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摘要：系泊绞车是保障船舶航行安全的必要设备，主要起船舶支持和定位作用。文章通过实船项目的设计开发实例，介绍了系泊张力监测系统的功能和应用场合，探讨了系泊张力监测系统的工作原理、元器件选型、功能配置和试验等关键技术问题，为后续自动化、智能船舶设计提供参考。
Abstract： Mooring winch is the necessary equipment to ensure the navigation safety of ships， which mainly plays the role of ship supporting and positioning. This paper introduces the function and application of the mooring tension monitoring system through the design and development of real ship， and discusses the working principle， component selection， function configuration and test of the mooring tension monitoring system， so as to provide reference for the subsequent design of automatic and intelligent ships.
关键词：系泊张力;张力监测;系泊缆绳;OCIMF MEG4
Key words： mooring tension;tension monitoring;mooring line;OCIMF MEG4
0 引言
系泊绞车是船舶甲板机械配套件的主要设备之一，是保证船舶安全运行的必备设备。系泊绞车在国内外有着广阔的市场，它广泛应用于散货船、集装箱船、滚装船、多用途船、军船和海工船等各类船型。当船舶需要固定在海上设施、码头、泊位或其他船舶上时，通过其艏艉绞车同步工作，起到支持和定位的作用。
在船卸载过程中，或船处于浪峰或被浪推离岸边时，系泊缆绳会被拉紧;在船装载过程中，或船处于浪谷或被浪推向岸边时，系泊缆绳会变松弛。上述情况均不利于船舶的稳定系泊，势必会导致部分缆绳张力急剧增大，降低缆绳寿命，严重的甚至可能使缆绳断裂。另外，另外有些船舶要求在系泊时需保证船的相对位置不变，缆绳既不能过紧，又不能过松，否则可能会引起严重的不良后果。[1]
本文根据系泊指南OCIMF MEG4推荐，设计了一种系泊张力监测系统，该系统可用于读取系泊状态时缆绳上的张力，既可以保护缆绳，延长缆绳的使用寿命，也可以指引船员及时调整船舶系泊状态，防止出现缆绳断裂或船舶移位等情况。
1 系泊张力监测系统
1.1 系统介绍
系泊张力监测系统的关键在于读取系泊时缆绳上的张力，这需要通过力传感器来实现。但是由于缆绳是多股绳索组成的柔性体，无法在其上安装传感器，因此将力传感器安装于制动器上，系泊时缆绳张力会传递至制动器。当船处于系泊状态时且缆绳是通过制动器进行系泊时，力传感器可以准确地显示缆绳上的负荷。力传感器的负荷信号可以就地显示，亦可传送至船舶控制室的中央电脑处，以便更定期地监测缆绳负载。但需要注意系泊张力监测系统不能取代对绞车和系泊索的定期检查。力传感器只显示制动器上的负载，当不使用制动器时，系泊張力检测系统不会显示缆绳上的张力。[2]
1.2 原理介绍
当采用制动器进行系泊时，缆绳上的张力可以传递至制动器上。通过安装在制动器上的力传感器，将外载力转化为电信号。电信号通过外置变送器转换成4-20mA的模拟信号输出至PLC，最终PLC将信号传送至终端显示面板，可以显示在就地显示器上，亦可显示在船舶控制室的中央电脑处。通过实时监测力传感器处的拉力，可以有效准确的识别缆绳的张力。（图2）
当采用制动器进行系泊时，绞车通过制动器才能锁紧缆绳，缆绳产生的力矩由制动器承受。因此制动器的力矩与缆绳张力产生的力矩达到平衡，船舶处于正常系泊状态。
1.3 设计实例
