沈玉霞

（上海海事大學，上海201306）

1 引言

船舶機艙集中監(jiān)測與報警系統(tǒng)是輪機自動化的一個重要組成部分，主要用來集中監(jiān)測機艙中所有設備的運行情況，一旦發(fā)生故障，系統(tǒng)會自動發(fā)出聲、光報警，并在機艙值班人員應答后，撤銷聲響報警，并將故障信息打印記錄[1,2]。

本系統(tǒng)從實驗模擬的真實性和實驗過程中的互動性出發(fā)，把船上的機艙監(jiān)測與報警系統(tǒng)遷移到教學實驗室中。系統(tǒng)配有操作臺、控制器、延伸報警器、輪機員呼叫系統(tǒng)、信號模擬測量箱。該系統(tǒng)與模擬外部傳感器探頭的信號發(fā)生裝置相配合，可模擬機艙主要設備的故障監(jiān)測和報警，并實現(xiàn)延伸報警和對輪機員的呼叫。

2 船舶機艙監(jiān)測報警系統(tǒng)構建

系統(tǒng)按3 層結構進行結構規(guī)劃和系統(tǒng)配置，分別為控制層、網絡層和設備層，包含1 個控制臺，1 個輪機員呼叫箱，2個信號模擬箱及2 個延伸報警箱。機艙監(jiān)測報警系統(tǒng)結構圖如圖1 所示[3～5]。

圖1 機艙監(jiān)測報警系統(tǒng)結構框圖

2.1 控制層

本系統(tǒng)控制層為1 臺計算機，1 個主控制站及1 個總線接口從站。主控制站包含1 個ABB AC500PLC，PLC 包含CPU 系列模塊PM581 型和2 個I/O 模塊DC532。總線接口從站包含1 個總線接口模塊DC551 和1 個I/O 模塊DC532。

AC500CPU 模塊的內存接收經由CS31 總線傳送過來的從站測量箱所采集的數(shù)據，并把接收到的模擬量和開關量數(shù)據信息直接映射到CPU 模塊數(shù)據存儲單元的地址中，等待CoDeSys 編程軟件對數(shù)據進行報警處理，最后再由AC500CPU將報警處理結果輸出到DC532 或DC551 模塊的相應輸出通道，驅動燈板和喇叭報警。主站擴展的2 個I/O 擴展模塊DC532 的32 路輸出通道被用來作為驅動對應的32 路報警燈板的輸出通道。

2.2 設備層

1 號、2 號測量箱用以完成開關量和模擬量的數(shù)據采集。測量箱中包含1 個遠程擴展單元ICMK14N1、1個開關量擴展模塊XC32L1、1 個模擬量擴展模塊XE08B5。ICMK14N1 主要功能是傳送數(shù)據，完成和主站CPU 的通訊任務。開關量擴展模塊XC32L1，其帶有16 路開關量輸入，當面板上有按鈕開關被按下時，產生監(jiān)測點數(shù)據的變化，模塊上對應的通道值變?yōu)?，由此完成了開關量的數(shù)據采集。模擬量擴展模塊XE08B5，其功能是完成模擬量數(shù)據的采集。在測量箱面板下設計安裝了模擬信號發(fā)生裝置，由此來提供模擬量信號的來源，模塊上的LED 能夠顯示各個通道當前采集到的模擬量的值，并對該數(shù)據進行暫存。

3 號輪機員呼叫箱，包含1 臺8 開關量輸入，16 路開關量輸入/輸出的DC551，直接連接到CS31 總線上，實現(xiàn)對延伸報警箱的遠程呼叫，通過對輸入點的定義，可分別對4 號、5 號延伸報警箱進行單獨呼叫和群呼。

4 號、5 號延伸報警呼叫箱，包含1 臺8 開關量輸入，16 路開關量輸入/輸出的DC551，接收經AC300CPU 處理分類之后報警信號進行延伸報警和輪機員被呼叫功能。

2.3 網絡層

系統(tǒng)所用的網絡為以太網和CS31 總線?？刂婆_計算機和主控制站PLC 是通過以太網進行通信連接的，控制臺計算機通過以太網接口對主控制站PLC 實現(xiàn)編程通信，主控制站通過CS31 總線對從站采集的數(shù)據進行地址映射。

2.4 信號發(fā)生裝置

系統(tǒng)模擬了48 種船舶機艙報警信號，其中32 個用開關量信號實現(xiàn)，16 個用模擬量信號實現(xiàn)。開關量報警信號利用可鎖定式開關作為輸入，當開關接通代表有開關量報警信號。報警故障有柴油發(fā)電機啟動故障，主機冷卻油出口流量低，燃油水箱低位，凸輪軸油濾壓差高，主機燃油濾器壓差高，主機冷卻水低位等。

模擬信號由信號發(fā)生板提供，分別有4 個0～10V 輸出電路，模擬柴發(fā)滑油/燃油壓力。4 個0～20mA 輸出電路，模擬主機掃氣壓力，主機缸套水進口壓力，主機（空冷器）冷卻水進口壓力，主機冷卻海水進口壓力。4 個4～20mA 輸出電路，模擬主機燃油/滑油進口壓力，主機起動/控制空氣壓力。4 個Pt100輸出電路，模擬主機滑油溫度高，主機推力軸承溫度高，主機1號/2 號缸缸套冷卻水出口溫度。

表1 I/O 點配置明細表

3 船舶機艙監(jiān)測報警系統(tǒng)軟件設計

本系統(tǒng)的功能是通過信號發(fā)生裝置模擬機艙內各種動力設備的運行狀態(tài)，一旦運行設備發(fā)生故障，PLC 接收信號后，會通過輸出通道發(fā)出聲、光報警信號。為了滿足無人值班要求，要把報警信號傳送到輪機值班人員的住處及公共場所，使輪機值班人員能夠及時得悉報警信號，并及時去排除故障。通過ABB PLC 編程軟件CoDeSys V2.3 對I/O 口進行相應配置，實現(xiàn)數(shù)據采集、故障報警、輪機員呼叫和延伸報警功能[5]。

3.1 軟件配置

主站CPU 接收到數(shù)據后，通過CoDeSys 對地址中的數(shù)據進行處理，數(shù)據地址配置表如表1 所示。

3.2 輪機員呼叫

3#站主要實現(xiàn)對延伸報警箱的呼叫，設有輪機長、大管輪、二管輪、三管輪、群呼等呼叫按鈕。因系統(tǒng)設置了2 個延伸報警箱，將其定義為大管輪和二管輪延伸報警。當按下大管輪呼叫鍵后，點亮呼叫按鍵燈，被叫箱呼叫燈亮，呼叫喇叭響。呼叫應答后，呼叫按鍵燈、被叫箱燈滅，呼叫喇叭消聲。呼叫二管輪同理，程序流程圖如圖2 所示。

圖2 輪機員呼叫子程序

3.3 延伸報警及報警抑制

當產生報警信號后，主站聲光報警，延時一分鐘無人應答，則信號會延伸到4 號及5 號延伸報警箱，產生聲、光報警。同時會對報警信號判斷是否為重要報警。程序流程圖如圖3所示。

圖3 延伸報警子程序

4 結語

本文對機艙監(jiān)測與報警系統(tǒng)進行了研究，采用上位機、PLC、CS31 總線，運用3 層網絡結構，構建了一個船舶機艙監(jiān)測報警系統(tǒng)，設計了部分機艙監(jiān)測與報警軟件功能，對信號采集，輪機呼叫，延伸報警等功能進行了試驗，在系統(tǒng)中能可靠應用。