船舶主機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)

1、船舶主機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)一、背景與意義 船港航新技術(shù)中，船舶主機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)近年越來越受到人們的關(guān)注。當(dāng)前，研究開發(fā)網(wǎng)絡(luò)型船舶監(jiān)控系統(tǒng)是我國由海洋大國走向海洋強(qiáng)國的必然要求。船舶主機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)除了能改善船員的工作條件，減輕他們的勞動(dòng)強(qiáng)度，避免人為的操作差錯(cuò)外，還能提高船舶的整體操縱性和經(jīng)濟(jì)性，也是“無人機(jī)艙”發(fā)展的必要環(huán)節(jié)。船舶主機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控是輪機(jī)自動(dòng)化的核心，是船舶監(jiān)控的關(guān)鍵。網(wǎng)絡(luò)化是船舶監(jiān)控的發(fā)展方向，而我國大部分船舶設(shè)備都處于單獨(dú)控制狀態(tài)，沒有網(wǎng)絡(luò)體系化的產(chǎn)品。因此，研究開發(fā)網(wǎng)絡(luò)型船舶監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)迫在眉睫。二、主機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控國內(nèi)外研究現(xiàn)況主機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控，既要有監(jiān)視又要有控制，是主機(jī)監(jiān)視報(bào)警與主

2、機(jī)遙控的簡稱；是指遠(yuǎn)離機(jī)旁在集控室或駕駛室通過自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)視與操縱主機(jī)的方式。目前以柴油機(jī)作為主機(jī)的船舶占絕大多數(shù)。柴油主機(jī)監(jiān)控分為柴油機(jī)現(xiàn)場的自動(dòng)化控制和柴油機(jī)的遠(yuǎn)程控制。柴油主機(jī)的遠(yuǎn)程控制先后經(jīng)歷了由輪機(jī)當(dāng)班人員在機(jī)旁的本地控制，到機(jī)艙集控室的集中控制，現(xiàn)在正朝著到“無人機(jī)艙”方向發(fā)展。我國是造船大國，但我國所制造的船舶的自動(dòng)化水平都不高，主機(jī)監(jiān)控技術(shù)在我國發(fā)展緩慢。在國外，一些世界造船強(qiáng)國，如美國，日本，韓國等，其船舶配套業(yè)的發(fā)展水平已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國內(nèi)的發(fā)展水平，船用大功率低速柴油機(jī)、船舶自動(dòng)化系統(tǒng)、船舶導(dǎo)航設(shè)備等配套產(chǎn)品都比國內(nèi)先進(jìn)很多。目前我國自動(dòng)化船舶上大多采用“分散式”控制系統(tǒng)：

3、采用多臺(tái)計(jì)算機(jī)分別對主機(jī)等船舶設(shè)備的各個(gè)局部系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，例如，采用單片機(jī)的柴油機(jī)燃油噴射自動(dòng)控制、主機(jī)遙控和集中監(jiān)視系統(tǒng)等。基于這種控制方式的船舶監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)品有 cjbw、jk-88yk、dyt-88j、mcs-90、cwjk-88 等。三、船舶主機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控發(fā)展趨勢“無人機(jī)艙”對船舶主機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)提出了更高的要求。主機(jī)不僅不需要相關(guān)的輪機(jī)人員去值班，而且可以由未經(jīng)過專門培訓(xùn)的船員來控制主機(jī)。主機(jī)本身的自動(dòng)控制越來越智能化，遠(yuǎn)程控制向著模塊化、實(shí)時(shí)化發(fā)展。今后，船舶主機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)將在如下方面進(jìn)一步發(fā)展：(1)構(gòu)建高可靠性的網(wǎng)絡(luò)體系，進(jìn)行系統(tǒng)化、模塊化發(fā)展；(2)增添多媒體技術(shù)，優(yōu)化屏幕顯示和控

