简析耙吸式挖泥船机舱综合报警与监测系统的设计及应用

彭冬

（中交上海航道局有限公司，上海 200000）

随着工业科学技术的发展，耙吸式挖泥船电子电气设备的设计复杂程度也是越来越高。如机舱综合报警与监测系统，集合了自动化技术、计算机技术与网络通信技术等于一体，对船舶设备运行状况实现远程监控、远程诊断与维护，提高了设备的运行管理，从而也提高了船舶在航行和施工期间的安全。耙吸式挖泥船机舱综合报警与监测系统以下简称AMS系统。

1 系统组成

耙吸式挖泥船AMS 系统主要由硬件和软件两部分组成。

硬件部分包含：（1）VCL 可视化客户终端（电脑主机和显示器）；（2）PSV 信号处理服务器；（3）有对地绝缘监测功能的数字量和模拟量输入模块；（4）数字量输出模块；（5）模拟量电流/电压输出模块；（6）延伸报警板及其信号分配模块；（7）卧室用外部蜂鸣器；（8）外部报警复位按钮板；（9）现场总线转换模块；（10）带有冗余功能的以太网络开关；（11）UPS 不间断电源。

可视化客户终端软件系统：可视化客户终端软件采用Java 技术，独立运行于Lilux 操作系统，主要对机舱主机、辅机、电力设备、泵辅设备、推进轴及油水柜等重要设备参数进行实时的数据采集、监控和诊断，并对船舶监测报警（显示）系统规定的其他基本设备实现监测报警。

2 系统架构

耙吸式挖泥船AMS 系统架构主要分为三部分，即数据采集及控制、数据处理和人机界面控制管理，如图1 所示。

图1 耙吸式挖泥船AMS 系统图

2.1 数据采集及控制

现场数据采集及控制模块分为四类（32Ch DI、12Ch DO、8Ch AI、8Ch AO），安装于各现场信号采集箱内，现场采集信号箱分别安装于机舱集控室、机舱机修间和上层甲板、辅设备舱、艉液压PLC 柜和航行控制台，主要对船舶监测报警（显示）系统规定的基本设备实现就近数据的采集和控制命令的输出。

现场各信号采集箱内的输入/输出模块通过Modbus RTU Master/Slave 协议冗余双电源、双网络的RS485 通信与处理服务器（PSV）相连接。

左右主机、左右推进、主应急230V 稳压稳频、VDR 和辅助应急发电机等第三方设备与处理服务器（PSV）也以RS485网络通信方式完成数据的交换和控制。

2.2 数据处理

耙吸式挖泥船AMS 系统含有两组处理服务器，总计4 台，选用冗余、热备份设计，单个PSV 能稳定处理各数据点，并通过IP 地址辨别，且有6 个RS485 的ModBus RTU 接口，与现场信号采集模块和第三方设备实现通信连接。

系统的数据处理都在处理服务器内完成，包含逻辑控制及计算、控制功能。即能够回应人机界面控制管理的数据请求，也与现场信号采集层通过双电源、双网络互联来实现数据的传输。

2.3 人机界面控制管理

该部分是由2 台基于100M 以太网互联的可视化终端电脑组成，网络可双冗余切换，并采用开放式的OPCUA 通信协议。客户终端软件与处理服务器（PSV）之间采用请求和回应的工作模式，不负责信号采集层的数据采集和逻辑处理功能，属于独立工作，实时对机舱重要设备的采集数据进行显示，对报警信息可通过声光和清单打印形式体现。第三方SCADA系统采集的报警信息通过中间以太网，使用路由器转换，连接在系统的网络交换机端口上，采用开放式 OPC-UA 通信协议进行数据的共享。

各轮机管理人员房间和重要场所增设延伸报警显示面板，由PSV 处理器通过RS485 的ModBus RTU 接口与延伸报警分配模块相连，后将报警信息传输分配至上述各场所的延伸报警显示面板。

3 系统功能

（1）开关量和模拟量监测报警功能。开关量以触点工作方式进行信号的输入和输出，模拟量分为数值显示和超限报警功能，一个报警触发后系统会以触点方式给报警灯柱信号，报警灯柱发出声光报警；同时，工作站电脑显示报警信息和状态，并以红色闪烁图标提示。

（2）人为禁用及抑制的报警清单页面显示功能。测量点的传感器有可能暂时处于损坏状态，而且用户已经清楚细节，并且不希望该报警处于激活状态，所以该报警点可以手动在线状态下被禁用掉。

所有被禁用的报警点都会显示在禁用清单中，当用户及时处理损坏的传感器后，可以手动在线取消禁用，该报警点会在禁用清单中消失。测量点的状态报警可能只在特定情况下触发才为非正常警报提示，比如，主机的滑油低压只有在主机正常运行后触发报警属于非正常状态，主机在停止时滑油低压属于正常状态，所以，软件中可以用主机的停止信号去自动抑制掉该报警点，并且所有这些被抑制的报警点都会显示在抑制报警清单中。

（3）燃油消耗及计算的燃油系统监测功能。系统通过采集供油单元的供油和回油流量计模拟量输入信息和设备运行时间，自动累计计算燃油消耗量，以及根据设备的其他运行参数计算燃油消耗率，并且根据设置超限报警功能做报警提示。

（4）带有舱容和重量纵横倾修正功能的液位遥测功能。系统通过采集舱柜的液位信号、密度信号、Trim（纵倾）和List（横倾）信号，根据舱柜的舱容表数据，自动计算该舱柜的舱容和重量，并且可以根据船舶的纵横倾数据自动修正舱容。

（5）无人机舱值班报警功能。当选定某个轮机员值班时，所有触发的报警点会延伸到轮机员房间的延伸报警板声光提示，不值班的轮机员房间报警板只有灯光闪烁显示。当公共区域声光提示，值班轮机员需要到集控室工作站电脑消音和确认报警，如果在设定的时间内报警没有被确认，系统会触发轮机员失职报警，所有延伸报警板将触发声光报警，并显示失职报警信息。

（6）手动轮机员呼叫功能。当集控室工作站电脑选定某个轮机员或者所有轮机员进行呼叫，相应轮机员房间和公共区域延伸报警板会声光提醒，并提示集控室有呼叫，可以点击“消音”按钮消除声音提示，并前往集控室，确认呼叫功能。

（7）电脑触摸屏功能。系统软件支持触摸屏幕的功能，只需要触摸电脑安装触摸功能的驱动，操作工作站软件所需的键盘鼠标功能均可以用触摸功能完全替代。

4 系统应用

自航耙吸式挖泥船设备种类多、系统繁杂、技术含量高，对船员的设备管理能力提出较高要求。机舱综合报警与监测系统能够对船舶运行状况实时的进行监测，对设备运行异常状况做出声光报警提示，从而帮助值班管理人员能够及时对设备故障进行排查和解决，使设备能够正常运行，确保船舶在安全的工况下能够正常的航行和施工。

5 结语

机舱综合报警与监测系统是自航耙吸式挖泥船自动化系统的重要组成部分，对船舶设备的维护管理起到重要的作用。随着电力电子、自动化控制、计算机及网络通信等技术不断发展，自航耙吸式挖泥船的机舱电气自动化控制系统更加趋于集成化、模块化，通过计算机及网络通信技术将各自动化系统联系在一起，使船舶在使用操控方面更加的智能化，设备管理方面更加安全有效化，从而对船舶的经济性和安全性起到有效的提升作用。