張誌遠

（91404部隊（duì））

　　摘（zhāi）　要：隨著船舶機艙（cāng）自動化技術的快速發展（zhǎn），對船舶報警係統的要求越來越高。船舶主機傳（chuán）動軸承（chéng）作為船舶動（dòng）力的一個重要設（shè）備，其溫升是反映安全工作狀態的重要指標。長期以來軸溫一直是船舶報警係統（tǒng）的（de）主要監測對象，本文分析了目前軸溫監測報警係統的不足，提出了一種測量精（jīng）度高、工作穩定（dìng）可靠、抗幹擾能力強的船（chuán）舶主機軸承溫度監測報警係統方案。
　　關鍵詞：船（chuán）舶（bó）主機；軸（zhóu）承溫度；監（jiān）測報（bào）警係統；數字溫度傳感器DS18B20；單片機

　　0　前言
　　可靠運轉的（de）主機軸承（chéng）是船舶（bó）推進與航（háng）行的（de）重要保障，是船舶（bó）運行安全的重要（yào）因素。當軸係失中（zhōng）、潤滑不暢、軸係振動、軸承製造（zào）缺陷、異物進入等（děng）情（qíng）況出現時，會迅速產生大量（liàng）熱量，引起軸溫升高，嚴重時會造成熱損壞和熱切軸，導（dǎo）致安全事（shì）故和（hé）重大經濟損失發生。因此，主機軸承（chéng）溫度是船舶報警係統的主要監測對象，研究高精度、高可靠性、工作穩定、維護簡單的主機軸（zhóu）溫檢測報警係（xì）統也是船（chuán）舶機艙自動化技（jì）術的要求。

　　1　目前船舶主機軸承溫（wēn）度監（jiān）測報（bào）警（jǐng）係統主（zhǔ）要類型
　　1.1有線式（shì）
　　有（yǒu）線式分為數字式（shì）和模擬式有線傳感器。數字式優點是性能可靠，不易受幹擾。缺點是實際安裝需要考慮現場多種因素影（yǐng）響。傳感器頭與接線連接處易受（shòu）水及灰塵腐蝕，易短路。布線（xiàn）不（bú）合理（lǐ）容易斷（duàn）線（xiàn）。模擬式優點是成本低，設（shè）計容易。缺點是易受幹擾，可靠性差，安裝布線麻煩，節點數量有限。
　　1.2無線式
　　無線（xiàn）式的（de）優點（diǎn）是（shì）無需布線節點數量大，便於集中管理。缺點是（shì）可靠性差，傳輸距離短，容易受幹擾。由於需要（yào）安裝電池，不可能（néng）在很高的（de）溫度下工（gōng）作。而且需（xū）要（yào）定（dìng）期更換電池。
　　1.3接觸式
　　接觸式是采（cǎi）用傳感器（qì）直接和被測軸殼接觸。優點（diǎn）是測量（liàng）直接，不易受幹擾，誤報警率低（dī），缺點是安裝複雜。
　　1.4非接觸式
　　非接觸式一般是采用紅外傳感器安裝在軸承的兩旁。優點是（shì）安裝方（fāng）便，不（bú）受震動影響，便（biàn）於集中管理。缺（quē）點是監測成本高，容（róng）易受到幹擾，結構複雜，誤報率（lǜ）高。
　　綜合以上類型的優缺點，選用有（yǒu）線（xiàn）式和接觸式的船舶主機軸承溫度監測報警係統方案。

　　2　軸溫監測報（bào）警（jǐng）係統方案（àn）設（shè）計
　　主機傳動軸主要由四部分（fèn）組（zǔ）成：螺旋槳軸、尾軸、推力軸和中間軸。這些（xiē）軸段的配置和數量取（qǔ）決於船（chuán）型和動力係統的類型。本（běn）文提出一種（zhǒng）比（bǐ）較現實可靠的主機軸承溫度（dù）監測報警係統方案，係統框圖如圖1所示。

