1、第一節第一節 船舶機艙監測與報警系統基礎知識船舶機艙監測與報警系統基礎知識機艙監視與報警系統是輪機自動化的一個重要內容，它的功能是準確可靠地監測機艙內各種動力設備的運行狀態及其參數，一旦運行設備發生故障，自動發出聲、光報警信號。根據自動化程度的不同，有些系統還具有報警記錄打印，參數和狀態的定時或召喚打印以及參數的分組顯示等功能。對于無人值班機艙，集中監視與報警系統還能把報警信號延伸到駕駛臺、公共場所、輪機長房間和值班輪機員的住所。機艙集中監視與報警系統不僅可以改善輪機管理人員的工作條件，減輕勞動強度，及時發現設備的運行故障，而且也是實現無人機艙的基本條件第一節第一節 船舶機艙監測與報警系統基礎

2、知識船舶機艙監測與報警系統基礎知識一、參數類型n在機艙中需要監視的參數可分兩類：一類是開關量，另一類是模擬量。nA.所謂開關量，是指只有兩個狀態的量。這兩個狀態通常表現為開關的斷開和閉合，而開關的形式可以是機械開關或繼電器觸點。在船舶機艙中，開關量可以反映設備的運行狀態。監視報警系統能對這些開關量進行顯示，需要報警的則發出聲光報警。第一節第一節 船舶機艙監測與報警系統基礎知識船舶機艙監測與報警系統基礎知識B.模擬量是指連續變化的量，例如溫度、液位、壓力和轉速等參數均為模擬量。監視報警系統應能對這些模擬量進行實時顯示，如果參數超過預定的范圍，則應發出越限聲光報警。越限報警分為兩種情況，有些參數是

3、不允許超過某一上限值的，當超過這一上限值時發出的報警稱為上限報警；另為一些參數則不允許低于某一下限值，當低于這一下限值時發出的報警稱為下限報警。通常，溫度參數的報警為上限報警，壓力參數的報警為下限報警，而液位參數的報警則既有上限報警也有下限報警。n應當指出的是，對于有些設備，其運行參數雖然為模擬量，但并不是把這些模擬量直接送入監視報警系統，而是通過壓力繼電器、溫度繼電器或液位開關等轉換為開關量信號再送至監視報警系統。對于這類參數，監視報警系統將以開關量的形式進行處理第一節第一節 船舶機艙監測與報警系統基礎知識船舶機艙監測與報警系統基礎知識n二、 監測方法n一類是采用連續監測方法，另一類是采用掃

4、描監測方法。n1連續監測n連續監測是指機艙中所有監測點的參數并行地送入監視報警系統，同時對所有監測點的狀態及參數進行連續監測。系統中的核心單元是報警控制單元，它由各種測量和報警控制電路組合而成。每個監測點需要一個獨立的電路進行測量和產生報警信號，測量結果和報警信息送至公共的顯示和報警電路，但在設計上通常將多個同類型參數的電路制作成一塊電路板。n連續監測的方法由于每個監測點采用單獨的電路，因此各監視點之間的相互影響較小，當某一監視點通道發生故障時，不會影響其他通道的工作，監視點的數量增減在原則上也不受限制。但所需硬件較多，造價較高。第一節第一節 船舶機艙監測與報警系統基礎知識船舶機艙監測與報警系

5、統基礎知識2掃描監測n掃描監測也稱為巡回監測，這種方法是以一定的時間間隔依次對各個監測點的參數和狀態進行掃描，將監測點信息逐一送入監視報警系統進行分時處理。因此無論監視點有多少，僅需要一個測量和報警控制單元。n巡回監測方法可通過常規集成電路和微型計算機來實現，但由于微機具有采樣速度快、檢測精度高、體積小、數據處理功能強大、顯示手段先進等優點，大多數船舶均采用基于微機技術的監視報警系統。此外，計算機網絡技術的成熟應用已經使得監視報警系統朝著分布式網絡結構的方向發展。第一節第一節 船舶機艙監測與報警系統基礎知識船舶機艙監測與報警系統基礎知識三、監視報警系統的組成與功能一個完善的監視與報警系統由三大

6、部分組成：（1）分布在機艙各監視點的傳感器；（2）安裝在集中控制室內的控制柜和監視儀表或監視屏；（3）安裝在駕駛臺、公共場所、輪機長和輪機員居室的延伸報警箱。機艙監視與報警系統的組成機艙監視與報警系統的組成圖10-1-1 機艙監視與報警系統的組成延 伸 報警消閃輪機長主電源應急電源延伸報警控制單元警報器警報器控制單元控制單元報警器傳感器傳感器生活區生活區試驗試燈閉鎖大管輪二管輪三管輪公共場所駕駛臺消音監視報警控制單元駕駛臺駕駛臺集控室集控室機機 艙艙顯示單元打印記錄第一節第一節 船舶機艙監測與報警系統基礎知識船舶機艙監測與報警系統基礎知識三、監視報警系統的組成與功能n不同的監視報警系統，但原則

7、上都應該具有以下幾個方面的功能：n1聲光報警：聲光報警是監視報警系統最根本的功能，只要監測點的狀態發生異常或者出現參數越限，系統就應該發出聲光報警，以便問題得到及時處理。大多數導致報警發生的原因均無法在報警發生之后自行消失，只有進行了相應的處理才能使狀態恢復正常，這類報警稱為常規報警或長時報警。對于某些具有主/備切換功能的設備，當主用設備出現故障并發出報警時，備用將自動運行，往往由于運行參數恢復正常而在短時間內自動消失，這類報警稱為短時報警。第一節第一節 船舶機艙監測與報警系統基礎知識船舶機艙監測與報警系統基礎知識在正常運行期間，監視與報警系統不會發出報警指示和聲響報警。當被監視點發生異常時，

