船舶液位遥测系统中的新技术应用.pdf

S HI P E NGI NEERI NG、b1 2 9 NO 3 2 O O 7 船 舶 工 程 总第 2 9卷，2 0 0 7年第 3期 崔晓俊，季建华(上海恩德斯豪斯自动化设备有限公司，上海2 2 4 1)擅要：着重对海水液位测量仪表的腐蚀性作 了详细分析并介绍 了最新的技术进展，特别介绍 了 P r o fi b u s 总线在船舶液位遥测系统的最新应用，最后对未来船舶液位测量的发展作了 展望 关t词：传感器；压载舱液位测量；货舱液位测量；现场总线技术 中圈分类号：T P 2 1 2 6 文献标识码：A 文章号：1 0 0 0-6 9 8 2(2 0 0 7)0 3-0 0 7 2-0 3 Ap p l i c a t i o n o f n e w t e c h n o l o g y i n t h e l e v e l t e l e me t r y s y s t e m o f s h i p s cuIXi a o-J u n，J IJ i a n-h u a (E d r e s s+H a u s e r Au t o ma t i o n E q u i p me n t 0 0 ，L t d S h a n g h a i 2 fi 0 2 4 1，C h i n a)A b s t r a c t：T h s p a p e r a n a ly z e s t h e c o r r o s i v e c h a r a c t e r i s t i c s o f s e a w a t e r le v e l te le m e t r y s y s t e m i n d e t a i l a n d i n t r o d u c e s t h e u p-t o d a te t e c h n ic a l d e v e l o p men t s I t i n t r u d e s t he u p t o-date a p p l ic a t i o n ofP r o fi b u s i n t he le v e l te le met r y sys t e m ofs h e s pec i a l l y a ndm a k e s a n e x p e c t a t i o n o n t he d e v e lo p me n t off u t u r e le v e l m e a s u r e m e n L Ke y wo r d s：s e n s o r；b a l l a s t l e v e l me a s u r e me n t；c a r g ol e v e l me a s u r e me n t；j e ld b u stec h n o l o g y 0 前言 液位遥测系统是油轮和化学品船的核心系统，直 接关系到船舶在海上航行的安全性 但长期以来，在压 载舱和海水液位测量上一直未能解决测量仪表的腐蚀 性问题，直接影响了整个系统的可靠性 本文对海水液 位测量仪表和雷达液位计的最新技术展开论述，并详 细介绍了 P r o fi b u s总线技术在整个液位遥测系统中的 应用作 1 压载舱液位测量 安全可靠地测量所有的船舱包括压载水舱的液位 测量对整个液位遥测系统非常重要 特别是吃水深度 的稳定的测量对于船舶的安全性至关重要 但海水具 有非常大的腐蚀性，甚至不锈钢、哈氏合金和钛材均 不能长期抵抗海水的腐蚀 造成这种腐蚀的原因之一是这些船舱内安装了防 腐蚀的锌或铝阳极，使以往测量仪表的探头的薄金属 外壳相 当于原电池的阴极造成的氢腐蚀，图 1为舱 内 实际状况，图2为氢腐蚀化学原理 氢腐蚀使薄金属外 壳内部形成了压力，这造成了测量值的不准，并造成 探头头部的损坏 德国E+H公司针对该工况开发了完 全没有金属成分的新型传感器，利用具有足够强度的 P P S外壳来保护耐各种腐蚀的陶瓷传感器并保证高的 电磁兼容性(见图 3)，所以在密封圈处和整个探头 将长期保证密封性(图 4为 F MX1 6 7内部结构)德 国柏林大学实验室曾将目前市场上所有知名厂家的相 关产品在实验室模拟海水工况来试验，F MX1 6 7的高 可靠性和耐久性完全满足这特殊工况的测量要求 图1 舱内实际状况 图2 氢腐蚀的化学原理图 收稿日期：2 0 0 7-0 3 1 5：修回日期：2 0 0 7-0 5-2 2 作者简介：崔晓俊(1 9 7 4 )，男，船舶特种装置专业工程师，主要从事油船及化学品船的液位遥测系统的研究设计 一7 2 维普资讯 http:/ 图3 F MX1 6 7仪表外形图 图4 F MX1 6 7 仪表内部结构 2 货舱液位测量 2 1 音叉开关在高 高高位报警上的应用 目 前，在化学品船和油船的 高高位报警中还广 泛使用浮球开关，但随着船舶对安全性的要求提高，浮球开关将逐渐被高可靠性的音叉开关所取代 叉体 由压电晶体所驱动，当叉体被液体浸没时振动频率发 生变化，从而能可靠地检测限位 这就要求音叉开关符 合以下要求：高强度；全不锈钢外壳：自检测功能；不受温度、泡沫、密度的影响，远程测试；并满足最 高安全的设计标准 S I L I I 在很多场合，造船厂和设计单位要求产品的规格 尽可能简单，为此可选用2个音叉开关通过 G 1 1 2螺 纹安装在特殊定制的安装支架上，支架的连接法兰和 长度根据实际需要在安装现场进行调整(图5音叉开 关在山 高高位报警上的应用)从而可极大地方便设计 和施工 另外，将备件统一简化到 1 个规格，降低了维 护成本 图5 音叉开关在 