海船船員適任證書(shū)知識(shí)更新 網(wǎng)絡(luò)型監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)型監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)一、DCC20監(jiān)視與報(bào)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成DCC20采用CAN（ControllerAreaNetwork）現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)和以太網(wǎng)（Ethernet）相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式（一）分布式處理單元（DPU）DPU（DistributedProcessingUnit）ROSROSROS/GWROS/GWUPSPrinterWBUROSROSROS/GWROS/GWUPSPrinterWBUWCUWCUEthernet1CANBus1RDi-32RDi-32RDo-16RAi-16dPSCRAi-16RAo-8RIO-C4MOSRAi-10tc圖10-3-1DataChiefC20監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖住艙駕駛臺(tái)集控室機(jī)艙Ethernet2CANBus3CANBus2ROS（RemoteOperatorStation）由PC機(jī)、操作控制面板OCP（或普通PC機(jī)鍵盤(pán)）、鼠標(biāo)、顯示屏和打印機(jī)組成，PC機(jī)采用WindowsNT或WindowsXP操作系統(tǒng)。集控室的2臺(tái)ROS還兼有系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)SGW（SystemGateWay）的功能（三）值班呼叫系統(tǒng)（WCS）駕駛室的延伸報(bào)警裝置稱(chēng)為WBU（WatchBridgeUnit），而艙室及公共場(chǎng)所的延伸報(bào)警裝置則稱(chēng)為WCU（WatchCabinUnit）。WBU和WCU通過(guò)CAN總線(xiàn)（在圖10-3-1中標(biāo)識(shí)為CANBus3）與ROS進(jìn)行通信連接，形成值班呼叫系統(tǒng)WCS（WatchCallingSystem）。（四）其他輔助設(shè)備系統(tǒng)中的其他輔助設(shè)備包括不間斷電源（UPS）、以太網(wǎng)集線(xiàn)器（HUB）、現(xiàn)場(chǎng)操作站（LocalOperatorStation，簡(jiǎn)稱(chēng)LOS）和便攜式操作站（MidiOperatorStation，簡(jiǎn)稱(chēng)MOS）。二、分布式處理單元DPU圖10-3-2DPU模塊示例圖10-3-2DPU模塊示例（a）（b）盡管不同DPU的輸入輸出類(lèi)型及其功能不同，但它們都有共同的特點(diǎn)，主要特點(diǎn)如下：（l）所有DPU模塊均采用統(tǒng)一的機(jī)械和電氣設(shè)計(jì)。從圖（b）可以看出，模塊的正面包括接線(xiàn)端子、狀態(tài)指示燈和各種說(shuō)明符號(hào)。其中，X10為兩路24V電源端子、X1為模擬量輸入端子、X3為計(jì)數(shù)輸入端子、X7為RS-422/485通信端子、X8和X9分別為CAN總線(xiàn)1和CAN總線(xiàn)2的接線(xiàn)端子，每個(gè)端子上均標(biāo)有端子號(hào)，端子的名稱(chēng)和端子號(hào)的編排規(guī)則適用于所有DPU。例如，X1端子的編號(hào)共有3位數(shù)，其中第1位和第2位為通道號(hào)，第3位為端子號(hào)（如011～014表示第1通道的1～4號(hào)端子，161～164表示第16通道的1～4號(hào)端子）。