8、若該監視點未被閉鎖，則系統立即發出聲響報警，同時相應的報警指示燈（或屏幕文本字塊）快速閃爍，指示報警內容。報警發生后，要求值班人員按消音按鈕進行消音和報警確認。報警確認后，報警指示燈由閃爍轉為平光（或者閃爍文本轉為高亮）。當監視點狀態或參數恢復正常時，報警指示消失，即報警燈熄滅（或者高亮消失）。當出現短時報警時，系統也會立即發出聲光報警，但往往由于監測狀態在短時間內自動恢復正常，報警指示將由”快閃”轉為“慢閃”，但聲響報警還將繼續，直到按下消音按鈕。第一節第一節 船舶機艙監測與報警系統基礎知識船舶機艙監測與報警系統基礎知識報警處理流程報警指示快閃，啟動報警聲響、分組報警及故障打印報警指示慢閃，

9、啟動報警解除打印(短時報警)撤銷報警指示和分組報警(恢復正常)報警消失？有報警？已閉鎖？確認？YNYNY+無報警聲響和報警指示報警指示平光啟動故障排除打印確認？故障消失？YNYN(正常狀態)(常規報警)NY(報警狀態)N圖10-1-2 監測點報警處理流程圖第一節第一節 船舶機艙監測與報警系統基礎知識船舶機艙監測與報警系統基礎知識n2參數與狀態顯示 n參數顯示是指通過模擬儀表、數字儀表或者計算機屏幕對所有監測點的運行參數進行顯示，即模擬量顯示。狀態顯示指的是反映設備運行狀態的開關量顯示，通常采用綠色指示燈（燈泡或發光二極管）表示系統或設備的正常運行，紅色燈指示燈表示報警狀態。n3打印記錄n打印記

10、錄一般有參數打印和報警打印兩種。參數打印又分為定時制表打印和召喚打印，定時制表打印是打印機以設定的時間間隔自動將機艙內需要記錄的全部參數打印制表。召喚打印是隨時打印當時的工況參數，可對監測點參數進行全點或選點打印。報警打印是只要有報警發生，系統就會把報警名稱、報警內容和報警時間進行自動打印輸出。而在報警解除時，則自動打印報警解除時間。 許多監視報警系統的軟件功能還具有“事件”記錄和打印功能。第一節第一節 船舶機艙監測與報警系統基礎知識船舶機艙監測與報警系統基礎知識n4報警延時n在報警裝置中，一般均設有延時報警環節，以免發生誤報警。根據所監視的參數不同，其延時時間有長延時和短延時之分。例如在監視

11、液位時，可采用230s的長延時報警，在延時時間之內越限不報警。另外，在運行期間，某些監測開關的狀態會由于環境干擾的原因而發生瞬間變化，例如船舶在激烈振動時，某些壓力系統的壓力波動容易使報警開關發生抖動。為避免誤報警，可采用延時0.5s的短延時。n5報警閉鎖n閉鎖報警就是根據動力設備不同的工作狀態，封鎖一些不必要的監視點報警。例如，船舶在停港期間，由于主機處于停車狀態，主機的冷卻系統、燃油系統、滑油系統等均停止工作，與這些系統相關的參數都會出現異常。因此，有必要對與這些系統有關的監視點進行報警閉鎖。第一節第一節 船舶機艙監測與報警系統基礎知識船舶機艙監測與報警系統基礎知識n6延伸報警n延伸報警功

12、能是為無人值班機艙設置的。在無人值班的情況下，必須將機艙故障報警信號分組后傳送到駕駛臺、公共場所、輪機長及值班輪機員住所的延伸報警箱。延伸報警通常是按故障的嚴重程度來分組，可把全部監視點的報警信息分為四組：主機故障自動停車報警；主機故障自動降速報警；重要故障報警；一般故障報警。n7失職報警：在無人值班的情況下，監視與報警系統在發出故障報警的同時，還會觸發3min計時程序。若值班輪機員未能在3min內及時到達集中控制室完成確認操作，即使已在延伸報警箱上進行過確認，仍將被認為是一種失職行為，報警系統就使所有延伸報警箱發出聲光報警信號。報警系統發出失職報警后，只能在集中控制室進行消聲，復位3min計

13、時器后才能撤消失職報警。第一節第一節 船舶機艙監測與報警系統基礎知識船舶機艙監測與報警系統基礎知識n8值班呼叫n值班呼叫功能主要用于輪機員交接班時進行信號聯絡。n9測試功能n在集中控制室的操縱臺上，一般都設有試燈按鈕和功能測試按鈕。n10自檢功能n監視報警系統正常工作的前提是系統本身沒有故障。為了確保監視報警系統本身的工作可靠性，對諸如輸入通道、電源電壓和保險絲等重要環節，應具有自動監測功能。出現異常時，系統將自動發出相應的系統故障報警。n11備用電源的自動投入：要使監視系統在全船失電的情況下能正常工作，就必須配備相應的備用電源。在主電源失壓或欠壓時，系統能自動啟用備用電源，實現不間斷供電。n

14、 n n 第二節第二節 單元組合式監視與報警系統單元組合式監視與報警系統n采用連續監視方法的監視與報警系統中，每一個監測點均需要一個獨立的監視與報警控制單元，整個監視與報警系統是由各個檢測點的報警控制單元組合而成的，因此稱為單元組合式監視與報警系統。由傳感器所檢測的每個監視點的狀態和參數值相對獨立地送到集中控制室，監視與報警系統連續不斷地對每個監視點的工作狀態進行單獨處理。單元組合式監視與報警系統往往由多塊印刷電路板組成。當監視點所對應的設備發生故障或運行參數越限時，監視與報警控制單元應能提供故障報警信號。報警信號一般送至一個公共的報警控制電路，發出聲光報警，同時還應送至打印設備進行故障打印。

