海船船员适任证书知识更新 网络型监测与报警系统

网络型监测与报警系统一、DCC20监视与报警系统的结构组成DCC20采用CAN（ControllerAreaNetwork）现场总线和以太网（Ethernet）相结合的网络结构形式（一）分布式处理单元（DPU）DPU（DistributedProcessingUnit）ROSROSROS/GWROS/GWUPSPrinterWBUROSROSROS/GWROS/GWUPSPrinterWBUWCUWCUEthernet1CANBus1RDi-32RDi-32RDo-16RAi-16dPSCRAi-16RAo-8RIO-C4MOSRAi-10tc图10-3-1DataChiefC20监控系统的结构框图住舱驾驶台集控室机舱Ethernet2CANBus3CANBus2ROS（RemoteOperatorStation）由PC机、操作控制面板OCP（或普通PC机键盘）、鼠标、显示屏和打印机组成，PC机采用WindowsNT或WindowsXP操作系统。集控室的2台ROS还兼有系统网关SGW（SystemGateWay）的功能（三）值班呼叫系统（WCS）驾驶室的延伸报警装置称为WBU（WatchBridgeUnit），而舱室及公共场所的延伸报警装置则称为WCU（WatchCabinUnit）。WBU和WCU通过CAN总线（在图10-3-1中标识为CANBus3）与ROS进行通信连接，形成值班呼叫系统WCS（WatchCallingSystem）。（四）其他辅助设备系统中的其他辅助设备包括不间断电源（UPS）、以太网集线器（HUB）、现场操作站（LocalOperatorStation，简称LOS）和便携式操作站（MidiOperatorStation，简称MOS）。二、分布式处理单元DPU图10-3-2DPU模块示例图10-3-2DPU模块示例（a）（b）尽管不同DPU的输入输出类型及其功能不同，但它们都有共同的特点，主要特点如下：（l）所有DPU模块均采用统一的机械和电气设计。从图（b）可以看出，模块的正面包括接线端子、状态指示灯和各种说明符号。其中，X10为两路24V电源端子、X1为模拟量输入端子、X3为计数输入端子、X7为RS-422/485通信端子、X8和X9分别为CAN总线1和CAN总线2的接线端子，每个端子上均标有端子号，端子的名称和端子号的编排规则适用于所有DPU。例如，X1端子的编号共有3位数，其中第1位和第2位为通道号，第3位为端子号（如011～014表示第1通道的1～4号端子，161～164表示第16通道的1～4号端子）。表1DPU状态指示灯的组合含义LED指示灯名称标识工作正常应用程序未加载未初始化工作停止电源极性错误Run绿灭灭灭灭WatchDog灭红红红表1DPU状态指示灯的组合含义LED指示灯名称标识工作正常应用程序未加载未初始化工作停止电源极性错误Run绿灭灭灭灭WatchDog灭红红红灭Info.黄（闪烁）灭灭灭灭EndInit.绿绿灭绿灭Power绿绿绿绿红7．dPSC、PSS和MSIdPSC是一个具有双处理器的网段控制器，全称为dualProcessSegmentController，用于CAN网络的扩展（参见第三节）；PSS类似以太网的集线器HUB，全称为ProcessSegmentStarcoupler，用于CAN总线分支，此外还具有分段隔离的作用；MSI是MultiSerialInterface的简称，当系统中的RS-422/485通信接口不够用时，可采用MSI来实现DCC20与其他设备的数据连接。三、网关DCC20是一个网络型监控系统，在不同网络类型及不同网段之间需要有一个专门设施来转换网络之间不同的通信协议或在不同数据格式之间进行数据翻译，这一设施称为网关。在DCC20系统中，共有两种网关，即系统网关（SystemGateway，SGW）和CAN总线双处理器网段控制器（dualProcessSegmentController，dPSC）。四、远程操作站ROS及系统功能ROS是DCC20系统的重要组成部分，一个ROS由主计算机（MCU）、显示器（VDU）、打印机、操作控制面板（OCP）或普通的PC键盘和鼠标。