孫艷秋

基于總線控制的船舶機(jī)艙監(jiān)測報(bào)警實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

孫艷秋

（渤海船舶職業(yè)學(xué)院，遼寧葫蘆島 125000）

本文介紹一種基于總線控制的網(wǎng)絡(luò)型機(jī)艙監(jiān)測報(bào)警實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。該系統(tǒng)以流行的總線控制型監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)實(shí)船設(shè)備為主，輔以報(bào)警系統(tǒng)功能試驗(yàn)和報(bào)警點(diǎn)調(diào)試裝置，整個(gè)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)為開展報(bào)警應(yīng)答操作、功能試驗(yàn)、報(bào)警點(diǎn)調(diào)試、故障分析與排除等技能訓(xùn)練創(chuàng)造了條件。

總線控制 監(jiān)測報(bào)警 實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)

0 引言

船舶機(jī)艙監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)是機(jī)艙自動化系統(tǒng)的重要組成部分，它主要用于船舶動力裝置及機(jī)艙主輔機(jī)設(shè)備的重要參數(shù)的連續(xù)監(jiān)視、測量、顯示、記錄，并對這些設(shè)備的故障和參數(shù)的越限在船舶重要場所進(jìn)行報(bào)警。隨著船舶自動化水平的不斷提高，基于總線控制的網(wǎng)絡(luò)型機(jī)艙監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)廣泛應(yīng)用在新造船舶中。與此同時(shí)，對于船舶電氣類及輪機(jī)自動化等專業(yè)學(xué)生、船舶建造技術(shù)人員和船員來說，迫切需要迅速掌握含有最新技術(shù)的機(jī)艙監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)操作與調(diào)試方法，以便能更好地完成系統(tǒng)安裝、調(diào)試與運(yùn)行維護(hù)等工作任務(wù)。在沒有實(shí)船艙室背景的實(shí)訓(xùn)室, 由于缺乏船舶現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集環(huán)境，為了進(jìn)行監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)性能試驗(yàn)和各類型報(bào)警點(diǎn)參數(shù)整定，研制出體現(xiàn)實(shí)船工作環(huán)境和操作條件的監(jiān)測報(bào)警實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)成為當(dāng)務(wù)之需。

1 機(jī)艙監(jiān)測報(bào)警實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路

1）為了能達(dá)到實(shí)船操作的效果，整個(gè)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理與顯示、參數(shù)判斷與報(bào)警、參數(shù)整定等機(jī)艙監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)核心設(shè)備要使用實(shí)船設(shè)備。

2）為了滿足系統(tǒng)性能試驗(yàn)、報(bào)警點(diǎn)參數(shù)整定與調(diào)試、故障分析與排除等實(shí)訓(xùn)要求，需專門配置與報(bào)警系統(tǒng)主機(jī)和測量分站相匹配的監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)試驗(yàn)裝置。該裝置既要配備典型的報(bào)警點(diǎn)測量傳感器和典型的監(jiān)測信號模擬裝置，同時(shí)也要為傳感器營造與實(shí)船工況相接近的測量環(huán)境，以便為參數(shù)整定、報(bào)警點(diǎn)調(diào)試創(chuàng)造條件。

3）采用總線控制的網(wǎng)絡(luò)型機(jī)艙監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)，系統(tǒng)試驗(yàn)裝置與系統(tǒng)主機(jī)之間、測量分站與主機(jī)之間均采用雙路MODBUS總線進(jìn)行通信，兩臺監(jiān)控主機(jī)聯(lián)接成局域網(wǎng)。

2 船舶機(jī)艙監(jiān)測報(bào)警實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)組成

按照總體設(shè)計(jì)思路，實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)主要包括兩部分：一是監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)主體，主要由2臺監(jiān)控主計(jì)算機(jī)、測量分站采集模塊、輸入/輸出單元、延伸報(bào)警單元等模塊組成；二是監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)試驗(yàn)裝置，主要由典型報(bào)警點(diǎn)測量傳感器、各類型總線信號模擬模塊、溫度傳感器加熱裝置、模擬量信號和開關(guān)量信號模擬裝置等組成。系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

圖1 船舶機(jī)艙監(jiān)測報(bào)警實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)構(gòu)成

2.1 監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)主體

1）監(jiān)控主機(jī)單元

采用2臺工控機(jī)作為系統(tǒng)的監(jiān)控主機(jī)，它們彼此之間聯(lián)成局域網(wǎng)，是監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)的控制核心。主要功能是對微機(jī)分站采集的信號進(jìn)行處理、判斷、顯示、越限報(bào)警，同時(shí)接收I/O單元輸入的操作指令，驅(qū)動輸出裝置完成相應(yīng)的聲光報(bào)警等。配置有通訊接口，采用雙路MODBUS與測量分站進(jìn)行通訊。主機(jī)監(jiān)控軟件使用VC++編程，可在WIN2000/XP環(huán)境下運(yùn)行。