15、除了發出公共報警信號外，電路板上的相應監視點還應有報警指示燈指示報警內容。對于模擬量監視點，一般還設有參數顯示按鈕，按下顯示按鈕后，相應監視點的測量值能送至公共顯示儀表進行參數顯示。第二節第二節 單元組合式監視與報警系統單元組合式監視與報警系統n公共顯示儀表往往具有多個量程，當送入不同類型的參數測量值時，應根據參數性質選擇正確的量程范圍進行讀數。有些監視與報警系統還具有延伸報警功能，可將報警信號延伸送至駕駛臺、公共場所、輪機長及值班輪機員住所。n報警控制單元有開關量報控制單元和模擬量報警控制單元，這兩種控制單元的工作原理基本相同，只是越限報警值的調整方法不同。對于開關量報警控制單元，它輸入的信

16、號是開關狀態，一般由溫度開關、壓力開關、液位開關等傳感器來檢測，越限報警值的調整往往是在傳感器上，通過調整其幅差來實現。而對于模擬量報警控制單元，其輸入量是運行參數的模擬量，越限報警值一般通過印刷電路板上的電位器進行調整。n n 第二節第二節 單元組合式監視與報警系統單元組合式監視與報警系統n一、報警控制單元的組成原理及功能n1開關量報警控制單元n開關量報警控制單元是由輸入回路、延時環節和邏輯判斷環節所組成的 開 關 量 傳感 器 輸 入回 路 延時 邏 輯判 斷 閉鎖 消音 閃光 試燈 故 障 燈 蜂 鳴 器 分 組 報 警 報 警 打 印 試驗 圖10-2-1 開關量報警控制單元的邏輯組成

17、框圖第二節第二節 單元組合式監視與報警系統單元組合式監視與報警系統n輸入回路用于接收開關量傳感器送來輸入信息（即觸點是閉合還是斷開），并且在輸入異常時發出報警信號；同時還可接受“試驗”信號，當輸入試驗信號時同樣輸出報警信號，以模擬監視點的故障信號。延時環節用于對報警信號產生適當的延時，實現延時報警功能，以避免誤報警。邏輯判斷環節用來完成邏輯運算、狀態記憶和報警控制。n報警內容通常包括：（1）控制報警指示燈，使之快速閃、慢閃、平光或熄滅；（2）啟動公共報警系統，向集控室和機艙發出聲光報警；（3）輸出分組報警信號至延伸報警單元，進行歸類分組后控制延伸報警箱實現分組報警；（4）啟動報警記錄打印機，記

18、錄故障發生時間和報警內容。邏輯判斷環節除了接收報警信號外，還接收閉鎖、消閃、閃光和試燈信號。n n 第二節第二節 單元組合式監視與報警系統單元組合式監視與報警系統n根據持續時間的長短，報警可分為長時報警和短時報警。長時報警是指報警長時間存在，而短時報警則是指發生報警后，短時間內外部輸入信號恢復正常，報警自行消失。n在發生報警時值班輪機員首先應按“確認”按鈕，以消除聲響。然后按“消閃”按鈕，若是長時報警，則邏輯判斷環節將使報警指示燈從快閃變成平光，以指示故障狀態。待故障排除后，監視點參數恢復正常，傳感器觸點又重新閉合，報警指示燈由平光變為熄滅。若在尚未按下“確認”按鈕時，監視點參數已自行恢復正常

19、，傳感器觸點已重新閉合，邏輯判斷環節將使指示燈從快閃轉為慢閃，進入短時故障報警狀態，這時，先按下“消聲”按鈕進行消聲，再按下“消閃”按鈕，指示燈將從慢閃轉為熄滅。有些監視報警系統還設有失職報警功能，若值班輪機員在3分鐘內到達集控室進行報警確認，則計時器復位，否則計時滿后將發出失職報警。開關量報警設定值是由開關量傳感器來實現的n n 第二節第二節 單元組合式監視與報警系統單元組合式監視與報警系統n2模擬量報警控制單元n模擬量報警控制單元主要是由測量回路、比較環節、延時環節和邏輯判斷環節組成的。，測量回路用于把傳感器送來的模擬量信息轉換成相應的電壓信號，以作為監視點參數的測量值ui，并在模擬量傳感

20、器發生短路或開路時，向自檢單元發出傳感器故障信號。比較環節用于故障報警鑒別，它將測量值ui與電位器整定的報警設定值uL進行比較，若參數越限則輸出報警信號至延時環節。在功能試驗時，比較環節接收到“試驗”信號，若能輸出被監視點參數越限的報警信號，則說明控制單元工作正常；否則，說明單元有故障。延時環節和邏輯判斷環節的作用與開關量報警控制單元中的環節完全相同。其中延時環節不是所有的模擬量報警控制單元都設置，而只適用于需要延時報警的監視通道中。n n 第二節第二節 單元組合式監視與報警系統單元組合式監視與報警系統n 圖10-2-2 模擬量報警控制單元的邏輯組成框圖測量延時邏輯判斷閉鎖 消音閃光 試燈故障

21、燈蜂鳴器分組報警報警打印模擬量傳感器試驗比較識別S1S2PULVFVA傳感器障ui顯示第二節第二節 單元組合式監視與報警系統單元組合式監視與報警系統n二、用繼電器組成的監視與報警控制單元n以繼電器為基本元件，每塊插件板可同時設置6個相同的監視與報警控制電路，圖中僅示出其中一個。n 慢閃信號 + 2 4 V 快閃信號 去分組單元 去閃光源 去聲響單元 + 2 4 V + 2 4 V + 2 4 V 去打印機控制單元 B A T S J1 J2 J2 C1 C2 R2 R1 D1 D2 L J1 J2 7 5 6 7 5 8 9 1 0 6 T L 1 0 9 8 1 3 1 4 1 1 1 2

