項(xiàng)目四案例1-機(jī)艙監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及安裝調(diào)試

1、案例三 機(jī)艙監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及安裝調(diào)試一相關(guān)知識(shí)引導(dǎo)機(jī)艙監(jiān)測系統(tǒng)是船舶自動(dòng)化的重要組成部分，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，使得計(jì)算機(jī)在船舶機(jī)艙自動(dòng)化方面的應(yīng)用越來越廣泛。在自動(dòng)化機(jī)艙中，設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)及故障報(bào)警狀態(tài)都能通過監(jiān)測系統(tǒng)集中在顯示屏上，從而幫助輪機(jī)員正確地實(shí)現(xiàn)對機(jī)艙中主、輔機(jī)等設(shè)備和各系統(tǒng)有效的巡視管理和控制。按照船舶機(jī)艙監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可將其大致分為三個(gè)發(fā)展階段。（1）集中式數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)集中式數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)于上個(gè)世紀(jì)七、八十年代占主導(dǎo)地位。采用單片機(jī)、PLC、SLC 或微機(jī)作為控制器，控制器內(nèi)部傳輸?shù)氖菙?shù)字信號，因此克服了模擬儀表控制系統(tǒng)中模擬信號精度低的缺陷，提高

2、了系統(tǒng)的抗干擾能力。集中式數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是易于根據(jù)全局情況進(jìn)行控制計(jì)算和判斷，在控制方式、控制時(shí)機(jī)的選擇上可以統(tǒng)一調(diào)度和安排；不足的是，對控制器本身要求很高，必須具有足夠的處理能力和極高的可靠性，當(dāng)系統(tǒng)任務(wù)增加時(shí)，控制器的效率和可靠性將急劇下降，而且系統(tǒng)造價(jià)昂貴，它的發(fā)展受到限制，很快就被分布式控制系統(tǒng)所代替。（2）集散型監(jiān)控系統(tǒng)集散型監(jiān)控系統(tǒng)，又稱分布式控制系統(tǒng)(DCS-Distributed Control System)。它是由數(shù)字調(diào)節(jié)器、PLC 以及多個(gè)計(jì)算機(jī)構(gòu)成的集中、分散相結(jié)合的控制系統(tǒng)。集散型監(jiān)控系統(tǒng)于上個(gè)世紀(jì)八、九十年代占主導(dǎo)地位。其核心思想是集中管理、分散控制，即管理與控

3、制相分離，上位機(jī)用于集中監(jiān)視管理功能，若干臺(tái)下位機(jī)下放分散到現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)分布式控制，各上下位機(jī)之間用控制網(wǎng)絡(luò)互連以實(shí)現(xiàn)相互之間的信息傳遞。因此，這種分布式的控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)有力地克服了集中式數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)中對控制器處理能力和可靠性要求高的缺陷。在集散型監(jiān)控系統(tǒng)中，分布式控制思想的實(shí)現(xiàn)得益于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，遺憾的是，不同的DCS 廠家為達(dá)到壟斷經(jīng)營的目的而對其控制通信網(wǎng)絡(luò)采用各自專用的封閉形式，不同廠家的DCS 與上層Intranet、Internet 信息網(wǎng)絡(luò)之間難以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連和信息共享，實(shí)質(zhì)上成為一種封閉專用的、不具有互操作性的控制系統(tǒng)且造價(jià)昂貴。在這種情況下，用戶對網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)提出了開放

4、性和降低成本的迫切要求。（3）全分布式監(jiān)控系統(tǒng)全分布式監(jiān)控系統(tǒng)又稱現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS一Fieldbus Control System)， 它用現(xiàn)場總線這一開放的、具有互操作的網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場各控制器及儀表設(shè)備互連，控制功能徹底下放到現(xiàn)場，降低了安裝成本和維護(hù)費(fèi)用。它的典型特點(diǎn)是數(shù)據(jù)的傳輸采用“總線”方式，用智能采集單元在現(xiàn)場一級實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的采集和就地控制，通過數(shù)據(jù)傳輸，借用上位機(jī)進(jìn)行顯示和數(shù)據(jù)記錄，由于采用了開放的現(xiàn)場總線通信協(xié)議，所以實(shí)現(xiàn)了控制設(shè)備的互換性和互操作性，使得監(jiān)控系統(tǒng)、主機(jī)遙控系統(tǒng)、電站自動(dòng)化管理系統(tǒng)等機(jī)艙監(jiān)控子系統(tǒng)之間互連更為方便，資源的共享成了FCS 的主要發(fā)展空間，為船舶

