船舶主机轴承温度监测报警系统方案研究

张志远

（91404部队，河北秦皇岛，066000）

船舶主机轴承温度监测报警系统方案研究

张志远

（91404部队，河北秦皇岛，066000）

随着船舶机舱自动化技术的快速发展，对船舶报警系统的要求越来越高。船舶主机传动轴承作为船舶动力的一个重要设备，其温升是反映安全工作状态的重要指标。长期以来轴温一直是船舶报警系统的主要监测对象，本文分析了目前轴温监测报警系统的不足，提出了一种测量精度高、工作稳定可靠、抗干扰能力强的船舶主机轴承温度监测报警系统方案。

船舶主机；轴承温度；监测报警系统；数字温度传感器DS18B20；单片机

0 前言

可靠运转的主机轴承是船舶推进与航行的重要保障，是船舶运行安全的重要因素。当轴系失中、润滑不畅、轴系振动、轴承制造缺陷、异物进入等情况出现时，会迅速产生大量热量，引起轴温升高，严重时会造成热损坏和热切轴，导致安全事故和重大经济损失发生。因此，主机轴承温度是船舶报警系统的主要监测对象，研究高精度、高可靠性、工作稳定、维护简单的主机轴温检测报警系统也是船舶机舱自动化技术的要求。

1 目前船舶主机轴承温度监测报警系统主要类型

1.1 有线式

有线式分为数字式和模拟式有线传感器。数字式优点是性能可靠，不易受干扰。缺点是实际安装需要考虑现场多种因素影响。传感器头与接线连接处易受水及灰尘腐蚀，易短路。布线不合理容易断线。模拟式优点是成本低，设计容易。缺点是易受干扰，可靠性差，安装布线麻烦，节点数量有限。

1.2 无线式

无线式的优点是无需布线节点数量大，便于集中管理。缺点是可靠性差，传输距离短，容易受干扰。由于需要安装电池，不可能在很高的温度下工作。而且需要定期更换电池。

1.3 接触式

接触式是采用传感器直接和被测轴壳接触。优点是测量直接，不易受干扰，误报警率低，缺点是安装复杂。

1.4 非接触式

非接触式一般是采用红外传感器安装在轴承的两旁。优点是安装方便，不受震动影响，便于集中管理。缺点是监测成本高，容易受到干扰，结构复杂，误报率高。

综合以上类型的优缺点，选用有线式和接触式的船舶主机轴承温度监测报警系统方案。

2 轴温监测报警系统方案设计

主机传动轴主要由四部分组成：螺旋桨轴、尾轴、推力轴和中间轴。这些轴段的配置和数量取决于船型和动力系统的类型。本文提出一种比较现实可靠的主机轴承温度监测报警系统方案，系统框图如图1所示。

图1 主机轴承温度监测报警系统框图

2.1 传感器方案设计

（1）传感器结构

本方案采用的轴温传感器，是由不锈钢外壳，壳体内的温度传感器以及一个特别设计的高温熔断器。用导热硅胶将温度传感器及高温熔断器密封在不锈钢外壳中，由于导热硅胶具有减震、导热和绝缘作用，因此可以减缓轴承强烈震动对传感器的影响，提高测量精度和工作寿命。而高温熔断器可以保证在温度传感器失效时，轴承高温将熔断器融断产生报警信号，使系统可靠性更高，从而保证轴承故障扩大，威胁航线安全。

（2）传感器类型选择

采用数字温度传感器DS18B20，精度0.5℃。传感器和上位机之间只须一根总线即可完成信息的读写，DS18B20本身供电、数据的读写和温度变换所需功率均来自于该总线，不需要额外的电源。每片DS18B20均含有一个惟一的64位硅串行数，通过识别该码可以区分不同的传感器，因此可以在一根总线上挂接多个DS18B20，由上位机通过选择传感器和串行数对选定的传感器进行读、写、启动转换和设置报警参数等操作，性能可靠，不易受干扰。从而在结构上大大简化系统设计和安装维护工作。

