教案9(船舶机舱监测报警系统实例)讲解

1、一、船舶机舱监测报警系统概述 二、ERPRO机舱监测报警系统介绍 三、ERPRO机舱监测报警系统控制方案 四、ERPRO机舱监测报警系统的硬件组成 五、ERPRO机舱监测报警系统软件组成 课题九、船舶机舱监测报警系统实例课题九、船舶机舱监测报警系统实例 一、船舶机舱监测报警系统概述 船舶机舱监测报警系统是船舶自动化的重要 组成部分，随着计算机技术，特别是近半世纪以 来微型计算机技术的飞速发展，使得计算机在船 舶机舱自动化方面的应用越来越广泛。在自动化 机舱中，设备的运行状态、运行参数及故障报警 状态都能通过监测报警系统集中在控制屏上，它 能帮助轮机员正确地实现对机舱中主、辅机等设 备和各系统有

2、效的巡视管理和控制。 按照船舶机舱监测报警系统的发展和结构特 点，可将其大致分为五个发展阶段：气动仪表控 制系统、模拟仪表控制系统、集中式数字监控系 统、集散型监控系统和全分布式监系统。 （1）气动仪表控制系统 气动仪表控制系统是基于气动信号标准。 它是一种简单的就地操作模式，它是船舶 机舱自动化的初期形式，尚未有控制室的 概念。 （2）模拟仪表控制系统 模拟仪表控制系统是基于010mA或 420mA的电流模拟信号。这一明显的进步， 在相当长一段时间内牢牢地统治了整个过 程控制领域。 它标志了电动自动控制时代的到来。 这一阶段的控制理论有重大发展奠定了现 代控制理论的基础。不过其显著缺点是:模

3、 拟信号精度低，易受干扰。 （3）集中式数字监控系统 上世纪70年代，计算机开始应用于工 业控制领域，人们在测量、模拟和逻辑控 制领域率先使用，从而产生了第三代过程 控制体系集中式数字监控系统集中式 数字监控系统于上个世纪七、八十年代占 主导地位。采用单片机、PLC或微机作为控 制器，控制器内部传输的是数字信号，因 此克服了模拟仪表控制系统中模拟信号精 度低的缺陷，提高了系统的抗干扰能力。 集中式数字监控系统的优点是易于根据全 局情况进行控制计算和判断。 （4）集散型监控系统 集散型监控系统，又称分布式控制系统。它 是由数字调节器、PLC以及多个计算机构成的集 中、分散相结合的控制系统。集散型

4、监控系统于 上个世纪八、九十年代占主导地位。其核心思想 是集中管理、分散控制，即管理与控制相分离， 上位机用于集中监视管理功能，若干台下位机下 放分散到现场实现分布式控制，各上下位机之间 用控制网络互连以实现相互之间的信息传递。因 此，这种分布式的控制系统体系结构有力地克服 了集中式数字监控系统中对控制器处理能力和可 靠性要求高的分布式控制系统，且造价昂贵。在 这种情况下，用户对网络控制系统提出了开放性 和降低成本的迫切要求。 （5）全分布式监控系统 全分布式监控系统正是顺应以上潮流而 诞生。全分布式监控系统又称现场总线控 制系统，它用现场总线这一开放的，具有 互操作的网络将现场各控制器及仪表

5、设备 互连，构成现场总线控制系统，同时控制 功能彻底下放到现场，降低了安装成本和 维护费用。它是由集散控制系统发展起来 的。 它的典型特点就是由分散控制到现场控制，数 据的传输采用“总线”方式，利用智能I/O模块、 智能变送器、数字传感器和执行器等在现场一级实 现控制系统的组态，因此提高了现场信息的可利用 程度，增强了整个系统的可靠性。由于采用了开放 的现场总线通信协议，所以实现了控制设备的互换 性和互操作性，使得监控系统、主机遥控系统、电 站自动化管理系统等机舱监控子系统之间互连更为 方便，整个系统就象一台大的“计算机”按总线方 式运行，这样资源的共享成了现场总线的主要发展 空间，为船舶机舱