表1DPU狀態(tài)指示燈的組合含義LED指示燈名稱(chēng)標(biāo)識(shí)工作正常應(yīng)用程序未加載未初始化工作停止電源極性錯(cuò)誤Run綠滅滅滅滅WatchDog滅紅紅紅表1DPU狀態(tài)指示燈的組合含義LED指示燈名稱(chēng)標(biāo)識(shí)工作正常應(yīng)用程序未加載未初始化工作停止電源極性錯(cuò)誤Run綠滅滅滅滅WatchDog滅紅紅紅滅Info.黃（閃爍）滅滅滅滅EndInit.綠綠滅綠滅Power綠綠綠綠紅7．dPSC、PSS和MSIdPSC是一個(gè)具有雙處理器的網(wǎng)段控制器，全稱(chēng)為dualProcessSegmentController，用于CAN網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展（參見(jiàn)第三節(jié)）；PSS類(lèi)似以太網(wǎng)的集線(xiàn)器HUB，全稱(chēng)為ProcessSegmentStarcoupler，用于CAN總線(xiàn)分支，此外還具有分段隔離的作用；MSI是MultiSerialInterface的簡(jiǎn)稱(chēng)，當(dāng)系統(tǒng)中的RS-422/485通信接口不夠用時(shí)，可采用MSI來(lái)實(shí)現(xiàn)DCC20與其他設(shè)備的數(shù)據(jù)連接。三、網(wǎng)關(guān)DCC20是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)型監(jiān)控系統(tǒng)，在不同網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型及不同網(wǎng)段之間需要有一個(gè)專(zhuān)門(mén)設(shè)施來(lái)轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)之間不同的通信協(xié)議或在不同數(shù)據(jù)格式之間進(jìn)行數(shù)據(jù)翻譯，這一設(shè)施稱(chēng)為網(wǎng)關(guān)。在DCC20系統(tǒng)中，共有兩種網(wǎng)關(guān)，即系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)（SystemGateway，SGW）和CAN總線(xiàn)雙處理器網(wǎng)段控制器（dualProcessSegmentController，dPSC）。四、遠(yuǎn)程操作站ROS及系統(tǒng)功能ROS是DCC20系統(tǒng)的重要組成部分，一個(gè)ROS由主計(jì)算機(jī)（MCU）、顯示器（VDU）、打印機(jī)、操作控制面板（OCP）或普通的PC鍵盤(pán)和鼠標(biāo)。在系統(tǒng)的監(jiān)視報(bào)警和控制過(guò)程中完成以下任務(wù)：(一)人機(jī)交互接口人機(jī)交互接口包括輸入設(shè)備、打印輸出和各種顯示界面等。主要包括：1．操作控制面板（OCP）OCP是DCC20系統(tǒng)的主要輸入設(shè)備，由按鍵、指示燈和軌跡球等組成，如圖10-3-4（a）所示。此外，在OCP的左下角還設(shè)有一個(gè)鍵盤(pán)接口，以便需要時(shí)連接PC機(jī)標(biāo)準(zhǔn)鍵盤(pán)。按照功能的不同，OCP分為不同的功能區(qū)，圖10-3-4（b）示出了不同區(qū)域的功能劃分。分組報(bào)警區(qū)域用于在發(fā)生報(bào)警時(shí)進(jìn)行分組報(bào)警指示和報(bào)警確認(rèn)；值班功能按鈕區(qū)域用于值班狀態(tài)的指示、值班切換和值班呼叫；Mimic功能按鈕用于各種系統(tǒng)的Mimic模擬圖的顯示和操作；數(shù)字鍵區(qū)域用于在需要時(shí)輸入各種數(shù)值，并提供屏幕的翻頁(yè)和方向鍵功能；報(bào)警控制按鈕用于報(bào)警確認(rèn)、消音、報(bào)警匯總顯示（顯示當(dāng)前存在的所有報(bào)警）和歷史報(bào)警顯示（分頁(yè)顯示最后發(fā)生的2000個(gè)報(bào)警，每頁(yè)26個(gè)）；軌跡球和軌跡球按鍵相配合完成光標(biāo)移動(dòng)、光標(biāo)定位和相應(yīng)的操作功能；其他功能按鈕的具體功能依實(shí)際情況不同而異。