船舶机舱机电设备集中监测报警系统

李 欣，李卫东，王德利

船舶机舱机电设备集中监测报警系统

李 欣1，李卫东2，王德利1

（1. 锦州航星舰船研究所有限公司，辽宁锦州 121000；2. 锦州航星集团有限公司，辽宁锦州 121000）

为了满足机舱机电设备集中监控和管理，提出了一种集中设计方法。运用可编程控制器PLC和工控机技术，采用西门子的S7-300、触摸屏和工控机进行组网，并且使用STEP7、WinCC、WinCC flexible 2008进行软件设计。该方法实现了对机电设备的工作状态和运行参数的实时监控，从而替代轮机员正确实现对机舱中主、辅机等设备的有效巡视和管理，给轮机管理工作带来了质的飞跃。

集中监测报警 工控机 PLC WinCC

0 引言

在当代的船舶中，船舶管理趋于智能化和自动化[3]，机舱机电设备集中监测报警系统是轮机自动化的一个重要内容，而且它能够准确可靠地监测机舱内各种动力设备的运行状态及其参数。一旦运行设备出现故障，将自动发出声光报警，故障状态全部显示在监控设备上。因此轮机员不需要到机舱进行巡视，只要在集控室内就可以掌握机舱所有设备的运行状态及其参数。有效地改善了轮机员的工作条件，减轻了轮机员的劳动强度[3]。

目前，随着船舶自动化技术的不断提高，我国所建船舶中，大部分机舱机电设备监测报警系统都是使用国外产品。国内自主研发的产品，但是相对国外的知名产品还存在着功能少，稳定性差，界面不友好，可靠性低等不足之处。因此，仍需要加强对国内船舶机舱机电设备监测报警系统的研究。

1 系统概述

本机舱机电设备集中监测报警系统主要实现机舱中机电设备状态的采集、显示、历史数据的存储、查询等功能。因此由硬件和软件两部分组成，硬件包括机舱控制室内监控台上安装的监视器、打印机、专用鼠标键盘等，以及监控台内安装的工控机、西门子的S7-300PLC控制主站[1]、数据采集单元、报警延伸单元等。另外，在控制中心的集控台也安装了一台西门子的触摸屏MP377作为监视单元[2]，方便在控制中心进行集中监控与管理。整个系统的网络拓卜图如下：

图1 系统网络拓扑图

其次，本系统软件由智能控制主站S7-300[1]的程序模块和监控计算机上运行的监控软件及触摸屏监控软件组成。其监控计算机的监控软件在Windows平台下，采用WinCC进行开发设计，触摸屏监控软件采用WinCC flexible 2008进行软件开发，两监控室的人机界面能够直观监测机舱内主发电机组，应急发电机组的各项参数及各个机电设备的运行、报警状态。且人机界面友好，操作简洁方便，功能齐全。

2 硬件设计

本套监控系统采用分级分层的结构进行网络设计[2]，其中工控机与控制主站S7-300[1]之间采用以太网通讯[2]方式进行数据交换，这种通讯方式能有效地克服船舶中的恶劣环境，保证工控机进行高效的数据采集，且设备之间数据通讯可靠稳定。智能型控制主站S7-300分别通过专用模块与两台主发电机组，两台应急发电机组进行数据交换，实现对主发电机组和应急发电机组的数据采集，其主要采集数据包括每台发电机组的主机转速、滑油温度、滑油压力等参数。而对于机舱内的机电设备，控制主站通过报警延伸单元进行数据采集和数据交换。专用的采集模块和报警延伸单元保证了数据的分类采集，减少接线长度和接线数量，使控制台内的接线整齐有序，且与各个设备间接线简单，降低了成本，使数据通讯更加高效可靠。集控室控制中心的监控单元与控制主站S7-300之间采用工业用现场通讯总线Profibus-dp[2]进行数据交换，这种高可靠的现场通讯总线有效的保证了数据交换的快捷和稳定。而且分级的网络结构使得不同级别的数据通讯可以采用适用的通讯协议，使其抗干扰能力更强，更加保证了数据交换的稳定性和实时性，且可靠性更高[2]。

另外，本系统的供电电源都取自控制台内的UPS不间断电源，这种集中供电方式使电路的设计简单可靠，更节省很多空间和成本。从集中监控管理的角度来讲，这种设计也方便统一监控和管理，确保了监控系统中数据的有效性和完整性。

对于需要实现船舶机舱自动化的应用，本系统也可以提供数据通讯接口，给上位机或中央计算机上传机舱内机电设备的运行参数，特别是发电机组的运行参数，方便船舶实现集中的自动控制和管理，特别是机舱的自动管理工作。同时也提高了整个船舶的自动化、智能化水平[3]。

3 软件设计

本监控系统的软件设计可分为三部分，包括控制主站S7-300中的程序设计，监控计算机上运行的监控软件设计以及触摸屏监控软件设计。控制主站S7-300通过工业控制总线[2]实时采集现场数据，并在控制主站中进行数据分析和计算处理。这些数据可供本舱室监控计算机和控制中心的监控单元进行监测和管理，还可以通过数据通讯接口提供给中央计算机，在中央计算机上进行分析、统计和计算，实现整个船舶的集中管理和监控以及机舱无人值守的全船自动化。