22、1 6 1 5 1 5 1 6 1 3 1 4 D3 1 2 3 4 圖10-2-3 繼電器式監視與報警控制單元第二節第二節 單元組合式監視與報警系統單元組合式監視與報警系統n1監視與報警控制nA.在正常情況下，開關量傳感器的觸點S閉合，在未按功能試驗按鈕時，觸點T閉合nB.當發生運行設備故障，監視點參數越限時，觸點S斷開。在無閉鎖報警時，閉鎖開關B斷開，D3截止。此時電容C2、經R2和J1放電實現延時報警功能nC.在系統發出聲光報警時，值班輪機員應立刻到達集中控制室進行消聲應答，切除聲響報警，然后按下消閃按鈕A，使繼電器J2斷電，其觸點1314斷開解除自保。nD.當故障排除參數恢復正常時，觸

23、點S重新閉合，繼電器J1通電，其觸點J1的910閉合，電源經電阻R1向電容C1充電，J1的1516斷開，在故障打印控制單元產生一個負脈沖，自動啟動打印機打印出故障排除時間。nF.當出現短時故障報警時，即輪機員尚未按應答按鈕，監視點參數已自行恢復正常，使觸點S由斷開又閉合，這時繼電器J1和J2均通電。第二節第二節 單元組合式監視與報警系統單元組合式監視與報警系統2功能試驗和閉鎖報警 為了檢查報警系統是否正常，可進行功能試驗。當按下“功能試驗”按鈕時，其觸點T斷開，使繼電器J1延時后斷電，進入報警狀態。這時，若報警指示燈不能快閃，則說明該報警控制電路有故障。利用功能試驗開關與消閃按鈕的配合操作，可

24、進行長時故障報警或短時故障報警試驗。n在被監視的設備停止工作時，可接通報警閉鎖開關B，使二極管D3導通，保證繼電器J1在觸點S斷開時能繼續保持通電，從而閉鎖了該通道的報警。n在繼電器式監視與報警控制系統中，模擬量的監視與報警可通過調整檢測開關的幅差來間接實現。第二節第二節 單元組合式監視與報警系統單元組合式監視與報警系統n三、用集成電路組成的監視與報警控制單元n在采用集成電路組成的單元組合式監視與報警系統中，其控制單元主要采用運算放大器和門電路等集成器件組成。以下分別介紹開關量和模擬量監視與報警控制單元的工作原理。1開關量監視與報警控制單元n當監視點參數正常情況時，觸點S閉合，端子30為低電平

25、，這時P點為“1”信號，不發聲光報警。n當值班輪機員按下“消聲”按鈕后，消除聲響報警。按下“消閃”按鈕后，晶體管T1和T2始終導通，報警指示燈轉為平光。若用一個確認按鈕，完成消聲和消閃，按下確認按鈕后，一方面消除聲響報警，另一方面從端子16送來高電平信號可消閃。n當故障排除參數恢復正常狀態時，傳感器觸點又閉合使I點保持低電位，T1和T2均截止，報警指示燈L熄滅。n若要進行功能試驗，當按下“試驗”按鈕時，端子17出現低電平，A1輸出“0”信號，它相當于參數越限，可試驗報警功能和檢查報警系統能否正常工作。n若需實現報警閉鎖，只要接通閉鎖開關，端子10就出現低電平，使P點始終為“1”信號，從而閉鎖該

26、通道的報警。第二節第二節 單元組合式監視與報警系統單元組合式監視與報警系統用集成電路組成的開關量監視與報警控制單元圖10-2-4 用集成電路組成的開關量監視與報警控制單元 L 12 V 觸 點開 關 S 30 28 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 ST Y7 Y8 Y6 G Q F H D2 D1 T1 T2 I 24 V VC C VP P E C3 R3 A1 A2 + + C2 W2 W1 延 時電 路 17 10 14 7 8 9 16 13 5 6 閃光 試燈 消閃 起動警報器 分組報警 故 障打 印 消閃 閉鎖 試驗 消 閃 第二節第二節 單元組合式監視與報警系統單元組合式監視與報警

27、系統n2模擬量監視與報警控制單元n延時環節和邏輯判斷環節在原理上與開關量監視與報警控制單元相同，下面僅對不同之處予以說明。n1）輸入及輸出信號n端子30和28為模擬量傳感器信息輸入端，作為一個示例，傳感器為PT100型鉑熱電阻。端子26和27為傳感器故障信號輸出端，當傳感器發生短路或開路時，因其測量值超過正常測量范圍，就向自檢單元發送傳感器故障信號。端子23是參數測量值或報警設定值（極限值）輸出端，按下按鈕PB時可將送至測量值或報警設定值顯示單元，進行選點顯示。n2）工作原理n模擬量傳感器給出的信息經測量回路轉換成電壓信號Vi又送至比較器A1的反相端，并從端子23送至顯示單元。當監視點參數超限

28、時，其測量值大于報警設定值，即ViVS，使比較器A1翻轉輸出故障信號“0”，經Y1反相為“1”信號送至延時電路，經延時后送至邏輯判別電路。功能試驗時，端子17出現低電平，使比較器A1輸出故障信號“0”，以模擬監視點參數越限。 n若監視點的參數類型不是PT100輸入，例如是電壓或電流信號時，則比較器A1之前的處理電路也不同。n 第二節第二節 單元組合式監視與報警系統單元組合式監視與報警系統n L 12 V 30 28 24 V VCC A1 + 17 10 14 7 8 9 16 13 5 閃光 試燈 消閃 起動警報器 分組報警 故障打印 消閃 閉鎖 試驗 W PT100 Y1 延 時 邏 輯

29、判 斷 D2 D1 23 27 26 PB S Vi VS 顯示 傳 感 器故 障 圖10-2-5 用集成電路組成的模擬量監視與報警控制單元第第三三節節 網絡型監測網絡型監測與報警系統與報警系統n目前，船舶機艙監視與報警系統基本上都采用計算機實現。根據計算機監控系統的結構特點，船舶機艙監視與報警系統可分集中型系統、集散型系統和全分布式系統。n集中型系統采用單臺計算機的結構形式，可靠性較差，一旦計算機發生故障，則整個系統完全癱瘓。集散型系統采用集中和分散相結合的系統結構，將監視任務合理地分散成由多臺微機進行分別監視的子系統，各個子系統與上層計算機進行通信連接，以便集中管理和信息共享。n進入20世

