梁國彬(1975-)男，學(xué)士學(xué)位，儀表工程師，現(xiàn)就職于湛江東興石油企業(yè)有限公司儀表車間，主要從事儀表的設(shè)計、施工與維護(hù)。

　　
  

   1 引言

　　現(xiàn)代船舶設(shè)備系統(tǒng)的日趨高性能化、結(jié)構(gòu)模塊化。船舶機(jī)艙監(jiān)測系統(tǒng)在遠(yuǎn)洋船舶中是一個必備的系統(tǒng)，其關(guān)系到遠(yuǎn)洋船舶安全、可靠運行。它能準(zhǔn)確可靠地監(jiān)視機(jī)艙內(nèi)各種動力設(shè)備的運行狀態(tài)及運行參數(shù)。運行設(shè)備發(fā)生故障時，能自動發(fā)出聲光報警信號并進(jìn)行報警打印記錄。它還能定時地把有關(guān)運行參數(shù)進(jìn)行打印制表。在自動化機(jī)艙中，設(shè)備的運行狀態(tài)、運行參數(shù)值及故障報警狀態(tài)都集中控制室的監(jiān)視屏上，輪機(jī)人員不必到機(jī)艙去巡視，就能在集中控制室內(nèi)能了解到所有設(shè)備的運行狀態(tài)及其參數(shù)值，從而可以減輕輪機(jī)管理人員的勞動強(qiáng)度，改善工作條件，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備的運行故障，提高設(shè)備運行的可靠性。

　　為此，本文介紹了基于PLC控制的遠(yuǎn)洋船舶機(jī)艙監(jiān)測系統(tǒng)，并開發(fā)了一套組態(tài)環(huán)境下的監(jiān)測軟件。

　　2 系統(tǒng)介紹

　　遠(yuǎn)洋船舶設(shè)備由主機(jī)系統(tǒng)、凈油機(jī)系統(tǒng)、油柜系統(tǒng)、空壓機(jī)系統(tǒng)、舵機(jī)系統(tǒng)、鍋爐系統(tǒng)、廢油焚化爐、發(fā)電機(jī)組、應(yīng)急發(fā)電機(jī)系統(tǒng)以及泵等設(shè)備子系統(tǒng)組成，每一個設(shè)備都是24小時不間斷運行，例如主機(jī)，主機(jī)系統(tǒng)是船舶的心臟，必須保證主機(jī)在航行期間可靠、穩(wěn)定運行。在此期間，監(jiān)測系統(tǒng)要求時刻監(jiān)測主機(jī)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速、冷卻水溫度、燃油進(jìn)出口溫度、滑油進(jìn)出口溫度以及主機(jī)排氣溫度等，這些參數(shù)涉及到4-20mA、600℃以上的溫度信號和600℃以下的溫度信號，信號種類繁多，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度。其系統(tǒng)組成框架如圖1所示。

　　
圖1 機(jī)艙監(jiān)測報警系統(tǒng)組成

　　各種類型的傳感器(開關(guān)量、4-20mA、PT100、熱電阻等)采集各類信號，并不停地將這些信號送入顯示單元(微機(jī)LCD)，在顯示屏上顯示各個監(jiān)測通道的當(dāng)前值;一旦有監(jiān)測發(fā)生越限情況，報警信號就被送入延伸報警控制單元、打印記錄單元及警報器控制單元，其中打印記錄單元可以即時打印發(fā)生報警的各參數(shù)值;警報器控制單元啟動集控室和機(jī)艙的揚聲器，以此提示輪機(jī)管理人員;同時，起動延伸報警裝置，并在公共場所、輪機(jī)長房間、值班輪機(jī)員房間等輸出聲光報警信號;在駕駛臺的報警監(jiān)視屏上也有聲光提示信號輸出。

　　主電源和應(yīng)急電源都具有自檢功能;在系統(tǒng)發(fā)生報警后，可以在集控室應(yīng)答，消聲消閃。

　　3 硬件實現(xiàn)