4、制技術(shù)；(3)智能優(yōu)化控制和故障預(yù)測、診斷；(4)加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全和數(shù)據(jù)安全。四、船舶主機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)1）、船舶監(jiān)控系統(tǒng)總體網(wǎng)絡(luò)體系隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷融合，以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為核心的網(wǎng)絡(luò)分布式總線控制系統(tǒng)出現(xiàn)，船舶監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)已形成了網(wǎng)絡(luò)化。它將船舶自動(dòng)化分拆成多個(gè)模塊，如船舶主機(jī)監(jiān)控、船舶輔機(jī)監(jiān)控、船舶舵機(jī)監(jiān)控等。主機(jī)網(wǎng)絡(luò)分布式控制系統(tǒng)有著明顯又靈活的構(gòu)成方式：由設(shè)備層、控制層、網(wǎng)絡(luò)層三層構(gòu)成?，F(xiàn)場控制站、數(shù)據(jù)采集站和底層單片機(jī)等構(gòu)成了設(shè)備層，它們屬于最底層也是最關(guān)鍵的控制器件；控制層由集控室，集控室工作站，遠(yuǎn)近程控制轉(zhuǎn)換器等構(gòu)成；操作員工作站、數(shù)據(jù)庫、交換機(jī)、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)等構(gòu)成了控制系統(tǒng)的

5、最上層網(wǎng)絡(luò)層。分散在底層的數(shù)據(jù)采集站、現(xiàn)場控制站和底層單片機(jī)等完成過程控制，實(shí)現(xiàn)就地?cái)?shù)據(jù)采集處理、人工控制和自動(dòng)控制；底層單片機(jī)中設(shè)置相應(yīng)的程序進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)主機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，保證主機(jī)運(yùn)行安全，它和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)一起構(gòu)成通訊系統(tǒng)的上下位機(jī)；數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)傳送至工業(yè)控制計(jì)算機(jī)中。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)對來自底層單片機(jī)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中操作管理，如各種優(yōu)化計(jì)算、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、故障診斷、顯示報(bào)警等，并實(shí)現(xiàn)主機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制。通過局域網(wǎng)輻射功能將主機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)發(fā)送至多個(gè)局域網(wǎng)工作站，使船員辦公移動(dòng)化，改善船員工作環(huán)境，比如在輪機(jī)長房間計(jì)算機(jī)里裝上主機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)客戶端，輪機(jī)長就可以在房間里對主機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視和控制。2

6、）、主機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一種柴油主機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)器軟件，船舶輪機(jī)人員可以利用該軟件對船舶柴油機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制，并且利用其服務(wù)器特性可以設(shè)立多臺(tái)工作站。設(shè)計(jì)中采用 rs485 網(wǎng)絡(luò)和 modbus 通訊協(xié)議從下位機(jī)(底層單片機(jī))讀取主機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)、tcp/ip通訊協(xié)議將讀取的數(shù)據(jù)通過局域網(wǎng)輻射到客戶端中；用visual c+進(jìn)行主程序的設(shè)計(jì)，用 microsoft sql server 進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建，用 flash 和photoshop 進(jìn)行界面的美化；在需要進(jìn)行保密的數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)設(shè)置加密算法。船舶主機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)需具備的具體要求如下：(1)具備可靠的通訊系統(tǒng)，能從下位機(jī)(底層單片機(jī)

7、)準(zhǔn)確讀取數(shù)據(jù)。(2)準(zhǔn)確并優(yōu)美的顯示和下位機(jī)通訊得來的數(shù)據(jù)。動(dòng)態(tài)顯示主機(jī)幾個(gè)主要參數(shù)，并時(shí)時(shí)刻刻顯示在主界面上，以供輪機(jī)人員實(shí)時(shí)監(jiān)視。(3)局域網(wǎng)服務(wù)器。系統(tǒng)中應(yīng)該具備局域網(wǎng)服務(wù)器功能，以便接受客戶端發(fā)過來的請求，并根據(jù)客戶端的請求向其發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)，同時(shí)也可以作為服務(wù)器管理人員和客戶端監(jiān)控人員溝通的工具。(4)預(yù)警和報(bào)警。主機(jī)安全運(yùn)行是船舶航行中上最重要的一項(xiàng)，任何一個(gè)參數(shù)出現(xiàn)差錯(cuò)都造成主機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的變化，給主機(jī)安全運(yùn)行造成不穩(wěn)定的因素。雖然底層單片機(jī)會(huì)處理一些簡單狀況，但是也得向輪機(jī)人員報(bào)告并將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，以便以后調(diào)用。所以，需要對每一個(gè)監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置預(yù)報(bào)警，如達(dá)到要求那就應(yīng)該進(jìn)行燈光和

