某型登陆艇机舱综合监测报警系统的设计

赵洁 崔益烽 刘小龙

（1.中国人民解放军第7815工厂，宁波 315040；2.总装驻杭州地区军代室，杭州 310012）

1 引言

随着自动控制技术的发展，无人机舱船舶日益普及。目前陆军登陆艇的机舱系统设计基本处于各系统单独监控的状态，机舱设备监测系统、电站、主辅机监测等无法进行集中监测报警。本设计将对某型登陆艇进行信息自动化改造，将机舱各设备监控系统、电站等进行集中监控，通过计算机对登陆艇主辅机各项数据，包括电站的电压、电流、频率，水舱、油舱等进行实时监测，实现在出现故障时快速、准确地实施报警并记录。

2 系统组成及工作原理

本系统由数据采集箱和驾驶室触摸屏两部分组成。PLC和触摸屏通过MPI和PROFIBUS现场总线组成控制系统，通过工业以太网与上位机机及其他系统进行数据交换。考虑到该型登陆艇机舱布局及可利用的空间，主装置采用西门子箱式PC工控机作为信息处理、存储和传输单元的硬件平台，对各路开关量和模拟量进行信号收集处理[1]。此装置具有结构坚固、体积小、抗冲击力强、集成度高、性能优异、可靠性好等优点。该箱体正面带一块触摸屏，工控机负责采集传感器来的开关量和模拟信号，经过滤波和数字运算后，以直观的图形和文字形式通过触摸屏显示出来，并通过RS485通讯，将数据传送到驾驶室触摸屏，以便驾驶人员直接掌控全船的数据[2]。系统如图1所示。

考虑到登陆艇的航行状态及机舱空间，现场采集箱采用壁挂式安装，上设 5.7〞触摸屏信息显示器、消音按钮和外接RS485通讯口。

1）外接通讯口：通讯RS485，采用MODBUS RTU通讯协议，波特率9600无校验，与作战指挥系统相连，可通过RS485/RS232转换成RS232接口。

2）报警指示功能：生成声光报警，当模拟传感器断线或开关量报警时，指示器鸣叫并闪烁。

3）消音功能：当声光报警指示器动作时，按下该按钮可关闭报警器，再按一下恢复报警；当有新的报警产生时，消音将自动取消，对该故障进行声光报警。

4）触摸屏信息显示：主画面，电站监控画面及历史报警列表画面，通过触摸屏上的按钮图标实现画面自由切换，其界面如图2所示。

图1 监测报警系统图

图2 触摸屏显示区

主画面分三个显示区和一个操作区：

1）左侧为模拟量显示区：从上到下依次显示油压、电流、温度、油位和水位。

油压：左侧用水平柱图标表示大小，右侧显示读数，当对应传感器发生故障时，其文字部分的右侧会出现红色方框并闪烁。

燃油：左侧用垂直柱图表示液位高低，右侧显示液位，并显示对应重量。

淡水：左侧用垂直柱图表示液位高低，右侧显示液位，并显示对应重量。

2）发电机和主机监控区：从左到右依次对应左发电机、右发电机、左主机、右主机。当对应设备上电后显示数据；当关闭对应设备电源后显示数据为零。如对应设备上电后，在5 s内显示数据依然为零说明该设备与采集箱之间的通讯有故障，此时可以检查通讯线及通讯模块是否有故障。

3）报警监控显示区：位于画面右下中部，用于显示开关量报警，当对应信号报警时，图标显示亮红色并闪烁，正常情况下显示暗红色。总报警图标只要有报警信号时，显示亮红色并闪烁，不受消音按钮影响。

4）操作区：右下角为按钮操作区，用于画面切换，按下配电监控图标进入电站监控数据画面；按下报警列表图标进入历史报警列表画面。

3 系统的硬件设计

本系统硬件由数据采集箱单元、传感器单元、触摸屏单元组成，所有硬件均具备高可靠性，能克服登陆艇航行的恶劣环境。模拟量传感器采用4～20 mA电流输出形式的传感器，根据不同的采集方式、采集介质等选择不同的传感器。高低位开关量报警根据摇摆情况选择垂直或者侧装浮球形式的传感器。电站数据采集采用三相多功能智能交流电量采集元件（R-8073）通过RS485通讯输出。数据采集模块采用SIEMENS公司的PLC200模块。数据采集箱单元正面设置一块触摸屏，取代传统的上位机，在保证可靠运行和舒适的人机操作界面的同时有效的节约了机舱空间。作战指挥系统的串行端口是RS232接口，因此选择西门子公司提供的PC/PPI电缆通过RS232/RS485转换进行信息传输。驾驶室触摸屏单元由数据采集箱单元对机舱触摸屏进行延伸，通过RS485传输信息[4]。整个系统保证了较高的网络传输速度，保证了本系统对登陆艇运行状态的实时监控。

4 系统的软件设计

本系统通过功能模块划分，设计各个模块之间的数据流向，根据结构化的程序设计思想，以保持良好的可移植性和扩充性。本系统采用梯形图来实现功能，左发电机信号采集程序如图3所示，发电机机旁智能仪表箱（已知通讯协议）由各路传感器采集发电机的各项数据信号，通过RS485与S7-200系列PLC通讯。基于S7-200通信协议的便捷性和实时性，电站、主机以及信息量较大的作战指挥系统均采用此种通讯方式[3]。对于模拟量的信息采集例如图4所示，该程序对燃油液位地址进行定义、传感器故障判别、液位读取及容积和重量的换算。其他诸如淡水等均按种方式进行程序运算。

图3 左辅机信号采集及处理输出PLC程序

图4 燃油液位信号采集程序

5 结论

目前此综合监测报警系统已列装于新建造登陆艇中，通过驾驶室延伸触摸屏对全船重点设备及液舱数据进行实时监测，实现了远程集中监测和故障报警定位功能，从而有效地提高控制系统整体自动化程度。经过试航验收表明，综合监测报警系统能满足各项战术技术性能指标，集稳定性、安全性、可操作性、实时性于一体，配以摄像监控系统，有效地提高了机舱自动化水平，减轻了指战员的工作强度，基本实现了无人机舱。

[1] 王卫士.PLC系统通讯、扩展与网络互连技术.北京：机械工业出版社，2005：2～3.

[2] 孙建红，高捷.船舶配电监测信息采集装置研究[J].船电技术，2009（9）：38.

[3] 严盈富.西门子S7-200PLC入门[M].北京：人民邮电出版社，2007.

[4] SIEMENS.SIMATIC S7-200可编程控制器系统手册 [Z].SIEMENS，2000：140-144.