主機(jī)配備的專用操作面板上布置有軌跡球和4個(gè)操作按鍵：上翻、下翻、消聲、平光，通過軌跡球可完成全部操作。

主機(jī)的供電電源配有可自動進(jìn)行切換的兩路供電電源，主電源AC220V和應(yīng)急電源DC24V。主電源故障時(shí)自動切換為應(yīng)急電源，同時(shí)送出一個(gè)主電源失電報(bào)警信號。

2）測量分站

測量分站采用模塊化配置，主要由信號采集模塊和通訊模塊組合而成。

信號采集模塊主要有：

微機(jī)處理模塊：處理采集到的信號；

電阻測量模塊：模擬量，16通道/塊，輸入信號為電阻信號，包括熱電阻；

電壓測量模塊：模擬量，16通道/塊，輸入信號為DC0~+5 V，包括熱電偶；

電流測量模塊：模擬量，16通道/塊，輸入信號為DC4~20 mA，包括絕大部分的壓力變送器和液位變送器；

開關(guān)量測量模塊：開關(guān)量，16通道/塊，包括有源和無源觸點(diǎn)；

脈沖測量模塊：開關(guān)量，4通道/塊，包括轉(zhuǎn)速脈沖。

本系統(tǒng)采集信號總量在70個(gè)以內(nèi)，模擬量約40個(gè)，開關(guān)量月30個(gè)。還可以根據(jù)實(shí)際需要靈活增減。

通訊模塊用于測量分站與監(jiān)控主機(jī)之間的RS-485和RS-232通訊信號的轉(zhuǎn)換。主機(jī)提供的輸入通訊接口單元：Can-bus接口1個(gè)，Modbus接口1個(gè)，Profibus接口1個(gè)， Longworks接口1個(gè)，NMEA0183接口1個(gè)，以太網(wǎng)UDP接口1個(gè)。

3）輸入/輸出單元

I/O單元是一個(gè)智能模塊，負(fù)責(zé)和主機(jī)聯(lián)系，成為系統(tǒng)的一個(gè)對外的接口。有4路輸入信號，用于接收操作面板上的四個(gè)按鍵：上翻、下翻、消聲、平光指令；有4路輸出，用于輸出報(bào)警器驅(qū)動信號、計(jì)算機(jī)故障信號、備用1、備用2。

4）延伸報(bào)警單元

采用一組智能模塊和4塊液晶面板，可以復(fù)示所有測量點(diǎn)的狀態(tài)，進(jìn)行聲光報(bào)警。接線方式采用以太網(wǎng)接入監(jiān)測報(bào)警網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。根據(jù)需要延伸報(bào)警板主要分布在機(jī)艙、居室、公共場合等地，進(jìn)行監(jiān)測報(bào)警信號的延伸指示和聲光報(bào)警。

2.2 監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)試驗(yàn)裝置

1）外部傳感器配置

以下每種形式輸入信號各配置2個(gè)傳感器：PT100溫度傳感器、K型熱電偶、溫度開關(guān)、壓力傳感器。其他輸入點(diǎn)均采用電位器模擬電壓或電流信號，用開關(guān)或按鈕模擬開關(guān)量信號。

2）溫度報(bào)警點(diǎn)調(diào)試用加熱裝置：帶溫度控制與顯示的溫度傳感器加熱裝置4套，可分別用于4個(gè)溫度傳感器的加熱、溫度控制和顯示。

3）總線信號模擬模塊

用于產(chǎn)生下面幾種常見總線的模擬信號。包括：CAN信號模擬模塊1個(gè)，Modbus信號模擬模塊1個(gè)， Lonworks信號模擬模塊1個(gè)， Profibus信號模擬模塊1個(gè)， NMEA018信號模擬模塊1個(gè)。

其中，CAN總線、Lonworks總線和Profibus總線的模擬信號分別通過各自的網(wǎng)關(guān)模塊轉(zhuǎn)換成RS-485標(biāo)準(zhǔn)通訊信號，再通過通訊模塊與監(jiān)控主機(jī)鏈接，NMEA0183總線模擬信號直接通過通訊模塊與主機(jī)進(jìn)行鏈接。

3 實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)功能

根據(jù)機(jī)艙監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)安裝、調(diào)試、運(yùn)行管理和維護(hù)等實(shí)際操作技能要求，進(jìn)行此實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)。主要包括以下四部分。

