船舶电气设备智能评估系统底层设备搭建

杨义伟　林叶春

摘 要：近年来，不断有人设计研究智能评估系统，像轮机模拟器智能评估系统、船舶辅锅炉智能评估系统等，但很少有涉及到船舶电气的智能评估。文章根据船舶电气设备评估要求，描述了船舶电气设备智能评估系统的基本组成结构和功能，分析了系统的原理及操作流程，设计了系统操作设备的人机界面、通信模块及故障智能设置模块。并以三速锚机的评估为例，用S7-200控制操作设备，用S7-300作为S7-200的上位机对各从站S7-200进行监控并汇总信息。其中S7-300与各从站S7-200采用MPI通信，S7-200与HMI采用PPI通信。文章在对S7-200连接的HMI设备的界面进行设计的同时，还对S7-200根据故障代码设置故障的程序进行了设计。

关键词：智能评估；HMI；通信

引言

目前，学员参加船员适任证书考试时，一般全部由监考人员进行评判打分，这种情况下不可避免的会掺杂考官个人主观因素，受监考人员自身知识储备的影响。与传统评估形式相比，智能评估系统效率更高。智能评估系统以相应领域的专家理论为指导，综合相应领域的专家和技术人员的丰富的实践经验为标准，使故障的设置更形象、更贴近实际。在此基础上，与编程技术相结合，实现对考生的智能评估，这样不仅提高了评估效率和公正性，节省大量人力物力，还使得评估考试更具实际意义。

近年来，智能评估的设计层出不穷。将模糊综合评判法应用于船舶辅锅炉模拟器的开发，所开发的软件系统，具有自动考核功能；根据轮机模拟器考核评估的需求，设计智能评估系统基本组成和功能，结合专家系统理论和模糊综合评判法设计了智能评估系统的评估算法，并以某模拟器为例具体介绍了智能评估系统的设计和实现。

然而，船舶电气方面的智能评估系统却很少有人研究，文章结合前人智能评估的经验，以三速锚机为例具体设计了船舶电气智能评估系统中设备之间及设备与模拟软件之间的通信，开发了一套较为合理的人机界面，同时利用S7-200实现了设备根据故障代码进行故障智能设置。

（1）智能评估系统基本构架及原理

智能评估系主要由计算机模拟软件、考试监控管理设备、操作设备组成。

其中，计算机模拟软件包括：专家库、评分标准及参数设置模块、考生信息管理模块和考试系统管理模块。

专家库是评估系统的核心，是以专家理论为指导，结合专家专业知识及相关技术人员的经验知识所组成的设备故障库，包括各个设备的故障类型、相应的解决方案及故障代码等。评分标准及参数设置模块，根据相应的评分算法对考生的操作进行打分。考生信息管理模块由考生学号、姓名、身份证号码和成绩等个人信息组成。可以在模拟软件中增加、删除、修改、查询考生基本个人信息。考试系统管理模块主要是通信模块，负责协调、调度模拟软件中各模块与考试监控管理设备之间的数据通信及数据的暂时保存。

考试监控管理设备用于监控、汇总各从站操作设备的运行状态，连接操作设备与模拟软件的数据通信。同时，在监控管理设备上也可以显示考生信息、考试成绩及所监控设备的运行状态。在考试过程中，如果考生因操作不当做出可能损坏设备的错误，考试监控管理设备中可自动强行停止该设备的运行以保护设备不受损坏。

操作设备即为考生考试设备，由考生直接操作。

智能评估系统结构如图1所示。

（2）操作流程

考生在S7-200的HMI上操作，首先启动系统，输入自己的学号进行登录，S7-200把考生学号通过S7-300发送到模拟仿真软件的考试系统管理模块并在S7-300的HMI上显示，考试系统管理模块接收考生学号并在考生信息管理模块中查找该考生信息，同时把考生信息管理模块中相应考生的姓名、身份证号码发送到S7-300，S7-300记录考生信息并在自己的HMI上显示，然后把信息发送到S7-200的HMI供考生进行个人信息的确认。若信息不正确，考生返回前一界面重新输入学号；若信息正确，考生确认信息，S7-300接收此信息并发送给考试系统管理模块，考试系统管理模块收到确认信息后，从专家库中随机发送一份考题代码到S7-200，由S7-200自己设置故障。然后，考生即可看到自己的考试要求并开始考试。考生完成考试要求或者考试时间到时，系统自动结束考试。S7-300在考试期间实时监控、存储S7-200考试信息，考试结束时发送给考试系统管理模块，由考试系统管理模块把数据传送到评分标准及参数设置模块进行成绩的判定。然后考生信息管理系统存储考试成绩并通过考试系统管理模块发送到S7-300的HMI上。在S7-300的HMI上可以随时查看考生的相应考试信息。考试流程图如图2所示。

1 以锚机为例详细说明

1.1 S7-200的HMI界面设计

通过西门子触摸屏组态软件Wincc flexible设计出与S7-200相连接的触摸屏的界面：

（1）首先进入系统启动界面，点击开始启动系统。

（2） 进入系统启动后进入登录界面，输入学号，点击登录。

（3）登陆后，系统发来对应学号的考生姓名及身份证号码供考生确认。

（4）确认信息后，系统随机发来一份试题，如图3所示，该界面还有HMI自带的时钟，以便考生把握时间。考生排除所有故障后，点击测试设备按钮测试故障是否排除。

1.2 通讯与故障设置

1.2.1 S7-200与HMI的通

开始时，HMI上点击开始按钮，S7-200中M2.0置1，M0.0自锁。同时HMI切换到下一个画面，输入学号，学号保存在VW20区，点击“登录”按钮，S7-200中M2.2为1，同时把保存学号的VW20中的内容传送到MW2中以供S7-300扫描。系统根据学号找到对应的姓名和身份证号码，发送给S7-200的MW20和MW10。并通过传送指令分别把姓名和身份证号码传送到VW40和VW60中并在HMI上显示。考生在HMI上核对个人信息并点击“开始考试”按钮，此时进入考试界面并开始计时。

1.2.2 S7-300与S7-200的通讯

S7-300与S7-200之间用MPI方式通信，MPI通信时，CPU可同时与多种设备建立通信联系，即编程器、HMI设备和其他的PLC可以连接在一起并同时运行。

S7-300通过SFC67指令读取S7-200的“开始”、“学号”、“登录”、“开始考试”、“故障代码”、“检测设备”和PLC输出状态等信号，通过SFC68指令把计算机传送下来的试题代码、身份证号码和姓名信息写到S7-200上。

1.2.3 S7-200故障设置

在锚机电路中的各种开关、按钮、指示灯、控制箱、主令手柄、正反向及速度控制接触器之前都加上小的继电器用以PLC自己设置故障。现假设故障代码00对应的故障为没有电源、按下启动按钮锚机不动作、控制箱没电、不能反向及低速运转。

2 结束语

智能评估系统对海员培训考试有重大作用，可以提高效率，保证考试的公正性。经测试，文章设计的通讯系统工作良好，人机界面也比较合理，而设备也能根据故障代码自己设置故障。智能评估系统涉及比较广泛，文章仅举例介绍了考试监控设备（S7-300）与操作设备（S7-200）、操作设备（S7-200）与HMI的数据通信问题，HMI的界面设计及故障的智能设置问题。