在系统的监视报警和控制过程中完成以下任务：(一)人机交互接口人机交互接口包括输入设备、打印输出和各种显示界面等。主要包括：1．操作控制面板（OCP）OCP是DCC20系统的主要输入设备，由按键、指示灯和轨迹球等组成，如图10-3-4（a）所示。此外，在OCP的左下角还设有一个键盘接口，以便需要时连接PC机标准键盘。按照功能的不同，OCP分为不同的功能区，图10-3-4（b）示出了不同区域的功能划分。分组报警区域用于在发生报警时进行分组报警指示和报警确认；值班功能按钮区域用于值班状态的指示、值班切换和值班呼叫；Mimic功能按钮用于各种系统的Mimic模拟图的显示和操作；数字键区域用于在需要时输入各种数值，并提供屏幕的翻页和方向键功能；报警控制按钮用于报警确认、消音、报警汇总显示（显示当前存在的所有报警）和历史报警显示（分页显示最后发生的2000个报警，每页26个）；轨迹球和轨迹球按键相配合完成光标移动、光标定位和相应的操作功能；其他功能按钮的具体功能依实际情况不同而异。电源指示键盘接口轨迹球轨迹球按键数字键区域分组报警功能按钮（带红色LED）值班功能按钮(带绿色LED)功能按钮电源指示键盘接口轨迹球轨迹球按键数字键区域分组报警功能按钮（带红色LED）值班功能按钮(带绿色LED)功能按钮(带黄色LED)功能按钮功能按钮Mimic功能按钮（a）（b）图10-3-4OCP功能结构图报警控制按钮2．显示界面显示界面是计算机监控系统重要的信息输出手段，DCC20的软件系统在ROS上提供了丰富的显示界面，与OCP相配合可以实现各种复杂的人机交互功能。ROS上的显示见面大致包括以下几种类型：（1）文本显示界面（2）图形显示界面（3）访问控制界面为了安全考虑，系统可以通过访问密码来设置对系统进行操作和控制的权限，包括报警限修改在内的参数调整以及对系统所进行的其他所有操作均以事件记录的形式进行保存。3．打印设备ROS可以配置打印设备进行必要的打印输出。通过设置，打印设备可以按定时或者即时召唤的方式打印各种记录。记录内容包括报警或者事件的名称以及报警或事件发生的具体时间等。对于报警信息，还包括报警消失的时间。1．泵的控制泵的控制功能包括：（1）泵组顺序起动。与某一管系操作相关的两个或几个泵可以按照事先规定的顺序自动起动。（2）主备用切换。当主用泵的出口压力低于设定值时，备用泵自动起动。（3）失电自动起动。某些重要泵能够在全船失电后恢复供电时进行泵组自动起动，起动顺序由泵的控制逻辑决定。（4）起动禁止。有两种情况需要进行起动禁止：一是在泵的出口压力建立期间，二是当主机或发电原动机停机等外部逻辑条件满足时。（5）报警功能。当泵的控制系统发生下列情况时，将发出相应的报警：①备用泵自动起动；②泵自动起动失败或跳闸；③备用异常报警，即当某一停止的泵不在备用状态时也将发出报警提示。实现泵自动控制的传感器可以是开关量传感器，也可以是模拟量传感器。若采用模拟量传感器，则泵的起停极限值由DPU内部的数据库确定，否则由压力开关进行设定。图10-3-6DPU与泵起动箱的逻辑接线原理（a）（b）泵的逻辑控制程序及其起停极限值数据通过ROS下载并存放于各个DPU，其中数据库还可通过ROS或LOS进行修改。泵的控制可在ROS上的Mimic图上通过轨迹球或鼠标进行遥控操作，方便快捷。由于程序和数据存放于DPU图10-3-6DPU与泵起动箱的逻辑接线原理（a）（b）2．阀门遥控阀门遥控是指对船舶各种管系当中的阀门进行远距离控制，通常是在专门的操作台上根据管路模拟图和具体作业需要通过操作手柄控制相关阀门的开启或关闭，进行特定的连通路径组态，以实现压载水调驳和燃油驳运等操作任务，对于液货船，则还可以进行装卸货操作。在DCC20中，阀门遥控是通过DPU和ROS实现的。阀门控制操作程序存放于DPU内，DPU与ROS进行通信。在ROS的Mimic窗口中，可通过OCP对管路系统中的相应阀门进行操作，操作命令传送至机舱现场DPU模块，并通过执行机构指挥阀门动作，同时，反映阀门位置的状态信息则通过传感器送至DPU作为反馈信号。图10-3-7给出了DPU与遥控阀门之间的逻辑接线图。根据阀门的控制原理，系统可包含以下几种阀门类型：（1）单作用阀门。