1）機(jī)艙監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)組成與功能認(rèn)識

展示具有代表性的網(wǎng)絡(luò)型機(jī)艙監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)的基本設(shè)備組成與鏈接關(guān)系，使學(xué)員從整體掌握系統(tǒng)的架構(gòu)，同時(shí)也能看到系統(tǒng)與其他船舶自動化系統(tǒng)之間的聯(lián)系；演示故障報(bào)警、參數(shù)測量與顯示、報(bào)警記錄打印、報(bào)警閉鎖與解除、延伸報(bào)警等基本功能及其實(shí)現(xiàn)過程；在主機(jī)轉(zhuǎn)速為零的狀態(tài)，觀察對某些參數(shù)如主機(jī)氣缸注油器斷流、增壓器滑油進(jìn)機(jī)壓力低等報(bào)警的自動閉鎖；觀察各種總線信號數(shù)據(jù)采集及其與系統(tǒng)主機(jī)之間的鏈接情況等。

2）機(jī)艙監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)使用與操作訓(xùn)練

包括：監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)軟件界面認(rèn)識和菜單操作；參數(shù)快速查找與觀察，參數(shù)當(dāng)前值觀察及報(bào)警設(shè)定值單點(diǎn)顯示、圖形顯示、分組顯示；故障報(bào)警時(shí)，報(bào)警現(xiàn)象觀察及在集控室進(jìn)行報(bào)警消聲、平光等報(bào)警應(yīng)答操作；根據(jù)報(bào)警顯示判別故障原因；故障處理結(jié)束后，系統(tǒng)工作狀態(tài)恢復(fù)觀察及操作；報(bào)警記錄打印、報(bào)警閉鎖與解除、延伸報(bào)警等操作訓(xùn)練。

3）報(bào)警點(diǎn)調(diào)試與參數(shù)整定訓(xùn)練

包括：各類型報(bào)警點(diǎn)報(bào)警值的修改與恢復(fù)訓(xùn)練；熱電阻測量的模擬量溫度報(bào)警點(diǎn)調(diào)試與參數(shù)整定訓(xùn)練；熱電偶測量的模擬量溫度報(bào)警點(diǎn)調(diào)試與參數(shù)整定訓(xùn)練；壓力傳感器測量的模擬量壓力報(bào)警點(diǎn)調(diào)試與參數(shù)整定訓(xùn)練；各種測量信號的開關(guān)量報(bào)警點(diǎn)調(diào)試與報(bào)警值整定訓(xùn)練；其他模擬量報(bào)警點(diǎn)調(diào)試與報(bào)警值整定訓(xùn)練；

(4)機(jī)艙監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)常見故障的分析與排除訓(xùn)練

通過教師設(shè)置各類型傳感器故障、報(bào)警閉鎖誤操作、報(bào)警點(diǎn)參數(shù)設(shè)定錯(cuò)誤等故障，進(jìn)行系統(tǒng)故障分析與排除訓(xùn)練。

4 結(jié)語

上述基于MODBUS總線控制的機(jī)艙監(jiān)測報(bào)警實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，既體現(xiàn)了現(xiàn)代實(shí)船上該系統(tǒng)最新建構(gòu)方案，同時(shí)又兼顧設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的教學(xué)實(shí)訓(xùn)功能，該項(xiàng)設(shè)計(jì)方案已成功用于某學(xué)院船舶機(jī)艙自動化實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)中，為船舶電氣技術(shù)、輪機(jī)自動化等相關(guān)專業(yè)學(xué)生開展該系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)創(chuàng)造了有利條件。同時(shí)，該教學(xué)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的成功研制與應(yīng)用，也為其他船舶電氣教學(xué)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)開發(fā)提供了可借鑒的思路。

[1] 上海駟博自動化公司SB-2001機(jī)艙監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)說明書 2011.12

[2] 中國海事服務(wù)中心組織編寫, 船舶電氣與自動化[M], 大連：大連海事大學(xué)出版社, 2012.06

[3] 張衛(wèi)國自動化機(jī)艙操作訓(xùn)練與評估系統(tǒng)的開發(fā)[J],大連海事大學(xué)碩士學(xué)位論文, 2010.11

[4] 趙殿禮船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng)[M] , 大連：大連海事大學(xué)出版社, 2009.01

[5] 林葉錦輪機(jī)自動化[M] 北京：人民交通出版社, 2011.07 .

Design of Training System Ship for Engine Room Monitoring & Alarming on the Basis of Bus Control

Sun Yanqiu

(Bohai Shipbuilding Vocational College, Huludao 125000, Liaoning)

2013-12-20

孫艷秋(1970-)，女，碩士/副教授。研究方向：船舶電氣及自動化技術(shù)。

U665

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1003-48622014）04-0018-03