俞 剑，徐 谦，朱静波，张慧亮，崔宝明，顾敏敏

（招商局邮轮研究院（上海）有限公司，上海 200137）

0 引言

滚装船内装载有很多车辆，车辆在装卸货过程中会排放燃油尾气，这些尾气会在滚装处所内扩散，进而危害人员健康[1]。因此，相较于其他区域，滚装处所对通风系统的要求较高，通风系统的设计是客滚船设计的难点和重点之一。在进行通风系统设计时，设计人员较为关注气流场分析[2-3]、噪声控制[4]、风道压力损失计算[5]等难题，而容易忽视系统控制功能的设计，进而导致很多系统调试和使用方面的问题。近年来，电气自动化技术发展迅速，变频器、可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）、通信网络等技术已在通风系统中取得广泛应用。因此，设计人员不仅要掌握通风系统的控制功能，还要懂得设计方法，这样才能更好地完成整改系统的设计工作。

本文以某客滚船为例，基于节能和安全这2 个关键点，从通风马达控制中心、防火风闸控制箱、控制网络和控制逻辑等4 个方面对滚装处所通风系统的控制功能设计进行分析。

1 滚装处所通风系统

滚装处所通风系统示意图见图1。风机分别布置在艉部、舯部和艏部。根据艏门和艉门开闭状态的不同，可将船舶运行状态分为海上航行、艏部装卸货、艉部装卸货等3 种工况，不同工况下风机的运行情况见表1。滚装处所在装卸货和海上航行时的每小时换气次数分别为20 次和10 次。艉部风机为可逆风机，在艏部装卸货时进行抽风，在海上航行时进行送风。舯部风机仅在装卸货时使用，可有效减少艏部和艉部的风机风量。

图1 滚装处所通风系统示意图

表1 不同工况下的风机运行

在滚装处所布置空气质量传感器，每组传感器能够监测一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx）的质量浓度，以及可燃气体的爆炸下限（Lower Explosive Limited，LEL），风机根据危险气体的质量浓度进行变频控制。根据国际海事组织（International Maritime Organization，IMO）的相关要求，CO 的质量浓度不得超过40 mg/m3，NOx的质量浓度不得超过 40 mg/m3，可燃气体的LEL 不得超过10%。假设风机的几何比例因子为1，在风机功率效率和空气密度不变的情况下，风量、压头、功率与频率之间的关系分别见式（1）～式（3）[6]。

式中：f1为原风机变频器频率；f2为调节后的风机变频器频率；Q1为原风机风量；Q2为调节后的风机风量；H1为原风机压头；H2为调节后的风机压头；P1为原风机功率；P2为调节后的风机功率。

当滚装处所的风机频率降低10%时，风机的功率会降低至原来的72.9%，变频控制的节能效果非常显著。

2 通风马达控制中心（VMCC）

根据风机位置，分别在艏部、舯部和艉部布置马达控制中心（Ventilation Motor Control Center，VMCC）（见图2）对风机进行供电和控制。VMCC将主配电板中690 V 主电源的电分配给各个风机开关，再通过变频器和滤波器输送给风机马达。应急切断信号（Emergency Shut Down，ESD）和来自火警系统的报警信号可通过控制接触器来切断风机主电源。失电报警信号可通过硬线将信息反馈至综合自动化系统（Integrated Automation System，IAS）。VMCC 是滚装处所通风系统的控制中心，其控制回路由230 V 的不间断电源（Uninterrupted Power Supply，UPS）进行供电。VMCC 内安装PLC，可获取空气质量传感器的模拟信号，并通过输出信号来控制风机的变频器。PLC 通过接口连接触摸屏，船员可通过触摸屏控制整个通风系统。

图2 通风马达控制中心（VMCC）示意图

由于690 V 的电压较高，故布置滤波器对风机马达进行保护[7]，滤波器应尽量靠近变频器布置。滤波器具有如下作用：1）能对由于变频器引起的尖峰电压起到良好的抑制作用[8]；2）减少电动机绝缘损坏；3）减小电机噪声和高频电磁噪声；4）降低轴承电流和轴电压；5）增加变频器和马达之间变频电缆的敷设距离[9]。

3 防火风闸

风机和风闸之间实行逻辑连锁，防止因人为误操作引起的事故[10]。当风闸关闭时，未运行的风机无法启动，已运行的风机会立刻关闭。

在消防控制站内布置防火风闸控制箱（见图3），控制面板上包含“就地/远程”按钮。若选择“就地”，则可在此控制箱的面板上单个或成组控制风闸开关；若选择“远程”，则可在货舱通风VMCC 上单个或成组控制风闸开关。通过应急配电板和UPS 对防火风闸控制箱进行冗余供电，可将风闸状态信号通过硬线反馈至货舱通风VMCC 和火警系统，并接受相应控制信号。

图3 防火风闸控制箱示意图

4 控制网络

图4 为滚装处所通风系统的控制网络。根据风机的具体位置，共布置3 台VMCC。其中，舯部风机VMCC 为主站，内部安装有网关，通过此网关将滚装处所通风系统的信号传递至货控室的供热、通风与空调（Heating, Entilation and Air Conditioning，HVAC）控制系统的网关。艉部风机VMCC 与主站的距离较近，其PLC 信号通过网线直接接入舯部风机VMCC 的网关，而艏部风机VMCC 与主站的距离较远，PLC 信号需要先通过网关转接，再用光纤进行传送。货控室内的HVAC 控制系统从网关获取信号，并对整个滚装处所的通风系统进行监控。

图4 滚装处所通风系统控制网络示意图

5 控制逻辑

滚装处所通风系统的控制逻辑见图5。VMCC上包含“就地/远程”按钮。若选择“就地”，则通过VMCC 上的触摸屏对系统进行控制；若选择“远程”，则可在HVAC 电脑上对系统进行控制。VMCC触摸屏和HVAC 的电脑上均有“自动/手动”按钮。若选择“手动”，则手动对单个风机或风闸进行控制；若选择“自动”，则风机根据货舱的空气质量进行自动调节。风机和风闸的状态信号，以及监测货舱内空气质量的传感器信号都会传递至VMCC 和HVAC 系统。

图5 滚装处所通风系统控制逻辑

6 结论

通风系统的控制功能对客滚船设计非常重要。本文从通风马达控制中心、防火风闸控制箱、控制网络和控制逻辑等4 个方面详细分析了滚装处所通风系统的控制功能，本文的设计方案可有效减少能耗，保障安全性能。