0 引言

船用泵是船舶上应用的泵以及为船舶进行服务的港岸上的泵的总称，设备发生故障对船舶造成经济损失越来越大，因此利用电气设备对大型船用泵船舶电气设备的拖动控制的快速故障排查势在必行^[1]。近年来，我国船舶行业迅速发展，不论体现在制造吨位和船舶现代化水平，尤其船舶自动化控制领域更是日新月异，以Labview（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）和PLC（Programmable Logic Controller）为代表的虚拟仪表技术在船舶电气中得到了广泛应用^[2]，克服了继电器-接触器控制系统精度、直观性、可靠性能和自动化水平不高的特点，也是计算机技术在船用泵电气控制领域内所形成的一种新型的虚拟仪器技术。因为Labview较PLC具有良好的软件交互界面、编程简单、图形化操作好的优点^[3]，所以本文应用Labview在大型船用泵自动切换中电气控制故障排查系统进行设计和模拟仿真。使在生产一线从事船舶机电的技术员熟悉Labview技术，能迅速应付船用泵在运行过程中出现的故障进行排查并解决。

1 Labview虚拟仪器

Labview虚拟仪器的构成如图 1所示。对于要求有实时监控、可视化和数据分析或自动切换控制的机器监视和报警的应用系统，Labview是最优的选择，用于可靠性能强、高精度控制的实时监控，能够快速、准确的建立起功能强大的报警和自动切换控制应用程序^[4]。Labview有着强大的功能和广阔的应用前景^[5]，但从目前国内的研究现状上来看，大多数的研究人员仅把Labview作为虚拟仪器使用，利用它来进行数据处理、分析和显示^[6]，没有考虑它强大的数据采集和控制功能，特别是基于PC界面的实时控制应用较少。

2 自动切换中电气控制故障排查系统的设计 2.1 软件设计

本次软件设计充分考虑了船用泵电气设备复杂的实船工况和船舶故障排查技术人员的水平，简单易懂，容易上手。

船用泵组自动切换功能是根据船用泵出水管的出水压力作为控制信号。具体而言：用2台大型船用泵组作为例子，1台是运行泵，1台是备用泵。当运行泵出现故障时，必定会导致船舶电气设备超载或停车，因此运行泵出水管的出水压力降低（假设最小值为P_min），出水管连接一个压力传感器收集运行泵出水管的出水压力变化的参量；这样使得运行泵故障报警并停机，同时备用泵自动启动并投入运行，直至机舱工作人员维修使得出水管压力正常，故障报警才会取消。因此，备用泵切换成运行泵，而运行泵切换成备用泵。依据上面的主要功能设计大型船用泵自动切换中电气控制故障排查系统如图 2（运行泵控制工作原理图）和图 3（备用泵控制工作原理图）所示。

如图 2所示，压力的产生由一个随机产生数据和P叉乘，把模拟信号转变成模拟压力数据，这样产生了[0，P]的压力区间。压力显示包括压力计、波形图表显示和压力显示3个器件，通过压力计表、波形图和数值显示3种显示方式显示当前船用泵出水管压力大小。由比较器来比较实时压力，当小于P_min的信号传递时，指示灯会显示报警灯，蜂鸣器发出警报，提醒船上操作人员注意发生的问题。

Labview程序中添加时间延迟控件。由于泵组在正常工作中会有波动，会导致压力传感器的暂时性动作，从而引发船用泵组自动切换的误操作，同时船用泵组的经常切换容易引发对泵的振动、损耗甚至引发船用泵内部气蚀，从而导致泵的使用寿命大大降低，不利于船舶泵组实际工作情况。因此在大型船用泵自动切换电气控制故障排查系统的控制路线中添加时间延迟环节。

如图 3所示，当运行泵发生故障，报警停止工作并等待工作人员处理故障，此时备用泵自动启动。

2.3 船用泵的自动切换

当运行泵压力超载、突然断电和压力负载降低到P_min以下时，会导致运行泵中止工作，随后备用泵自动启动，保证泵的正常工作。待工作人员将故障点排查处理后，热继电器复位，原来的运行泵切换成了备用泵；反之停止备用泵的运行，并且阻止备用泵启动，防止运行泵和备用泵经常轮流启动，造成不必要的危害。

2.4 船用泵的顺序重启

现代船舱自动化中的船用泵除了能手工操作外，还可以在集控室主要控制台上进行遥控操作和自动操作。在自动切换中，运行泵一旦发生故障，备用泵能够自动切换并运行，各个泵组依照预先设定的顺序逐步依次重启。

2.3 故障排查系统的工作原理

本次系统设计的压力值是随机选取的一个数值，由波形图示显示压力的变化，收集并统计压力历史数据，设定下限值，用比较器件比较，超出设定值时报警。

3 仿真分析

在实际过程中，由于工况复杂，船用泵每个节点都有可能出现故障。因此在本次模拟仿真过程中，可随意设置故障点，真实模拟船舶泵组在工作过程中出现的故障。故障现象一般包括受到冲击、潮湿、高温腐蚀、外来物干扰、船舶电气设备负载抑或长时间超载运行及经常启动备用泵等。

本次仿真只模拟因电气设备超载或者停机而导致的运行泵出水管的出水压力降低的这种故障现象，设定P_min=0.55 MPa。

如图 4所示，当运行泵压力负载降低到P_min以下时；P=0.582 09 MPa时，泵正常运行；当P=0.532 47 MPa时，运行泵出现故障，系统报警。

运行泵停止工作，等待工作人员清除故障，备用泵自动重启。

这证明了大型船用泵自动切换中电气控制故障排查系统的设计行之有效。

4 结语

本文通过Labview对大型船用泵自动切换电气控制故障排查系统进行了系统设计，设计开发了故障发生及排查的运行泵和备用泵自动转换的系统。结果表明当运行泵压力负载低于P_min时系统报警，备用泵自动启动。

对于船舶机舱温度高、船舶摇晃厉害这种恶劣的工作环境，采用Labview实现大型船用泵组之间的自动切换控制的故障排查，降低了船员的工作强度和难度，同时大大提高了其自动切换电气控制故障排查系统的可靠性。

因此，真实的电气设备与虚拟仪器相统一的船用泵故障排查系统是未来船舶发展的大趋势，本文的研究有一定的理论指导意义和借鉴。