趙潔 崔益烽 劉小龍

（1.中國人民解放軍第7815工廠，寧波 315040；2.總裝駐杭州地區(qū)軍代室，杭州 310012）

1 引言

隨著自動控制技術的發(fā)展，無人機艙船舶日益普及。目前陸軍登陸艇的機艙系統(tǒng)設計基本處于各系統(tǒng)單獨監(jiān)控的狀態(tài)，機艙設備監(jiān)測系統(tǒng)、電站、主輔機監(jiān)測等無法進行集中監(jiān)測報警。本設計將對某型登陸艇進行信息自動化改造，將機艙各設備監(jiān)控系統(tǒng)、電站等進行集中監(jiān)控，通過計算機對登陸艇主輔機各項數(shù)據(jù)，包括電站的電壓、電流、頻率，水艙、油艙等進行實時監(jiān)測，實現(xiàn)在出現(xiàn)故障時快速、準確地實施報警并記錄。

2 系統(tǒng)組成及工作原理

本系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集箱和駕駛室觸摸屏兩部分組成。PLC和觸摸屏通過MPI和PROFIBUS現(xiàn)場總線組成控制系統(tǒng)，通過工業(yè)以太網(wǎng)與上位機機及其他系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換。考慮到該型登陸艇機艙布局及可利用的空間，主裝置采用西門子箱式PC工控機作為信息處理、存儲和傳輸單元的硬件平臺，對各路開關量和模擬量進行信號收集處理[1]。此裝置具有結構堅固、體積小、抗沖擊力強、集成度高、性能優(yōu)異、可靠性好等優(yōu)點。該箱體正面帶一塊觸摸屏，工控機負責采集傳感器來的開關量和模擬信號，經過濾波和數(shù)字運算后，以直觀的圖形和文字形式通過觸摸屏顯示出來，并通過RS485通訊，將數(shù)據(jù)傳送到駕駛室觸摸屏，以便駕駛人員直接掌控全船的數(shù)據(jù)[2]。系統(tǒng)如圖1所示。

考慮到登陸艇的航行狀態(tài)及機艙空間，現(xiàn)場采集箱采用壁掛式安裝，上設 5.7〞觸摸屏信息顯示器、消音按鈕和外接RS485通訊口。

1）外接通訊口：通訊RS485，采用MODBUS RTU通訊協(xié)議，波特率9600無校驗，與作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)相連，可通過RS485/RS232轉換成RS232接口。

2）報警指示功能：生成聲光報警，當模擬傳感器斷線或開關量報警時，指示器鳴叫并閃爍。

3）消音功能：當聲光報警指示器動作時，按下該按鈕可關閉報警器，再按一下恢復報警；當有新的報警產生時，消音將自動取消，對該故障進行聲光報警。

4）觸摸屏信息顯示：主畫面，電站監(jiān)控畫面及歷史報警列表畫面，通過觸摸屏上的按鈕圖標實現(xiàn)畫面自由切換，其界面如圖2所示。

圖1 監(jiān)測報警系統(tǒng)圖

圖2 觸摸屏顯示區(qū)

主畫面分三個顯示區(qū)和一個操作區(qū)：

1）左側為模擬量顯示區(qū)：從上到下依次顯示油壓、電流、溫度、油位和水位。

油壓：左側用水平柱圖標表示大小，右側顯示讀數(shù)，當對應傳感器發(fā)生故障時，其文字部分的右側會出現(xiàn)紅色方框并閃爍。

燃油：左側用垂直柱圖表示液位高低，右側顯示液位，并顯示對應重量。

淡水：左側用垂直柱圖表示液位高低，右側顯示液位，并顯示對應重量。

2）發(fā)電機和主機監(jiān)控區(qū)：從左到右依次對應左發(fā)電機、右發(fā)電機、左主機、右主機。當對應設備上電后顯示數(shù)據(jù)；當關閉對應設備電源后顯示數(shù)據(jù)為零。如對應設備上電后，在5 s內顯示數(shù)據(jù)依然為零說明該設備與采集箱之間的通訊有故障，此時可以檢查通訊線及通訊模塊是否有故障。

