簡析耙吸式挖泥船機(jī)艙綜合報(bào)警與監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

彭冬

（中交上海航道局有限公司，上海 200000）

隨著工業(yè)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，耙吸式挖泥船電子電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)復(fù)雜程度也是越來越高。如機(jī)艙綜合報(bào)警與監(jiān)測系統(tǒng)，集合了自動化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等于一體，對船舶設(shè)備運(yùn)行狀況實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程診斷與維護(hù)，提高了設(shè)備的運(yùn)行管理，從而也提高了船舶在航行和施工期間的安全。耙吸式挖泥船機(jī)艙綜合報(bào)警與監(jiān)測系統(tǒng)以下簡稱AMS系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)組成

耙吸式挖泥船AMS 系統(tǒng)主要由硬件和軟件兩部分組成。

硬件部分包含：（1）VCL 可視化客戶終端（電腦主機(jī)和顯示器）；（2）PSV 信號處理服務(wù)器；（3）有對地絕緣監(jiān)測功能的數(shù)字量和模擬量輸入模塊；（4）數(shù)字量輸出模塊；（5）模擬量電流/電壓輸出模塊；（6）延伸報(bào)警板及其信號分配模塊；（7）臥室用外部蜂鳴器；（8）外部報(bào)警復(fù)位按鈕板；（9）現(xiàn)場總線轉(zhuǎn)換模塊；（10）帶有冗余功能的以太網(wǎng)絡(luò)開關(guān)；（11）UPS 不間斷電源。

可視化客戶終端軟件系統(tǒng)：可視化客戶終端軟件采用Java 技術(shù)，獨(dú)立運(yùn)行于Lilux 操作系統(tǒng)，主要對機(jī)艙主機(jī)、輔機(jī)、電力設(shè)備、泵輔設(shè)備、推進(jìn)軸及油水柜等重要設(shè)備參數(shù)進(jìn)行實(shí)時的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控和診斷，并對船舶監(jiān)測報(bào)警（顯示）系統(tǒng)規(guī)定的其他基本設(shè)備實(shí)現(xiàn)監(jiān)測報(bào)警。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

耙吸式挖泥船AMS 系統(tǒng)架構(gòu)主要分為三部分，即數(shù)據(jù)采集及控制、數(shù)據(jù)處理和人機(jī)界面控制管理，如圖1 所示。

圖1 耙吸式挖泥船AMS 系統(tǒng)圖

2.1 數(shù)據(jù)采集及控制

現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集及控制模塊分為四類（32Ch DI、12Ch DO、8Ch AI、8Ch AO），安裝于各現(xiàn)場信號采集箱內(nèi)，現(xiàn)場采集信號箱分別安裝于機(jī)艙集控室、機(jī)艙機(jī)修間和上層甲板、輔設(shè)備艙、艉液壓PLC 柜和航行控制臺，主要對船舶監(jiān)測報(bào)警（顯示）系統(tǒng)規(guī)定的基本設(shè)備實(shí)現(xiàn)就近數(shù)據(jù)的采集和控制命令的輸出。

現(xiàn)場各信號采集箱內(nèi)的輸入/輸出模塊通過Modbus RTU Master/Slave 協(xié)議冗余雙電源、雙網(wǎng)絡(luò)的RS485 通信與處理服務(wù)器（PSV）相連接。

左右主機(jī)、左右推進(jìn)、主應(yīng)急230V 穩(wěn)壓穩(wěn)頻、VDR 和輔助應(yīng)急發(fā)電機(jī)等第三方設(shè)備與處理服務(wù)器（PSV）也以RS485網(wǎng)絡(luò)通信方式完成數(shù)據(jù)的交換和控制。

2.2 數(shù)據(jù)處理

耙吸式挖泥船AMS 系統(tǒng)含有兩組處理服務(wù)器，總計(jì)4 臺，選用冗余、熱備份設(shè)計(jì)，單個PSV 能穩(wěn)定處理各數(shù)據(jù)點(diǎn)，并通過IP 地址辨別，且有6 個RS485 的ModBus RTU 接口，與現(xiàn)場信號采集模塊和第三方設(shè)備實(shí)現(xiàn)通信連接。

系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理都在處理服務(wù)器內(nèi)完成，包含邏輯控制及計(jì)算、控制功能。即能夠回應(yīng)人機(jī)界面控制管理的數(shù)據(jù)請求，也與現(xiàn)場信號采集層通過雙電源、雙網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。

2.3 人機(jī)界面控制管理

該部分是由2 臺基于100M 以太網(wǎng)互聯(lián)的可視化終端電腦組成，網(wǎng)絡(luò)可雙冗余切換，并采用開放式的OPCUA 通信協(xié)議。客戶終端軟件與處理服務(wù)器（PSV）之間采用請求和回應(yīng)的工作模式，不負(fù)責(zé)信號采集層的數(shù)據(jù)采集和邏輯處理功能，屬于獨(dú)立工作，實(shí)時對機(jī)艙重要設(shè)備的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，對報(bào)警信息可通過聲光和清單打印形式體現(xiàn)。第三方SCADA系統(tǒng)采集的報(bào)警信息通過中間以太網(wǎng)，使用路由器轉(zhuǎn)換，連接在系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)端口上，采用開放式 OPC-UA 通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)的共享。

各輪機(jī)管理人員房間和重要場所增設(shè)延伸報(bào)警顯示面板，由PSV 處理器通過RS485 的ModBus RTU 接口與延伸報(bào)警分配模塊相連，后將報(bào)警信息傳輸分配至上述各場所的延伸報(bào)警顯示面板。