5、機(jī)艙綜合控制信息系統(tǒng)的構(gòu)建與實(shí)現(xiàn)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。高速工業(yè)以太網(wǎng)的使用，使得信息處理、數(shù)據(jù)共享成為可能，通過網(wǎng)絡(luò)將船上的計(jì)算機(jī)組網(wǎng)連接，使界面更加豐富，信息的處理能力更強(qiáng)大。二. 案例表述某艘遠(yuǎn)洋航行的瀝青船自動(dòng)化程度高，除機(jī)艙系統(tǒng)外還包括貨油監(jiān)測系統(tǒng)，要求能夠?qū)⑿畔@示在共同的報(bào)警平臺(tái)上，因此設(shè)計(jì)采用基于現(xiàn)場總線和以太網(wǎng)的統(tǒng)一監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)，具有報(bào)警功能完善、系統(tǒng)自動(dòng)化程度高、易于安裝調(diào)試及維護(hù)等特點(diǎn)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能包括：檢測機(jī)艙中主要設(shè)備的工作狀況，保證機(jī)器的安全運(yùn)行；當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，通過聲光組合報(bào)警系統(tǒng)，發(fā)出聲響和閃光報(bào)警信號，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場實(shí)時(shí)報(bào)警；報(bào)警信號被送到機(jī)艙、集控室、駕駛室、公共場

6、所及輪機(jī)長室、輪機(jī)員臥室，通過報(bào)警燈、儀表指示、數(shù)字顯示及打印記錄，使值班人員及時(shí)有效地采取措施，排除故障。該系統(tǒng)采用分散采集、集中控制方式，將監(jiān)測數(shù)據(jù)匯總到集控室進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場報(bào)警、集中報(bào)警、數(shù)據(jù)記錄、輪機(jī)員呼喚等自動(dòng)化功能，可有效地替代值班人員，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)艙的無人自動(dòng)職守；系統(tǒng)以RS-485總線和工業(yè)以太網(wǎng)相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)機(jī)艙、主配電板、應(yīng)急發(fā)電機(jī)以及貨油系統(tǒng)的集中監(jiān)視功能；通過工業(yè)以太網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了集控室、駕駛室數(shù)據(jù)共享及延伸報(bào)警，滿足了船舶航行的需要。該系統(tǒng)主要由監(jiān)測單元、顯示單元、記錄單元等構(gòu)成。（1）監(jiān)測單元監(jiān)測單元分為3 個(gè)信號采集箱，分別安裝于集控室、機(jī)艙平臺(tái)和底艙。信號采

7、集箱里包括一個(gè)電源模塊、兩個(gè)通信模塊、一個(gè)開關(guān)量和一個(gè)模擬量數(shù)據(jù)采集模塊，檢測單元除實(shí)現(xiàn)信號檢測和數(shù)據(jù)通信之外，機(jī)艙中的采集單元還可以實(shí)現(xiàn)機(jī)艙的就地聲光報(bào)警，如參數(shù)越限，通過輸出接口去控制機(jī)艙內(nèi)聲光組合報(bào)警燈柱。（2）顯示單元顯示單元為計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息反饋顯示，安裝于集控臺(tái)和駕控臺(tái)。記錄單元為輸出記錄打印機(jī)，安裝于集控臺(tái)內(nèi)。機(jī)艙平臺(tái)、底艙和機(jī)艙入口處各安裝一臺(tái)聲光組合報(bào)警燈柱，通過聲響和閃光來提醒值班人員。數(shù)據(jù)采集模塊依次采集各監(jiān)視點(diǎn)的開關(guān)量信息和模擬量信息，然后進(jìn)行信息處理，鑒別被測參數(shù)是否越限。同時(shí)通過現(xiàn)場總線將信息實(shí)時(shí)傳送到顯示單元。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，顯示單元在顯示器上迅速顯示故障名稱、測量值

