劉宙鋒　王艷婷

摘要：機(jī)艙監(jiān)測(cè)報(bào)警是對(duì)機(jī)艙重要設(shè)備的安全參數(shù)及運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)對(duì)管理人員和值班人員通過(guò)聲光等方式提示，以保證設(shè)備正常運(yùn)行或是人員的安全。本文通過(guò)對(duì)現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)技術(shù)的研究，為進(jìn)一步的研究相關(guān)船舶監(jiān)控系統(tǒng)打下基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：監(jiān)測(cè)；報(bào)警；自動(dòng)化

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、嵌入式技術(shù)、通信技術(shù)的不斷發(fā)展，船舶的自動(dòng)化技術(shù)也在不斷的提高，發(fā)展的特點(diǎn)更加的綜合、智能，比起以前的系統(tǒng)，也更加的模塊化、網(wǎng)絡(luò)化?，F(xiàn)在的船舶監(jiān)控報(bào)警的大部分功能是用軟件實(shí)現(xiàn)的，通訊方式采用的是總線技術(shù)，這樣的方式能夠減少硬件資源的投資、提高軟件的可靠性、增加了工作效率、提高了軟件的性?xún)r(jià)比。

一、無(wú)人機(jī)艙的發(fā)展分析

在20世紀(jì)60年代，船舶機(jī)艙設(shè)備自動(dòng)化的要求被提出來(lái)。機(jī)艙自動(dòng)化可以簡(jiǎn)化管理工作、減輕工作人員工作負(fù)擔(dān)、提高工作人員的工作效率，從而解決了船舶噸位與船舶運(yùn)營(yíng)成本成正比的問(wèn)題。而從70年代開(kāi)始，機(jī)艙自動(dòng)化獲得如下進(jìn)展：（1） 輪機(jī)的自動(dòng)化裝置實(shí)現(xiàn)了對(duì)于機(jī)船設(shè)備實(shí)現(xiàn)集中控制并且對(duì)每個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控的。（2）通過(guò)輔控制站，工作人員可以在駕駛室遠(yuǎn)程控制操作機(jī)船設(shè)備，降低了工作人員的工作強(qiáng)度，因而也降低了對(duì)機(jī)艙值班人員的需求量。（3）初步實(shí)現(xiàn)了機(jī)船內(nèi)間歇性無(wú)人值班[1]。對(duì)于無(wú)人機(jī)船的發(fā)展，世界各大船級(jí)社也相應(yīng)地制定了技術(shù)入級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，為無(wú)人機(jī)艙以后的發(fā)展與完善指明了道路。目前，船舶機(jī)艙監(jiān)視與報(bào)警系統(tǒng)大都采用計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)[1]。根據(jù)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，船舶機(jī)艙監(jiān)視與報(bào)警系統(tǒng)可大致分為三類(lèi)：集中型系統(tǒng)、集散型系統(tǒng)和全分布式系統(tǒng)[1]。

（1）集中型監(jiān)視系統(tǒng)

集中型系統(tǒng)的特點(diǎn)是通過(guò)單臺(tái)計(jì)算機(jī)在集控室對(duì)機(jī)船中的動(dòng)力設(shè)備及其輔助設(shè)備實(shí)行集中監(jiān)視和報(bào)警采用計(jì)算機(jī)管理軟件，大大簡(jiǎn)化了硬件結(jié)構(gòu)并且使控制功能更加豐富，使監(jiān)測(cè)參數(shù)點(diǎn)增加到上百個(gè)，并對(duì)模擬量和關(guān)量信號(hào)進(jìn)行采集監(jiān)控[1]。該類(lèi)型的典型代表有挪威NORCONTROL公司研發(fā)的DataChief——III系統(tǒng)。

船舶機(jī)艙集中型監(jiān)視系統(tǒng)在上世紀(jì)70年代初具有一定的代表性，但是由于該系統(tǒng)采用單臺(tái)計(jì)算機(jī)作為處理單元，不僅造價(jià)較高、而且可靠性也不好，當(dāng)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，則整個(gè)系統(tǒng)將會(huì)崩潰[1]。這給用戶(hù)帶來(lái)了極大的安全隱患，所以，它的發(fā)展受到了限制[1]。