3）報警監(jiān)控顯示區(qū)：位于畫面右下中部，用于顯示開關量報警，當對應信號報警時，圖標顯示亮紅色并閃爍，正常情況下顯示暗紅色?？倛缶瘓D標只要有報警信號時，顯示亮紅色并閃爍，不受消音按鈕影響。

4）操作區(qū)：右下角為按鈕操作區(qū)，用于畫面切換，按下配電監(jiān)控圖標進入電站監(jiān)控數(shù)據(jù)畫面；按下報警列表圖標進入歷史報警列表畫面。

3 系統(tǒng)的硬件設計

本系統(tǒng)硬件由數(shù)據(jù)采集箱單元、傳感器單元、觸摸屏單元組成，所有硬件均具備高可靠性，能克服登陸艇航行的惡劣環(huán)境。模擬量傳感器采用4～20 mA電流輸出形式的傳感器，根據(jù)不同的采集方式、采集介質等選擇不同的傳感器。高低位開關量報警根據(jù)搖擺情況選擇垂直或者側裝浮球形式的傳感器。電站數(shù)據(jù)采集采用三相多功能智能交流電量采集元件（R-8073）通過RS485通訊輸出。數(shù)據(jù)采集模塊采用SIEMENS公司的PLC200模塊。數(shù)據(jù)采集箱單元正面設置一塊觸摸屏，取代傳統(tǒng)的上位機，在保證可靠運行和舒適的人機操作界面的同時有效的節(jié)約了機艙空間。作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)的串行端口是RS232接口，因此選擇西門子公司提供的PC/PPI電纜通過RS232/RS485轉換進行信息傳輸。駕駛室觸摸屏單元由數(shù)據(jù)采集箱單元對機艙觸摸屏進行延伸，通過RS485傳輸信息[4]。整個系統(tǒng)保證了較高的網(wǎng)絡傳輸速度，保證了本系統(tǒng)對登陸艇運行狀態(tài)的實時監(jiān)控。

4 系統(tǒng)的軟件設計

本系統(tǒng)通過功能模塊劃分，設計各個模塊之間的數(shù)據(jù)流向，根據(jù)結構化的程序設計思想，以保持良好的可移植性和擴充性。本系統(tǒng)采用梯形圖來實現(xiàn)功能，左發(fā)電機信號采集程序如圖3所示，發(fā)電機機旁智能儀表箱（已知通訊協(xié)議）由各路傳感器采集發(fā)電機的各項數(shù)據(jù)信號，通過RS485與S7-200系列PLC通訊。基于S7-200通信協(xié)議的便捷性和實時性，電站、主機以及信息量較大的作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)均采用此種通訊方式[3]。對于模擬量的信息采集例如圖4所示，該程序對燃油液位地址進行定義、傳感器故障判別、液位讀取及容積和重量的換算。其他諸如淡水等均按種方式進行程序運算。

圖3 左輔機信號采集及處理輸出PLC程序

圖4 燃油液位信號采集程序

5 結論

目前此綜合監(jiān)測報警系統(tǒng)已列裝于新建造登陸艇中，通過駕駛室延伸觸摸屏對全船重點設備及液艙數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測，實現(xiàn)了遠程集中監(jiān)測和故障報警定位功能，從而有效地提高控制系統(tǒng)整體自動化程度。經過試航驗收表明，綜合監(jiān)測報警系統(tǒng)能滿足各項戰(zhàn)術技術性能指標，集穩(wěn)定性、安全性、可操作性、實時性于一體，配以攝像監(jiān)控系統(tǒng)，有效地提高了機艙自動化水平，減輕了指戰(zhàn)員的工作強度，基本實現(xiàn)了無人機艙。

[1] 王衛(wèi)士.PLC系統(tǒng)通訊、擴展與網(wǎng)絡互連技術.北京：機械工業(yè)出版社，2005：2～3.

[2] 孫建紅，高捷.船舶配電監(jiān)測信息采集裝置研究[J].船電技術，2009（9）：38.

[3] 嚴盈富.西門子S7-200PLC入門[M].北京：人民郵電出版社，2007.

[4] SIEMENS.SIMATIC S7-200可編程控制器系統(tǒng)手冊 [Z].SIEMENS，2000：140-144.