　　該套監(jiān)視系統(tǒng)包括對一臺14缸的主機(jī)、三臺發(fā)電機(jī)、一臺鍋爐、一套焚燒爐、兩套空壓機(jī)和一套舵機(jī)的主要工況參數(shù)顯示和參數(shù)檢測報警、及其它設(shè)備的運行狀態(tài)指示。系統(tǒng)共檢測118個模擬量，128個開關(guān)量。為此采用了S7-200CN PLC 226作為系統(tǒng)總控制器，并擴(kuò)展7個16I/O的EM223 CN數(shù)字量模塊，模擬量采集模塊采用研華ADAM與PLC通過485總線通;監(jiān)測上位機(jī)采用了研華嵌入式工控機(jī)UNO-2160，通過PPI方式組成一個網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對船舶機(jī)艙設(shè)備的實時監(jiān)測。其系統(tǒng)架構(gòu)圖，如圖2所示。

　　
圖2 基于PLC船舶機(jī)艙監(jiān)測系統(tǒng)框架圖

　　本系統(tǒng)在監(jiān)視與報警工作時，所有開關(guān)量模塊都通過西門子S7-200CN PLC擴(kuò)展模塊EM223 CN采集輸入，三類模擬量4-20mA、600℃以上的溫度信號和600℃以下的溫度信號通過ADAM采集輸入，在通過485總線送入西門子S7-200CN PLC，在PLC中集中處理，然后送到上位機(jī)和其他設(shè)備，如指示燈，揚聲器等。 此外，外部按鈕可以發(fā)出指令通過西門子S7-200CN PLC發(fā)出控制命令，啟動、停止各類泵等相應(yīng)的設(shè)備。

　　作為一個遠(yuǎn)洋運行船舶必不可少的系統(tǒng)，其主要具備以下功能：

　　(1) 故障報警：當(dāng)系統(tǒng)檢測到故障時，系統(tǒng)發(fā)出聲光報警，在應(yīng)答后，系統(tǒng)停止聲音輸出，指示燈平光;消除報警后，指示燈滅。

　　(2) 參數(shù)顯示與報警的指示：在系統(tǒng)的軟件界面上可以查閱當(dāng)前被監(jiān)測的參數(shù)值，并以不同顏色顯示正常與否的參數(shù)。

　　(3) 打印記錄：系統(tǒng)接有一個報警記錄打印機(jī)，當(dāng)產(chǎn)生報警時，系統(tǒng)同時啟動打印機(jī)，打印當(dāng)前的報警，便于輪機(jī)管理人員查閱，與航海日志的記錄。

　　(4) 延時報警：當(dāng)產(chǎn)生溫度或液位等報警時，系統(tǒng)延時幾秒后，輸出報警，便于誤報警。

　　(5) 閉鎖報警：該功能用于檢修系統(tǒng)時，能夠單個檢查。

　　(6) 延伸報警：系統(tǒng)可將報警信息延伸到各個輪機(jī)員的房間，將報警信息傳送給相關(guān)的輪機(jī)管理人員。

　　(7) 失職報警：當(dāng)發(fā)生報警后，一段時間內(nèi)沒有輪機(jī)人員去應(yīng)答，系統(tǒng)就會產(chǎn)生全船報警，以提醒值班人員的失職。

　　(8) 功能試驗：系統(tǒng)具有自檢功能。

　　4 監(jiān)測系統(tǒng)軟件實現(xiàn)

　　在西門子S7-200CN PLC中實現(xiàn)的控制邏輯流程圖，如圖3所示。

　　
圖3 船舶機(jī)艙監(jiān)測系統(tǒng)控制邏輯流程圖

　　系統(tǒng)監(jiān)測軟件采用以Windows平臺，在組態(tài)王的開發(fā)環(huán)境下實現(xiàn)的。組態(tài)王具有可視化操作界面，豐富的圖庫、高度靈活的動畫連接;擁有全面的腳本與圖形動畫功能可以對畫面中的一部分進(jìn)行保存，以便以后進(jìn)行分析或打印變量導(dǎo)入導(dǎo)出功能，支持實時、歷史數(shù)據(jù)的分布式保存強(qiáng)大的腳本語言處理，全面支持畫面發(fā)布、實時數(shù)據(jù)發(fā)布、歷史數(shù)據(jù)發(fā)布以及數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的發(fā)布方便的配方處理，豐富的設(shè)備支持庫，支持常見的PLC設(shè)備、智能儀表、智能模塊的功能特點。其監(jiān)測界面如圖4所示。

