船舶辅机监控系统方案

喻俊峰

(中国舰船研究设计中心,武汉 430064)



船舶辅机监控系统方案

喻俊峰

(中国舰船研究设计中心,武汉 430064)

针对船舶辅机信息化和自动化发展需求，提出一种适用于大中型船舶辅机监控系统方案，分析设置辅机集中监控系统的必要性，以及辅机监控系统功能、设备组成和体系结构，介绍辅机的监测和控制信息流程、接口。

船舶；辅机；监控；方案

具备对主要辅助设备(以下称辅机)监测报警能力是舰船损管监控系统的主要功能之一[1]。目前在用的水面舰艇已经能够实现对重要辅助机电设备(如消防泵、发电机、舵机等)的监测、报警和控制[2]，而未能对而其他日常使用较多的辅机进行监控管理。这些辅机包括有空调器、通风机、海水淡化装置、水质后处理装置、供水装置、生活污水处理装置、空压机、油污水处理装置、冷却泵、辅锅炉、遥控阀件、传感器等[3-4]。这些设备分布在全船的所有位置，数量大、分布广。所有辅机对所属系统的运行有着或大或小的影响，需要及时处理故障。传统的辅机管理办法是安排船员值班巡视，记录每个辅机的运行状态，排查故障。随着船舶技术地不断发展，船舶吨位和体积越来越大，信息化和自动化需求愈发迫切，这种传统的管理方式逐渐趋于落后，需要建立全船性的辅机集中监控系统[5]。

1 功能

1.1 空调通风设备监控

对具备通风功能的设备，如组合式空调装置、直接蒸发式空调装置、新风空气处理机组、厨房空调装置、粮食库空气处理装置、分体式空调器、离心式通风机及管道风机，等，进行运行状态监测、故障报警及遥控启停。