2.2 温度采集系统方案设计

（1）输入电源

可靠性电源是系统稳定工作的重要保障，高频开关电源模块在重量、体积和效率等方面具有线性电源无可比拟的优势，因此采用高效、节能、集成度高的AC-DC开关电源模块作为系统供电。

（2）单片机

单片机采用STC12C5A60S2，该单片机是STC公司生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换，针对电机控制，强干扰场合。

（3）温度测量

由于采用了数字温度传感器DS18B20，系统以数字量的方式通过总线与上位机系统串行通讯，这种总线简化了系统布线。为了保证系统总线的工作稳定，应在总线上增加驱动器和光电耦合器隔离，用来增强信号强度和防止干扰。温度测量系统工作中会经常出现偏差与漂移，因此需要在系统内部设计标准信号源定时对温度测量系统进行校验，防止系统产生误报、虚报警。

3 系统软件设计方案

系统软件主要包括三个功能模块：参数设置、状态监测和记录查询。

参数设置的功能是通过总线给温度传感器DS18B20发送指令码，读取传感器的识别码，根据实际安装位置编号并存储在单片机的存储器中，同时将此信息发送给上位机。

状态监测是通过上位机与单片机的串行通讯，按照编号选定传感器，发送指令码启动温度转换，然后启动采样程序，读取传感器的温度测量数据，再发送给上位机。上位机程序对采样的温度进行软件滤波处理后，判断是否报警并将采集的温度数据存储。由于总线上每个传感器都有唯一的识别码，因此单片机可以对每一个传感器依次采集温度并发送给上位机。

系统有三种报警方式：

（1）绝对温度报警，即根据实际要求设置一个温度阀值，超过此温度阀值即视为超温报警；

（2）相对温度超温报警，即相对环境温度设定一个温升值，超过改温升值即视为报警。系统还可以将各测点的最大温升率和对应的发生时间存储到上位机，以备后续查询分析；

（3）传感器超温熔丝报警，即传感器内部的熔丝熔断产生的报警，这种情况是由于数字温度传感器DS18B20损坏或温升速度过快造成的。

记录查询是在系统运行一段时间后，有关技术人员可以调用该功能模块查询此时间段内发生的报警事件和温度情况，用来分析和诊断轴温的变化情况。

当系统受到强干扰而出现程序混乱时，该软件可由单片机内部集成的MAX810自动复位、自行初始化后继续正常工作。对因瞬态干扰而产生畸变的数据，系统上位机的软件滤波可以避免误报警和虚警。

4 总结

本文设计的轴温监测报警方案针对目前船舶主机轴温监测系统的不足，采用了新型传感器和单片机，提高了系统的测温精度，抗干扰能力和工作稳定性，可以满足现代船舶自动化设计的需要，对船舶的安全运行有重要的作用。

[1]王建，王雪山，夏秀山.新造5000HP AHTS艉轴承超温报警故障分析与排除[J].造船技术.2013(06)

[2]王志永.船舶轴系设计及安装[J].中国水运.2010(04)

[3]杨世兴，龚尚福编著.监测监控系统.西安：西安出版社,1999.8

[4]宏晶科技.STC12C5A60S2系列单片机器件手册[M].2008.

Research on the scheme of temperature monitoring and alarming system for ship main engine bearing

Zhang Zhiyuan
（91404 forces，Qinhuangdao Hebei，066000）

With the rapid development of the marine engine room automation technology,the requirements of the ship alarm system is becoming more and more high.As one of the important equipment of ship power,the temperature rise is an important indicator of the safety working status.Long axis temperature has been the main object of ship monitoring and alarm system,this paper analyzes the axle temperature monitor and alarm system, put forward a temperature monitoring ship bearing high accuracy,stable and reliable work,strong anti-interference ability of the alarm system.

marine main engine;bearing temperature;monitoring and warning system;digital temperature sensor DS18B20; single chip microcomputer