船舶照明监控系统的设计

包桓铭

（上海海事大学 物流工程学院，上海 200135）

1 引言

船舶照明监控系统在船舶控制系统中占有非常重要的地位。船舶照明的效果不仅会影响游客和船员的生活质量，更会影响船舶在整个航行中的安全。一个功能强大的船舶照明监控系统对整个船舶的照明起到高效控制和统筹管理的作用。因此，船舶照明监控在整个航行中就显得格外重要。另外，节能增效已经成为全球的最热门的话题，它不仅关系着人类现有的自身利益，更关系着人类的未来。一个好的照明监控系统不仅要能起到智能监控的作用，更要达到节能增效的目的。该人机界面的设计兼顾了智能监控和节能增效，具有很强的实用价值。

由于船舶的航行环境比较恶劣，因此，监控系统的稳定性对于船舶控制来说非常重要，PLC与组态软件具有很好的稳定性及抗干扰性，因此更加适合船舶航行的特定需要。本文的船舶照明监控系统的设计是基于施耐德公司所生产的Twido系列 PLC与 Video-Design系统的人机界面。

2 监控系统硬件

本系统主要硬件包括 PC机、PLC等。PLC采用工业以太网Modbus TCP/IP方式和PC机(即人机界面设备 HMI)进行数据连接。当现场信号采集到数据后将其传送到PLC中，PLC对数据进行处理并根据设定程序完成各种照明控制动作。同时，当PLC中的变量发生变化时，PC机中组态的相应变量也会引起相关动作，完成如画面切换，报警显示等动作。系统框图如图1所示。

图1 系统框图

下位机数据采集站点使用的是施耐德公司所生产的Twido系列PLC，在PC机和PLC数据采集站点之间使用光纤工业以太网来进行数据的传输，具有较高的传输速度及较好的可靠性和实时性。

PLC是整个系统的控制核心。整个系统采用热释电红外传感器和液面传感器来检测人体和液面高度。当各类传感器接收到信号时，会将其传递给PLC，通过与PC机进行实时通讯，为PC机的显示提供数据，并对PC机输入的信息进行处理，完成数字量与模拟量的相互转换，判断传递数据信息、报警信息等，以达到为乘客们提供有效地照明和安全信息。

3 监控系统软件

人机界面（Human－Machine Interface），是人与机器进行交互的操作方式，即用户与机器互相传递信息的媒介。好的人机界面美观易懂、操作简单且具有引导功能，使用户感觉愉快、兴趣增强，从而提高使用效率[1]。当前，随着计算机应用领域的不断扩大，自然的人机界面与和谐的人机环境已逐步成为人们关心的焦点，尤其是在竞争激烈的市场之中，人性化的用户界面更使产品深受欢迎。开发出用户迫切需要的符合“简单、自然、友好、一致”原则的人机界面也是软件系统能够大规模商业化推广的基础[2]。

3.1 监控软件简介

Vijeo Designer是一个一流的软件应用程序。此软件可以为人机界面（HMI）设备创建操作员面板并配置操作参数。它提高了人机界面项目（包括从数据采集到创建并显示动画等各种任务）所需的所有工具[3]。最低系统需求如表1所示。

表1 Vijeo Designer系统配置要求

Vijeo Designer具备数据重复使用、多 PLC连接、人机界面屏幕创建、多功能操作、配置或修改对象的变量和特性、多语言消息等特性。

3.2 监控软件功能设计

工业组态软件是一种快速建立计算机监控系统界面的软件工具，通常运行于个人计算机平台，并与各类控制设备一起组成计算机监控系统。

图2 人机界面系统图

在工业组态软件出现之前，要实现某一监控任务，往往通过手工编写程序来实现。编写程序不但工作量大、开发时间长、效率低，而且可靠性差。另外，所编写的应用程序通常是不开放的系统，很难与其他系统进行数据交互，往往不能满足系统升级和增加功能的需求[4]。Vijeo Designer具有开放性，可扩展性以及易用性等特点，而且显著提高了组态效率。在本系统的页面组态框图如图 2所示。