（2）集散型監(jiān)視系統(tǒng)

集散型監(jiān)視系統(tǒng)釆用集中和分散相結(jié)合的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是整個(gè)監(jiān)視任務(wù)不再由單臺(tái)計(jì)算機(jī)來(lái)完成，而是由多臺(tái)計(jì)算機(jī)組成的子系統(tǒng)來(lái)分別完成，再由各個(gè)子系統(tǒng)與上位機(jī)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)信息共享。相較于70年代使用的集中型監(jiān)視系統(tǒng)，其可靠性大大增加，而且相對(duì)的造價(jià)低，因而集散型監(jiān)視系統(tǒng)取代集中型監(jiān)視系統(tǒng)成為必然趨勢(shì)。

在初期的集散型監(jiān)視系統(tǒng)中，由于采用模擬信號(hào)傳輸，在長(zhǎng)距離傳送的過(guò)程中，模擬信號(hào)所引起的干擾不可忽視。信息的傳輸?shù)膶?duì)電纜的需求很大，增加了成本。此系統(tǒng)的典型代表有西門(mén)子公司生產(chǎn)的SIMOS32型集散監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。綜合上述弊端，在之后的系統(tǒng)發(fā)展中，有公司把傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)控制方式使用到子系統(tǒng)中，即在設(shè)備附近放置現(xiàn)場(chǎng)處理單元來(lái)進(jìn)行模擬信號(hào)的收發(fā)，而現(xiàn)場(chǎng)處理單元?jiǎng)t通過(guò)RS-232、RS-485或電流環(huán)等網(wǎng)絡(luò)與主控單元進(jìn)行數(shù)據(jù)交換[1]。這種方法雖然對(duì)于信號(hào)穩(wěn)定性有了一定的改善，但是出于傳統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)的固有缺陷，如傳輸距離短，不能實(shí)現(xiàn)全雙工傳輸?shù)鹊?，所以未能?shí)現(xiàn)全分布式結(jié)構(gòu)[1]。該類(lèi)系統(tǒng)的典型代表有德國(guó)西門(mén)子公司生產(chǎn)的SIMOS IMA32C系統(tǒng)和挪威NORCONTROL公司生產(chǎn)的DataChief 1000系統(tǒng)[1]。

（3）全分布式系統(tǒng)

全分布式系統(tǒng)將現(xiàn)場(chǎng)總線（CAN總線）作為各個(gè)子系統(tǒng)之間的通信網(wǎng)絡(luò)，與集散型系統(tǒng)相比，它將監(jiān)控功能進(jìn)一步釋放，采用模塊化設(shè)計(jì)，通過(guò)具有通信功能的智能化現(xiàn)場(chǎng)處理單元實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的組態(tài)，提高了系統(tǒng)的可靠性。并且由于采用開(kāi)放的現(xiàn)場(chǎng)總線通信協(xié)議，設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)了信息互換共享，為船舶機(jī)船綜合控制信息系統(tǒng)的建立與發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[1]。因此，全分布式監(jiān)視系統(tǒng)結(jié)合了集中型和集散型系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)并且有效的克服了其缺點(diǎn)從而成為了今后船舶機(jī)船自動(dòng)化和機(jī)艙設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控的主要發(fā)展方向。該系統(tǒng)的典型代表有挪威KONGSBERG公司生產(chǎn)的DataChief C20監(jiān)控系統(tǒng)及其改進(jìn)型產(chǎn)品K-Chief 600[1]。

無(wú)人機(jī)艙目前已經(jīng)成為新造船舶的常規(guī)要求。無(wú)人機(jī)艙就是把控制儀表、 警報(bào)系統(tǒng)以及微機(jī)巡回檢測(cè)裝置等集中在一起，從駕駛室遙控主機(jī)并對(duì)全船進(jìn)行控制[1]。由于機(jī)艙無(wú)人值守，機(jī)艙各種警報(bào)器也延伸至駕駛室，有的船舶對(duì)冷藏集裝箱的監(jiān)測(cè)，對(duì)貨艙可燃?xì)怏w的監(jiān)測(cè)甚至壓載水艙的調(diào)傾操作都在駕駛室進(jìn)行[1]。正常航行中，機(jī)艙可以周期無(wú)人值班[1]。