電源指示鍵盤(pán)接口軌跡球軌跡球按鍵數(shù)字鍵區(qū)域分組報(bào)警功能按鈕（帶紅色LED）值班功能按鈕(帶綠色LED)功能按鈕電源指示鍵盤(pán)接口軌跡球軌跡球按鍵數(shù)字鍵區(qū)域分組報(bào)警功能按鈕（帶紅色LED）值班功能按鈕(帶綠色LED)功能按鈕(帶黃色LED)功能按鈕功能按鈕Mimic功能按鈕（a）（b）圖10-3-4OCP功能結(jié)構(gòu)圖報(bào)警控制按鈕2．顯示界面顯示界面是計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)重要的信息輸出手段，DCC20的軟件系統(tǒng)在ROS上提供了豐富的顯示界面，與OCP相配合可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的人機(jī)交互功能。ROS上的顯示見(jiàn)面大致包括以下幾種類(lèi)型：（1）文本顯示界面（2）圖形顯示界面（3）訪(fǎng)問(wèn)控制界面為了安全考慮，系統(tǒng)可以通過(guò)訪(fǎng)問(wèn)密碼來(lái)設(shè)置對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操作和控制的權(quán)限，包括報(bào)警限修改在內(nèi)的參數(shù)調(diào)整以及對(duì)系統(tǒng)所進(jìn)行的其他所有操作均以事件記錄的形式進(jìn)行保存。3．打印設(shè)備ROS可以配置打印設(shè)備進(jìn)行必要的打印輸出。通過(guò)設(shè)置，打印設(shè)備可以按定時(shí)或者即時(shí)召喚的方式打印各種記錄。記錄內(nèi)容包括報(bào)警或者事件的名稱(chēng)以及報(bào)警或事件發(fā)生的具體時(shí)間等。對(duì)于報(bào)警信息，還包括報(bào)警消失的時(shí)間。1．泵的控制泵的控制功能包括：（1）泵組順序起動(dòng)。與某一管系操作相關(guān)的兩個(gè)或幾個(gè)泵可以按照事先規(guī)定的順序自動(dòng)起動(dòng)。（2）主備用切換。當(dāng)主用泵的出口壓力低于設(shè)定值時(shí)，備用泵自動(dòng)起動(dòng)。（3）失電自動(dòng)起動(dòng)。某些重要泵能夠在全船失電后恢復(fù)供電時(shí)進(jìn)行泵組自動(dòng)起動(dòng)，起動(dòng)順序由泵的控制邏輯決定。（4）起動(dòng)禁止。有兩種情況需要進(jìn)行起動(dòng)禁止：一是在泵的出口壓力建立期間，二是當(dāng)主機(jī)或發(fā)電原動(dòng)機(jī)停機(jī)等外部邏輯條件滿(mǎn)足時(shí)。（5）報(bào)警功能。當(dāng)泵的控制系統(tǒng)發(fā)生下列情況時(shí)，將發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警：①備用泵自動(dòng)起動(dòng)；②泵自動(dòng)起動(dòng)失敗或跳閘；③備用異常報(bào)警，即當(dāng)某一停止的泵不在備用狀態(tài)時(shí)也將發(fā)出報(bào)警提示。實(shí)現(xiàn)泵自動(dòng)控制的傳感器可以是開(kāi)關(guān)量傳感器，也可以是模擬量傳感器。若采用模擬量傳感器，則泵的起停極限值由DPU內(nèi)部的數(shù)據(jù)庫(kù)確定，否則由壓力開(kāi)關(guān)進(jìn)行設(shè)定。圖10-3-6DPU與泵起動(dòng)箱的邏輯接線(xiàn)原理（a）（b）泵的邏輯控制程序及其起停極限值數(shù)據(jù)通過(guò)ROS下載并存放于各個(gè)DPU，其中數(shù)據(jù)庫(kù)還可通過(guò)ROS或LOS進(jìn)行修改。泵的控制可在ROS上的Mimic圖上通過(guò)軌跡球或鼠標(biāo)進(jìn)行遙控操作，方便快捷。