船舶電氣設備智能評估系統底層設備搭建

楊義偉　林葉春

摘 要：近年來，不斷有人設計研究智能評估系統，像輪機模擬器智能評估系統、船舶輔鍋爐智能評估系統等，但很少有涉及到船舶電氣的智能評估。文章根據船舶電氣設備評估要求，描述了船舶電氣設備智能評估系統的基本組成結構和功能，分析了系統的原理及操作流程，設計了系統操作設備的人機界面、通信模塊及故障智能設置模塊。并以三速錨機的評估為例，用S7-200控制操作設備，用S7-300作為S7-200的上位機對各從站S7-200進行監控并匯總信息。其中S7-300與各從站S7-200采用MPI通信，S7-200與HMI采用PPI通信。文章在對S7-200連接的HMI設備的界面進行設計的同時，還對S7-200根據故障代碼設置故障的程序進行了設計。

關鍵詞：智能評估；HMI；通信

引言

目前，學員參加船員適任證書考試時，一般全部由監考人員進行評判打分，這種情況下不可避免的會摻雜考官個人主觀因素，受監考人員自身知識儲備的影響。與傳統評估形式相比，智能評估系統效率更高。智能評估系統以相應領域的專家理論為指導，綜合相應領域的專家和技術人員的豐富的實踐經驗為標準，使故障的設置更形象、更貼近實際。在此基礎上，與編程技術相結合，實現對考生的智能評估，這樣不僅提高了評估效率和公正性，節省大量人力物力，還使得評估考試更具實際意義。

近年來，智能評估的設計層出不窮。將模糊綜合評判法應用于船舶輔鍋爐模擬器的開發，所開發的軟件系統，具有自動考核功能；根據輪機模擬器考核評估的需求，設計智能評估系統基本組成和功能，結合專家系統理論和模糊綜合評判法設計了智能評估系統的評估算法，并以某模擬器為例具體介紹了智能評估系統的設計和實現。

然而，船舶電氣方面的智能評估系統卻很少有人研究，文章結合前人智能評估的經驗，以三速錨機為例具體設計了船舶電氣智能評估系統中設備之間及設備與模擬軟件之間的通信，開發了一套較為合理的人機界面，同時利用S7-200實現了設備根據故障代碼進行故障智能設置。

（1）智能評估系統基本構架及原理

智能評估系主要由計算機模擬軟件、考試監控管理設備、操作設備組成。

其中，計算機模擬軟件包括：專家庫、評分標準及參數設置模塊、考生信息管理模塊和考試系統管理模塊。

專家庫是評估系統的核心，是以專家理論為指導，結合專家專業知識及相關技術人員的經驗知識所組成的設備故障庫，包括各個設備的故障類型、相應的解決方案及故障代碼等。評分標準及參數設置模塊，根據相應的評分算法對考生的操作進行打分。考生信息管理模塊由考生學號、姓名、身份證號碼和成績等個人信息組成。可以在模擬軟件中增加、刪除、修改、查詢考生基本個人信息。考試系統管理模塊主要是通信模塊，負責協調、調度模擬軟件中各模塊與考試監控管理設備之間的數據通信及數據的暫時保存。

考試監控管理設備用于監控、匯總各從站操作設備的運行狀態，連接操作設備與模擬軟件的數據通信。同時，在監控管理設備上也可以顯示考生信息、考試成績及所監控設備的運行狀態。在考試過程中，如果考生因操作不當做出可能損壞設備的錯誤，考試監控管理設備中可自動強行停止該設備的運行以保護設備不受損壞。

操作設備即為考生考試設備，由考生直接操作。

智能評估系統結構如圖1所示。

（2）操作流程

考生在S7-200的HMI上操作，首先啟動系統，輸入自己的學號進行登錄，S7-200把考生學號通過S7-300發送到模擬仿真軟件的考試系統管理模塊并在S7-300的HMI上顯示，考試系統管理模塊接收考生學號并在考生信息管理模塊中查找該考生信息，同時把考生信息管理模塊中相應考生的姓名、身份證號碼發送到S7-300，S7-300記錄考生信息并在自己的HMI上顯示，然后把信息發送到S7-200的HMI供考生進行個人信息的確認。若信息不正確，考生返回前一界面重新輸入學號；若信息正確，考生確認信息，S7-300接收此信息并發送給考試系統管理模塊，考試系統管理模塊收到確認信息后，從專家庫中隨機發送一份考題代碼到S7-200，由S7-200自己設置故障。然后，考生即可看到自己的考試要求并開始考試。考生完成考試要求或者考試時間到時，系統自動結束考試。S7-300在考試期間實時監控、存儲S7-200考試信息，考試結束時發送給考試系統管理模塊，由考試系統管理模塊把數據傳送到評分標準及參數設置模塊進行成績的判定。然后考生信息管理系統存儲考試成績并通過考試系統管理模塊發送到S7-300的HMI上。在S7-300的HMI上可以隨時查看考生的相應考試信息。考試流程圖如圖2所示。

1 以錨機為例詳細說明

1.1 S7-200的HMI界面設計

通過西門子觸摸屏組態軟件Wincc flexible設計出與S7-200相連接的觸摸屏的界面：

（1）首先進入系統啟動界面，點擊開始啟動系統。

（2） 進入系統啟動后進入登錄界面，輸入學號，點擊登錄。

（3）登陸后，系統發來對應學號的考生姓名及身份證號碼供考生確認。

（4）確認信息后，系統隨機發來一份試題，如圖3所示，該界面還有HMI自帶的時鐘，以便考生把握時間。考生排除所有故障后，點擊測試設備按鈕測試故障是否排除。

1.2 通訊與故障設置

1.2.1 S7-200與HMI的通

開始時，HMI上點擊開始按鈕，S7-200中M2.0置1，M0.0自鎖。同時HMI切換到下一個畫面，輸入學號，學號保存在VW20區，點擊“登錄”按鈕，S7-200中M2.2為1，同時把保存學號的VW20中的內容傳送到MW2中以供S7-300掃描。系統根據學號找到對應的姓名和身份證號碼，發送給S7-200的MW20和MW10。并通過傳送指令分別把姓名和身份證號碼傳送到VW40和VW60中并在HMI上顯示。考生在HMI上核對個人信息并點擊“開始考試”按鈕，此時進入考試界面并開始計時。

1.2.2 S7-300與S7-200的通訊

S7-300與S7-200之間用MPI方式通信，MPI通信時，CPU可同時與多種設備建立通信聯系，即編程器、HMI設備和其他的PLC可以連接在一起并同時運行。

S7-300通過SFC67指令讀取S7-200的“開始”、“學號”、“登錄”、“開始考試”、“故障代碼”、“檢測設備”和PLC輸出狀態等信號，通過SFC68指令把計算機傳送下來的試題代碼、身份證號碼和姓名信息寫到S7-200上。

1.2.3 S7-200故障設置

在錨機電路中的各種開關、按鈕、指示燈、控制箱、主令手柄、正反向及速度控制接觸器之前都加上小的繼電器用以PLC自己設置故障。現假設故障代碼00對應的故障為沒有電源、按下啟動按鈕錨機不動作、控制箱沒電、不能反向及低速運轉。

2 結束語

智能評估系統對海員培訓考試有重大作用，可以提高效率，保證考試的公正性。經測試，文章設計的通訊系統工作良好，人機界面也比較合理，而設備也能根據故障代碼自己設置故障。智能評估系統涉及比較廣泛，文章僅舉例介紹了考試監控設備（S7-300）與操作設備（S7-200）、操作設備（S7-200）與HMI的數據通信問題，HMI的界面設計及故障的智能設置問題。