6、综合控制信息系统的构建与实现 打下了坚实的基础。 二、ERPRO机舱监测报警系统介绍 在自动化船舶机舱中，设备的运行状态、运 行参数数值及故障报警状态在都集中控制室的监 视屏上，机舱集中监测与报警系统能准确可靠地 监测机舱内各种动力设备的运行状态及运行参数。 一旦运行设备发生故障，就能自动发出声光报警 信号并进行报警打印记录，它还能定时地把有关 运行状态及其参数值传给控制系统，从而可减轻 轮机员的劳动强度，改善工作条件，以及时发现 设备的运行故障，提高设备运行的可靠性。 对于无人值班机舱，集中监测与报警 系统能把报警信号延伸到驾驶室、公共场 所、 轮机长及值班轮机员的住所。机舱集 中监测与报警

7、系统是轮机员自动化的重要 组成部分。 ERPRO系列集散式监测报警系统是基于现场 总线网络技术，采用集散式布置。各种测量模块 可灵活的安装在被监测对象附近，并由其将测量 数据通过现场总线传到上层管理微机进行数据的 显示、报警、打印、记录等功能。 系统配备标准工业以太网接口，可方便地实 现与其它系统联网。它也可以被发展为全船管理 或游艇管理系统，来集成全船的监测报警系统和 娱乐系统，并通过无线传输的方式和岸边连接， 最远的距离可以达到30公里。本系统可以连接到 以太网，方便与各个其它系统互联。 该系统特点该系统特点: 高可靠性与易维护性 人机界面操作简单 系统扩展方便，安装灵活 强大的数据通信处

8、理能力 环境适应性强 轮机员呼叫报警器 病房呼叫报警器 死人报警系统 二、ERPRO机舱监测报警系统控制方案 一个完善的集中监测与报警系统，应包括如下功能： 1、故障报警 2、参数显示与报警的指示 3、打印记录 4、延时报警 5、闭锁报警 6、延伸报警 7、值班报警 8、功能试验 9、自检 10、备用电源的自动投入 1、ERpro100 经济版 它是一种采用低端PLC，点数较少、要 求不高监测报警系统，修改灵活，价格低 廉，适用于内河船只。 方案优势： 采用GE VERSAMAX系列PLC稳定可靠 采用集中式采集，维修维护方便 价格便宜，适用于采集点较少，要求不高的 国内船只。 2、标准版系统

9、方案 (ERpro200) 方案特点： 选用的设备都获得各大船级社的认证 模块化的系统处理保证了处理速度 处理器及显示器采用双冗余设计 主要网络采用双总线设计 本地安装远程信号采集单元至传感器可以减少传感器 电缆的复杂性，节省电缆的花费和安装的时间。较短的电 缆长度可以不仅减少安装的重量，还能抗电磁干挠。 多种报警显示功能，满足船东个性化的需求 多路备用输入输出通道，满足多种控制功能 能灵活扩展多种通讯接口 延伸报警板符合船员使用习惯，简单易懂 通用电气的全球维护 采用多重冗余安全性高，价格适中，适用于普通商船。 3、豪华版系统方案 (ERpro300) 方案优势： 采用更先进的PAC Rx3

10、i 冗余PLC，高速底板，更快 的处理速度，同样支持现有的90-30模块及 Versamax I/O，保证了价格优势。 通讯总线全部实现双网模式即双网卡、双网关，全 面提高数据传输的安全性 可无限扩展性，工控机、触摸屏及延伸报警板均可 通过网络无限扩展 延伸报警板更可提供轮机员呼叫系统及死人报警系 统，一机多用，经济实用 能够在采集站中就地显示当前采集箱的状态，方便 轮机员维护维修。 使用范围： 采用最先进的PAC系统，安全稳定，适用于各种大 中型要求较高的船只。 4、超级版系统方案 (ERpro400) 全面集成船上各个系统，成为全船监测报警及控制系 统，在豪华版的基础下增加了以下功能： 增

11、加了多个串口，可以其他系统进行不间断的通讯， 例如火灾系统，液位报警系统，各个发动机报警信号，主 机报警信号等。 增加了阀门遥控及泵遥控功能，能够在同一个系统中 控制重要的阀门及泵。包括在危险区域的阀门，我们将提 供防爆的I/O模块直接安放在ZONE1或是ZONE0区，对防 爆区的阀门进行控制。 增加了电站功率管理系统，能够对电站运行状态进行 监控，提高了其安全性。提供多种型号的延伸报警板可根 据系统需要对报警组进行区分，并能发出不同的声响达到 与其他报警进行区别的效果 能提供更多人性化方案供船东选择 采用全冗余系统，集成各个子系统，成为全船监测报 警及控制系统，适用于LNP,LPG，超大型等

