新型通用船舶信号灯控制器的研制

    周骏　王水富

    摘 要：针对目前船舶航行信号灯控制器通用性差、信息化程度低、安装使用不方便等缺点，设计了一种新型通用船舶信号灯控制器，此新型控制器具有类似PLC的二次编程功能，可适用不同船舶的不同需求，该控制器占用面积小且布线简单、后期维护方便，样机测试实验表明：测试电压为24V±3V均能正常工作，消耗电流不大于1A，控制器工作可靠。

    关键词：船舶 信号灯 控制器

    目前，信号灯控制器采用的技术手段参差不齐，国外先进的船舶装备多采用电子装置的控制器，少数采用计算机模拟图显示、触摸屏控制技术的控制器，而国内船舶配套企业提供的产品多数采用传统的开关、继电器线路设计的控制器。

    近年来，随着单片机技术的快速发展，也有一些国内企业研制出了采用单片机等主要电子器件的控制器。随着船舶自动化程度的不断提高，传统的开关、继电器线路设计的控制器已经越来越不适应船舶安全航行的要求了，传统的信号灯控制器由开关、继电器、指示灯等元件组成，由于其线路结构复杂，可靠性差，无通用性，因而增加了设计、安装、调试和维护的难度和成本，更多的船配企业、研究所开始研制基于新型电子线路、单片机技术所设计的航行灯、信号灯控制器。

    船舶航行灯、信号灯国家标准的分析

    根据《1972年国际海上避碰规则公约（COLREG）》第21条、第23条和第34（b）条中关于航行灯的技术要求，国家海事部门于2007年10月8日通过了新修订的MSC253（83）航行灯、航行灯控制器和相关设备的性能标准，并于2009年1月1日生效。新制订的性能标准，适用于2009年1月1日及以后安装上船的航行灯、航行灯控制装置及相关设备。

    设置航行灯、航行灯控制器的目的：①在光线不良的情况，识别他船；②通知他方，本船海上航行的意图；③向值班驾驶员（00W）提供航行灯状态的信息。

    在MSC253（83）海安会决议中，航行灯（NL）和航行灯控制器（NLC）成为主要描述的内容。

    将决议的主要内容进行小结如下：

    光源：该标准具有新的范围，即包括白炽光源，发光二极管（LED）和其他非白炽光源；光源还包括灯、底座、安装位置和减小照明角度的装置，这里引出发光二极管（LED）的概念。

    双套灯具适用性：安装在船长不小于50m的船舶上的桅灯、舷灯和尾灯应为双套或安装两盏灯。

    灯具的配套：对配套的每盏灯，应仅使用制造厂规定的灯、以避免由于不适合的灯而降低航行灯的性能。并适当考虑配备的双套航行灯，应备有足够数量的备用灯。在这里最主要的就是防止备用灯的缺失，而导致航行灯的失效。

    硬件设计

    如图1，信号灯控制系统由1个主控制器、4个输入输出模块（IO模块）、以及若干快速熔断器组成，主控制器使用直流24V供电，电流≤1A，供电插座在背面，主控制器背面有4个D型插座，使用专用数据线可以连接4个IO模块，主控制器备有RS485通信接口，用于编程下载和报警远程传送，主控制器有160个可编程、可调亮度LED输出，编号L0-L159；36个可编程开关输入，编号S0-S35；一个蜂鸣器输出。

    通用型IO模块每个模块有独立的8路输入输出电路。输出为继电器输出，对外提供无源触点，可承受断开电压≤220V，可通过电流≤3A。输入为电流输入型，当某一路输出继电器闭合，模块立刻对通过继电器触点的电流进行检测，若电流≥20mA，模块输入为1；若电流<10mA，模块输入为0。

    主控制器有：160个可编程、可调亮度LED输出，编号L0-L159；36个可编程开关输入，编号S0-S35；一个蜂鸣器输出。通用型IO模块每个模块有独立的8路输入输出电路。输出为继电器输出，对外提供无源触点，可承受断开电压≤220V，可通过电流≤3A。输入为电流输入型，当某一路输出继电器闭合，模块立刻对通过继电器触点的电流进行检测，若电流≥20mA，模块输入为1；若电流<10mA，模块输入为0。

    图形化编程软件设计

    图形化编程软件主要分三个部分，即界面部分、图形指令转换部分和下载连接部分。界面部分主要提供设计人员编程的界面，采用图形化元件，对话框提示，方便使用。图形转换部分对已编写好的图形化程序进行分析，翻译成二进制指令，供控制器执行用。下载连接部分可以通过串口连接计算机与控制器，把程序指令下载到控制器。

    样机的测试实验

    信号灯控制器使用24V直流电源供电，实际测试24V±3V均能正常工作，消耗电流不大于1A。总共32个I/O口，分布在4个I/O板。对样机进行了以下实验：①每一路I/O口均为无源触点，实际测试分断电压可承受220V以上，I/O口允许电流不小于3A，最大瞬时电流5A。② 每个I/O口内置电流检测电路，能检测到I/O口是否有电流（至少20mA）通过。③I/O口可用于直接控制220VAC、功率不大于100W或24VDC、功率不大于60W的白炽灯。④设计工作环境为温度-20-50℃，相对湿度小于60%，在高温试验中，温度为70℃ ±2℃，持续时间为2小时，系统仍能正常工作。图5为高温试验方法图。

    结论

    针对目前船舶信号灯控制器通用性差、信息化程度低、安装使用不方便等缺点，设计了一种新型通用船舶航行信号灯控制器，此新型控制器具有类似PLC的二次编程功能，可适用不同船舶的不同需求，该控制器占用面积小且布线简单、后期维护方便，样机测试实验表明：测试电压为24V±3V均能正常工作，消耗电流不大于1A，控制器工作可靠。

    参考文献：

    [1] 邵玉华. 基于SJA1000的CAN总线通信系统的设计 [J]. 铁道通信信号. 2010 （03）

    [2] 王云午，魏宗寿. 基于CAN总线的通信节点设计 [J]. 现代电子技术. 2008 （03）

    [3] 李妍. 船舶航行信号指示灯调光器的改进 [J]. 船电技术. 2003 （01）

    [4] 张灼端. 海船各种航行信号灯的配置 [J]. 广船科技. 2000 （02）

    （作者单位：浙江省扬帆集团股份有限公司）