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CTK-3A型双侧推手柄控制系统设计

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李鑫涛崔守娟仲钰

摘要：设计一种基于MCGS操控界面的CTK-3A型双侧推手柄控制系统，介绍人机界面设计思路和手柄功能，并在船舶平台上完成调试。手柄操作模式通过使用触摸屏、控制手柄来操控船舶作业，操纵更灵活、简便、可靠，对其他同类产品设计有一定的参考借鉴作用。

关键词：双侧推;手柄;设计;MCGS;调试

船舶操纵性与其经济性和航行安全密切相关，是船舶航行性能的重要指标。手柄控制系统是控制船舶重要的手段之一，操作人员可通过手柄控制系统来控制船舶的速度、位置、艏向、原地回转、水平移动、快速后退等，具有操纵灵活、简单、可靠的特点，有效提高了船舶的操纵性。基于MCGS的手柄操作模式设计一种CTK-3A型双侧推手柄控制系统，为同类产品设计提供借鉴和参考。

1 基于MCGS的手柄操作模式

1.1 MCGS简介

MCGS（Monitor and Control Generated System，监控通用系统）是北京昆仑通态自动化软件科技有限公司研发的一套基于Windows平台、用于快速构建和生成上位机监控系统的组态软件系统，主要用于现场数据的采集和监测，以及前端数据的处理和控制。

MCGS具有功能完善、操作便捷、可视性好、维护性强的突出特点。通过与其他相关硬件设备相结合，可快速开发出各种用于现场采集、数据处理和控制的设备。用户只需进行简单的模块化配置即可构建应用系统，灵活配置各种智能仪器、数据采集模块、无纸记录仪、无人值守现场采集站、人机界面等专用设备。

人机界面是系统和用户进行交互沟通和信息交换的媒介，是计算机系统的重要组成部分。功能优越的人机界面可以让操作更方便、直观，更好地发挥控制系统的性能。通过MCGS的用户管理器设置操作者权限，可保障船舶控制系统正常运行。

1.2 MCGS操作界面设计

采用昆仑公司的实时多任务嵌入式操作系统—昆仑动态人机界面。MCGS嵌入式版本的不同窗口可切换管理用户系统配置，其窗口配置包括数据库配置、设备配置、用户配置、主控制窗口和运行策略，对应5个不同的窗口页面，每个页面管理1个部件。在用户应用程序系统中单击，可切换不同的窗口页面，并配置应用程序系统的相应部分。

1.2.1 登陆界面为防止非操作人员误操作，系统设置登陆界面，要求使用指定密码登录，如图1所示。

1.2.2 密码输入界面工作人员输入正确密码时，触摸屏进入控制系统。否则，触摸屏会出现“密码错误，不能进入系统！”提醒字符，警告编外人员不能进入系统。

在主页中，“欢迎来到侧推设备控制系统”使用滚动循环标题，请求访问正在运行的策略。单击新策略，选择要确认的“循环策略”。双击“循环策略”后，在“策略工具箱”中创建并选择脚本，如图2所示。

1.2.3 侧推控制系统主界面 MCGS参考控制功能要求设计控制界面。各个界面的底部都设有界面切换按钮，实现不同控制界面之间的交互切换。MCGS中的历史数据可直接显示重要参数变化，方便查询。

2 手柄模式操控界面的功能及调试

2.1 手柄操作模式

手柄操作模式是船舶作业系统模式的组成部分之一。手柄控制系统通过电子传输测量船舶的艏摇角和位置，使用操作面板上的手柄手动控制船的前进、后退、横向、转向、倾斜、航向和航行速度。这种操纵方法无需考虑舵桨的实际位置和船舶运动的关系，通过手柄可直观地操纵船舶。操作模式简单、灵敏、可靠，对拖船、渡船、消防船和作业船尤为适用。手柄指令通过模拟量模块输入，可实现对船舶运动的手动控制。

2.2 手柄模式操控界面功能

CTK-3A型手柄模式的界面功能很多，現主要论述船舶主界面、艏摇角调节和手柄校正页面。

2.2.1 主界面在操控界面中，主界面的主要作用是显示船舶的运动状态。

2.2.2 艏摇角调节界面用来设置船舶的艏摇角度，点击该界面上的艏摇角调节开关，旋转操作台上的旋转编码器调节船舶的艏摇角。界面显示船舶当前艏摇角和设定的艏摇角，按下操作台上的“确认”按钮，将设定的艏摇角送到船舶的主控制器。通过旋转编码器设定艏摇角时，使用高速计数模快计算旋转编码器的脉冲数进行。

2.2.3 手柄校正 CTK-3A型手柄的数值采用模拟量输入，使用一段时间后最值和中心值会发生偏离，需要用手柄校正界面对手柄进行校正。将手柄置于中心位置，点击零点校正，手柄原点值更新并送到MCGS控制器，然后摇动手柄到各轴的最大值和最小值处，此时手柄校正界面显示当前各轴的最值;点击手柄校正页面的各轴最值校正按钮，更新各轴最值数据。手柄输入值通过手柄当前值与手柄最值间的比来确定。

2.3 CTK-3A型手柄功能调试

通电后，推进控制单元电源指示灯亮。触发主控制面板上的电源开按钮，控制系统得电，前面板控制灯亮。触发控制面板上的调光按钮，可调整手柄背光灯的强弱。

控制手柄零位和螺距反馈零位。操纵控制面板上的控制手柄，系统控制侧推的螺距。控制手柄从左到右的变化将给出螺距指令。通过比较螺距反馈和螺距指令信号，产生±10 V的电压信号驱动电磁阀，使实际螺距与指令保持一致。

当控制位置位于主控制面板时，使左面板手柄位置与主面板手柄保持一致，左舷控制指示灯点亮，主面板控制指示灯熄灭。当控制位置位于左舷控制面板时，调整右舷面板手柄位置与左舷面板手柄一致，右舷控制指示灯点亮，左舷面板控制指示灯熄灭。当控制位置位于右舷控制面板时，调整主面板手柄位置与右舷面板手柄保持一致，主控制指示灯点亮，右舷面板控制指示灯熄灭。

产生故障时，相应指示灯被点亮且蜂鸣器发出声响。按下复位按钮，蜂鸣器消音并进行故障排除。通过手柄上的螺距数值输入触摸屏（MCGS）数值，可校正手柄数值，如图3所示。

3 结语

随着科学技术的进步，人们对海洋的开发研究逐渐从沿海和近海扩展到深海。传统的船舶定位无法适合深海作业。船舶手柄控制系统定位准确，操作快捷，运行成本不随水深的增加而增加，在作业船上得到越来越广泛的应用，具有广阔的市场和前景。设计一种基于MCGS操控界面的双侧推手柄控制系统，并在船舶平台上完成调试。手柄操作模式通过使用触摸屏、控制手柄来操控船舶作业，操纵更灵活、简便、可靠，对其他同类产品设计有一定的参考借鉴作用。

参考文献

[1] 宋雅静.MCGS工控组态软件课程教学探讨[A].科技创新导报，2010（7）：177.

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[3] 廉静静，杨晓，徐进，等.船舶控制手柄数据采集系统设计与实现[J].中国水运（下半月），2019，19（12）：74-76.

[4] 吴永成，孔繁军，曾钕钋.新型船用随动控制手柄的设计与应用[J].机械工程师，2012（6）：170-172.

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