長江上海通信管理局 張華峰

船舶機艙動態(tài)采集系統(tǒng)的實現(xiàn)

長江上海通信管理局 張華峰

本文針對船舶機艙動態(tài)采集，從數(shù)據(jù)采集、信號傳輸、數(shù)據(jù)處理等方面實現(xiàn)船舶機艙自動化監(jiān)測報警系統(tǒng)來代替輪機員實時監(jiān)測主機及輔機設(shè)備的運行狀況，從而提高船舶自動化、數(shù)字化、智能化水平。

模擬量；采集；智能化

為了保證船舶的正常運行，必須對船舶機艙內(nèi)動力設(shè)備的運行狀況進(jìn)行實時監(jiān)測、故障報警，以往都是輪機員駐守在悶熱高溫的機艙內(nèi)定期查看主機及輔助設(shè)備的運行狀況，并做好記錄。機艙監(jiān)測在船舶運行過程中起著至關(guān)重要的作用。由于船舶機艙的工作環(huán)境比較惡劣，需要先進(jìn)的自動化監(jiān)測報警系統(tǒng)來代替輪機員實時監(jiān)測主機及輔機設(shè)備的運行狀況，并在故障發(fā)生時進(jìn)行聲光報警輸出，提醒值班人員對報警信息進(jìn)行應(yīng)答，及時檢查故障信息，排除故障，使整個系統(tǒng)迅速恢復(fù)正常運行狀態(tài)。另外，報警信號可以通過3G網(wǎng)絡(luò)延伸至岸上進(jìn)行集中監(jiān)控，真正實現(xiàn)無人值班。由此可見，先進(jìn)的機艙監(jiān)測報警系統(tǒng)不僅具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，而且是船舶自動化、數(shù)字化、智能化程度實現(xiàn)的標(biāo)志。

基于成本和用戶需求考慮，以及船舶是正常運營中的，不是在船廠修理，無法大規(guī)模布線、設(shè)備安裝等特點，我們?yōu)槟贤g輪有限公司實施的船舶動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，采用分布式架構(gòu)，購置船舶專用傳感器，安裝在機艙的兩臺主機和兩臺副機的各個監(jiān)控點上，以10Hz的頻率輪詢采集油溫、油壓、水溫、水壓、進(jìn)氣壓力、主機轉(zhuǎn)速、副機油溫等值，各路采集信號經(jīng)過變送器的轉(zhuǎn)換，變成4-20mA的電流信號匯集進(jìn)模擬量采集模塊，目前采集點供14個，使用兩個8路模擬量采集模塊通過級聯(lián)方式以EIARS-485協(xié)議通過一根2芯485屏蔽信號線在末端轉(zhuǎn)為232將采集信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號進(jìn)入工控機中，在工控機中以圖形、文字、列表等形式顯示現(xiàn)場的數(shù)據(jù)、變化趨勢、故障情況和報警狀態(tài)，為現(xiàn)場管理人員的操作提供可靠、準(zhǔn)確的實時信息，從而實現(xiàn)實時監(jiān)控。并通過3G網(wǎng)絡(luò)將相關(guān)數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器中，位于遠(yuǎn)端的中心管理人員可通過客戶端軟件實時獲取船舶機艙主副機動態(tài)參數(shù)。

表1 南通駁輪公司單船采集信息點

工業(yè)上普遍需要測量各類非電物理量，例如溫度、壓力、速度、角度等，都需要轉(zhuǎn)換成模擬量電信號才能傳輸?shù)綆装倜淄獾目刂剖一蝻@示設(shè)備上。這種將物理量轉(zhuǎn)換成電信號的設(shè)備稱為變送器。工業(yè)上最廣泛采用的是用4～20mA電流來傳輸模擬量，也有采用0-10V電壓量來傳輸模擬量。采用電流信號的原因是不容易受干擾。并且電流源內(nèi)阻無窮大，導(dǎo)線電阻串聯(lián)在回路中不影響精度，使用普通雙絞線上便可傳輸數(shù)百米。上限取20mA是因為防爆的要求；20mA的電流通斷引起的火花能量不足以引燃瓦斯。下限沒有取0mA的原因是為了能檢測斷線；正常工作時不會低于4mA，當(dāng)傳輸線因故障斷路，環(huán)路電流降為0。常取2mA作為斷線報警值。

圖1 變送器4~20mA電流信號至采集器的連線圖

在南通駁輪實際施工中，針對主機轉(zhuǎn)速，三艘船有兩艘船轉(zhuǎn)數(shù)儀表盤采用的是電壓信號(0-10V)，其0-1000轉(zhuǎn)對應(yīng)0-8.3V，為盡量使用相同的模擬量信號采集器，我們針對2臺主機各采用了一個0-10V轉(zhuǎn)換為0-20mA的雙向信號隔離放大器，并在軟件上進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)數(shù)-電壓-電流三者間的關(guān)系轉(zhuǎn)換。

圖2 船舶主機動態(tài)參數(shù)顯示圖

船舶運行過程中，主機和副機的各種油溫、油壓、水溫、水壓、進(jìn)氣壓力、主機轉(zhuǎn)速、副機油溫等都需要保持在一定的范圍之內(nèi)，比如每個溫度點都有一個上限，而每個壓力點都有一個下限；如果超出了這個界限，則說明出現(xiàn)異常，需要進(jìn)行越限報警；每個傳感器都有一個量程，如果傳感器測定的值不在量程之內(nèi)，則表示傳感器發(fā)生故障，需要進(jìn)行傳感器故障報警；今后的應(yīng)用中，還可以增加開關(guān)量的檢測和報警。

本次針對運營中的船舶加裝該套信息采集系統(tǒng)具有如下特點：

（1）先進(jìn)性。系統(tǒng)選用現(xiàn)代先進(jìn)工業(yè)技術(shù)所應(yīng)用的硬件和軟件技術(shù)，硬件工作安全可靠、性能穩(wěn)定、故障率低，軟件采用模塊化設(shè)計，可以不斷擴(kuò)展，保證改造后的系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)。

（2）維修維護(hù)方便。此次增加的系統(tǒng)，硬件添加較少，主要是各個采集 點的傳感器，并充分利用了船載轉(zhuǎn)速儀表，各個硬件都是獨立模塊，這給維修維護(hù)工作提供了極大的便利。

（3）擴(kuò)展性能好。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)目前是14路，2個采集模塊是并聯(lián)上傳信號的，可以擴(kuò)展至32路，也就是最大支持256個信息采集點，今后擴(kuò)展只需要增加少量模塊，就可以對監(jiān)測報警系統(tǒng)的監(jiān)測范圍進(jìn)行擴(kuò)展，無需對系統(tǒng)進(jìn)行大的結(jié)構(gòu)改造，軟件處理上也很方便。

（4）經(jīng)濟(jì)效益好。新系統(tǒng)可以實現(xiàn)實時、準(zhǔn)確的對機艙運行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，能夠及時的發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患，避免機損事故的發(fā)生，減少了修船項目，延長了修船期，提高了船舶在航率。

（5）社會效益好。由于新系統(tǒng)可以實現(xiàn)機艙信號的遠(yuǎn)程監(jiān)測和管理，從而能夠減少船員在惡劣的機艙環(huán)境下工作的時間，減輕船員的勞動強度，改善船員工作質(zhì)量，提高船員的自身素質(zhì)。

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張華峰（1976—），碩士，現(xiàn)供職于長江上海通信管理局。