船舶主機遠程監(jiān)控技術(shù).doc

此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)，請聯(lián)系網(wǎng)站刪除船舶主機遠程監(jiān)控技術(shù)一、背景與意義 船港航新技術(shù)中，船舶主機遠程監(jiān)控技術(shù)近年越來越受到人們的關(guān)注。當(dāng)前，研究開發(fā)網(wǎng)絡(luò)型船舶監(jiān)控系統(tǒng)是我國由海洋大國走向海洋強國的必然要求。船舶主機遠程監(jiān)控技術(shù)除了能改善船員的工作條件，減輕他們的勞動強度，避免人為的操作差錯外，還能提高船舶的整體操縱性和經(jīng)濟性，也是“無人機艙”發(fā)展的必要環(huán)節(jié)。船舶主機的遠程監(jiān)控是輪機自動化的核心，是船舶監(jiān)控的關(guān)鍵。網(wǎng)絡(luò)化是船舶監(jiān)控的發(fā)展方向，而我國大部分船舶設(shè)備都處于單獨控制狀態(tài)，沒有網(wǎng)絡(luò)體系化的產(chǎn)品。因此，研究開發(fā)網(wǎng)絡(luò)型船舶監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)迫在眉睫。二、主機遠程監(jiān)控國內(nèi)外研究現(xiàn)況主機遠程監(jiān)控，既要有監(jiān)視又要有控制，是主機監(jiān)視報警與主機遙控的簡稱；是指遠離機旁在集控室或駕駛室通過自動控制系統(tǒng)監(jiān)視與操縱主機的方式。目前以柴油機作為主機的船舶占絕大多數(shù)。柴油主機監(jiān)控分為柴油機現(xiàn)場的自動化控制和柴油機的遠程控制。柴油主機的遠程控制先后經(jīng)歷了由輪機當(dāng)班人員在機旁的本地控制，到機艙集控室的集中控制，現(xiàn)在正朝著到“無人機艙”方向發(fā)展。我國是造船大國，但我國所制造的船舶的自動化水平都不高，主機監(jiān)控技術(shù)在我國發(fā)展緩慢。在國外，一些世界造船強國，如美國，日本，韓國等，其船舶配套業(yè)的發(fā)展水平已經(jīng)遠遠高于國內(nèi)的發(fā)展水平，船用大功率低速柴油機、船舶自動化系統(tǒng)、船舶導(dǎo)航設(shè)備等配套產(chǎn)品都比國內(nèi)先進很多。目前我國自動化船舶上大多采用“分散式”控制系統(tǒng)：采用多臺計算機分別對主機等船舶設(shè)備的各個局部系統(tǒng)進行監(jiān)控，例如，采用單片機的柴油機燃油噴射自動控制、主機遙控和集中監(jiān)視系統(tǒng)等。基于這種控制方式的船舶監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)品有 CJBW、JK-88YK、DYT-88J、MCS-90、CWJK-88 等。三、船舶主機遠程監(jiān)控發(fā)展趨勢“無人機艙”對船舶主機監(jiān)控系統(tǒng)提出了更高的要求。主機不僅不需要相關(guān)的輪機人員去值班，而且可以由未經(jīng)過專門培訓(xùn)的船員來控制主機。主機本身的自動控制越來越智能化，遠程控制向著模塊化、實時化發(fā)展。今后，船舶主機遠程監(jiān)控系統(tǒng)將在如下方面進一步發(fā)展：(1)構(gòu)建高可靠性的網(wǎng)絡(luò)體系，進行系統(tǒng)化、模塊化發(fā)展；(2)增添多媒體技術(shù)，優(yōu)化屏幕顯示和控制技術(shù)；(3)智能優(yōu)化控制和故障預(yù)測、診斷；(4)加強網(wǎng)絡(luò)安全和數(shù)據(jù)安全。四、船舶主機遠程監(jiān)控系統(tǒng)1）、船舶監(jiān)控系統(tǒng)總體網(wǎng)絡(luò)體系隨著計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷融合，以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為核心的網(wǎng)絡(luò)分布式總線控制系統(tǒng)出現(xiàn)，船舶監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)已形成了網(wǎng)絡(luò)化。