船舶机舱动态采集系统的实现

长江上海通信管理局 张华峰

船舶机舱动态采集系统的实现

长江上海通信管理局 张华峰

本文针对船舶机舱动态采集，从数据采集、信号传输、数据处理等方面实现船舶机舱自动化监测报警系统来代替轮机员实时监测主机及辅机设备的运行状况，从而提高船舶自动化、数字化、智能化水平。

模拟量；采集；智能化

为了保证船舶的正常运行，必须对船舶机舱内动力设备的运行状况进行实时监测、故障报警，以往都是轮机员驻守在闷热高温的机舱内定期查看主机及辅助设备的运行状况，并做好记录。机舱监测在船舶运行过程中起着至关重要的作用。由于船舶机舱的工作环境比较恶劣，需要先进的自动化监测报警系统来代替轮机员实时监测主机及辅机设备的运行状况，并在故障发生时进行声光报警输出，提醒值班人员对报警信息进行应答，及时检查故障信息，排除故障，使整个系统迅速恢复正常运行状态。另外，报警信号可以通过3G网络延伸至岸上进行集中监控，真正实现无人值班。由此可见，先进的机舱监测报警系统不仅具有良好的经济效益和社会效益，而且是船舶自动化、数字化、智能化程度实现的标志。

基于成本和用户需求考虑，以及船舶是正常运营中的，不是在船厂修理，无法大规模布线、设备安装等特点，我们为南通驳轮有限公司实施的船舶动态监控系统，采用分布式架构，购置船舶专用传感器，安装在机舱的两台主机和两台副机的各个监控点上，以10Hz的频率轮询采集油温、油压、水温、水压、进气压力、主机转速、副机油温等值，各路采集信号经过变送器的转换，变成4-20mA的电流信号汇集进模拟量采集模块，目前采集点供14个，使用两个8路模拟量采集模块通过级联方式以EIARS-485协议通过一根2芯485屏蔽信号线在末端转为232将采集信号转换为数字信号进入工控机中，在工控机中以图形、文字、列表等形式显示现场的数据、变化趋势、故障情况和报警状态，为现场管理人员的操作提供可靠、准确的实时信息，从而实现实时监控。并通过3G网络将相关数据上传至服务器中，位于远端的中心管理人员可通过客户端软件实时获取船舶机舱主副机动态参数。

表1 南通驳轮公司单船采集信息点

工业上普遍需要测量各类非电物理量，例如温度、压力、速度、角度等，都需要转换成模拟量电信号才能传输到几百米外的控制室或显示设备上。这种将物理量转换成电信号的设备称为变送器。工业上最广泛采用的是用4～20mA电流来传输模拟量，也有采用0-10V电压量来传输模拟量。采用电流信号的原因是不容易受干扰。并且电流源内阻无穷大，导线电阻串联在回路中不影响精度，使用普通双绞线上便可传输数百米。上限取20mA是因为防爆的要求；20mA的电流通断引起的火花能量不足以引燃瓦斯。下限没有取0mA的原因是为了能检测断线；正常工作时不会低于4mA，当传输线因故障断路，环路电流降为0。常取2mA作为断线报警值。

图1 变送器4~20mA电流信号至采集器的连线图

在南通驳轮实际施工中，针对主机转速，三艘船有两艘船转数仪表盘采用的是电压信号(0-10V)，其0-1000转对应0-8.3V，为尽量使用相同的模拟量信号采集器，我们针对2台主机各采用了一个0-10V转换为0-20mA的双向信号隔离放大器，并在软件上进行相应的转数-电压-电流三者间的关系转换。

图2 船舶主机动态参数显示图

船舶运行过程中，主机和副机的各种油温、油压、水温、水压、进气压力、主机转速、副机油温等都需要保持在一定的范围之内，比如每个温度点都有一个上限，而每个压力点都有一个下限；如果超出了这个界限，则说明出现异常，需要进行越限报警；每个传感器都有一个量程，如果传感器测定的值不在量程之内，则表示传感器发生故障，需要进行传感器故障报警；今后的应用中，还可以增加开关量的检测和报警。

本次针对运营中的船舶加装该套信息采集系统具有如下特点：

（1）先进性。系统选用现代先进工业技术所应用的硬件和软件技术，硬件工作安全可靠、性能稳定、故障率低，软件采用模块化设计，可以不断扩展，保证改造后的系统技术先进。

（2）维修维护方便。此次增加的系统，硬件添加较少，主要是各个采集 点的传感器，并充分利用了船载转速仪表，各个硬件都是独立模块，这给维修维护工作提供了极大的便利。

（3）扩展性能好。数据采集系统目前是14路，2个采集模块是并联上传信号的，可以扩展至32路，也就是最大支持256个信息采集点，今后扩展只需要增加少量模块，就可以对监测报警系统的监测范围进行扩展，无需对系统进行大的结构改造，软件处理上也很方便。

（4）经济效益好。新系统可以实现实时、准确的对机舱运行参数进行监测，能够及时的发现设备隐患，避免机损事故的发生，减少了修船项目，延长了修船期，提高了船舶在航率。

（5）社会效益好。由于新系统可以实现机舱信号的远程监测和管理，从而能够减少船员在恶劣的机舱环境下工作的时间，减轻船员的劳动强度，改善船员工作质量，提高船员的自身素质。

[1]王新全.船舶动力及机械设备控制与检测[M].上海:上海交通大学出版社,2001.

[2]喻方平,黄海亮,杨建国等.基于远程网络技术的船舶机务管理信息系统[J].武汉理工大学学报(信息与管理工程版),2002,24(3):66-69.

[3]郑士君,褚建新,黄爱平等.船舶管理信息化研究[J].上海海运学院学报,2002,23(2):14-17.

[4]郑士君,褚建新,黄爱平等.船舶机务管理信息系统设计[J].中国航海,2002,53(4):64-67.

张华峰（1976—），硕士，现供职于长江上海通信管理局。