船舶照明監控系統的設計

包桓銘

（上海海事大學 物流工程學院，上海 200135）

1 引言

船舶照明監控系統在船舶控制系統中占有非常重要的地位。船舶照明的效果不僅會影響游客和船員的生活質量，更會影響船舶在整個航行中的安全。一個功能強大的船舶照明監控系統對整個船舶的照明起到高效控制和統籌管理的作用。因此，船舶照明監控在整個航行中就顯得格外重要。另外，節能增效已經成為全球的最熱門的話題，它不僅關系著人類現有的自身利益，更關系著人類的未來。一個好的照明監控系統不僅要能起到智能監控的作用，更要達到節能增效的目的。該人機界面的設計兼顧了智能監控和節能增效，具有很強的實用價值。

由于船舶的航行環境比較惡劣，因此，監控系統的穩定性對于船舶控制來說非常重要，PLC與組態軟件具有很好的穩定性及抗干擾性，因此更加適合船舶航行的特定需要。本文的船舶照明監控系統的設計是基于施耐德公司所生產的Twido系列 PLC與 Video-Design系統的人機界面。

2 監控系統硬件

本系統主要硬件包括 PC機、PLC等。PLC采用工業以太網Modbus TCP/IP方式和PC機(即人機界面設備 HMI)進行數據連接。當現場信號采集到數據后將其傳送到PLC中，PLC對數據進行處理并根據設定程序完成各種照明控制動作。同時，當PLC中的變量發生變化時，PC機中組態的相應變量也會引起相關動作，完成如畫面切換，報警顯示等動作。系統框圖如圖1所示。

圖1 系統框圖

下位機數據采集站點使用的是施耐德公司所生產的Twido系列PLC，在PC機和PLC數據采集站點之間使用光纖工業以太網來進行數據的傳輸，具有較高的傳輸速度及較好的可靠性和實時性。

PLC是整個系統的控制核心。整個系統采用熱釋電紅外傳感器和液面傳感器來檢測人體和液面高度。當各類傳感器接收到信號時，會將其傳遞給PLC，通過與PC機進行實時通訊，為PC機的顯示提供數據，并對PC機輸入的信息進行處理，完成數字量與模擬量的相互轉換，判斷傳遞數據信息、報警信息等，以達到為乘客們提供有效地照明和安全信息。

3 監控系統軟件

人機界面（Human－Machine Interface），是人與機器進行交互的操作方式，即用戶與機器互相傳遞信息的媒介。好的人機界面美觀易懂、操作簡單且具有引導功能，使用戶感覺愉快、興趣增強，從而提高使用效率[1]。當前，隨著計算機應用領域的不斷擴大，自然的人機界面與和諧的人機環境已逐步成為人們關心的焦點，尤其是在競爭激烈的市場之中，人性化的用戶界面更使產品深受歡迎。開發出用戶迫切需要的符合“簡單、自然、友好、一致”原則的人機界面也是軟件系統能夠大規模商業化推廣的基礎[2]。

3.1 監控軟件簡介

Vijeo Designer是一個一流的軟件應用程序。此軟件可以為人機界面（HMI）設備創建操作員面板并配置操作參數。它提高了人機界面項目（包括從數據采集到創建并顯示動畫等各種任務）所需的所有工具[3]。最低系統需求如表1所示。

表1 Vijeo Designer系統配置要求

Vijeo Designer具備數據重復使用、多 PLC連接、人機界面屏幕創建、多功能操作、配置或修改對象的變量和特性、多語言消息等特性。

3.2 監控軟件功能設計

工業組態軟件是一種快速建立計算機監控系統界面的軟件工具，通常運行于個人計算機平臺，并與各類控制設備一起組成計算機監控系統。

圖2 人機界面系統圖

在工業組態軟件出現之前，要實現某一監控任務，往往通過手工編寫程序來實現。編寫程序不但工作量大、開發時間長、效率低，而且可靠性差。另外，所編寫的應用程序通常是不開放的系統，很難與其他系統進行數據交互，往往不能滿足系統升級和增加功能的需求[4]。Vijeo Designer具有開放性，可擴展性以及易用性等特點，而且顯著提高了組態效率。在本系統的頁面組態框圖如圖 2所示。

