基于PLC控制的船舶機艙監(jiān)測系統(tǒng)及其軟件實現(xiàn)

基于PLC控制的船舶機艙監(jiān)測系統(tǒng)及其軟件實現(xiàn)

現(xiàn)代船舶設備系統(tǒng)的日趨高性能化、結(jié)構(gòu)模塊化。船舶機艙監(jiān)測系統(tǒng)在遠洋船舶中是一個必備的系統(tǒng)，其關(guān)系到遠洋船舶安全、可靠運行。它能準確可靠地監(jiān)視機艙內(nèi)各種動力設備的運行狀態(tài)及運行參數(shù)。運行設備發(fā)生故障時，能自動發(fā)出聲光報警信號并進行報警打印記錄。它還能定時地把有關(guān)運行參數(shù)進行打印制表。在自動化機艙中，設備的運行狀態(tài)、運行參數(shù)值及故障報警狀態(tài)都集中控制室的監(jiān)視屏上，輪機人員不必到機艙去巡視，就能在集中控制室內(nèi)能了解到所有設備的運行狀態(tài)及其參數(shù)值，從而可以減輕輪機管理人員的勞動強度，改善工作條件，及時發(fā)現(xiàn)設備的運行故障，提高設備運行的可靠性。

為此，本文介紹了基于PLC控制的遠洋船舶機艙監(jiān)測系統(tǒng)，并開發(fā)了一套組態(tài)環(huán)境下的監(jiān)測軟件。

2 系統(tǒng)介紹

遠洋船舶設備由主機系統(tǒng)、凈油機系統(tǒng)、油柜系統(tǒng)、空壓機系統(tǒng)、舵機系統(tǒng)、鍋爐系統(tǒng)、廢油焚化爐、發(fā)電機組、應急發(fā)電機系統(tǒng)以及泵等設備子系統(tǒng)組成，每一個設備都是24小時不間斷運行，例如主機，主機系統(tǒng)是船舶的心臟，必須保證主機在航行期間可靠、穩(wěn)定運行。在此期間，監(jiān)測系統(tǒng)要求時刻監(jiān)測主機系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速、冷卻水溫度、燃油進出口溫度、滑油進出口溫度以及主機排氣溫度等，這些參數(shù)涉及到4-20mA、600℃以上的溫度信號和600℃以下的溫度信號，信號種類繁多，增加了系統(tǒng)的復雜度。其系統(tǒng)組成框架如圖1所示。

圖1 機艙監(jiān)測報警系統(tǒng)組成

各種類型的傳感器(開關(guān)量、4-20mA、PT100、熱電阻等)采集各類信號，并不停地將這些信號送入顯示單元(微機LCD)，在顯示屏上顯示各個監(jiān)測通道的當前值;一旦有監(jiān)測發(fā)生越限情況，報警信號就被送入延伸報警控制單元、打印記錄單元及警報器控制單元，其中打印記錄單元可以即時打印發(fā)生報警的各參數(shù)值;警報器控制單元啟動集控室和機艙的揚聲器，以此提示輪機管理人員;同時，起動延伸報警裝置，并在公共場所、輪機長房間、值班輪機員房間等輸出聲光報警信號;在駕駛臺的報警監(jiān)視屏上也有聲光提示信號輸出。

主電源和應急電源都具有自檢功能;在系統(tǒng)發(fā)生報警后，可以在集控室應答，消聲消閃。

3 硬件實現(xiàn)

該套監(jiān)視系統(tǒng)包括對一臺14缸的主機、三臺發(fā)電機、一臺鍋爐、一套焚燒爐、兩套空壓機和一套舵機的主要工況參數(shù)顯示和參數(shù)檢測報警、及其它設備的運行狀態(tài)指示。系統(tǒng)共檢測118個模擬量，128個開關(guān)量。為此采用了S7-200CN PLC 226作為系統(tǒng)總控制器，并擴展7個16I/O的EM223 CN數(shù)字量模塊，模擬量采集模塊采用研華ADAM與PLC通過485總線通;監(jiān)測上位機采用了研華嵌入式工控機UNO-2160，通過PPI方式組成一個網(wǎng)絡，實現(xiàn)對船舶機艙設備的實時監(jiān)測。其系統(tǒng)架構(gòu)圖，如圖2所示。

圖2 基于PLC船舶機艙監(jiān)測系統(tǒng)框架圖

本系統(tǒng)在監(jiān)視與報警工作時，所有開關(guān)量模塊都通過西門子S7-200CN PLC擴展模塊EM223 CN采集輸入，三類模擬量4-20mA、600℃以上的溫度信號和600℃以下的溫度信號通過ADAM采集輸入，在通過485總線送入西門子S7-200CN PLC，在PLC中集中處理，然后送到上位機和其他設備，如指示燈，揚聲器等。 此外，外部按鈕可以發(fā)出指令通過西門子S7-200CN PLC發(fā)出控制命令，啟動、停止各類泵等相應的設備。