3 系統(tǒng)功能

（1）開關(guān)量和模擬量監(jiān)測報(bào)警功能。開關(guān)量以觸點(diǎn)工作方式進(jìn)行信號的輸入和輸出，模擬量分為數(shù)值顯示和超限報(bào)警功能，一個報(bào)警觸發(fā)后系統(tǒng)會以觸點(diǎn)方式給報(bào)警燈柱信號，報(bào)警燈柱發(fā)出聲光報(bào)警；同時，工作站電腦顯示報(bào)警信息和狀態(tài)，并以紅色閃爍圖標(biāo)提示。

（2）人為禁用及抑制的報(bào)警清單頁面顯示功能。測量點(diǎn)的傳感器有可能暫時處于損壞狀態(tài)，而且用戶已經(jīng)清楚細(xì)節(jié)，并且不希望該報(bào)警處于激活狀態(tài)，所以該報(bào)警點(diǎn)可以手動在線狀態(tài)下被禁用掉。

所有被禁用的報(bào)警點(diǎn)都會顯示在禁用清單中，當(dāng)用戶及時處理損壞的傳感器后，可以手動在線取消禁用，該報(bào)警點(diǎn)會在禁用清單中消失。測量點(diǎn)的狀態(tài)報(bào)警可能只在特定情況下觸發(fā)才為非正常警報(bào)提示，比如，主機(jī)的滑油低壓只有在主機(jī)正常運(yùn)行后觸發(fā)報(bào)警屬于非正常狀態(tài)，主機(jī)在停止時滑油低壓屬于正常狀態(tài)，所以，軟件中可以用主機(jī)的停止信號去自動抑制掉該報(bào)警點(diǎn)，并且所有這些被抑制的報(bào)警點(diǎn)都會顯示在抑制報(bào)警清單中。

（3）燃油消耗及計(jì)算的燃油系統(tǒng)監(jiān)測功能。系統(tǒng)通過采集供油單元的供油和回油流量計(jì)模擬量輸入信息和設(shè)備運(yùn)行時間，自動累計(jì)計(jì)算燃油消耗量，以及根據(jù)設(shè)備的其他運(yùn)行參數(shù)計(jì)算燃油消耗率，并且根據(jù)設(shè)置超限報(bào)警功能做報(bào)警提示。

（4）帶有艙容和重量縱橫傾修正功能的液位遙測功能。系統(tǒng)通過采集艙柜的液位信號、密度信號、Trim（縱傾）和List（橫傾）信號，根據(jù)艙柜的艙容表數(shù)據(jù)，自動計(jì)算該艙柜的艙容和重量，并且可以根據(jù)船舶的縱橫傾數(shù)據(jù)自動修正艙容。

（5）無人機(jī)艙值班報(bào)警功能。當(dāng)選定某個輪機(jī)員值班時，所有觸發(fā)的報(bào)警點(diǎn)會延伸到輪機(jī)員房間的延伸報(bào)警板聲光提示，不值班的輪機(jī)員房間報(bào)警板只有燈光閃爍顯示。當(dāng)公共區(qū)域聲光提示，值班輪機(jī)員需要到集控室工作站電腦消音和確認(rèn)報(bào)警，如果在設(shè)定的時間內(nèi)報(bào)警沒有被確認(rèn)，系統(tǒng)會觸發(fā)輪機(jī)員失職報(bào)警，所有延伸報(bào)警板將觸發(fā)聲光報(bào)警，并顯示失職報(bào)警信息。

（6）手動輪機(jī)員呼叫功能。當(dāng)集控室工作站電腦選定某個輪機(jī)員或者所有輪機(jī)員進(jìn)行呼叫，相應(yīng)輪機(jī)員房間和公共區(qū)域延伸報(bào)警板會聲光提醒，并提示集控室有呼叫，可以點(diǎn)擊“消音”按鈕消除聲音提示，并前往集控室，確認(rèn)呼叫功能。

（7）電腦觸摸屏功能。系統(tǒng)軟件支持觸摸屏幕的功能，只需要觸摸電腦安裝觸摸功能的驅(qū)動，操作工作站軟件所需的鍵盤鼠標(biāo)功能均可以用觸摸功能完全替代。

4 系統(tǒng)應(yīng)用

自航耙吸式挖泥船設(shè)備種類多、系統(tǒng)繁雜、技術(shù)含量高，對船員的設(shè)備管理能力提出較高要求。機(jī)艙綜合報(bào)警與監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)Υ斑\(yùn)行狀況實(shí)時的進(jìn)行監(jiān)測，對設(shè)備運(yùn)行異常狀況做出聲光報(bào)警提示，從而幫助值班管理人員能夠及時對設(shè)備故障進(jìn)行排查和解決，使設(shè)備能夠正常運(yùn)行，確保船舶在安全的工況下能夠正常的航行和施工。

5 結(jié)語

機(jī)艙綜合報(bào)警與監(jiān)測系統(tǒng)是自航耙吸式挖泥船自動化系統(tǒng)的重要組成部分，對船舶設(shè)備的維護(hù)管理起到重要的作用。隨著電力電子、自動化控制、計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)不斷發(fā)展，自航耙吸式挖泥船的機(jī)艙電氣自動化控制系統(tǒng)更加趨于集成化、模塊化，通過計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)將各自動化系統(tǒng)聯(lián)系在一起，使船舶在使用操控方面更加的智能化，設(shè)備管理方面更加安全有效化，從而對船舶的經(jīng)濟(jì)性和安全性起到有效的提升作用。