12、要求很高的船 只。 三、ERPRO机舱监测报警系统的硬 件组成 1、可编程控制器 控制系统采用Controllogix冗余系统,CPU冗 余，当任一CPU发生故障都能自动切换到备用 CPU；与上位系统通讯采用是以太网双网卡冗余， 保证与上位系统的无中断连接；控制器与远程信 号采集站之间也采用ControlNet双网冗余结构， 网络上任何一点的网络介质出现故障或损坏，系 统会自动切换到正常的网段；以上的所有冗余切 换都能在ms级别时间内完成，使整个系统处于无 扰动切换工作状态。 2、远程采集点 远程的I/O模块都能方便地在软件中进 行配置，无需进行其它软件的地址映射， 包括模拟量的模块性能组态直

13、接通过软件 组态，无需硬件设置或编程处理。 3、防爆型采集点 在同一个系统中，可以选择本质安全 的远程I/O站，通过专用的隔离模块及本安 电缆把普通环境应用的模块与危险环境隔 离，应用环境是经北美标准认证的，无需 额外的防暴柜处理。采用GE Fanuc 90-30 双机热备PLC系列及双Genius Bus现场总 线作为控制站进行数据处理，采用 VersaMax I/O系列作为远程站进行信号采 集。 （1）90-30双机热备（PLC系列） 功能强大、使用灵活，可以用于简单到复杂 的应用。拥有开放的通讯结构，支持众多通讯协 议。能简便的与其他设备，如子钟、VDR等设备 进行通讯 （2）Versa

14、Max系列 I/O 为当今开放式系统提供了简便快捷的解决方 案。因其模块化，热拔插能力和方便的接线方式， 使其很容易为人所接受，而不需要过多培训和维 护。 （3）延伸报警板 采用CANBUS广播式通讯模式，能迅 速的将报警信号传送到驾驶室、公共场所、 轮机长室，值班员住所及公共场所。 （4）人员伤亡报警系统 人员伤亡报警系统，分起停盒和复位盒。主 要为了保护轮机员在机舱中及其他危险区域进行 巡逻或维修。起停盒放置在机舱入口处，采用钥 匙型旋钮，反正其他船员随意起动系统。复位盒 放置在机舱中，当系统启动后，每27分钟，激活 预报警，30分钟轮机员未复位，则激活全船报警， 表示出现人员伤亡。 （5

15、）QuickPanel View触摸屏 QuickPanel View是一个强大的软硬件 一体化的解决系统，支持多种通讯方式。 可以通过以太网直接安装到各个船员办公 室，随时监控报警系统的状态和主要设备 的参数。 触摸屏 触控屏（Touch panel）又称为触控面 板，是个可接收触头等输入讯号的感应式 液晶显示装置，当接触了屏幕上的图形按 钮时，屏幕上的触觉反馈系统可根据预先 编程的程式驱动各种连结装置，可用以取 代机械式的按钮面板，并借由液晶显示画 面制造出生动的影音效果。 为了操作上的方便，人们用触摸屏来代替鼠 标或键盘。工作时，我们必须首先用手指或其它 物体触摸安装在显示器前端的触摸屏

16、，然后系统 根据手指触摸的图标或菜单位置来定位选择信息 输入。触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组 成；触摸检测部件安装在显示器屏幕前面，用于 检测用户触摸位置，接受后送触摸屏控制器；而 触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上 接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给 CPU，它同时能接收CPU发来的命令并加以执行。 从技术原理来区别触摸屏，可分为五个基本种类：矢 量压力传感技术触摸屏、电阻技术触摸屏、电容技术触摸 屏、红外线技术触摸屏、表面声波技术触摸屏。其中矢量 压力传感技术触摸屏已退出历史舞台；红外线技术触摸屏 价格低廉，但其外框易碎，容易产生光干扰，曲面情况下 失真；电容技术触摸