監控軟件具備控制和實時監測各個艙室照明狀態，具有功能完善、操作簡便、可視性好的特點，具體功能如下：

(1)船舶照明狀態的監測與顯示

采集顯示整船和各個艙室的照明狀態，集中顯示于監控界面，便于對各個艙室的照明的工作狀態的查看。整船照明監控是通過人機界面整體顯示船舶所有艙室的照明狀態。

照明監控主界面有監控、報警、設置和退出按鍵可供選擇。點擊監控按鍵即可進入船舶監控界面，可以詳細的查看船舶的照明狀況；報警按鍵是用來查看船舶的報警狀況以及報警歷史記錄；設置按鍵是用來設置監控系統的各個參數。照明監控主界面如圖 3所示。

圖3 照明監控主界面

照明監控界面分為整船照明監控、樓層照明監控和艙室分類照明監控等。監控界面可以通過樓層監控按鍵選擇需要監控的樓層，也可以通過分類監控按鍵來選擇客房、商店、劇院、圖書館等監控界面。

樓層照明監控是通過人機界面顯示各個樓層所有艙室的照明狀態；艙室分類照明監控是通過人機界面顯示各種不同用途的艙室的照明狀態，如圖 4所示。

通過點擊照明監控界面的樓層就可進入各個樓層的監控界面。在此界面中可以查看樓層所有房間的照明狀態，如圖 5和圖 6所示。

圖4 郵輪照明監控界面

圖5 樓層監控圖

圖6 客房樓層監控圖

照明控制分為手動控制和自動控制兩種方式。手動控制方式為工作人員在控制屏及設備旁手工操作設備工作方式。 當系統運行模式為自動控制模式下，由PLC對船舶照明工作狀態進行自動控制管理，針對實時情況，自動進行照明控制管理。當系統運行模式為手動控制模式下，操作人員可以根據界面顯示的各種信息，通過監控界面上按鈕開關等，控制整個船舶或各個艙室的照明情況。

在客房樓層監控界面上點擊樓層照明監控界面就可進入各個艙室的監控界面。在客房監控界面中，監控人員可以查看客房每個燈具的照明狀況。客房監控界面有自動和手動的切換按鈕，工作人員可以根據各個房間的不同狀況選擇照明方式，如圖 7所示。

圖7 客房監控圖

(2)故障的監測、報警與處理

實時監測船舶照明狀態及參數，判斷故障發生及故障類型，并產生聲光報警。本系統設置的主要故障報警類型有：門禁系統報警、火災報警和液面高度報警。界面設置有消聲、消閃按鈕。

圖8 報警監控總圖

如圖 8所示，當船舶發生報警時，報警發生位置樓層的相應信號燈會閃爍，并會發出報警鈴聲。工作人員可以直接點擊相應按鍵進入報警界面，查看報警原因。查看時可以按下消聲按鍵，以停止報警鈴聲。在報警解除后，再按消閃按鍵停止閃光報警，如圖 9所示。

(3)信息的顯示、存儲與打印

監控界面可以通過報警匯總表在畫面上顯示一系列報警，顯示當前報警信息及歷史報警信息，如報警類型、發生時間、持續時間等等，如圖10所示。該信息全部存儲于觸摸屏CF存儲卡內。

報警有四種狀態：活動、確認、未確認和返回常規(復歸)。報警匯總表可以顯示這四種狀態的報警。可以打印這些報警信息或把它們保存為一個 .csv 文件，通過USB端口外接打印設備，可以打印以上信息，便于系統分析使用。

圖9 圖書館監控圖

圖10 報警列表

4 結語

在船舶照明監控系統中采用人機界面，簡單直觀，便于操作；提高了照明控制的可靠性以及交互性。組態軟件的使用，簡化了系統的開發過程，提高了開放性和可移植性，大大地縮短了開發周期。與PLC結合使用，使船舶照明監控系統變得更加智能、簡便，有很強的實用價值。

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[1]王奮勇, 盛煥燁. 面向對象的人機界面類庫研究[J].計算機工程, 1995, 12（4）: 22－27.

[2]李斌, 王喆, 許吉力, 等. 分布式溫室計算機控制系統[J]. 自動化儀表, 2001, 22（10）: 41－42.

[3]施耐德電氣. Vijeo-Designer用戶指南[Z], 2009.

[4]金一鳴, 西門子K—TP 178 micro人機界面在煤礦生產控制系統中的應用. 甘肅水利水電技術, 2009,10（10）: 41—42.