30、紀90年代后，隨著現場總線技術的不斷完善，在新造船舶中，越來越多地采用現場總線作為各個子系統的內部控制網絡，上層網絡采用局域網，形成全分布式的網絡型監控系統。n這里先以KONGSBERG公司的DataChief C20（簡稱DC C20）系統為例介紹網絡型監控系統的結構和功能特點，然后簡要介紹DC C20的改進型產品K-Chief 500監控系統。n 第第三三節節 網絡型監測網絡型監測與報警系統與報警系統n一、DC C20監視與報警系統的結構組成nDC C20采用CAN（Controller Area Network）現場總線和以太網（Ethernet）相結合的網絡結構形式，系統的結構組成及其

31、布局如圖系統中的主要設備包括：n（一）分布式處理單元（DPU）nDPU（Distributed Processing Unit）是采用模塊化設計、具有通信功能的智能化遠程I/O單元，圖中所示的RDi-32、RDo-16、RAi-16、RAo-8、RAi-10tc和RIO-C4等。它們分布在機艙各處，一方面作為傳感器和執行器的I/O接口，直接與傳感器和執行器相連，另一方面通過CAN總線與上層網絡相連，從而實現上層網絡對機艙設備的監視和控制。連接DPU和上層網絡的CAN總線采用雙冗余結構，即具有兩套CAN總線，在圖中分別標識為CAN Bus1和CAN Bus2。這兩套CAN總線總是互為熱備份，當主

32、用網絡出現故障時，備用網絡自動切入工作，充分保證系統工作的可靠性。n 第第三三節節 網絡型監測網絡型監測與報警系統與報警系統（二）遠程操作站（ROS） ROS（Remote Operator Station）由PC機、操作控制面板OCP（或普通PC機鍵盤）、鼠標、顯示屏和打印機組成，PC機采用Windows NT或Windows XP操作系統。ROS通常設置在集控室、駕駛室和甲板艙室，常見的配置是集控室2臺，駕駛室和輪機長房間各1臺，其他艙室是否設置可根據需要而定。其中，集控室的2臺是必備的，其他場所為可選安裝。各ROS均配置雙網卡，形成雙冗余的Ethernet網絡。n集控室的2臺ROS還兼有

33、系統網關SGW（System Gate Way）的功能，使得局域網中的各個ROS能夠通過系統網關SGW與CAN總線相連。通過SGW和CAN總線，ROS一方面可以接受各個DPU單元送出的機艙現場信息，另一方面還能向DPU發送操作指令、控制參數和程序包。n 2、遠程操作站（遙控操作站）、遠程操作站（遙控操作站）ROSn遠程操作站遠程操作站3-3-1 RO S 的的 整整 體體 圖圖 圖圖3-3-1 ROS的整體圖的整體圖現場操作站（現場操作站（LOS）n現場操作站（現場操作站（LOS）第第三三節節 網絡型監測網絡型監測與報警系統與報警系統n（三）值班呼叫系統（WCS）n按照無人機艙的基本設計原則，

34、DC C20系統在駕駛室和輪機員艙室及公共場所設有延伸報警裝置。駕駛室的延伸報警裝置稱為WBU（Watch Bridge Unit），而艙室及公共場所的延伸報警裝置則稱為WCU（Watch Cabin Unit）。WBU和WCU通過CAN總線與ROS進行通信連接，形成值班呼叫系統WCS（Watch Calling System）。n（四）其他輔助設備n系統中的其他輔助設備包括不間斷電源（UPS）、以太網集線器（HUB）、現場操作站（Local Operator Station，簡稱LOS）和便攜式操作站（Midi Operator Station，簡稱MOS）。n1.)UPS確保在短時間失電的

35、情況下能夠繼續給系統中提供220V AC和24V DC電源。n2.)HUB用于以太網內各個ROS聯網。n3.)LOS用于在機艙現場對各個DPU模塊進行操作，在LOS面板上可以選擇和訪問掛在同一CAN總線上的任意DPU，查看DPU中的過程變量、對所轄設備的現場操作、參數調整和模塊自檢操作等。n4)MOS是一個特殊設計的移動式操作站，通過MOS面板可以方便地實現各種操作站功能，用作LOS、ROS或駕駛臺值班監視系統的顯示單元 第第三三節節 網絡型監測網絡型監測與報警系統與報警系統n二、分布式處理單元DPUnDPU是采用模塊化設計且具有通信功能的智能化遠程I/O單元，所有的監視和自動功能均由這些DP

36、U單元進行最終實施，是DC C20系統的核心組成部分。它們分布在機艙各處，可以直接安裝在機器設備上，也可以根據需要將若干個DPU單元組裝在一個控制箱內，并稱之為“數據獲取單元（SAU）”。nDPU單元以微處理器為核心，采用單電路板結構。DPU一方面作為傳感器或執行器的接口，對來自模擬量、開關量傳感器的信號進行處理、監視和報警，或向不同設備輸出模擬量、開關量控制信號。n另一方面，DPU通過雙芯屏蔽電纜或雙絞線等連接到雙冗余CAN總線，實現DPU單元之間的互聯以及DPU單元與ROS和LOS之間的數據通信。ROS通過網絡能對DPU的工作狀態進行連續監視，并可通過網絡向各個DPU下載相應的軟件和參數，

37、使得不同的DPU具有相應的不同功能。與傳統系統相比，連接電纜的數量大大減少。n按照數據輸入輸出類型的不同，DPU模塊也分為不同的類型，主要有模擬量輸入模塊、熱電偶輸入模塊、模擬量輸出模塊、開關量輸入模塊、開關量輸出模塊以及輸入輸出混合模塊等。第第三三節節 網絡型監測網絡型監測與報警系統與報警系統n1.DPU的主要共同特點如下：n（l）所有DPU模塊均采用統一的機械和電氣設計。狀態指示燈包括通道狀態指示燈和模塊狀態指示燈，通道狀態指示燈用于指示相應輸入輸出通道的工作狀態，每個指示燈對應一個通道；模塊狀態指示燈有“RUN”、“Watch Dog”、“Info.”、“End Init.”和“Powe