17、屏设计构思合理，但其图像失真问题 很难得到根本解决；电阻技术触摸屏的定位准确，但其价 格颇高，且怕刮易损；表面声波触摸屏解决了以往触摸屏 的各种缺陷，清晰不容易被损坏，适于各种场合，缺点是 屏幕表面如果有水滴和尘土会使触摸屏变的迟钝，甚至不 工作。按照触摸屏的工作原理和传输信息的介质，我们把 触摸屏分为四种，它们分别为电阻式、电容感应式、红外 线式以及表面声波式。 1、 电阻式触摸屏 这种触摸屏利用压力感应进行控制。电阻触 摸屏的主要部分是一块与显示器表面非常配合的 电阻薄膜屏，这是一种多层的复合薄膜，它以一 层玻璃或硬塑料平板作为基层，表面涂有一层透 明氧化金属（透明的导电电阻）导电层，上面

18、再 盖有一层外表面硬化处理、光滑防擦的塑料层、 它的内表面也涂有一层涂层、在他们之间有许多 细小的（小于1/1000英寸）的透明隔离点把两层 导电层隔开绝缘。 当手指触摸屏幕时，两层导电 层在触摸点位置就有了接触，电阻发生变化，在 X和Y两个方向上产生信号，然后送触摸屏控制器。 控制器侦测到这一接触并计算出（X，Y）的位置， 再根据模拟鼠标的方式运作。这就是电阻技术触 摸屏的最基本的原理。 2、电容式触摸屏、电容式触摸屏 是利用人体的电流感应进行工作的。电容式 触摸屏是是一块四层复合玻璃屏，玻璃屏的内表 面和夹层各涂有一层纳米铟锡金属氧化物 ，最外 层是一薄层矽土玻璃保护层,夹层纳米铟锡金属氧

19、 化物涂层作为工作面,四个角上引出四个电极，内 层纳米铟锡金属氧化物为屏蔽层以保证良好的工 作环境。 当手指触摸在金属层上时，由于人体电 场，用户和触摸屏表面形成以一个耦合电容，对 于高频电流来说，电容是直接导体，于是手指从 接触点吸走一个很小的电流。这个电流分从触摸 屏的四角上的电极中流出，并且流经这四个电极 的电流与手指到四角的距离成正比，控制器通过 对这四个电流比例的精确计算，得出触摸点的位 置。 3、红外线式触摸屏、红外线式触摸屏 红外触摸屏是利用X、Y方向上密布的红外线矩阵来 检测并定位用户的触摸。红外触摸屏在显示器的前面安装 一个电路板外框，电路板在屏幕四边排布红外发射管和红 外接

20、收管，对应形成横竖交叉的红外线矩阵。用户在触摸 屏幕时，手指就会挡住经过该位置的横竖两条红外线，因 而可以判断出触摸点在屏幕的位置。任何触摸物体都可改 变触点上的红外线而实现触摸屏操作。 早期观念上，红 外触摸屏存在分辨率低、触摸方式受限制和易受环境干扰 而误动作等技术上的局限，因而一度淡出过市场。此后第 二代红外屏部分解决了抗光干扰的问题，第三代和第四代 在提升分辨率和稳定性能上亦有所改进，但都没有在关键 指标或综合性能上有质的飞跃。但是，了解触摸屏技术的 人都知道，红外触摸屏不受电流、电压和静电干扰，适宜 恶劣的环境条件，红外线技术是触摸屏产品最终的发展趋 势。 采用声学和其它材料学技术的

21、触屏都有其难 以逾越的屏障，如单一传感器的受损、老化，触 摸界面怕受污染、破坏性使用，维护繁杂等等问 题。红外线触摸屏只要真正实现了高稳定性能和 高分辨率，必将替代其它技术产品而成为触摸屏 市场主流。 过去的红外触摸屏的分辨率由框架中 的红外对管数目决定，因此分辨率较低，市场上 主要国内产品为32x32、40X32，另外还有说红外 屏对光照环境因素比较敏感，在光照变化较大时 会误判甚至死机。这些正是国外非红外触摸屏的 国内代理商销售宣传的红外屏的弱点。而最新的 技术第五代红外屏的分辨率取决于红外对管数目、 扫描频率以及差值算法，分辨率已经达到了 1000X720，至于说红外屏在光照条件下不稳定， 从第二代红外触摸屏开始，就已经较好的克服了 抗光干扰这个弱点。 第五代红外线触摸屏是全新一代的智能技术 产品，它实现了1000*720高分辨率、多层次自调 节和自恢复的硬件适应能力和高度智能化的判别 识别，可长时间在各种恶劣环境下任意使用。