　　
圖4 系統(tǒng)監(jiān)測界面

　　本系統(tǒng)軟件具有如下功能：

　　(1) 參數(shù)列表顯示，按序或分組顯示所有機(jī)艙參數(shù)條目。包括參數(shù)序號、名稱、當(dāng)前值、單位、上限值、下限值以及報警狀態(tài)。 并可以翻屏連續(xù)顯示。

　　(2) 參數(shù)圖表顯示，以虛擬儀表形式顯示主/輔機(jī)有關(guān)參數(shù)。關(guān)于主機(jī)的排氣溫度、冷卻水溫度等;關(guān)于輔機(jī)的有發(fā)電機(jī)組有關(guān)的壓力和溫度等。

　　(3) 曲線顯示，將有關(guān)參數(shù)分實時和歷史曲線分別描述，其中實時曲線隨著時間的推移在界面上描寫出一條相應(yīng)數(shù)值的曲線;而歷史曲線能讓操作員隨時可以查看某一參數(shù)過去2天內(nèi)的參數(shù)變化情況，即可以復(fù)現(xiàn)其2天內(nèi)的工況。

　　(4) 報警查詢功能是，當(dāng)某一監(jiān)測點發(fā)生越限報警時，系統(tǒng)自動彈出報警窗口，并能在該窗口中查詢到該監(jiān)測點的相關(guān)情況。

　　(5) 用戶管理功能，本系統(tǒng)共設(shè)三類用戶，分別是系統(tǒng)管理員用戶、輪機(jī)長用戶和操作員用戶。其中系統(tǒng)管理員用戶是給機(jī)務(wù)老軌等公司管理級操作使用的，其操作權(quán)限為最大，可以設(shè)置輪機(jī)長用戶和操作員用戶，修改相關(guān)參數(shù)，如報警上下限;輪機(jī)長用戶是給船舶老軌操作使用，其操作權(quán)限為其次，也可修改相關(guān)參數(shù);操作員用戶是給船舶一般的值班輪機(jī)員使用，其無法修改有關(guān)參數(shù)和設(shè)置用戶，權(quán)限最低。

　　5 結(jié)論

　　本系統(tǒng)主控制器采用了西門子S7 200CN PLC，其緊湊的結(jié)構(gòu)，良好的擴(kuò)展性能，強(qiáng)大的指令功能，利用485標(biāo)準(zhǔn)的通信口進(jìn)行信息傳送, 并自行設(shè)計相應(yīng)接口而組成的船舶機(jī)艙巡回監(jiān)測報警系統(tǒng)充分應(yīng)用了該微型PLC的硬件資源，發(fā)揮了其軟件優(yōu)勢。輸入輸出采用差動方式，提高了抗干擾能力，同時，主機(jī)和多臺終端可以全部并聯(lián)在一對雙絞線上進(jìn)行多機(jī)通訊，節(jié)省了傳輸線，所以本系統(tǒng)小但功能齊全，穩(wěn)定性好。為用戶帶來極大的方便;在近兩年的實際運行中未出現(xiàn)故障，為船舶的安全、可靠的航運起到了非常重要的作用，同時也為航運公司帶來了巨大經(jīng)濟(jì)效益。

　　本文設(shè)計的船舶機(jī)艙監(jiān)測報警系統(tǒng)適用于各種遠(yuǎn)洋船舶，經(jīng)實際的運行表明，該系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠，完全滿足遠(yuǎn)洋船舶的要求，有較高的推廣價值。

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