38、r”等，它們組合起來表示模塊的不同狀態，如表所示。 DPU狀態指示燈的組合含義LED指示燈名稱標識工作正常應用程序未加載未初始化工作停止電源極性錯誤Run綠滅滅滅滅Watch Dog 滅紅紅紅滅Info.黃（閃爍）滅滅滅滅End Init.綠綠滅綠滅Power綠綠綠綠紅第第三三節節 網絡型監測網絡型監測與報警系統與報警系統n（2）DPU具有參數儲存功能，能夠獨立完成參數的監視、報警和控制。當ROS出故障時，DPU的工作不受影響。n（3）DPU具有完備的通信功能，支持雙冗余CAN高速多主通信網絡協議，具備CAN網絡狀態、容錯管理功能。DPU單元之間通過冗余的CAN總線進行通信。很多DPU還配備了

39、一個RS-422或RS-485串行接口，以便和其他外部設備進行數據通信。n（4）通過ROS，可將用于DPU硬件組態和編程所需的軟件下載到DPU中，并在ROS上對DPU單元進行遙控組態。在更換DPU后，需要給新單元下載參數。在ROS和LOS上，可以實現對DPU的監視、控制和參數調整。 n（5）所有的DPU單元均用24V DC電源供電，DPU單元的硬件無需進行設置和調整，所有連接均可即插即用。DPU的電源、通信、I/O通道連接都采用光電隔離。 n（6）具有強大的自檢功能（檢查模塊內部溫度、存儲器性能以及CAN總線狀態）。若DPU、過程總線、電纜或傳感器有故障，則會產生相應的報警信號。第第三三節節

40、網絡型監測網絡型監測與報警系統與報警系統n2.DC C20系統中常用的DPU模塊：n1模擬量輸入模塊（RAi-16）n2熱電偶輸入模塊（RAi-10tc）n3模擬量輸出模塊（RAo-8）n4開關量輸入模塊（RDi-32、RDi-32A）n5開關量輸出模塊（RDo-16）n6混合模塊（RIO-C1、RIO-C2、RIO-C3、RIO-C4）n（這里說的混合模塊是指單個模塊中既包含模擬量或開關量輸入通道，又包含模擬量或開關量的輸出通道。）n7dPSC、PSS和MSIn8MEI、DGU、ESU和RPMEn這四個模塊是專門用于主機遙控系統的DPU模塊，分別用作遙控系統和主機的接口單元、數字調速器、安全

41、保護單元和轉速檢測單元。 三、網關三、網關 DC C20是一個網絡型監控系統，在不同網絡類型及不同是一個網絡型監控系統，在不同網絡類型及不同網段之間需要有一個專門設施來轉換網絡之間不同的通信協網段之間需要有一個專門設施來轉換網絡之間不同的通信協議或在不同數據格式之間進行數據翻譯，這一設施稱為網關。議或在不同數據格式之間進行數據翻譯，這一設施稱為網關。在DC C20系統中，共有兩種網關，即系統網關（System Gateway，SGW）和CAN總線雙處理器網段控制器（dual Process Segment Controller，dPSC）。 1、系統網關（、系統網關（SGW）n SGW是是CA

42、N總線網和總線網和Ethernet網之間的網關，采用網之間的網關，采用雙冗余設計，實現雙冗余設計，實現CAN與與Ethernet兩種網絡之間的冗余連接兩種網絡之間的冗余連接，進而實現，進而實現DPU和和ROS之間的雙向信息傳輸。之間的雙向信息傳輸。主要任務是：n（1）接受來自于CAN總線的信息，對ROS進行刷新；n（2）管理從ROS發送到DPU或LOS的操作指令、參數和程序。 三、網關三、網關2、雙處理網段控制器、雙處理網段控制器dPSC n CAN網絡最多能支持網絡最多能支持110個節點，即在個節點，即在CAN總線上最總線上最多能掛接多能掛接110個個DPU模塊。當系統規模較大，或者出于某種

43、模塊。當系統規模較大，或者出于某種特殊需要時，往往需要對特殊需要時，往往需要對CAN網絡進行擴展，即把網絡進行擴展，即把CAN網網絡擴展成上下兩層，上層一般叫做全局絡擴展成上下兩層，上層一般叫做全局CAN總線，下層則稱總線，下層則稱作局部作局部CAN總線。總線。 dPSC的主要任務是：n（1）處理來自于Local CAN Bus的信息并將其送往Global CAN Bus，進而通過系統網關SGW供ROS使用；n（2）管理由系統網關SGW或ROS發送到Local CAN Bus的指令、參數和程序。 采用dPSC進行CAN總線擴展的實例四、遠程操作站四、遠程操作站ROS及系統功能及系統功能 ROS

44、是是DC C20系統的重要組成部分，一個系統的重要組成部分，一個ROS由由主計算機（主計算機（MCU）、顯示器（）、顯示器（VDU）、打印機、操作）、打印機、操作控制面板（控制面板（OCP）或普通的）或普通的PC鍵盤和鼠標。鍵盤和鼠標。在系統的在系統的監視報警和控制過程中完成以下任務：監視報警和控制過程中完成以下任務：（1）和）和CAN網絡中的數據采集或控制設備（即網絡中的數據采集或控制設備（即DPU）進行雙向數據通信，從進行雙向數據通信，從DPU收集數據或向收集數據或向DPU傳送指令、傳送指令、數據和程序；數據和程序；（2）對報警信息進行監控和報警信息的確認功能；）對報警信息進行監控和報警信

