制电路，这样对行程开关进行了保护。

谐波式电动阀（俗称“球阀”）的控制较为简单，由于其开关行程带有一定的功率容限，所以行程开关可以直接接入交流控制电路，这样就省去了阀位控制板；另外该电动阀体上装有过扭限位开关，所以在设计时在装置上增加了一个过扭切除开关来处理在过扭状态下的电动控制。

3.5.3罗托克电动阀控制电路设计要点

这类阀门因为其性能优越、控制简单，在自控系统中应用极为广泛，只要输入一个4~20mA电流信号就可以精确控制阀门的开度。为能精确控制阀门的开度，装置中设计了高精度的电流信号发生电路（±0.05%），并加大了驱动能力。因该调试工装为陆上调试专用，为方便调试，我们设计了两种电流输入方式，一种为百分比方式，即直接通过按键以20%递增方式输入4~20mA电流信号的0%~100%信号；另外为了考虑特殊情况输入，加设了一种电位器方式连续调节的电流输入方式。

3.5.4电磁阀控制电路设计要点

电磁阀是所有电动阀门中设计和控制都最为简单的，目前船用的核级电磁阀有两种，一种为不带限位指示的，另外一种带有干簧管限位指示的，这两种控制方式的区别就在于指示电路上，控制电路上差别不大，另外直流电磁阀在控制上要额外增加一个续流二极管作为保护用。

3.6阀门开关计时器电路设计要点

以往船用阀门进行计时的性能试验时，一般

采用人为“卡秒表”的方式计算开关阀时间，这种方式存在一定的人为误差，在该装置中采用了自动计时电路，即是通过接触器的触点接通高精度计时电路，计时电路通过高稳定性的100K的震荡晶体通过3级10分频产生100HZ的时钟脉冲，然后通过4级计数器进行计时，并将计时结果通过单片机传送到上位机中去显示。

4专用调试装置的测试及考核试验

装置设计完毕后，首先进行设备单机不带载通电测试，用来测试相关的输出参数是否满足要求，随后进行普通级阀门的测试，测试时采用市购的普通阀门，经测试装置性能满足设计要求。

最后使用真实的船用电动阀门进行产品测试及试验，经过测试装置性能满足设计要求。该装置目前已经调试试验了3条船舶上40多个电动阀门，在试验中曾发现了2个电动阀门的电气性能指标不满足要求，经过生产厂家将阀门维修后才最终安装到船舶上，避免了这2个阀门进行后续重复拆装。

5研制结论

该装置从最初的可行性分析、方案设计到最后的整体试验成功完成，共历时一年多的时间，最后制作出了一台可以满足船用电动阀门的陆上调试试验的装置。根据试验室试验及后续的真实产品的测试考核，证明该装置达到了最初的设计指标，整体性能可靠，可以应用到船用核级阀门的陆上调试试验中，对于加快生产调试进度及保证试验安全具有一定的意义。