基于總線控制的船舶機艙監測報警實訓系統設計

孫艷秋

基于總線控制的船舶機艙監測報警實訓系統設計

孫艷秋

（渤海船舶職業學院，遼寧葫蘆島 125000）

本文介紹一種基于總線控制的網絡型機艙監測報警實訓系統設計方案。該系統以流行的總線控制型監測報警系統實船設備為主，輔以報警系統功能試驗和報警點調試裝置，整個實訓系統為開展報警應答操作、功能試驗、報警點調試、故障分析與排除等技能訓練創造了條件。

總線控制 監測報警 實訓系統

0 引言

船舶機艙監測報警系統是機艙自動化系統的重要組成部分，它主要用于船舶動力裝置及機艙主輔機設備的重要參數的連續監視、測量、顯示、記錄，并對這些設備的故障和參數的越限在船舶重要場所進行報警。隨著船舶自動化水平的不斷提高，基于總線控制的網絡型機艙監測報警系統廣泛應用在新造船舶中。與此同時，對于船舶電氣類及輪機自動化等專業學生、船舶建造技術人員和船員來說，迫切需要迅速掌握含有最新技術的機艙監測報警系統操作與調試方法，以便能更好地完成系統安裝、調試與運行維護等工作任務。在沒有實船艙室背景的實訓室, 由于缺乏船舶現場數據采集環境，為了進行監測報警系統性能試驗和各類型報警點參數整定，研制出體現實船工作環境和操作條件的監測報警實訓系統成為當務之需。

1 機艙監測報警實訓系統總體設計思路

1）為了能達到實船操作的效果，整個實訓系統的數據采集、數據處理與顯示、參數判斷與報警、參數整定等機艙監測報警系統核心設備要使用實船設備。

2）為了滿足系統性能試驗、報警點參數整定與調試、故障分析與排除等實訓要求，需專門配置與報警系統主機和測量分站相匹配的監測報警系統試驗裝置。該裝置既要配備典型的報警點測量傳感器和典型的監測信號模擬裝置，同時也要為傳感器營造與實船工況相接近的測量環境，以便為參數整定、報警點調試創造條件。

3）采用總線控制的網絡型機艙監測報警系統，系統試驗裝置與系統主機之間、測量分站與主機之間均采用雙路MODBUS總線進行通信，兩臺監控主機聯接成局域網。

2 船舶機艙監測報警實訓系統組成

按照總體設計思路，實訓系統主要包括兩部分：一是監測報警系統主體，主要由2臺監控主計算機、測量分站采集模塊、輸入/輸出單元、延伸報警單元等模塊組成；二是監測報警系統試驗裝置，主要由典型報警點測量傳感器、各類型總線信號模擬模塊、溫度傳感器加熱裝置、模擬量信號和開關量信號模擬裝置等組成。系統構成如圖1所示。

圖1 船舶機艙監測報警實訓系統構成

2.1 監測報警系統主體

1）監控主機單元

采用2臺工控機作為系統的監控主機，它們彼此之間聯成局域網，是監測報警系統的控制核心。主要功能是對微機分站采集的信號進行處理、判斷、顯示、越限報警，同時接收I/O單元輸入的操作指令，驅動輸出裝置完成相應的聲光報警等。配置有通訊接口，采用雙路MODBUS與測量分站進行通訊。主機監控軟件使用VC++編程，可在WIN2000/XP環境下運行。

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

主機的供電電源配有可自動進行切換的兩路供電電源，主電源AC220V和應急電源DC24V。主電源故障時自動切換為應急電源，同時送出一個主電源失電報警信號。

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；

開關量測量模塊：開關量，16通道/塊，包括有源和無源觸點；

脈沖測量模塊：開關量，4通道/塊，包括轉速脈沖。

本系統采集信號總量在70個以內，模擬量約40個，開關量月30個。還可以根據實際需要靈活增減。

通訊模塊用于測量分站與監控主機之間的RS-485和RS-232通訊信號的轉換。主機提供的輸入通訊接口單元：Can-bus接口1個，Modbus接口1個，Profibus接口1個， Longworks接口1個，NMEA0183接口1個，以太網UDP接口1個。