作為一個遠洋運行船舶必不可少的系統(tǒng)，其主要具備以下功能：

(1) 故障報警：當系統(tǒng)檢測到故障時，系統(tǒng)發(fā)出聲光報警，在應答后，系統(tǒng)停止聲音輸出，指示燈平光;消除報警后，指示燈滅。
(2) 參數(shù)顯示與報警的指示：在系統(tǒng)的軟件界面上可以查閱當前被監(jiān)測的參數(shù)值，并以不同顏色顯示正常與否的參數(shù)。
(3) 打印記錄：系統(tǒng)接有一個報警記錄打印機，當產(chǎn)生報警時，系統(tǒng)同時啟動打印機，打印當前的報警，便于輪機管理人員查閱，與航海日志的記錄。
(4) 延時報警：當產(chǎn)生溫度或液位等報警時，系統(tǒng)延時幾秒后，輸出報警，便于誤報警。
(5) 閉鎖報警：該功能用于檢修系統(tǒng)時，能夠單個檢查。
(6) 延伸報警：系統(tǒng)可將報警信息延伸到各個輪機員的房間，將報警信息傳送給相關(guān)的輪機管理人員。
(7) 失職報警：當發(fā)生報警后，一段時間內(nèi)沒有輪機人員去應答，系統(tǒng)就會產(chǎn)生全船報警，以提醒值班人員的失職。
(8) 功能試驗：系統(tǒng)具有自檢功能。

4 監(jiān)測系統(tǒng)軟件實現(xiàn)

在西門子S7-200CN PLC中實現(xiàn)的控制邏輯流程圖，如圖3所示。

圖3 船舶機艙監(jiān)測系統(tǒng)控制邏輯流程圖

系統(tǒng)監(jiān)測軟件采用以Windows平臺，在組態(tài)王的開發(fā)環(huán)境下實現(xiàn)的。組態(tài)王具有可視化操作界面，豐富的圖庫、高度靈活的動畫連接;擁有全面的腳本與圖形動畫功能可以對畫面中的一部分進行保存，以便以后進行分析或打印變量導入導出功能，支持實時、歷史數(shù)據(jù)的分布式保存強大的腳本語言處理，全面支持畫面發(fā)布、實時數(shù)據(jù)發(fā)布、歷史數(shù)據(jù)發(fā)布以及數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的發(fā)布方便的配方處理，豐富的設備支持庫，支持常見的PLC設備、智能儀表、智能模塊的功能特點。

本系統(tǒng)軟件具有如下功能：

(1) 參數(shù)列表顯示，按序或分組顯示所有機艙參數(shù)條目。包括參數(shù)序號、名稱、當前值、單位、上限值、下限值以及報警狀態(tài)。 并可以翻屏連續(xù)顯示。

(2) 參數(shù)圖表顯示，以虛擬儀表形式顯示主/輔機有關(guān)參數(shù)。關(guān)于主機的排氣溫度、冷卻水溫度等;關(guān)于輔機的有發(fā)電機組有關(guān)的壓力和溫度等。

(3) 曲線顯示，將有關(guān)參數(shù)分實時和歷史曲線分別描述，其中實時曲線隨著時間的推移在界面上描寫出一條相應數(shù)值的曲線;而歷史曲線能讓操作員隨時可以查看某一參數(shù)過去2天內(nèi)的參數(shù)變化情況，即可以復現(xiàn)其2天內(nèi)的工況。

(4) 報警查詢功能是，當某一監(jiān)測點發(fā)生越限報警時，系統(tǒng)自動彈出報警窗口，并能在該窗口中查詢到該監(jiān)測點的相關(guān)情況。

(5) 用戶管理功能，本系統(tǒng)共設三類用戶，分別是系統(tǒng)管理員用戶、輪機長用戶和操作員用戶。其中系統(tǒng)管理員用戶是給機務老軌等公司管理級操作使用的，其操作權(quán)限為最大，可以設置輪機長用戶和操作員用戶，修改相關(guān)參數(shù)，如報警上下限;輪機長用戶是給船舶老軌操作使用，其操作權(quán)限為其次，也可修改相關(guān)參數(shù);操作員用戶是給船舶一般的值班輪機員使用，其無法修改有關(guān)參數(shù)和設置用戶，權(quán)限最低。

5 結(jié)論

本系統(tǒng)主控制器采用了西門子S7 200CN PLC，其緊湊的結(jié)構(gòu)，良好的擴展性能，強大的指令功能，利用485標準的通信口進行信息傳送, 并自行設計相應接口而組成的船舶機艙巡回監(jiān)測報警系統(tǒng)充分應用了該微型PLC的硬件資源，發(fā)揮了其軟件優(yōu)勢。輸入輸出采用差動方式，提高了抗干擾能力，同時，主機和多臺終端可以全部并聯(lián)在一對雙絞線上進行多機通訊，節(jié)省了傳輸線，所以本系統(tǒng)小但功能齊全，穩(wěn)定性好。為用戶帶來極大的方便;在近兩年的實際運行中未出現(xiàn)故障，為船舶的安全、可靠的航運起到了非常重要的作用，同時也為航運公司帶來了巨大經(jīng)濟效益。

本文設計的船舶機艙監(jiān)測報警系統(tǒng)適用于各種遠洋船舶，經(jīng)實際的運行表明，該系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠，完全滿足遠洋船舶的要求，有較高的推廣價值。