3.1 控制主站的程序设计

控制主站S7-300[1]采用STEP7[1]进行程序开发设计，控制主站中包括一个主程序8个子程序，其中子程序分别为初始化子程序，1#主发电机组的数据采集和数据处理子程序，2#主发电机组的数据采集和数据处理子程序，1#应急发电机组的数据采集和数据处理子程序，2#应急发电机组的数据采集和数据处理子程序，机舱内机电设备的运行状态及报警状态的采集子程序，报警阀值的设置子程序，机电设备集中报警处理子程序。在发电机组的数据采集和数据处理子程序中要进行发电机组的转速、滑油压力、滑油温度、淡水压力、淡水温度等参数采集计算，以及各个参数报警输出的处理。报警阀值的设置子程序可以对机电设备的报警阀值进行设定。机电设备集中报警处理程序对各个子程序模块输出的报警值进行统一报警处理，当报警发生时，使控制台上的报警指示灯闪亮，蜂鸣器鸣音，监控计算机和控制中心监控单元的报警画面弹出，保证所有的监控站点都进行报警提示。主程序处理过程如图2所示。

图2 主程序处理流程框图

在控制主站S7-300的主程序中，首先对所有运行状态变量、报警变量、发电机组运行参数等进行初始化工作，确保各个工作变量不会出现不确定或随机的状态。初始化完成之后，主程序将循环执行报警阀值设置、发电机组数据采集与处理、报警处理子程序。保证监控数据的实时准确，报警指示及时有效。

3.2 监控计算机的软件设计

监控计算机上运行的监控软件采用WinCC组态软件进行设计，监控软件的界面直观的展示了主发电机和应急发电机组的运行参数，集中显示了机电设备的运行及报警状态。而且人机操作界面的设计力求简洁、直观、操作性能更加人性化。

其中在软件界面设计过程中，我们通过WinCC的图形编辑器把各个现场的物理量进行分类，并设计相应的监控画面，当设定好相关控件的特性及动作特性后，人机界面应能够动态的显示其监控画面，可以在监控计算机上集中观测机舱内机电设备的运行工况。启动监控软件后，用户可以进入主界面总览全船机舱机电设备的运行状况，还可以分别进入主发电机组和应急发电机组监控界面单独观测主发电机组和应急发电机组的运行工况。当用户进入报警界面后，便可以直观的观测所有机电设备的报警状况。另外，无论监控软件处于哪个监控界面，当有报警发生时，当前的监控界面都会自动弹出报警对话框，指示当前的报警位置和报警状态，提示工作人员及时进行处理。

3.3 控制中心监控单元软件设计

在控制中心的监控台上安装了西门子的触摸屏，方便集控中心的工作人员在控制中心及时准确的了解机舱机电设备的运行工况。该监控软件采用WinCC flexible2008组态软件进行设计，其人机操作界面的设计与监控计算机上运行的监控软件界面相同。而且监控画面的设计过程中，也对现场的物理量进行分类，其监控界面应能够动态的显示其设备的工作状态。界面的切换在操作上也非常简洁方便，报警界面的弹出等都非常及时准确。

4 结束语

现代船舶的管理已经趋于智能化和自动化，实现驾驶、轮机、机舱等内容的综合集中监控将使船舶的自动化[3]水平达到一个新的高度。目前本机舱机电设备集中监测报警系统已经投入使用，且可以实现对设备参数，状态以及报警信息的记录、打印、报表、归档等工作，不仅节约了人力，还大大的提高了工作效率。另外本报警系统还可以延伸到其他必要的地方，如驾驶室，轮机长室，集控室以及其他轮机员住所等。因此能够有效的改善轮机管理人员的工作条件，很大程度地减轻轮机员劳动强度，给轮机管理工作带来了质的飞跃，更是实现无人值守机舱的必要条件。

[1] 廖常初. S7-300/400PLC应用技术[M]. 第4版. 北京: 机械工业出版社, 2016.

[2] 廖常初. 西门工业通讯网络组态编程与故障诊断[M]. 北京: 机械工业出版社, 2009.

[3] 姜锦范. 船舶电站及其自动化[M]. 大连: 大连海事大学出版社, 2006.

The Centralized Monitoring and Alarm System for Mechanical and Electrical Equipment of Ship Engine Room

Li Xin1, Li Weidong2, Wang Deli1

（1. Institute of Ship Research Jinzhou Hangxing, Jinzhou 121000, Liaoning, China; 2. Jinzhou Hangxing Group Co., Ltd, Jinzhou 121000, Liaoning, China）

TP277

A

1003-4862（2019）09-0043-03

2019-01-08

李欣（1975-），女，工程师。研究方向：船舶设备控制系统设计开发。E-mail: xblixin@163.com