它將船舶自動化分拆成多個模塊，如船舶主機監(jiān)控、船舶輔機監(jiān)控、船舶舵機監(jiān)控等。主機網(wǎng)絡(luò)分布式控制系統(tǒng)有著明顯又靈活的構(gòu)成方式：由設(shè)備層、控制層、網(wǎng)絡(luò)層三層構(gòu)成?，F(xiàn)場控制站、數(shù)據(jù)采集站和底層單片機等構(gòu)成了設(shè)備層，它們屬于最底層也是最關(guān)鍵的控制器件；控制層由集控室，集控室工作站，遠近程控制轉(zhuǎn)換器等構(gòu)成；操作員工作站、數(shù)據(jù)庫、交換機、工業(yè)控制計算機等構(gòu)成了控制系統(tǒng)的最上層網(wǎng)絡(luò)層。分散在底層的數(shù)據(jù)采集站、現(xiàn)場控制站和底層單片機等完成過程控制，實現(xiàn)就地數(shù)據(jù)采集處理、人工控制和自動控制；底層單片機中設(shè)置相應(yīng)的程序進行自動調(diào)節(jié)主機運行狀態(tài)，保證主機運行安全，它和工業(yè)控制計算機一起構(gòu)成通訊系統(tǒng)的上下位機；數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)傳送至工業(yè)控制計算機中。工業(yè)控制計算機對來自底層單片機中的數(shù)據(jù)進行集中操作管理，如各種優(yōu)化計算、統(tǒng)計報表、故障診斷、顯示報警等，并實現(xiàn)主機遠程監(jiān)視和控制。通過局域網(wǎng)輻射功能將主機運行數(shù)據(jù)發(fā)送至多個局域網(wǎng)工作站，使船員辦公移動化，改善船員工作環(huán)境，比如在輪機長房間計算機里裝上主機監(jiān)控系統(tǒng)客戶端，輪機長就可以在房間里對主機運行狀態(tài)進行監(jiān)視和控制。2）、主機遠程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計要求設(shè)計一種柴油主機的遠程監(jiān)控服務(wù)器軟件，船舶輪機人員可以利用該軟件對船舶柴油機進行遠程監(jiān)視和控制，并且利用其服務(wù)器特性可以設(shè)立多臺工作站。設(shè)計中采用 RS485 網(wǎng)絡(luò)和 Modbus 通訊協(xié)議從下位機(底層單片機)讀取主機運行數(shù)據(jù)、TCP/IP通訊協(xié)議將讀取的數(shù)據(jù)通過局域網(wǎng)輻射到客戶端中；用Visual C+進行主程序的設(shè)計，用 Microsoft SQL Server 進行數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建，用 Flash 和Photoshop 進行界面的美化；在需要進行保密的數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)設(shè)置加密算法。船舶主機遠程監(jiān)控系統(tǒng)需具備的具體要求如下：(1)具備可靠的通訊系統(tǒng)，能從下位機(底層單片機)準確讀取數(shù)據(jù)。(2)準確并優(yōu)美的顯示和下位機通訊得來的數(shù)據(jù)。動態(tài)顯示主機幾個主要參數(shù)，并時時刻刻顯示在主界面上，以供輪機人員實時監(jiān)視。(3)局域網(wǎng)服務(wù)器。系統(tǒng)中應(yīng)該具備局域網(wǎng)服務(wù)器功能，以便接受客戶端發(fā)過來的請求，并根據(jù)客戶端的請求向其發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)，同時也可以作為服務(wù)器管理人員和客戶端監(jiān)控人員溝通的工具。(4)預(yù)警和報警。