某液化天然气（LNG）加注船，设计用于给相配套的超大型LNG动力集装箱船提供LNG燃料加注等服务，LNG加注船系泊在集装箱船上进行LNG加注。要求在LNG加注过程中，加注船与集装箱船的相对位置保持不变，否则两者发生相对位移可能导致LNG加注管路断裂，引起巨大经济损失。
该船缆绳最大张力F2=686kN，缆绳张力力臂L2=566mm，力传感器力臂L1=243.5mm，则力传感器最大受力F1=295kN。
1.3.1 力传感器
力传感器需要安装于船舶露天甲板，必须满足防腐和防水要求。量程295kN，材质为不锈钢，输出信号4-20mA。1.3.2 张力显示
该船配备了缆绳张力就地显示器以及船舶控制室中央电脑显示，船员可在设备旁边及船舶控制室直观、明了的获知当前缆绳系泊张力情况。船舶控制室的中央电脑对于传输过来的信号，可作进一步的数据处理，既可以设置相应的信号报警点，也可对信号进行筛选和过滤，从而更方便、更有效的为船员提供指导意见。
1.3.3 试验
通过设备加载外力到缆绳进行试验方式过于繁琐，且很难配置可产生如此巨大负载的设备。本船通过刹车试验装置产生的力，替代缆绳上的负载，从而验证系泊张力监测系统。[3-4]
2 结论
系泊张力监测系统可以实时、准确、直观地显示系泊状态下的缆绳张力，可以有效避免缆绳张力过大或过小，从而延长缆绳的使用寿命，也可以指导船员及时、有效的调整船舶的系泊状态。但是目前常规配置的系泊绞车，系泊张力监测系统仅能显示系泊状态下的缆绳张力，后续的调整工作依旧需要船员参与。未来可以增加后续调整操作的联动的自动化设计，包括制动器的开合、离合器的开合以及绞车的操作，整合成自动化、智能化系泊绞车，从而应用在自动化船舶、智能化船舶中去。
参考文献：
[1]中国船舶工业集团公司.船舶设计实用手册[M].国防工业出版社，2013.
[2]Mooring Equipment Guidelines （MEG4）[M]. The Oil Companies International Marine Forum （OCIMF）， 2018： 151.
[3]刘帆，苏东伟.大型船舶系泊绞车刹车力实船试验方法研究[J].中外船舶科技，2019（4）：1-5.
[4]刘文保，陈建荣.分筒式缆车的使用和刹车试验[J].航海技术，2009（2）：23-24.
Abstract： Mooring winch is the necessary equipment to ensure the navigation safety of ships， which mainly plays the role of ship supporting and positioning. This paper introduces the function and application of the mooring tension monitoring system through the design and development of real ship， and discusses the working principle， component selection， function configuration and test of the mooring tension monitoring system， so as to provide reference for the subsequent design of automatic and intelligent ships.
关键词：系泊张力;张力监测;系泊缆绳;OCIMF MEG4
Key words： mooring tension;tension monitoring;mooring line;OCIMF MEG4
0 引言
系泊绞车是船舶甲板机械配套件的主要设备之一，是保证船舶安全运行的必备设备。系泊绞车在国内外有着广阔的市场，它广泛应用于散货船、集装箱船、滚装船、多用途船、军船和海工船等各类船型。当船舶需要固定在海上设施、码头、泊位或其他船舶上时，通过其艏艉绞车同步工作，起到支持和定位的作用。