3）輸入/輸出單元

I/O單元是一個智能模塊，負責和主機聯系，成為系統的一個對外的接口。有4路輸入信號，用于接收操作面板上的四個按鍵：上翻、下翻、消聲、平光指令；有4路輸出，用于輸出報警器驅動信號、計算機故障信號、備用1、備用2。

4）延伸報警單元

采用一組智能模塊和4塊液晶面板，可以復示所有測量點的狀態，進行聲光報警。接線方式采用以太網接入監測報警網絡系統。根據需要延伸報警板主要分布在機艙、居室、公共場合等地，進行監測報警信號的延伸指示和聲光報警。

2.2 監測報警系統試驗裝置

1）外部傳感器配置

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

2）溫度報警點調試用加熱裝置：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，Modbus信號模擬模塊1個， Lonworks信號模擬模塊1個， Profibus信號模擬模塊1個， NMEA018信號模擬模塊1個。

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關模塊轉換成RS-485標準通訊信號，再通過通訊模塊與監控主機鏈接，NMEA0183總線模擬信號直接通過通訊模塊與主機進行鏈接。

3 實訓系統功能

根據機艙監測報警系統安裝、調試、運行管理和維護等實際操作技能要求，進行此實訓系統功能設計。主要包括以下四部分。

1）機艙監測報警系統組成與功能認識

展示具有代表性的網絡型機艙監測報警系統的基本設備組成與鏈接關系，使學員從整體掌握系統的架構，同時也能看到系統與其他船舶自動化系統之間的聯系；演示故障報警、參數測量與顯示、報警記錄打印、報警閉鎖與解除、延伸報警等基本功能及其實現過程；在主機轉速為零的狀態，觀察對某些參數如主機氣缸注油器斷流、增壓器滑油進機壓力低等報警的自動閉鎖；觀察各種總線信號數據采集及其與系統主機之間的鏈接情況等。

2）機艙監測報警系統使用與操作訓練

包括：監測報警系統軟件界面認識和菜單操作；參數快速查找與觀察，參數當前值觀察及報警設定值單點顯示、圖形顯示、分組顯示；故障報警時，報警現象觀察及在集控室進行報警消聲、平光等報警應答操作；根據報警顯示判別故障原因；故障處理結束后，系統工作狀態恢復觀察及操作；報警記錄打印、報警閉鎖與解除、延伸報警等操作訓練。

3）報警點調試與參數整定訓練

包括：各類型報警點報警值的修改與恢復訓練；熱電阻測量的模擬量溫度報警點調試與參數整定訓練；熱電偶測量的模擬量溫度報警點調試與參數整定訓練；壓力傳感器測量的模擬量壓力報警點調試與參數整定訓練；各種測量信號的開關量報警點調試與報警值整定訓練；其他模擬量報警點調試與報警值整定訓練；

(4)機艙監測報警系統常見故障的分析與排除訓練

通過教師設置各類型傳感器故障、報警閉鎖誤操作、報警點參數設定錯誤等故障，進行系統故障分析與排除訓練。

4 結語

上述基于MODBUS總線控制的機艙監測報警實訓系統，既體現了現代實船上該系統最新建構方案，同時又兼顧設計了系統的教學實訓功能，該項設計方案已成功用于某學院船舶機艙自動化實訓系統中，為船舶電氣技術、輪機自動化等相關專業學生開展該系統實訓創造了有利條件。同時，該教學實訓系統的成功研制與應用，也為其他船舶電氣教學實訓系統開發提供了可借鑒的思路。

[1] 上海駟博自動化公司SB-2001機艙監測報警系統說明書 2011.12

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

[3] 張衛國自動化機艙操作訓練與評估系統的開發[J],大連海事大學碩士學位論文, 2010.11

[4] 趙殿禮船舶電氣設備與系統[M] , 大連：大連海事大學出版社, 2009.01

[5] 林葉錦輪機自動化[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。

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1003-48622014）04-0018-03