由于程序和數(shù)據(jù)存放于DPU圖10-3-6DPU與泵起動(dòng)箱的邏輯接線(xiàn)原理（a）（b）2．閥門(mén)遙控閥門(mén)遙控是指對(duì)船舶各種管系當(dāng)中的閥門(mén)進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制，通常是在專(zhuān)門(mén)的操作臺(tái)上根據(jù)管路模擬圖和具體作業(yè)需要通過(guò)操作手柄控制相關(guān)閥門(mén)的開(kāi)啟或關(guān)閉，進(jìn)行特定的連通路徑組態(tài)，以實(shí)現(xiàn)壓載水調(diào)駁和燃油駁運(yùn)等操作任務(wù)，對(duì)于液貨船，則還可以進(jìn)行裝卸貨操作。在DCC20中，閥門(mén)遙控是通過(guò)DPU和ROS實(shí)現(xiàn)的。閥門(mén)控制操作程序存放于DPU內(nèi)，DPU與ROS進(jìn)行通信。在ROS的Mimic窗口中，可通過(guò)OCP對(duì)管路系統(tǒng)中的相應(yīng)閥門(mén)進(jìn)行操作，操作命令傳送至機(jī)艙現(xiàn)場(chǎng)DPU模塊，并通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)指揮閥門(mén)動(dòng)作，同時(shí)，反映閥門(mén)位置的狀態(tài)信息則通過(guò)傳感器送至DPU作為反饋信號(hào)。圖10-3-7給出了DPU與遙控閥門(mén)之間的邏輯接線(xiàn)圖。根據(jù)閥門(mén)的控制原理，系統(tǒng)可包含以下幾種閥門(mén)類(lèi)型：（1）單作用閥門(mén)。單作用閥門(mén)的控制只需要1個(gè)開(kāi)關(guān)量輸出通道和1個(gè)或2個(gè)開(kāi)關(guān)量輸入通道。開(kāi)關(guān)量輸出通道控制閥門(mén)的動(dòng)作（閥門(mén)的復(fù)位由彈簧動(dòng)作），開(kāi)關(guān)量輸入通道用于檢測(cè)閥門(mén)的位置，如圖10-3-7（a）所示。（2）雙作用閥門(mén)。雙作用閥門(mén)的控制需要2個(gè)開(kāi)關(guān)量輸出通道分別用于控制閥門(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉。另外，還需2個(gè)開(kāi)關(guān)量輸入通道，用于檢測(cè)閥門(mén)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，如圖10-3-7（b）所示。（3）帶閥門(mén)定位器的雙作用閥門(mén)。對(duì)于帶閥門(mén)定位器的雙作用閥門(mén)，需要2個(gè)開(kāi)關(guān)量輸出通道分別用于控制閥門(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉，開(kāi)關(guān)量輸出采用脈沖輸出方式。另外，需要1個(gè)模擬量輸圖10-3-7DPU與遙控閥門(mén)的邏輯接線(xiàn)原理（a）單作用閥門(mén)（d）帶閥門(mén)定位器的單作用閥門(mén)（b）雙作用閥門(mén)（c）帶閥門(mén)定位器的雙作用閥門(mén)入通道用作閥門(mén)開(kāi)度的連續(xù)反饋，如圖圖10-3-7DPU與遙控閥門(mén)的邏輯接線(xiàn)原理（a）單作用閥門(mén)（d）帶閥門(mén)定位器的單作用閥門(mén)（b）雙作用閥門(mén)（c）帶閥門(mén)定位器的雙作用閥門(mén)（4）帶閥門(mén)定位器的單作用閥門(mén)。帶閥門(mén)定位器的單作用閥門(mén)采用模擬量輸出進(jìn)行控制，并通過(guò)模擬量輸入來(lái)檢測(cè)閥門(mén)的實(shí)際位置，因此需要一個(gè)模擬量輸出通道和一個(gè)模擬量輸入通道，如圖10-3-7（d）所示。這種閥門(mén)也是適用于需要對(duì)閥門(mén)開(kāi)度大小進(jìn)行控制的場(chǎng)合。