基于PLC 的船舶機艙監測報警系統模擬裝置設計

沈玉霞

（上海海事大學，上海201306）

1 引言

船舶機艙集中監測與報警系統是輪機自動化的一個重要組成部分，主要用來集中監測機艙中所有設備的運行情況，一旦發生故障，系統會自動發出聲、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]。

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

2 船舶機艙監測報警系統構建

系統按3 層結構進行結構規劃和系統配置，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。機艙監測報警系統結構圖如圖1 所示[3～5]。

圖1 機艙監測報警系統結構框圖

2.1 控制層

本系統控制層為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?？偩€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據，并把接收到的模擬量和開關量數據信息直接映射到CPU 模塊數據存儲單元的地址中，等待CoDeSys 編程軟件對數據進行報警處理，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，產生監測點數據的變化，模塊上對應的通道值變為1，由此完成了開關量的數據采集。模擬量擴展模塊XE08B5，其功能是完成模擬量數據的采集。在測量箱面板下設計安裝了模擬信號發生裝置，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

系統所用的網絡為以太網和CS31 總線。控制臺計算機和主控制站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 實現編程通信，主控制站通過CS31 總線對從站采集的數據進行地址映射。

2.4 信號發生裝置

系統模擬了48 種船舶機艙報警信號，其中32 個用開關量信號實現，16 個用模擬量信號實現。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。

模擬信號由信號發生板提供，分別有4 個0～10V 輸出電路，模擬柴發滑油/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 船舶機艙監測報警系統軟件設計

本系統的功能是通過信號發生裝置模擬機艙內各種動力設備的運行狀態，一旦運行設備發生故障，PLC 接收信號后，會通過輸出通道發出聲、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，實現數據采集、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 接收到數據后，通過CoDeSys 對地址中的數據進行處理，數據地址配置表如表1 所示。

3.2 輪機員呼叫

3#站主要實現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

本文對機艙監測與報警系統進行了研究，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測報警系統，設計了部分機艙監測與報警軟件功能，對信號采集，輪機呼叫，延伸報警等功能進行了試驗，在系統中能可靠應用。