8、、報(bào)警值等相關(guān)信息，并啟動(dòng)故障打印機(jī)，自動(dòng)記錄故障設(shè)備的名稱、內(nèi)容及其時(shí)間。每個(gè)監(jiān)測點(diǎn)連接到安裝在不同位置的信號采集箱內(nèi)，分區(qū)域和類別，這樣便于敷設(shè)電纜和檢查線路。（3）顯示單元的布置為使值班人員可以在計(jì)算機(jī)上清楚的查看所需監(jiān)測設(shè)備的工作情況，集控臺(tái)上安裝兩臺(tái)計(jì)算機(jī)，駕控臺(tái)上安裝一臺(tái)。各控制臺(tái)之間通過TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)信號線連接，因此，即可同時(shí)在集控室和駕駛室顯示各設(shè)備的運(yùn)行情況。通過RS-485 總線，將重要的報(bào)警信號分別延伸到集控臺(tái)和駕控臺(tái)。（4）故障信號的快速確認(rèn)本船報(bào)警點(diǎn)頗多，在計(jì)算機(jī)上用鼠標(biāo)確認(rèn)報(bào)警比較繁瑣，因此，在顯示器旁安裝了一個(gè)快速確認(rèn)按鈕，只需要按下這個(gè)按鈕，就會(huì)確認(rèn)報(bào)警，立

9、即消除報(bào)警聲響。監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)中報(bào)警點(diǎn)的調(diào)試：（1）開關(guān)量報(bào)警點(diǎn)開關(guān)量報(bào)警基本原理是通過電路的通斷來判斷監(jiān)測點(diǎn)是否有故障。當(dāng)在閉合（斷開）的情況下，如果電路斷開（閉合），那么監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)就會(huì)檢測到故障， 然后反饋到顯示單元進(jìn)行報(bào)警。本船開關(guān)量報(bào)警點(diǎn)主要是艙柜的液位及污水井的液位，對液位的監(jiān)測基本都是用浮球裝置，水（油）到了某個(gè)位置，浮球裝置就會(huì)發(fā)生相應(yīng)的動(dòng)作。浮球裝置是利用液體的浮力來進(jìn)行動(dòng)作，由于調(diào)試時(shí)不可能在艙柜進(jìn)油進(jìn)水的情況下進(jìn)行，因此可以人為的對浮球位置進(jìn)行調(diào)節(jié)， 反饋信號到監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)中，來進(jìn)行檢測。（2）模擬量報(bào)警點(diǎn)模擬量包括壓力、溫度等，相對開關(guān)量復(fù)雜得多。本船主機(jī)、發(fā)電機(jī)、貨油泵

10、模擬量報(bào)警點(diǎn)眾多，為調(diào)試工作增加了難度。溫度報(bào)警點(diǎn)信號的調(diào)試：調(diào)試是借助專用的電阻、毫伏、伏、毫安信號發(fā)生器進(jìn)行的，將輸出信號接入報(bào)警處理單元的輸入端，同時(shí)將原傳感器接線斷開。由于本船的溫度傳感器大多是模擬量信號為4-20mA，因此把儀表調(diào)到4-20mA 的檔位，根據(jù)機(jī)艙自動(dòng)化明細(xì)表查出該被測傳感器的報(bào)警值，在儀表里輸入大于、等于、小于該報(bào)警值的數(shù)值，當(dāng)接近設(shè)定值時(shí)進(jìn)行微調(diào)，直至報(bào)警。壓力報(bào)警點(diǎn)信號的調(diào)試：本船對壓力報(bào)警點(diǎn)的調(diào)試下了很大的功夫，為了確保壓力傳感器的靈敏度，逐個(gè)對壓力傳感器進(jìn)行了實(shí)效給壓，包括主發(fā)電機(jī)、主機(jī)和貨油泵等系統(tǒng)的全部壓力傳感器。調(diào)試中借助一個(gè)型號為700PTP1 手壓泵進(jìn)行調(diào)試，通過接頭與壓力傳感器連接，給傳感器打壓，開始時(shí)打入的壓力必須大于該壓力傳感器所設(shè)定的值，然后微調(diào)降壓，當(dāng)降到設(shè)定值時(shí)，扭緊手壓泵的微調(diào)旋鈕，并穩(wěn)定在這個(gè)值，直到產(chǎn)生報(bào)警。調(diào)試時(shí)手壓泵上的壓力表要選擇合適的量程，使檢測