3．PID過(guò)程反饋控制PID控制器是ROS中的一個(gè)軟件模塊，其控制規(guī)律通過(guò)軟件算法實(shí)現(xiàn)。PID軟件模塊可以下載到與控制回路相關(guān)的DPU中，這些DPU通過(guò)模擬量輸入通道輸入被控量測(cè)量值，在DPU內(nèi)部與設(shè)定值比較形成偏差，經(jīng)控制算法計(jì)算后，再由模擬量輸出通道送至執(zhí)行機(jī)構(gòu)，形成閉合的控制回路。圖10-3-8所示為PID控制系統(tǒng)中DPU與調(diào)節(jié)閥的邏輯接線(xiàn)原理圖。PID控制器的調(diào)試可在ROS或者LOS上進(jìn)行，由于控制器以軟件模塊的形式存在，因此可以方便地對(duì)這些模塊進(jìn)行組態(tài)，形成各種復(fù)雜控制系統(tǒng)，例如一個(gè)控制器的輸出送至另一控制器的輸入端，形成串級(jí)控制。圖10-3-8DCC20PID控制器的邏輯原理圖10-3-8DCC20PID控制器的邏輯原理、K-Chief500監(jiān)視與報(bào)警系統(tǒng)K-Chief500監(jiān)視與報(bào)警系統(tǒng)是DCC20系統(tǒng)的升級(jí)產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)組成和系統(tǒng)功能與DCC20基本相同，只是在操作面板和屏幕操作界面上作了改進(jìn)。本節(jié)首先介紹K-Chief500的結(jié)構(gòu)組成，然后給出一個(gè)K-Chief500的系統(tǒng)實(shí)例。（一）K-Chief500的結(jié)構(gòu)組成K-Chief500主要由操作站（OperatorStation，OS）、便攜式操作站（MidiOperatorStation，MOS）、集控室操作面板（ControlRoomPanel，CRP）、值班呼叫系統(tǒng)（WatchCallingSystem，WCS）和分布式處理單元（DistributedProcessingUnits，DPU）等組成。1．操作站（OS）K-Chief500的操作站（OS）在DCC20的ROS基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，主要體現(xiàn)在操作面板和操作界面方面。（1）操作面板K-Chief500的操作面板比DCC20在設(shè)計(jì)上更為簡(jiǎn)潔，省去了分組報(bào)警功能、值班功能和mimic圖形等大量的功能按鈕，而是把這些操作功能設(shè)計(jì)成顯示窗口的菜單健。在硬件上只保留了報(bào)警控制按鈕、操作權(quán)控制按鈕、數(shù)字/字母小鍵盤(pán)和軌跡球等基本部件。操作面板的結(jié)構(gòu)如圖10-3-11所示，圖中標(biāo)明了各個(gè)按鍵的名稱(chēng)和功能。（2）操作界面K-Chief500采用WindowsXP作為操作系統(tǒng)，系統(tǒng)開(kāi)機(jī)后將自動(dòng)進(jìn)入一個(gè)叫做瀏覽器（Navigator）的主界面。瀏覽器主要由各種軟件按鈕組成，圖10-3-12所示為瀏覽器的一個(gè)典型樣例。針對(duì)不同的船舶，可以設(shè)置不同的按鈕數(shù)量和定義不同的按鈕功能。瀏覽器分為2個(gè)操作區(qū)域，左側(cè)區(qū)域?yàn)閳?bào)警瀏覽器，右側(cè)區(qū)域?yàn)閳D形顯示瀏覽器。2．DPU與輸入輸出設(shè)備連接根據(jù)模塊種類(lèi)的不同，DPU與輸入輸出設(shè)備的連接也各不相同。但從總體來(lái)看，開(kāi)關(guān)量的輸入輸出和模擬量的輸入輸出占絕大多數(shù)。這里僅以開(kāi)關(guān)量和模擬量的輸入輸出模塊為例說(shuō)明DPU與外部輸入輸出設(shè)備的連接方法。（1）RDi-32和RDo-16與外部設(shè)備的連接RDi-32和RDo-16分別是DCC20和K-Chief500系統(tǒng)中典型的開(kāi)關(guān)量輸入和輸出模塊，圖10-3-16