　　2.1傳感器方案設計
　　（1）傳（chuán）感器結構
　　本方案采用的軸溫傳感器，是由（yóu）不鏽鋼外殼，殼體內的溫（wēn）度傳（chuán）感器以及一（yī）個特別設計的（de）高（gāo）溫熔斷器。用導（dǎo）熱矽膠將溫度（dù）傳（chuán）感器及高溫熔斷器（qì）密封在不鏽鋼外殼中（zhōng），由於導熱矽膠（jiāo）具有減震、導熱和絕緣作用，因此可以減緩軸承強烈（liè）震動對傳感器的影響，提高測量精度和工作壽命。而高（gāo）溫熔斷器可以保證在溫度傳感器（qì）失效時（shí），軸承高溫將熔斷器融斷產生報警信號，使（shǐ）係統可靠性更高，從而保證軸承故障擴大，威脅（xié）航線安全（quán）。
　　（2）傳感器類（lèi）型選擇
　　采用數字溫度傳感器DS18B20，精（jīng）度0.5℃。傳感器和上位（wèi）機之間隻須一根（gēn）總線（xiàn）即可完成信息的讀寫，DS18B20本身供電、數據的讀寫和溫度變換所（suǒ）需功率均來自（zì）於該總線，不需要額外的電源。每片DS18B20均含有一個惟一的64位矽串行數，通過識別該碼可以區分不同的傳（chuán）感器，因此可以在一根總線上掛接多個DS18B20，由上位機通過選擇傳感器（qì）和串行數對選定的傳感器進行讀（dú）、寫（xiě）、啟動轉換和設置報警參數等操（cāo）作，性（xìng）能可靠，不易受幹擾。從（cóng）而在結構上大大簡化係統設計和安裝維護工作。
　　2.2溫度（dù）采集係統方案設（shè）計
　　（1）輸入電（diàn）源
　　可靠性電源是係統（tǒng）穩定工作的重要（yào）保障，高頻開關電源模塊在（zài）重量、體積和效率等方麵具有線性電源無可比擬（nǐ）的優勢，因此采用高效、節能、集成度高的AC-DC開關電源模塊作為係統供電。
　　（2）單片機
　　單片（piàn）機采用STC12C5A60S2，該單片機是STC公司生產的單時鍾/機器周期（1T（的單片機，是高速、低功耗、超強抗幹擾的新一代8051單（dān）片機，指令代碼完全兼容傳（chuán）統（tǒng）8051，但速度快8-12倍。內部集成MAX810專（zhuān）用複位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉換，針對電機控製，強幹擾場合。
　　（3）溫度測量
　　由於采用了（le）數字溫（wēn）度傳感器（qì）DS18B20，係（xì）統以數字量的方式通過總線與上位機係統串行通訊，這（zhè）種總線簡化（huà）了係統布線。為了保（bǎo）證係統總線的（de）工（gōng）作穩定，應在總線上增加驅動器和光電耦合器隔離，用來增強信（xìn）號強（qiáng）度和防止幹擾。溫度測（cè）量（liàng）係（xì）統工作中會經常出現偏（piān）差與漂移，因此需要在（zài）係統（tǒng）內部設計標準信號（hào）源定時對溫度測量係統進行（háng）校驗（yàn），防止係統產生誤報、虛報警。

　　3　係統軟件設計方案
　　係統軟件主要包括三個功能模（mó）塊：參數設置、狀態監測（cè）和（hé）記錄查詢。
　　參數設置（zhì）的功能是通過總線給溫度傳感器DS18B20發送指令（lìng）碼，讀取傳感器的識別碼，根據實際安裝位置編號並存儲在單片機的（de）存儲器（qì）中，同時將（jiāng）此信息發送給上位機。
　　係（xì）統有三種報警方式：
　　（1）溫度（dù）報警，即根據實際要求設置一個溫度閥值，超過此溫度閥值即視為超溫報（bào）警；
　　（2）相對溫（wēn）度超溫報警，即相對環境溫度設定一個溫升值，超過改溫升值（zhí）即視為報警。係統還可以將各測（cè）點的Z大溫升率和對（duì）應的發生時間存儲到上位機，以備後續查詢分析；
　　（3）傳感器超溫熔絲報警，即傳感器內部（bù）的（de）熔絲熔斷產生的報警，這種情況是（shì）由於數字溫度傳感器DS18B20損壞或溫升速度過（guò）快（kuài）造（zào）成的。
　　記錄查詢是在係（xì）統運行一段時間（jiān）後，有關技術人員可以調用該功能模（mó）塊查詢此時間段內發生的報警事件和溫度情況，用來分析和診斷軸溫的變化情況。
　　當係統受到（dào）強幹擾而（ér）出現程序混亂時，該軟件可（kě）由（yóu）單（dān）片機內（nèi）部集成的MAX810自動複位、自行初始化後繼續正（zhèng）常工作。對因瞬態幹擾而（ér）產生畸變的數據，係統上位機的軟件濾波可以避免誤報警和虛警（jǐng）。

　　4　總結
　　本文設計的軸溫監測報警方案針對目前船舶主機軸溫監測係統的不足，采用了新型傳感器和（hé）單片機，提高了係統的測溫精度，抗幹（gàn）擾能力和工作穩定性，可以滿足現代（dài）船舶自動化設計的需要，對（duì）船舶的安全運行（háng）有（yǒu）重要的作用。

來源：《電子測試》2016年第10X期（qī）