船舶機艙設備運行數據采集系統的研制

摘 要：為了能夠在最短的時間內了解到船舶機艙設備運轉的綜合信息與運行狀態，船員需要對船艙機艙的工作狀態參數進行實時監測，這時能夠進行遠程集中監控的無線網局域技術就能使船員的工作效率得到很大程度上的提升。本文筆者就采集系統的一些基本功能與要求對船艙機艙設備的運行采集系統的一些方案以及船艙機艙的動力設備運行狀態參數進行研究探討。

關鍵詞：船舶機艙設備；數據采集系統；無線局域網；實時監測

由于船舶的主機、發電機以及機艙等設備在正常的航行中的工作狀態和數據參數都隨時發生著改變，為了能夠及時并且隨時隨地了解到船機艙的運行狀態，這時機艙內如果能夠有一套完備的自動監控系統就能夠使船員方便的對船舶行駛狀態進行監控。作為實現船舶自動化運行的主要部分的自動監控系統可以提供準確的船舶運行狀態的參數，并且對于船舶機艙實現無人駕駛的功能也有著至關重要的作用。目前我國的船舶機艙的自動監控系統多是由多微機分層監控系統組成，該系統擁有可實現數據監控、顯示、報警、歷史數據存儲等功能的完備的網絡化監控系統，能夠通過分散控制，集中監控以及管理系統等結構實現船舶機艙監控系統的安全可靠性。

一、船舶機艙設備運行數據采集系統的主要功能

（一）采集系統可以實現顯示檢測的列表數據。船舶機艙中用于顯示機艙內運行設備的數據參數的采集設備軟件是上位機組態軟件，并且其內部的列表功能能夠實現將所采集的參數根據一定的規律特征顯示出來，而船舶機艙在進行運行時船員需要監測采集的參數主要包括參數的序號、監測點名稱、變量名、實際監測到的值、參數單位以及參數的上下限值等方面。

（二）采集系統的人機界面顯示。對于船舶機艙中主機、輔機以及其他一些設備參數的顯示主要由虛擬模型和儀表來完成。這時其主要顯示的參數主要包括主機排氣和冷卻水進出口的溫度、滑油進機的壓力以及所有發電機的壓力和溫度等。

（三）采集系統可以實現報警顯示。船舶機艙的采集系統在船舶運行時對采集到的參數與船舶的先前設定值進行比較分析，如果檢測到的參數數據與設定的參數值相差很多的話，采集系統中的監測系統就會對監測到的參數進行紅色標記，并且能夠及時向船員做出報警警示或者進行緊急處理工作，可以在很大程度上減少船舶的損壞以及保障船舶中人員的人生安全。

二、設計采集系統需要注意的幾個方面

（一）系統的安全性。由于船舶機艙的內部構造很復雜，為了能夠實現船舶的運行，機艙內往往會裝載一些容易自燃、易爆的設備，這時對于采集系統中所需的電纜的鋪設問題就會顯得尤為重要，它需要相關的船舶技術人員按照嚴格的技術標準進行采集系統電纜的鋪設。

（二）采集系統的穩定性。采集系統中的監測系統能夠在一定程度上保障船舶在復雜環境中進行長時間的安全運行，因此它對于監測系統的穩定性有著很高的要求。其中擁有良好穩定性的線路連接、硬件設備以及軟件設計等部分對于船舶進行安全行駛與運行有著關鍵性作用。

（三）采集系統的可維護性。擁有可維護性的采集系統裝置不僅對于設備在安裝方面具有便捷、方便的要求，對于其拆卸以及更換也應具有便捷性功能。

（四）采集系統的擴展性。考慮到采集系統的采集站需要根據需要能夠進行擴容，在對采集系統進行設計時，選取PLC（Programmable Logic Controller）I/O模塊以及接線端子時需要進行余量考慮。

三、機艙設備運行數據采集系統的硬件設計

（一）電纜選型要求。船舶所用的電纜需要金屬不透性護套或者非金屬不透套護套，當然對于一些有凝結水和有害蒸汽出現的場所需要用特殊材質的電纜進行鋪設。而船舶機艙中所需的電纜設備的材質有著更高的要求。由于機艙中的環境非常復雜，因此它要求鋪設在此的電纜擁有極高的抗腐蝕功能、耐油形、能夠防火、防擠壓以及抗電磁干擾等性能。

（二）PLC模塊選型以及布置。在能夠滿足采集系統設計的情況下，PLC一般會采用具有可靠性、方便維護以及性價比很高的控制器。由于采集系統需要在情況復雜的機艙設備中進行大量的數據采集，以及需要在后期對采集設備進行維護和容量擴展，船舶在進行PLC布置時一般采用A-B PLC，因為其具有較高的穩定性，功能很齊全，更能夠進行便捷的模塊連接和配置。

（三）PLC采集站的設計。采集柜的存在是為了使各個模塊和部件可以實現方便快捷的安裝、拆卸以及線路連接，因此在PLC的各個模塊都需要進行采集柜的設計。而對于需要放置重要設備的控制箱也擁有著較高的技術要求，其中包括需要其能夠進行自主散熱以及擁有照明、防護等級、銘牌等。

（四）PLC模塊的接線設計。CPU、電源、I/O模塊的設計都屬于PLC模塊設計的主要范疇，因此在進行PLC設計時設計者需要對各個模塊的接口原理進行熟悉，了解各個接口存在的功能以及各個模塊之間的差異，這些工作都有助于減少工作量以及避免冗余。

四、機艙設備運行數據采集系統的軟件設計

（一）PLC模塊組態。在進行模塊組態時，應當首先創建能夠存儲控制器的邏輯、組態、數據以及文檔的工程文件，并且同構PLC的模塊位置對控制器以及信息進行控制器類型、名稱、機架大小以及槽點等方面的組態。在控制文件中對I/O進行屬性的配置可以實現控制器與I/O之間的通信，以及對硬件設備與工程文件進行匹配。

（二）I/O地址的分配。軟件需要進行I/O地址分配是在PLC按照特定的邏輯順序組合在機架上安裝以后所需要做的工作，這種工作有助于CPU控制器根據邏輯地址對各個模塊的物理地址進行訪問。

（三）數據采集程序的設計。PLC程序的編寫是在所有模塊的硬件組態完成之后進行的，這些程序的編寫運行有助于現場設備的信號采集工作，并且能夠就采集到的數據進行處理以及做出邏輯上的判斷。以線性規則改變的模擬量在程序設計時作為主要的設計對象。

五、結語

數據采集設備作為船舶機艙設備中的關鍵部件，對于幫助船員進行船舶運行時機艙的行駛運行狀態的監控有著至關重要的作用。但是由于船舶機艙的內部構造環境較為復雜以及船舶后期維護技術不夠成熟等問題導致當前我國的船舶機艙采集設備存在很多不足之處。希望通過本文的一些研究工作能夠對采集系統的研制工作有些幫助。隨著時代的發展，我國的船舶技術要走的路還很長，它需要我們每一位建設者的努力與貢獻。

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