無人機艙監測報警系統方案研究

劉宙鋒　王艷婷

摘要：機艙監測報警是對機艙重要設備的安全參數及運行狀態進行監控，同時對管理人員和值班人員通過聲光等方式提示，以保證設備正常運行或是人員的安全。本文通過對現已實現技術的研究，為進一步的研究相關船舶監控系統打下基礎。

關鍵詞：監測；報警；自動化

隨著計算機技術、嵌入式技術、通信技術的不斷發展，船舶的自動化技術也在不斷的提高，發展的特點更加的綜合、智能，比起以前的系統，也更加的模塊化、網絡化。現在的船舶監控報警的大部分功能是用軟件實現的，通訊方式采用的是總線技術，這樣的方式能夠減少硬件資源的投資、提高軟件的可靠性、增加了工作效率、提高了軟件的性價比。

一、無人機艙的發展分析

在20世紀60年代，船舶機艙設備自動化的要求被提出來。機艙自動化可以簡化管理工作、減輕工作人員工作負擔、提高工作人員的工作效率，從而解決了船舶噸位與船舶運營成本成正比的問題。而從70年代開始，機艙自動化獲得如下進展：（1） 輪機的自動化裝置實現了對于機船設備實現集中控制并且對每個設備的運行狀態進行監控的。（2）通過輔控制站，工作人員可以在駕駛室遠程控制操作機船設備，降低了工作人員的工作強度，因而也降低了對機艙值班人員的需求量。（3）初步實現了機船內間歇性無人值班[1]。對于無人機船的發展，世界各大船級社也相應地制定了技術入級標準，為無人機艙以后的發展與完善指明了道路。目前，船舶機艙監視與報警系統大都采用計算機來實現[1]。根據計算機監控系統的結構特點，船舶機艙監視與報警系統可大致分為三類：集中型系統、集散型系統和全分布式系統[1]。

（1）集中型監視系統

集中型系統的特點是通過單臺計算機在集控室對機船中的動力設備及其輔助設備實行集中監視和報警采用計算機管理軟件，大大簡化了硬件結構并且使控制功能更加豐富，使監測參數點增加到上百個，并對模擬量和關量信號進行采集監控[1]。該類型的典型代表有挪威NORCONTROL公司研發的DataChief——III系統。

船舶機艙集中型監視系統在上世紀70年代初具有一定的代表性，但是由于該系統采用單臺計算機作為處理單元，不僅造價較高、而且可靠性也不好，當計算機出現故障，則整個系統將會崩潰[1]。這給用戶帶來了極大的安全隱患，所以，它的發展受到了限制[1]。

（2）集散型監視系統

集散型監視系統釆用集中和分散相結合的系統結構，其特點是整個監視任務不再由單臺計算機來完成，而是由多臺計算機組成的子系統來分別完成，再由各個子系統與上位機進行通信，實現信息共享。相較于70年代使用的集中型監視系統，其可靠性大大增加，而且相對的造價低，因而集散型監視系統取代集中型監視系統成為必然趨勢。

在初期的集散型監視系統中，由于采用模擬信號傳輸，在長距離傳送的過程中，模擬信號所引起的干擾不可忽視。信息的傳輸的對電纜的需求很大，增加了成本。此系統的典型代表有西門子公司生產的SIMOS32型集散監測報警系統。綜合上述弊端，在之后的系統發展中，有公司把傳統的網絡控制方式使用到子系統中，即在設備附近放置現場處理單元來進行模擬信號的收發，而現場處理單元則通過RS-232、RS-485或電流環等網絡與主控單元進行數據交換[1]。這種方法雖然對于信號穩定性有了一定的改善，但是出于傳統控制網絡的固有缺陷，如傳輸距離短，不能實現全雙工傳輸等等，所以未能實現全分布式結構[1]。該類系統的典型代表有德國西門子公司生產的SIMOS IMA32C系統和挪威NORCONTROL公司生產的DataChief 1000系統[1]。