对射流送风冷却装置、循环通风装置进行状态监测和故障报警。

对与其他特殊系统有联动关系的风机、空调器进行状态监测和故障报警。

对水密区内受监控的空调通风设备进行按水密段整体遥控启停。

通过对一个空调区(含空调装置及其配套的通风机)或相互匹配的进、排风机进行启停逻辑的联动设置，实现空调区的整体启停控制，保持风量平衡。

在重要部位或舱室设置温度计，本地显示温度并将信号传输至集中监控部位。

对于舱室的独立式空调柜机、风机盘管保留人工操作控制的形式。

1.2 冷媒水设备监控

对冷水机组、冷媒水泵组及冷却水泵组进行运行状态显示及综合故障报警，对冷水机组冷媒水进出口温度、流量进行实时监测。

对冷媒水管网进行状态监测，对冷媒水管路的隔断阀进行开/关状态监测及综合故障报警，对各主要支路上的冷媒水流量、温度进行实时监测。

实现对冷媒水管网的监测与控制，根据冷媒水管网的运行状态，对冷媒水管路的隔断阀进行开/关控制，实现冷媒水官网断开与合并。

1.3 冷藏设备监测

对高温库冷藏装置、低温库冷藏装置及冷却水泵进行运行状态显示和综合故障报警。

对气调保鲜装置进行运行参数显示(氧浓度、二氧化碳浓度、湿度)、故障报警及求救报警。

对低温库(鱼、肉库)、高温库(蔬菜区、瓜果区)库温进行实时监测。

对冷库舱门开关状态进行监测。

1.4 环境污染控制设备监测

对油污水处理装置、生活污水处理装置进行运行状态显示、水质超标报警和综合故障报警。

对油污水舱、灰水舱、中水舱的液位进行监测报警。

1.5 日用水设备监控

对反渗透海水淡化装置、水质后处理装置、变频供水装置、热水柜进行运行状态显示和综合故障报警。

对调驳泵进行运行状态显示、综合故障报警和启停控制。

对淡水补给、调驳和供水管路上的主要阀门进行开闭状态监测和控制，遥控实现淡水舱调拨、岸补、循环消毒。

对淡水舱液位进行显示及高、低液位报警。

对各供水支管的淡水耗量进行实时监测。

1.6 日用蒸汽设备监测

对辅锅炉进行状态监测和故障报警。

对日用蒸汽管路上减压前蒸汽压力以及减压后各集管内的蒸汽压力进行实时监测。

1.7 压缩空气及氮气设备监测

监测压缩空气供气模块、氮气瓶的压力。

显示制氮装置运行状态，综合故障报警。

1.8 其他辅机

对航机、阴极保护装置、防污装置等进行运行状态显示和综合故障报警。

2 系统组成

鉴于辅机的分布特点，集中监控系统采用典型的分布式测控架构，分层采集和控制，实现统一管理。全船设立一个集中监控台，实现对辅机运行状态的监测、故障报警和控制，区域监控箱可按防火区或水密区设置，实现区域内辅机监控信息统一采集转发。现场采控模块根据辅机布置位置现场分布，还可作为区域监控中继设备，用于解决辅机与区域监控箱之间距离过远造成较大信号衰减问题。另外在管路、舱室设置一定数量的温度、压力、流量传感器，实时测量辅助系统运行的状态，如重点舱室的温度、压缩空气瓶压力、日用水管路流量、冷媒水管路温度和流量等。

辅机集中监控系统见表1。

表1 辅机集中监控系统组成

3 体系结构

辅机集中监控系统采用总线主干网和区域子网的双层网络架构。上层为总线主干网，由集中监控台、区域监控箱组成，提供辅助系统的监测信息和控制指令的传输通道。区域子网为下层网络，按照分区采集的原则，进行区域辅机设备的信息采集和控制指令输出。区域功能子网将区域信息集中打包处理，通过总线以太网与辅机集中监控台进行信息交互。

辅机监控系统的组成设备分为3层[6]，体系结构见图1。

监控管理层设备由集中监控台组成，是辅机集中监控系统的人机交互的接口，通过总线以太网获取各区域的辅机监测数据，以友好人机界面的形式显示全船辅机的启停运行状态，对故障进行声光报警，实现对辅机的远程控制操作。

区域采集控制层是辅机监控的中间层，由区域监控箱、现场采控模块及区域子网组成，区域子网是现场总线网络，区域监控箱与现场采控模块通过总线相连，将区域内辅机的监控信息集中处理，现场采控模块根据辅机的分布现场布置，可解决辅机位置分散的问题。

现场设备层含分布在管路上以及末端的压力、流量、温度传感器和遥控阀件，为辅机集中监控系统提供辅助系统运行状态信号和控制接口，如提供开关量、模拟量信号或通信的输入输出。开关量规格为DC24V，模拟量规格为4～20 mA，通信接口统一为RS485，可以覆盖大多数的设备监控信号。

4 工作流程

4.1 监测流程

现场采控模块就近安装，将采集到的辅机设备信息通过区域子网传递到区域监控箱，区域监控箱将上述信息解析，转换为总线主干网通信协议格式，提供给辅机集中监控台进行访问。辅机集中监控台从主干网采集到上述信息，进行数据处理，分类显示辅机运行信息和传感器信息，对故障进行报警，统计辅机运行状态、传感器测量数据等资源的监测信息，进行综合分析，为辅机系统的运行管理提供辅助决策建议。

对于报警信息，按照重要程度赋予不同的报警优先级，优先级由高到低分别为：冷库呼叫报警、液舱液位高低位、超高位及蒸汽减压阀组超压报警、监控对象设备的故障报警及辅助监控系统自身设备的故障报警。

4.2 控制流程

辅机监控系统的控制分为二级，集中控制为第一级，为最顶层的控制，区域控制为第二级控制。集中控制功能在辅机监控台实现，辅机集中监控软件接收来自控制面板(人机交互界面)的控制指令，将命令发送到主干网上，区域控制单元接收命令数据报文，解析上述报文，进行相关逻辑控制运算，将上述命令通过区域现场总线发送给相应的现场采控模块，现场采控模块输出控制信号，对辅机设备实施控制。