高高位报警上的应用 2 2 导波达液位计在货舱中的应用 在化学品船的货舱中一般在底部布置加热盘管，但液位接近金属加热盘管时，金属加热盘管对雷达波 的反射强度往往要大于液位对雷达波的反射强度，特 别是有些低介电常数的化学品，在这种工况下必须选 用导波雷达液位计 导波雷达液位计是使雷达波沿着 一根特制的缆绳或杆传输，这样雷达波的能量将集中 在导波缆绳或杆周围(图6 导波雷达液位计的波形图)通常，喇叭形的雷达液位计不能测量加热盘管以下的 液位，而导波雷达液位计可以安装在狭窄的空间，如 果遇到障碍物距离缆绳小于3 0 0 mm，还可以通过设置 波形过滤来消除障碍物的影响 另外，德国 E+H公司 生产的导波雷达液位计还具有底部回波功能，保证在 低介电常数的情况下不失波，极大地保证了货舱液位 测量的可靠性 +图6 导波雷达液位计 3 P r o fi b u s 现场总线在港 监 测中的应用 笔者在 1 6 5 0 0 D WT化学品船的液位遥测系统中 不仅采用了前述新的测量仪表，而且采用了 P r o fi b u s P A技术来传输货舱雷达液位计的关键测量值，大大节 省了电缆的数量和铺设成本，并且数据的传输速度很 快，其通信速率高达 3 1 2 5 k b i t s 同时，系统可以通过 Mo d b u s、工业以太网、P r o f i b u s、F o u n d a ti o n等通信方 式与其他系统进行集成，取得了良好的经济和社会效 应 其结构见图7 P r o fi b u s 总线液位监测系统：在该系统中使用的P r o fi b u s总线不但成为整个船 舶系统中的亮点，也为该系统带来以下优势：1)整个总线系统是安全的，总线兼负供电和信号 传输的功能 2)减轻了设计和安装调试人员工作负担，系统需 要的设备数量减少4 0 -6 0，接线端子可完全省去 3)大幅提高船舶智能化程度 一根总线电缆上挂 多台仪表，仪表中的测量信号、自诊断信号、报警信 号等图文信息通过总线传入I O系统 4)高系统运行的可靠性 由于该总线系统是一种 一7 3 维普资讯 http:/ 全数字化系统，在仪表内部处理器和 I O系统处理器 之间不再像模拟信号那样需要D A和A D转换器，使 系统处理器任务大大降低，从而提高系统运行的可靠 性 5)技术人员不必到现场，在集控室就可以通过总 线进行仪表调试和维修 6)系统能力增强，结构却比较简单，设备数量减 少，所以成本并没有显著升高 独立高位高 高位报警单元 所有的监控界面，而无须安装任何专用软件，完全满 足用户的灵活性要求 同时，可以通过 G P R S模块将测 量值传输到以太网上，将船舶的所有数据传递到远在 千里之外的公司管理层，当然必须通过防火墙等加密 技术，保证数据的安全性 4 结语 由于测量仪表的不断革新，使得整个液位监测系 统可靠性不断提高，总线技术也不断地应用到船舶的 液位监测系统中 随着中国船舶行业的发展，相信业界 会跳出低水平的恶性竞争，越来越重视新材料新技术 的应用，更注重高附加值产品的开展 图 7 P r o fi b u s 总线液位监测系统 参考文簟t 图 8为通过 P r o fi b u s 总线传输的雷达液位计的测【1】1 wi m v a n d e K a m p 著，蒋明生译 物位测量理论与应用 量值 另外，通过组态软件可以将所有的界面传输到船 q 北京：北京奥达(A O D A)科文应用公司，1 9 9 6 舶上的局域网，用户可以在船舶任何地方通过 m浏览【2】P R O F l s a f e P R O F I B U S 安全技术行规【s 1 2 0 0 1 =-=m=i 王=_=!=!一!荷兰船用设备商协会(H M E)成员公司介绍 B a k k e r S li e d r e c h t E le c t r o In d u s t r i e B V A P a 3 e r 先生 EO Bo x 2 5 3 3 6 0AA S l i e d r e c h t 电话：[phone] 传真：[phone] E ma i h i n f b a k k e r-s 1 n l 网址：r 8 R E R 5 E I T EC I-厂 Ba k k e r S l i e d r e c h t El e c t r o I n d u s t r i e B V精通各方面的电气工 程咨询、工程、驱动和控制系统、自 动化、安装、售后服务、维护和 维修。作 为一个专业的机构，B a k k e r S l i e d r e c h t 一直通过传统和 先进的机电技术寻求最佳而且是 创新 的解决方案，我们利用 自己的 产品满足客户要求 发动机和控制系统、自动化系 统、配电盘、MC C、控制台、按 客户要求特制的电机。由于有 专业 的知识，B a k k e r S l i e d r e c h t的项目工程师、生产线 的员工、安装和试运转工程师一起 努力为客户提供满意的服务。我们 保证全球范围每天 2 4小时的出色 服务。质量、安全和环境保护是我 们 一 直 注 重 的 问 题。B a k k e r S l i e d r e c h t E l e c t r o I n d u s t r i e B V 的管 理及服务质量体系符合 I S O 9 0 0 1 和 V C A标准。l k k e r S l i e d r e c h t 活跃于全世 界的下列领域：疏浚、近海、考察 船、渔业、商船航运、海军、内河 航运、海滨和政府项目。我们的口号是：没有深不可测。的海洋、也没有远不可及的国家。-7 4-维普资讯 http:/