8、聲音的預(yù)報(bào)警。對于主機(jī)運(yùn)行的重要參數(shù)設(shè)置停機(jī)報(bào)警指示，如主機(jī)超速停車報(bào)警，滑油進(jìn)機(jī)低壓停車報(bào)警，淡水出機(jī)高溫停車報(bào)警，緊急停車報(bào)警等。(5)報(bào)警消聲。在一些特殊時(shí)段需要主機(jī)在報(bào)警以后繼續(xù)進(jìn)行運(yùn)行，當(dāng)輪機(jī)人員按下消聲按鈕后，報(bào)警聲音停止，但報(bào)警指示燈依然為紅色。只有當(dāng)故障消除后，報(bào)警指示燈才熄滅。(6)數(shù)據(jù)打印，數(shù)據(jù)備份還原。輪機(jī)人員可以對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)隨時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)打印，也可以對主機(jī)服務(wù)器中的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行備份或者還原。(7)數(shù)據(jù)庫遠(yuǎn)程復(fù)制。由于主機(jī)服務(wù)器、輔機(jī)服務(wù)器、舵機(jī)服務(wù)器等多個(gè)均連接在同一個(gè)局域網(wǎng)里，所以需要建立一個(gè)專門的數(shù)據(jù)庫來統(tǒng)一管理整船的數(shù)據(jù)，因此要求主機(jī)服務(wù)器中的數(shù)據(jù)庫能遠(yuǎn)程將其中的

9、數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程復(fù)制。3）、監(jiān)控參數(shù)主要針對空氣啟動(dòng)的船舶柴油主機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)計(jì)，在監(jiān)視參數(shù)的基礎(chǔ)上達(dá)到控制的功能。該系統(tǒng)需要采集的參數(shù)如下表所示。參數(shù)編號檢測參數(shù)名稱單位1淡水出機(jī)溫度度2淡水進(jìn)機(jī)壓力bar3海水進(jìn)空冷器溫度度4海水進(jìn)空冷器壓力bar5滑油進(jìn)濾器溫度度6滑油進(jìn)濾器壓力bar7滑油進(jìn)機(jī)壓力bar8滑油進(jìn)增壓器壓力bar9燃油進(jìn)機(jī)溫度度10燃油進(jìn)機(jī)壓力bar11增壓器空氣溫度度12增壓器空氣壓力bar13主機(jī)轉(zhuǎn)速rmp14增壓器轉(zhuǎn)速rmp15啟動(dòng)空氣壓力bar系統(tǒng)將以上 15 個(gè)參數(shù)從底層單片機(jī)中讀取，并且完成顯示儲(chǔ)存等功能。根據(jù)設(shè)置要求，底層單片機(jī)需要對柴油機(jī)實(shí)施保護(hù)，

10、對主機(jī)運(yùn)行中關(guān)于柴油機(jī)安全的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行獨(dú)立監(jiān)控，并通過通訊傳遞給本系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)傳感器的輸出信息可分為模擬量和數(shù)字量兩種：模擬量指電子模擬信號，如電壓或電流；數(shù)字量指電子數(shù)字信號即脈沖電信號，如柴油機(jī)轉(zhuǎn)速、時(shí)間等。根據(jù)傳感器的兩種不同形式的輸出信號，應(yīng)該設(shè)置不同的信號輸入通道，比如模擬量就增設(shè) a/d 轉(zhuǎn)換器。采集的參數(shù)中除了轉(zhuǎn)速以外都是模擬量，在系統(tǒng)的設(shè)置中需要添加 a/d 轉(zhuǎn)換電路。五、總結(jié)與展望近年來，我國船舶行業(yè)由造船業(yè)向船舶配套業(yè)傾斜，船舶主機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)越來越受到國家的重視。當(dāng)前，網(wǎng)絡(luò)化是船舶監(jiān)控的發(fā)展方向，研究開發(fā)網(wǎng)絡(luò)型船舶監(jiān)控系統(tǒng)是我國實(shí)現(xiàn)海洋強(qiáng)國的必然要求。根據(jù)船舶柴油機(jī)的工作原理，針對船舶主機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，提出了一種基于局域網(wǎng)的船舶監(jiān)控系