主機安全運行是船舶航行中上最重要的一項，任何一個參數(shù)出現(xiàn)差錯都造成主機運行狀態(tài)的變化，給主機安全運行造成不穩(wěn)定的因素。雖然底層單片機會處理一些簡單狀況，但是也得向輪機人員報告并將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，以便以后調(diào)用。所以，需要對每一個監(jiān)測點設(shè)置預(yù)報警，如達到要求那就應(yīng)該進行燈光和聲音的預(yù)報警。對于主機運行的重要參數(shù)設(shè)置停機報警指示，如主機超速停車報警，滑油進機低壓停車報警，淡水出機高溫停車報警，緊急停車報警等。(5)報警消聲。在一些特殊時段需要主機在報警以后繼續(xù)進行運行，當(dāng)輪機人員按下消聲按鈕后，報警聲音停止，但報警指示燈依然為紅色。只有當(dāng)故障消除后，報警指示燈才熄滅。(6)數(shù)據(jù)打印，數(shù)據(jù)備份還原。輪機人員可以對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)隨時進行數(shù)據(jù)打印，也可以對主機服務(wù)器中的數(shù)據(jù)庫進行備份或者還原。(7)數(shù)據(jù)庫遠程復(fù)制。由于主機服務(wù)器、輔機服務(wù)器、舵機服務(wù)器等多個均連接在同一個局域網(wǎng)里，所以需要建立一個專門的數(shù)據(jù)庫來統(tǒng)一管理整船的數(shù)據(jù)，因此要求主機服務(wù)器中的數(shù)據(jù)庫能遠程將其中的數(shù)據(jù)進行遠程復(fù)制。3）、監(jiān)控參數(shù)主要針對空氣啟動的船舶柴油主機的運行狀態(tài)進行遠程監(jiān)控設(shè)計，在監(jiān)視參數(shù)的基礎(chǔ)上達到控制的功能。該系統(tǒng)需要采集的參數(shù)如下表所示。參數(shù)編號檢測參數(shù)名稱單位1淡水出機溫度度2淡水進機壓力Bar3海水進空冷器溫度度4海水進空冷器壓力Bar5滑油進濾器溫度度6滑油進濾器壓力Bar7滑油進機壓力Bar8滑油進增壓器壓力Bar9燃油進機溫度度10燃油進機壓力Bar11增壓器空氣溫度度12增壓器空氣壓力Bar13主機轉(zhuǎn)速RMP14增壓器轉(zhuǎn)速RMP15啟動空氣壓力Bar系統(tǒng)將以上 15 個參數(shù)從底層單片機中讀取，并且完成顯示儲存等功能。根據(jù)設(shè)置要求，底層單片機需要對柴油機實施保護，對主機運行中關(guān)于柴油機安全的關(guān)鍵參數(shù)進行獨立監(jiān)控，并通過通訊傳遞給本系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)傳感器的輸出信息可分為模擬量和數(shù)字量兩種：模擬量指電子模擬信號，如電壓或電流；數(shù)字量指電子數(shù)字信號即脈沖電信號，如柴油機轉(zhuǎn)速、時間等。根據(jù)傳感器的兩種不同形式的輸出信號，應(yīng)該設(shè)置不同的信號輸入通道，比如模擬量就增設(shè) A/D 轉(zhuǎn)換器。采集的參數(shù)中除了轉(zhuǎn)速以外都是模擬量，在系統(tǒng)的設(shè)置中需要添加 A/D 轉(zhuǎn)換電路。五、總結(jié)與展望近年來，我國船舶行業(yè)由造船業(yè)向船舶配套業(yè)傾斜，船舶主機遠程監(jiān)控技術(shù)越來越受到國家的重視。當(dāng)前，網(wǎng)絡(luò)化是船舶監(jiān)控的發(fā)展方向，研究開發(fā)網(wǎng)絡(luò)型船舶監(jiān)控系統(tǒng)是我國實現(xiàn)海洋強國的必然要求。根據(jù)船舶柴油機的工作原理，針對船舶主機遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計要求，提出了一種基于局域網(wǎng)的船舶監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式，設(shè)計