45、息的確認功能；（3）向駕駛臺和輪機員艙室提供延伸報警信息；）向駕駛臺和輪機員艙室提供延伸報警信息；（4）在）在CAN網絡和網絡和Ethernet局域網之間起網關的作用。局域網之間起網關的作用。系統功能系統功能 ：（一）、人機交互接口（一）、人機交互接口 人機交互接口包括輸入設備、打印輸出和各種顯示界面人機交互接口包括輸入設備、打印輸出和各種顯示界面等。主要包括：等。主要包括：（1）操作控制面板（）操作控制面板（OCP）：）：OCP是DC C20系統的主要輸入設備，由按鍵、指示燈和軌跡球等組成（2）顯示界面：）顯示界面：顯示界面是計算機監控系統重要的信息輸出手段，DC C20的軟件系統在ROS上

46、提供了豐富的顯示界面，與OCP相配合可以實現各種復雜的人機交互功能。ROS上的顯示見面大致包括以下幾種類型：A文本顯示界面；B圖形顯示界面；C訪問控制界面。（3）打印設備：）打印設備：通過設置，打印設備可以按定時或者即時召喚的方式打印各種記錄。（二）、監視報警功能（二）、監視報警功能 1. 1.模擬量監視和報警模擬量監視和報警 模擬量是指那些連續變化的量，例如溫度、壓力、液模擬量是指那些連續變化的量，例如溫度、壓力、液位和轉速等。位和轉速等。DC C20具有以下特點：具有以下特點： 高限報警高限報警 超高限報警，一旦越限主機減速或停車超高限報警，一旦越限主機減速或停車 低限報警，低限報警， 超

47、低限報警，一旦越限主機減速或停車超低限報警，一旦越限主機減速或停車 線路故障報警線路故障報警 為避免報警狀態的波動，即頻繁報警，系統采取了為避免報警狀態的波動，即頻繁報警，系統采取了以下三種技術手段：以下三種技術手段： a a從報警狀態向正常狀態恢復時設有不靈敏區；從報警狀態向正常狀態恢復時設有不靈敏區； b b對輸入參數設置有可調的濾波因子；對輸入參數設置有可調的濾波因子； c c報警狀態的觸發和消失均設有延時。報警狀態的觸發和消失均設有延時。（二）、監視報警功能（二）、監視報警功能 2.開關量監視和報警開關量監視和報警 開關量信號的監視和報警功能只監視輸入信號的兩個開關量信號的監視和報警功

48、能只監視輸入信號的兩個狀態，即輸入點是斷開還是閉合。輸入信號來自反映設狀態，即輸入點是斷開還是閉合。輸入信號來自反映設備狀態的繼電器觸點、位置開關、溫度開關、液位開關備狀態的繼電器觸點、位置開關、溫度開關、液位開關和壓力開關等。通過正確調整開關量的動作值，系統也和壓力開關等。通過正確調整開關量的動作值，系統也能實現測量點的高限和低限報警。為避免報警頻繁，開能實現測量點的高限和低限報警。為避免報警頻繁，開關量報警也設有延時功能。關量報警也設有延時功能。 3.報警閉鎖：報警閉鎖：在船舶機艙中，有些報警屬于條件報警，當滿足某種特定的條件時，即使監測點的狀態不正常，也不應該發出報警。例如，當船舶在港時

49、，與航行無關的報警都將被閉鎖。DC C20的這一功能是通過對某一報警點或者報警組定義一個報警抑制信號來實現的，當條件滿足時，抑制信號有效。 （二）、監視報警功能（二）、監視報警功能n 4接受其他系統的報警信息n許多輔助設備的控制系統都有自帶的監視和報警功能，這些控制系統一般都定義有各種不同的報警狀態，當報警發生時，除了在自身控制面板上發出報警之外，還可將報警信號送至DC C20系統，并由DC C20系統進行統一的報警處理。n此外，船舶火災報警系統往往是一個獨立的監視與報警系統，但只要火災報警控制箱設有和其他設備的數據接口，便可以通過RS422串行接口與DC C20的CAN網絡相連，并在ROS上

50、以Mimic窗口的形式顯示各層甲板的火災探頭分布及報警情況。 （二）、監視報警功能（二）、監視報警功能n5報警確認；n6柴油機排氣溫度監視：排氣溫度監視系統除了監視各缸實際排煙溫度之外，還將計算各缸排煙溫度的平均值和偏差值。n7歷史參數曲線監視；n8油耗經濟性監視n在DC C20系統中，可通過DPU采集燃油流量、燃油溫度、柴油機轉速、軸輸出功率和航速等信息。n9設備運轉計時監視（三）綜合控制功能n一旦ROS出現故障時能夠確保進行有效的機旁操作。歸納起來，DC C20的控制功能包括以下幾個方面：n1泵的控制n泵的控制功能包括：n（1）泵組順序起動。（2）主備用切換。n（3）失電自動起動。某些重要

51、泵能夠在全船失電后恢復供電時進行泵組自動起動，起動順序由泵的控制邏輯決定。n（4）起動禁止。有兩種情況需要進行起動禁止：一是在泵的出口壓力建立期間，二是當主機或發電原動機停機等外部邏輯條件滿足時n（5）報警功能。當泵的控制系統發生下列情況時，將發出相應的報警：備用泵自動起動；泵自動起動失敗或跳閘；備用異常報警，即當某一停止的泵不在備用狀態時也將發出報警提示。n實現泵自動控制的傳感器可以是開關量傳感器，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內部的數據庫確定，否則由壓力開關進行設定。（三）綜合控制功能n2閥門遙控n閥門遙控是指對船舶各種管系當中的閥門進行遠距離控制，通常

52、是在專門的操作臺上根據管路模擬圖和具體作業需要通過操作手柄控制相關閥門的開啟或關閉，進行特定的連通路徑組態，以實現壓載水調駁和燃油駁運等操作任務，對于液貨船，則還可以進行裝卸貨操作。在DC C20中，閥門遙控是通過DPU和ROS實現的。閥門控制操作程序存放于DPU內，DPU與ROS進行通信。n根據閥門的控制原理，系統可包含以下幾種閥門類型：n（1）單作用閥門。單作用閥門的控制只需要1個開關量輸出通道和1個或2個開關量輸入通道。n（2）雙作用閥門。雙作用閥門的控制需要2個開關量輸出通道分別用于控制閥門的開啟和關閉。另外，還需2個開關量輸入通道，用于檢測閥門的開關狀態。n（3）帶閥門定位器的雙作用