（3）全分布式系統

全分布式系統將現場總線（CAN總線）作為各個子系統之間的通信網絡，與集散型系統相比，它將監控功能進一步釋放，采用模塊化設計，通過具有通信功能的智能化現場處理單元實現控制系統的組態，提高了系統的可靠性。并且由于采用開放的現場總線通信協議，設備之間實現了信息互換共享，為船舶機船綜合控制信息系統的建立與發展打下了堅實的基礎[1]。因此，全分布式監視系統結合了集中型和集散型系統的優點并且有效的克服了其缺點從而成為了今后船舶機船自動化和機艙設備實時監控的主要發展方向。該系統的典型代表有挪威KONGSBERG公司生產的DataChief C20監控系統及其改進型產品K-Chief 600[1]。

無人機艙目前已經成為新造船舶的常規要求。無人機艙就是把控制儀表、 警報系統以及微機巡回檢測裝置等集中在一起，從駕駛室遙控主機并對全船進行控制[1]。由于機艙無人值守，機艙各種警報器也延伸至駕駛室，有的船舶對冷藏集裝箱的監測，對貨艙可燃氣體的監測甚至壓載水艙的調傾操作都在駕駛室進行[1]。正常航行中，機艙可以周期無人值班[1]。

二、周期無人值守機艙監測報警系統簡介及其使用情況

機艙監控系統主要是實現船舶的安全穩定運行，對全船重要電氣設備的運行數據和安全信息進行監測，給各設備系統和人員提供安全保障。對于PLC的機艙監控系統的設計，首先要了解監控系統的基本功能、相關規范要求、系統特定環境與技術要求，然后才能根據需要選用合適的主控模塊，圍繞主控模塊進行總體結構的設計[2]。下面通過對挪威NORCONTROL公司K一Chief600系統進行分析，說明目前機艙監測報警系統的大致發展情況以及以后的機艙監測報警系統的發展方向。

K一Chief600系統包含了船舶系統的全部主要功能，包括報警監測系統，輔助控制系統，電站管理系統，推進控制，壓載自動化系統，貨物控制和監測，HAVC（空氣調節），管理支持，冷藏監測，消防系統等[2]。系統可以通過雙冗余的局域網跟K系列的其他系統（K一Gauge，K一Pos，K一Thrust，K一Brige）進行信息交換，實現系統級的集成。K一Chief600系統采用了模塊化設計，可以按照不同船只的具體要求進行裁剪，既可配置為低復雜度的小型報警系統，也可配置為高集成度的控制系統。系統滿足包括軍用標準在內的最嚴格的安全性和可靠性要求：系統提供了包括通信、過程處理、串行線和電源在內的所有層次的冗余；內建的系統自檢功能可以監測整個系統的工作狀態[2]；軟件和硬件設備通過了主要船級社的類型認證[2]。

K一Chief600系統由帶有顯示器和專用操作鍵盤的操作站來提供人機交互界面，圖形化的界面友好直觀，保證了系統操作的高效率和安全[2]。操作員可以在任意操作站上完成所有的監控報警功能[2]。

K一Chief600系統采用通用硬件模塊，便于系統的安裝和日常的維護修理。當DPU模塊出現故障時，不需要關閉系統即可完成模塊更換[3]。系統的高可維護性降低了備件要求，同時也降低了系統的全生命周期成本。K一Chief600系統由分布式處理單元DPU、本地操作站LOS、迷你操作站MOS、遙控操作站ROS和值班呼叫系統WCS等部分組成，集中體現了當前監控報警系統的先進水平[3]。

三、結語

經濟的發展，對船舶的各種需求會隨之增加，而伴隨著計算機技術的發展，對于船舶相關軟件的要求也會隨之增加。加大機艙監測報警系統的研究是至關重要的。這就要求開發人員不僅要了解已實現并投入使用的機艙監測報警知識，同時也要了解網絡通信、嵌入式開發技術。想要獲得適合的機艙監測報警系統，需要投入更多的開發人員，并保證軟件的及時升級換代。

參考文獻

[1]王恒.基于CAN總線的機艙監視與報警系統設計與實現.大連海事大學.2013.

[2]戰興群，翟傳潤，張炎華，許廷良.周期無人值守機艙監測報警系統方案研究.中國造船.2002，（3）：75-80.

[3]李為.船舶機艙監控報警系統設計與實現（碩士學位論文）.南京理工大學.2010.