监控软件具备控制和实时监测各个舱室照明状态，具有功能完善、操作简便、可视性好的特点，具体功能如下：

(1)船舶照明状态的监测与显示

采集显示整船和各个舱室的照明状态，集中显示于监控界面，便于对各个舱室的照明的工作状态的查看。整船照明监控是通过人机界面整体显示船舶所有舱室的照明状态。

照明监控主界面有监控、报警、设置和退出按键可供选择。点击监控按键即可进入船舶监控界面，可以详细的查看船舶的照明状况；报警按键是用来查看船舶的报警状况以及报警历史记录；设置按键是用来设置监控系统的各个参数。照明监控主界面如图 3所示。

图3 照明监控主界面

照明监控界面分为整船照明监控、楼层照明监控和舱室分类照明监控等。监控界面可以通过楼层监控按键选择需要监控的楼层，也可以通过分类监控按键来选择客房、商店、剧院、图书馆等监控界面。

楼层照明监控是通过人机界面显示各个楼层所有舱室的照明状态；舱室分类照明监控是通过人机界面显示各种不同用途的舱室的照明状态，如图 4所示。

通过点击照明监控界面的楼层就可进入各个楼层的监控界面。在此界面中可以查看楼层所有房间的照明状态，如图 5和图 6所示。

图4 邮轮照明监控界面

图5 楼层监控图

图6 客房楼层监控图

照明控制分为手动控制和自动控制两种方式。手动控制方式为工作人员在控制屏及设备旁手工操作设备工作方式。 当系统运行模式为自动控制模式下，由PLC对船舶照明工作状态进行自动控制管理，针对实时情况，自动进行照明控制管理。当系统运行模式为手动控制模式下，操作人员可以根据界面显示的各种信息，通过监控界面上按钮开关等，控制整个船舶或各个舱室的照明情况。

在客房楼层监控界面上点击楼层照明监控界面就可进入各个舱室的监控界面。在客房监控界面中，监控人员可以查看客房每个灯具的照明状况。客房监控界面有自动和手动的切换按钮，工作人员可以根据各个房间的不同状况选择照明方式，如图 7所示。

图7 客房监控图

(2)故障的监测、报警与处理

实时监测船舶照明状态及参数，判断故障发生及故障类型，并产生声光报警。本系统设置的主要故障报警类型有：门禁系统报警、火灾报警和液面高度报警。界面设置有消声、消闪按钮。

图8 报警监控总图

如图 8所示，当船舶发生报警时，报警发生位置楼层的相应信号灯会闪烁，并会发出报警铃声。工作人员可以直接点击相应按键进入报警界面，查看报警原因。查看时可以按下消声按键，以停止报警铃声。在报警解除后，再按消闪按键停止闪光报警，如图 9所示。

(3)信息的显示、存储与打印

监控界面可以通过报警汇总表在画面上显示一系列报警，显示当前报警信息及历史报警信息，如报警类型、发生时间、持续时间等等，如图10所示。该信息全部存储于触摸屏CF存储卡内。

报警有四种状态：活动、确认、未确认和返回常规(复归)。报警汇总表可以显示这四种状态的报警。可以打印这些报警信息或把它们保存为一个 .csv 文件，通过USB端口外接打印设备，可以打印以上信息，便于系统分析使用。

图9 图书馆监控图

图10 报警列表

4 结语

在船舶照明监控系统中采用人机界面，简单直观，便于操作；提高了照明控制的可靠性以及交互性。组态软件的使用，简化了系统的开发过程，提高了开放性和可移植性，大大地缩短了开发周期。与PLC结合使用，使船舶照明监控系统变得更加智能、简便，有很强的实用价值。

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[1]王奋勇, 盛焕烨. 面向对象的人机界面类库研究[J].计算机工程, 1995, 12（4）: 22－27.

[2]李斌, 王喆, 许吉力, 等. 分布式温室计算机控制系统[J]. 自动化仪表, 2001, 22（10）: 41－42.

[3]施耐德电气. Vijeo-Designer用户指南[Z], 2009.

[4]金一鸣, 西门子K—TP 178 micro人机界面在煤矿生产控制系统中的应用. 甘肃水利水电技术, 2009,10（10）: 41—42.