区域控制功能由区域监控箱完成，适用于本区域内的所有通过现场采控模块、区域监控箱进行数据采集的辅机设备。区域监控箱提供控制按钮(或人机界面的软按钮)对这些设备进行第二级的控制，控制指令经过必要的逻辑运算，发送到现场采控模块，由现场采控模块对相应的端口输出电信号，实现对设备的控制。

在被控设备的控制部位设置“遥控/本控”转化开关，当在“遥控”状态下，控制箱接收集中监控系统控制指令进行设备的启停操作，本控功能屏蔽；当在“本控”状态下，具备本地手动的控制开启、关闭功能，不再接受集中监控系统指令，遥控功能屏蔽。

5 接口

辅机监控系统的监控设备按接口类型分为2类，一类通过硬接线连接，其接线规格与监控信号的数量相匹配，如1对无源触点或1个压力信号对应2芯线。这类的接口适用于监控信号较少，或不具备通信功能的设备，如风机、泵、压缩空气供气模块(气瓶)、遥控阀、温度计及流量计等。

另一类设备通过通信线连接(如RS485)，其接线规格固定，可传输较多的监控信号，适用于监控信号较多且具备通信功能的设备，如组合式空调装置、冷藏装置、冷水机组及气调保鲜装置等。

由于辅机监控的人机操作接口通过软件实现，辅机监控台可集中处理辅机的监控报警信息，软件按系统进行界面划分，以便于对该辅助系统的管理，见图2～图4。

6 结论

基于主干网和区域子网的分布式的辅机集中监控系统方案可适用于辅机数据较多的大中型船舶，有利于提高对全船辅机的监控管理能力，提高辅机的运行效能和故障保障能力，减少船员的工作强度，提升全船的信息化和自动化水平。

该辅机集中监控系统的组成设备功能和接口形式，由于市场产品的多样性，未直接规定设备的具体型号，仅进行原理性描述。辅机集中监控系统的设备可采用成熟的商业产品，在满足接口和功能的前提下，选用合适的型号。系统的功能可根据实际设计情况进行适当调整。

[1] 海军规范所.舰船通用规范GJB4000—2000 [S].北京:总装备部军标出版社,2000.

[2] 韩伟,周佳宇,刘克荣.舰船损管监控系统的设计考虑[J].中国舰船研究,2007，2(5)：58-62，71.

[3] 陈可越.船舶设计实用手册[M].北京:中国交通科技出版社,2007.

[4] 邵开文,马运义.舰船技术与设计概论[M].北京：国防工业出版社,2005.

[5] 姚斌,庞之洋,梁述海.基于Web的机舱远程监控系统设计[J].中国舰船研究,2009,4(3)：66-69.

[6] 陶伟,曹宏涛,周纪申.舰船损管监控系统研究[J].中国舰船研究,2012,7(1)：57-60.

On the Scheme of Monitoring and Controlling System for Ship Assistant Electromechanical Equipment

YU Jun-feng

(China Ship Development and Design Center, Wuhan 430064, China)

According to information and automation development needs for the monitoring and controlling the assistant electromechanical equipments, a scheme to supervising the assistant electromechanical equipments was set forth for ships. The necessity of the electromechanical equipments' centralized supervising system was discussed, as well as its function, constitute and structure. The information flow and interfaces of this system was introduced also.

ship; assistant electromechanical equipments; monitoring and controlling; scheme

10.3963/j.issn.1671-7953.2017.03.025

2017-01-08

国家部委基金资助项目

喻俊峰(1985—)，男，硕士，工程师

研究方向：船舶辅助系统设计

U664.8

A

1671-7953(2017)03-0109-04

修回日期：2017-03-07