53、閥門。 n（4）帶閥門定位器的單作用閥門。這種閥門也是適用于需要對閥門開度大小進行控制的場合。（三）綜合控制功能n3PID過程反饋控制nPID控制器是ROS中的一個軟件模塊，其控制規律通過軟件算法實現。通過ROS的操作面板，可以對控制器軟件進行各種設置，主要設置功能如下： n（1）調節器作用強度參數調整，包括比例帶、幾分時間和微分時間n（2）被控量設定值調整；n（3）輸出模式設定，即自動控制和閥位手動控制設定；n（4）調節器作用規律類型設定，通過切除積分或者微分作用，可以方便地得到P、PI、PD或PID控制規律；n（5）輸入輸出信號類型設定，輸入可以設定為電流、電壓或電阻類型，輸出可以是電流或

54、者是電壓類型。（三）綜合控制功能n4輔助設備的控制n若在CAN網絡上掛接必要的DPU，并配置相應的軟件模塊，DC C20系統還可以實現對空壓機、分油機和輔鍋爐等輔助設備進行自動控制。來自設備的各種開關量和模擬量通過DPU的輸入通道采集，經控制程序處理后，再由輸出通道輸出開關量信號對設備進行邏輯控制或輸出模擬控制量進行參數反饋控制。n（1）空壓機自動控制n空壓機的自動控制功能包括空壓機的自動起停、遙控手動起停、失電重起和自動放殘等。n（2）分油機自動控制nDC C20的分油機控制程序專門針對ALFA LAVAL分油機設計，通過DPU的輸出通道可以控制分油機進油溫度、分油機起停和密封水電磁閥和排渣

55、水電磁閥等。n（3）輔鍋爐自動控制n（三）綜合控制功能n5電力管理系統nDC C20的電力管理系統（Power Management System，PMS）涵蓋了電站自動控制的所有功能，包括全船電力的生產、配送和安全保護等。n對于基本型電力管理系統，每臺發電機組配置一個DPU，用于單臺發電機組的自動控制。DPU與ROS相連，在ROS上可以對各個DPU的監控功能進行初始化設置。控制系統適用于不同類型的發電機組，如柴油發電機組、透平發電機組和軸帶發電機組等，但根據發電原動機類型的不同，DPU的配置和控制策略也不同。n對于復雜的電站管理系統，一般通過dPSC將PMS擴展為一個獨立的局部CAN網絡（L

56、ocal CAN Bus），這一局部CAN網絡再通過全局CAN總線（Global CAN Bus）與ROS通信。五、K-Chief 500監視與報警系統nK-Chief 500監視與報警系統是DC C20系統的升級產品，其結構組成和系統功能與DC C20基本相同，只是在操作面板和屏幕操作界面上作了改進。n（一）K-Chief 500的結構組成nK-Chief 500主要由操作站（OS）、便攜式操作站（MOS）、集控室操作面板（CRP）、值班呼叫系統（WCS）和分布式處理單元（DPU）等組成。nK-Chief 500的操作站（OS）在DC C20的ROS基礎上進行了改進，主要體現在操作面板和操作

57、界面方面。n（1）操作面板：K-Chief 500的操作面板比DC C20在設計上更為簡潔，省去了分組報警功能、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計成顯示窗口的菜單健。在硬件上只保留了報警控制按鈕、操作權控制按鈕、數字/字母小鍵盤和軌跡球等基本部件n（2）操作界面：K-Chief 500采用Windows XP作為操作系統，系統開機后將自動進入一個叫做瀏覽器（Navigator）的主界面。瀏覽器主要由各種軟件按鈕組成，n五、K-Chief 500監視與報警系統n（二）系統實例nD C 2 4 V P O W E R # 2D C 2 4 V P O W E R #

58、1X 1 0W B UT 2W 1 0 8W C UX 1 0X 1 0X 1 0X 1 0X 1 0W C UW C UW C UW C UW 1 0 9W 1 0 1O S 1P CN E T AD V IN E T BN E T CC A N N E TC R PP R I N T .C R PO S 2P CN E T AN E T BD V IN E T CC A N N E TC R PC R PW 2 4W 2 5W 2 0W 4 0W 2 9W 3 01 9 L C D1 9 L C DW 2 4W 2 5W 2 0W 4 0W 1 2 2W 1 8A L A R M &

59、; L O G P R I N T E RU 2 0X 1 0U 4 0U 4 0U 2 0U 2 0X 1 0U 4 0U 2 0T e r m i n a l m o d u l eT e r m i n a l m o d u l eW 2 0 1G L O B A L C A N 1W 2 0 2G L O B A L C A N 2W 2 0 1W 2 0 1W 2 0 2X 8 GX 8 Ld P S CX 9 GX 9 LT 3T 4T 4D P U 11 X 1 02 X 1 0X 9X 8X 8X 8L O C A L C A N 1 W 2 0 3L O C A L C A

60、 N 2 W 2 0 4X 9X 9C 4D P U 7X 1 0C 4D P U 8X 1 0C 4D P U 9X 1 0T 3T 4X 9X 8R D o - 1 6D P U 2X 1 0X 9X 8R A o - 8D P U 3X 1 0X 9X 8R A i - 1 0 T CD P U 4X 1 0X 9X 8R D i - 3 2D P U 5X 1 0X 9X 8R A i - 1 6D P U 6X 1 0T 3W 2 0 3M O SX 1 0X 8 / 9W 3W 4W 5W 2 9W 3 0U 4 0圖10-3-13 K-Chief 500系統實例五、K-Chief 500