单作用阀门的控制只需要1个开关量输出通道和1个或2个开关量输入通道。开关量输出通道控制阀门的动作（阀门的复位由弹簧动作），开关量输入通道用于检测阀门的位置，如图10-3-7（a）所示。（2）双作用阀门。双作用阀门的控制需要2个开关量输出通道分别用于控制阀门的开启和关闭。另外，还需2个开关量输入通道，用于检测阀门的开关状态，如图10-3-7（b）所示。（3）带阀门定位器的双作用阀门。对于带阀门定位器的双作用阀门，需要2个开关量输出通道分别用于控制阀门的开启和关闭，开关量输出采用脉冲输出方式。另外，需要1个模拟量输图10-3-7DPU与遥控阀门的逻辑接线原理（a）单作用阀门（d）带阀门定位器的单作用阀门（b）双作用阀门（c）带阀门定位器的双作用阀门入通道用作阀门开度的连续反馈，如图图10-3-7DPU与遥控阀门的逻辑接线原理（a）单作用阀门（d）带阀门定位器的单作用阀门（b）双作用阀门（c）带阀门定位器的双作用阀门（4）带阀门定位器的单作用阀门。带阀门定位器的单作用阀门采用模拟量输出进行控制，并通过模拟量输入来检测阀门的实际位置，因此需要一个模拟量输出通道和一个模拟量输入通道，如图10-3-7（d）所示。这种阀门也是适用于需要对阀门开度大小进行控制的场合。3．PID过程反馈控制PID控制器是ROS中的一个软件模块，其控制规律通过软件算法实现。PID软件模块可以下载到与控制回路相关的DPU中，这些DPU通过模拟量输入通道输入被控量测量值，在DPU内部与设定值比较形成偏差，经控制算法计算后，再由模拟量输出通道送至执行机构，形成闭合的控制回路。图10-3-8所示为PID控制系统中DPU与调节阀的逻辑接线原理图。PID控制器的调试可在ROS或者LOS上进行，由于控制器以软件模块的形式存在，因此可以方便地对这些模块进行组态，形成各种复杂控制系统，例如一个控制器的输出送至另一控制器的输入端，形成串级控制。图10-3-8DCC20PID控制器的逻辑原理图10-3-8DCC20PID控制器的逻辑原理、K-Chief500监视与报警系统K-Chief500监视与报警系统是DCC20系统的升级产品，其结构组成和系统功能与DCC20基本相同，只是在操作面板和屏幕操作界面上作了改进。本节首先介绍K-Chief500的结构组成，然后给出一个K-Chief500的系统实例。（一）K-Chief500的结构组成K-Chief500主要由操作站（OperatorStation，OS）、便携式操作站（MidiOperatorStation，MOS）、集控室操作面板（ControlRoomPanel，CRP）、值班呼叫系统（WatchCallingSystem，WCS）和分布式处理单元（DistributedProcessingUnits，DPU）等组成。1．操作站（OS）K-Chief500的操作站（OS）在DCC20的ROS基础上进行了改进，主要体现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在设计上更为简洁，省去了分组报警功能、值班功能和mimic图形等大量的功能按钮，而是把这些操作功能设计成显示窗口的菜单健。在硬件上只保留了报警控制按钮、操作权控制按钮、数字/字母小键盘和轨迹球等基本部件。操作面板的结构如图10-3-11所示，图中标明了各个按键的名称和功能。（2）操作界面K-Chief500采用WindowsXP作为操作系统，系统开机后将自动进入一个叫做浏览器（Navigator）的主界面。浏览器主要由各种软件按钮组成，图10-3-12所示为浏览器的一个典型样例。针对不同的船舶，可以设置不同的按钮数量和定义不同的按钮功能。浏览器分为2个操作区域，左侧区域为报警浏览器，右侧区域为图形显示浏览器。2．DPU与输入输出设备连接根据模块种类的不同，DPU与输入输出设备的连接也各不相同。但从总体来看，开关量的输入输出和模拟量的输入输出占绝大多数。这里仅以开关量和模拟量的输入输出模块为例说明DPU与外部输入输出设备的连接方法。（1）RDi-32和RDo-16与外部设备的连接RDi-32和RDo-16分别是DCC20和K-Chief500系统中典型的开关量输入和输出模块，图10-3-16