在船卸载过程中，或船处于浪峰或被浪推离岸边时，系泊缆绳会被拉紧;在船装载过程中，或船处于浪谷或被浪推向岸边时，系泊缆绳会变松弛。上述情况均不利于船舶的稳定系泊，势必会导致部分缆绳张力急剧增大，降低缆绳寿命，严重的甚至可能使缆绳断裂。另外，另外有些船舶要求在系泊时需保证船的相对位置不变，缆绳既不能过紧，又不能过松，否则可能会引起严重的不良后果。[1]
本文根据系泊指南OCIMF MEG4推荐，设计了一种系泊张力监测系统，该系统可用于读取系泊状态时缆绳上的张力，既可以保护缆绳，延长缆绳的使用寿命，也可以指引船员及时调整船舶系泊状态，防止出现缆绳断裂或船舶移位等情况。
1 系泊张力监测系统
1.1 系统介绍
系泊张力监测系统的关键在于读取系泊时缆绳上的张力，这需要通过力传感器来实现。但是由于缆绳是多股绳索组成的柔性体，无法在其上安装传感器，因此将力传感器安装于制动器上，系泊时缆绳张力会传递至制动器。当船处于系泊状态时且缆绳是通过制动器进行系泊时，力传感器可以准确地显示缆绳上的负荷。力传感器的负荷信号可以就地显示，亦可传送至船舶控制室的中央电脑处，以便更定期地监测缆绳负载。但需要注意系泊张力监测系统不能取代对绞车和系泊索的定期检查。力传感器只显示制动器上的负载，当不使用制动器时，系泊張力检测系统不会显示缆绳上的张力。[2]
1.2 原理介绍
当采用制动器进行系泊时，缆绳上的张力可以传递至制动器上。通过安装在制动器上的力传感器，将外载力转化为电信号。电信号通过外置变送器转换成4-20mA的模拟信号输出至PLC，最终PLC将信号传送至终端显示面板，可以显示在就地显示器上，亦可显示在船舶控制室的中央电脑处。通过实时监测力传感器处的拉力，可以有效准确的识别缆绳的张力。（图2）
当采用制动器进行系泊时，绞车通过制动器才能锁紧缆绳，缆绳产生的力矩由制动器承受。因此制动器的力矩与缆绳张力产生的力矩达到平衡，船舶处于正常系泊状态。
1.3 设计实例
某液化天然气（LNG）加注船，设计用于给相配套的超大型LNG动力集装箱船提供LNG燃料加注等服务，LNG加注船系泊在集装箱船上进行LNG加注。要求在LNG加注过程中，加注船与集装箱船的相对位置保持不变，否则两者发生相对位移可能导致LNG加注管路断裂，引起巨大经济损失。
该船缆绳最大张力F2=686kN，缆绳张力力臂L2=566mm，力传感器力臂L1=243.5mm，则力传感器最大受力F1=295kN。
1.3.1 力传感器
力传感器需要安装于船舶露天甲板，必须满足防腐和防水要求。量程295kN，材质为不锈钢，输出信号4-20mA。1.3.2 张力显示
该船配备了缆绳张力就地显示器以及船舶控制室中央电脑显示，船员可在设备旁边及船舶控制室直观、明了的获知当前缆绳系泊张力情况。船舶控制室的中央电脑对于传输过来的信号，可作进一步的数据处理，既可以设置相应的信号报警点，也可对信号进行筛选和过滤，从而更方便、更有效的为船员提供指导意见。
1.3.3 试验
通过设备加载外力到缆绳进行试验方式过于繁琐，且很难配置可产生如此巨大负载的设备。本船通过刹车试验装置产生的力，替代缆绳上的负载，从而验证系泊张力监测系统。[3-4]
2 结论
系泊张力监测系统可以实时、准确、直观地显示系泊状态下的缆绳张力，可以有效避免缆绳张力过大或过小，从而延长缆绳的使用寿命，也可以指导船员及时、有效的调整船舶的系泊状态。但是目前常规配置的系泊绞车，系泊张力监测系统仅能显示系泊状态下的缆绳张力，后续的调整工作依旧需要船员参与。未来可以增加后续调整操作的联动的自动化设计，包括制动器的开合、离合器的开合以及绞车的操作，整合成自动化、智能化系泊绞车，从而应用在自动化船舶、智能化船舶中去。
参考文献：
[1]中国船舶工业集团公司.船舶设计实用手册[M].国防工业出版社，2013.
[2]Mooring Equipment Guidelines （MEG4）[M]. The Oil Companies International Marine Forum （OCIMF）， 2018： 151.
[3]刘帆，苏东伟.大型船舶系泊绞车刹车力实船试验方法研究[J].中外船舶科技，2019（4）：1-5.
[4]刘文保，陈建荣.分筒式缆车的使用和刹车试验[J].航海技术，2009（2）：23-24.