基于PLC 的船舶机舱监测报警系统模拟装置设计

2021-04-01沈玉霞

工程建设与设计 2021年4期

沈玉霞

（上海海事大学，上海201306）

1 引言

船舶机舱集中监测与报警系统是轮机自动化的一个重要组成部分，主要用来集中监测机舱中所有设备的运行情况，一旦发生故障，系统会自动发出声、光报警，并在机舱值班人员应答后，撤销声响报警，并将故障信息打印记录[1,2]。

本系统从实验模拟的真实性和实验过程中的互动性出发，把船上的机舱监测与报警系统迁移到教学实验室中。系统配有操作台、控制器、延伸报警器、轮机员呼叫系统、信号模拟测量箱。该系统与模拟外部传感器探头的信号发生装置相配合，可模拟机舱主要设备的故障监测和报警，并实现延伸报警和对轮机员的呼叫。

2 船舶机舱监测报警系统构建

系统按3 层结构进行结构规划和系统配置，分别为控制层、网络层和设备层，包含1 个控制台，1 个轮机员呼叫箱，2个信号模拟箱及2 个延伸报警箱。机舱监测报警系统结构图如图1 所示[3～5]。

图1 机舱监测报警系统结构框图

2.1 控制层

本系统控制层为1 台计算机，1 个主控制站及1 个总线接口从站。主控制站包含1 个ABB AC500PLC，PLC 包含CPU 系列模块PM581 型和2 个I/O 模块DC532。总线接口从站包含1 个总线接口模块DC551 和1 个I/O 模块DC532。

AC500CPU 模块的内存接收经由CS31 总线传送过来的从站测量箱所采集的数据，并把接收到的模拟量和开关量数据信息直接映射到CPU 模块数据存储单元的地址中，等待CoDeSys 编程软件对数据进行报警处理，最后再由AC500CPU将报警处理结果输出到DC532 或DC551 模块的相应输出通道，驱动灯板和喇叭报警。主站扩展的2 个I/O 扩展模块DC532 的32 路输出通道被用来作为驱动对应的32 路报警灯板的输出通道。

2.2 设备层

1 号、2 号测量箱用以完成开关量和模拟量的数据采集。测量箱中包含1 个远程扩展单元ICMK14N1、1个开关量扩展模块XC32L1、1 个模拟量扩展模块XE08B5。ICMK14N1 主要功能是传送数据，完成和主站CPU 的通讯任务。开关量扩展模块XC32L1，其带有16 路开关量输入，当面板上有按钮开关被按下时，产生监测点数据的变化，模块上对应的通道值变为1，由此完成了开关量的数据采集。模拟量扩展模块XE08B5，其功能是完成模拟量数据的采集。在测量箱面板下设计安装了模拟信号发生装置，由此来提供模拟量信号的来源，模块上的LED 能够显示各个通道当前采集到的模拟量的值，并对该数据进行暂存。

3 号轮机员呼叫箱，包含1 台8 开关量输入，16 路开关量输入/输出的DC551，直接连接到CS31 总线上，实现对延伸报警箱的远程呼叫，通过对输入点的定义，可分别对4 号、5 号延伸报警箱进行单独呼叫和群呼。

4 号、5 号延伸报警呼叫箱，包含1 台8 开关量输入，16 路开关量输入/输出的DC551，接收经AC300CPU 处理分类之后报警信号进行延伸报警和轮机员被呼叫功能。

2.3 网络层

系统所用的网络为以太网和CS31 总线。控制台计算机和主控制站PLC 是通过以太网进行通信连接的，控制台计算机通过以太网接口对主控制站PLC 实现编程通信，主控制站通过CS31 总线对从站采集的数据进行地址映射。

2.4 信号发生装置

系统模拟了48 种船舶机舱报警信号，其中32 个用开关量信号实现，16 个用模拟量信号实现。开关量报警信号利用可锁定式开关作为输入，当开关接通代表有开关量报警信号。报警故障有柴油发电机启动故障，主机冷却油出口流量低，燃油水箱低位，凸轮轴油滤压差高，主机燃油滤器压差高，主机冷却水低位等。

模拟信号由信号发生板提供，分别有4 个0～10V 输出电路，模拟柴发滑油/燃油压力。4 个0～20mA 输出电路，模拟主机扫气压力，主机缸套水进口压力，主机（空冷器）冷却水进口压力，主机冷却海水进口压力。4 个4～20mA 输出电路，模拟主机燃油/滑油进口压力，主机起动/控制空气压力。4 个Pt100输出电路，模拟主机滑油温度高，主机推力轴承温度高，主机1号/2 号缸缸套冷却水出口温度。

表1 I/O 点配置明细表

3 船舶机舱监测报警系统软件设计

本系统的功能是通过信号发生装置模拟机舱内各种动力设备的运行状态，一旦运行设备发生故障，PLC 接收信号后，会通过输出通道发出声、光报警信号。为了满足无人值班要求，要把报警信号传送到轮机值班人员的住处及公共场所，使轮机值班人员能够及时得悉报警信号，并及时去排除故障。通过ABB PLC 编程软件CoDeSys V2.3 对I/O 口进行相应配置，实现数据采集、故障报警、轮机员呼叫和延伸报警功能[5]。

3.1 软件配置

主站CPU 接收到数据后，通过CoDeSys 对地址中的数据进行处理，数据地址配置表如表1 所示。

3.2 轮机员呼叫

3#站主要实现对延伸报警箱的呼叫，设有轮机长、大管轮、二管轮、三管轮、群呼等呼叫按钮。因系统设置了2 个延伸报警箱，将其定义为大管轮和二管轮延伸报警。当按下大管轮呼叫键后，点亮呼叫按键灯，被叫箱呼叫灯亮，呼叫喇叭响。呼叫应答后，呼叫按键灯、被叫箱灯灭，呼叫喇叭消声。呼叫二管轮同理，程序流程图如图2 所示。