二、周期無(wú)人值守機(jī)艙監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)簡(jiǎn)介及其使用情況

機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)主要是實(shí)現(xiàn)船舶的安全穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)全船重要電氣設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)和安全信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)，給各設(shè)備系統(tǒng)和人員提供安全保障。對(duì)于PLC的機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，首先要了解監(jiān)控系統(tǒng)的基本功能、相關(guān)規(guī)范要求、系統(tǒng)特定環(huán)境與技術(shù)要求，然后才能根據(jù)需要選用合適的主控模塊，圍繞主控模塊進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)[2]。下面通過(guò)對(duì)挪威NORCONTROL公司K一Chief600系統(tǒng)進(jìn)行分析，說(shuō)明目前機(jī)艙監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的大致發(fā)展情況以及以后的機(jī)艙監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的發(fā)展方向。

K一Chief600系統(tǒng)包含了船舶系統(tǒng)的全部主要功能，包括報(bào)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，輔助控制系統(tǒng)，電站管理系統(tǒng)，推進(jìn)控制，壓載自動(dòng)化系統(tǒng)，貨物控制和監(jiān)測(cè)，HAVC（空氣調(diào)節(jié)），管理支持，冷藏監(jiān)測(cè)，消防系統(tǒng)等[2]。系統(tǒng)可以通過(guò)雙冗余的局域網(wǎng)跟K系列的其他系統(tǒng)（K一Gauge，K一Pos，K一Thrust，K一Brige）進(jìn)行信息交換，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)的集成。K一Chief600系統(tǒng)采用了模塊化設(shè)計(jì)，可以按照不同船只的具體要求進(jìn)行裁剪，既可配置為低復(fù)雜度的小型報(bào)警系統(tǒng)，也可配置為高集成度的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)滿(mǎn)足包括軍用標(biāo)準(zhǔn)在內(nèi)的最嚴(yán)格的安全性和可靠性要求：系統(tǒng)提供了包括通信、過(guò)程處理、串行線和電源在內(nèi)的所有層次的冗余；內(nèi)建的系統(tǒng)自檢功能可以監(jiān)測(cè)整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)[2]；軟件和硬件設(shè)備通過(guò)了主要船級(jí)社的類(lèi)型認(rèn)證[2]。

K一Chief600系統(tǒng)由帶有顯示器和專(zhuān)用操作鍵盤(pán)的操作站來(lái)提供人機(jī)交互界面，圖形化的界面友好直觀，保證了系統(tǒng)操作的高效率和安全[2]。操作員可以在任意操作站上完成所有的監(jiān)控報(bào)警功能[2]。

K一Chief600系統(tǒng)采用通用硬件模塊，便于系統(tǒng)的安裝和日常的維護(hù)修理。當(dāng)DPU模塊出現(xiàn)故障時(shí)，不需要關(guān)閉系統(tǒng)即可完成模塊更換[3]。系統(tǒng)的高可維護(hù)性降低了備件要求，同時(shí)也降低了系統(tǒng)的全生命周期成本。K一Chief600系統(tǒng)由分布式處理單元DPU、本地操作站LOS、迷你操作站MOS、遙控操作站ROS和值班呼叫系統(tǒng)WCS等部分組成，集中體現(xiàn)了當(dāng)前監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)的先進(jìn)水平[3]。

三、結(jié)語(yǔ)

經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)船舶的各種需求會(huì)隨之增加，而伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于船舶相關(guān)軟件的要求也會(huì)隨之增加。加大機(jī)艙監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的研究是至關(guān)重要的。這就要求開(kāi)發(fā)人員不僅要了解已實(shí)現(xiàn)并投入使用的機(jī)艙監(jiān)測(cè)報(bào)警知識(shí)，同時(shí)也要了解網(wǎng)絡(luò)通信、嵌入式開(kāi)發(fā)技術(shù)。想要獲得適合的機(jī)艙監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，需要投入更多的開(kāi)發(fā)人員，并保證軟件的及時(shí)升級(jí)換代。

參考文獻(xiàn)

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