《輪機(jī)自動化》數(shù)字化教材項(xiàng)目四

1、項(xiàng)目四 船舶機(jī)艙監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)【項(xiàng)目描述】機(jī)艙監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)能提高機(jī)艙各種設(shè)備工作的可靠性，是輪機(jī)自動化的重要組成部分，也是現(xiàn)代化船舶實(shí)現(xiàn)無人機(jī)艙必不可少的基本條件。對機(jī)艙監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)的操作、維護(hù)和管理是輪管人員必須掌握的基本技能。曲軸箱油霧濃度監(jiān)視器是保證柴油機(jī)安全運(yùn)行的重要設(shè)備。通過本項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，學(xué)員應(yīng)達(dá)到以下要求：一、知識要求1、 熟悉機(jī)艙監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)的類型、組成及主要功能；2、 熟悉單元組合式監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)的組成、特點(diǎn)和工作原理；3、理解網(wǎng)絡(luò)型監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)的組成和工作原理；4、熟悉曲軸箱油霧濃度監(jiān)視系統(tǒng)的功能、特點(diǎn)和工作原理。二、能力要求1、能進(jìn)行機(jī)艙監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)的基本操作；2

2、、熟悉模擬量參數(shù)和開關(guān)量參數(shù)的調(diào)整方法；3、能分析單元組合式監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)中報(bào)警控制電路的工作原理；4、能表述網(wǎng)絡(luò)型監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)的特點(diǎn)和維護(hù)保養(yǎng)事項(xiàng)；5、能比較MARK 5和MARK 6油霧濃度監(jiān)視系統(tǒng)的異同之處。三、素質(zhì)要求1、養(yǎng)成善于動腦、勤于思考、及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題的學(xué)習(xí)習(xí)慣；2、提高理論聯(lián)系實(shí)際的能力，培養(yǎng)善于分析和解決工程實(shí)際問題的能力；3、培養(yǎng)理性思維能力和科學(xué)求實(shí)的精神；4、培養(yǎng)學(xué)習(xí)新技術(shù)的能力，增強(qiáng)創(chuàng)新意識。【項(xiàng)目實(shí)施】.任務(wù)一 機(jī)艙監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識一、學(xué)習(xí)目標(biāo)1、熟悉機(jī)艙監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)的類型和組成。2、掌握機(jī)艙監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)的主要功能。二、學(xué)習(xí)任務(wù)本項(xiàng)目的主要任務(wù)是掌握機(jī)

3、艙監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)的。三、背景知識機(jī)艙監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)的功能是準(zhǔn)確可靠地監(jiān)測機(jī)艙內(nèi)各種動力設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及其參數(shù)，一旦運(yùn)行設(shè)備發(fā)生故障，自動發(fā)出聲光報(bào)警信號。對于無人值班機(jī)艙，集中監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)還能把報(bào)警信號延伸到駕駛臺、公共場所、輪機(jī)長房間和值班輪機(jī)員的住所。機(jī)艙集中監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)不僅可以改善輪機(jī)管理人員的工作條件，減輕勞動強(qiáng)度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的運(yùn)行故障，而且也是實(shí)現(xiàn)無人機(jī)艙的基本條件。在現(xiàn)代船舶中，機(jī)艙監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)還具有設(shè)備控制功能。一、機(jī)艙監(jiān)視與報(bào)警系統(tǒng)的基本組成一個(gè)完善的監(jiān)視與報(bào)警系統(tǒng)一般由三大部分組成：（1）分布在機(jī)艙各監(jiān)視點(diǎn)的傳感器；（2）安裝在集控室內(nèi)的控制柜和監(jiān)視儀表或監(jiān)視屏；（3

4、）安裝在駕駛臺、公共場所、輪機(jī)長和輪機(jī)員居室的延伸報(bào)警箱。典型的監(jiān)視與報(bào)警系統(tǒng)的組成及其分布如圖4-1-1所示。圖4-1-1 機(jī)艙監(jiān)視與報(bào)警系統(tǒng)的組成二、機(jī)艙監(jiān)視與報(bào)警系統(tǒng)的功能不同的監(jiān)視與報(bào)警系統(tǒng)，由于實(shí)現(xiàn)手段不同，在功能上也略有差異，但通常都應(yīng)具有如下幾方面的功能：1、聲光報(bào)警聲光報(bào)警是監(jiān)視與報(bào)警系統(tǒng)最基本的功能，只要監(jiān)測點(diǎn)的狀態(tài)發(fā)生異常或出現(xiàn)參數(shù)越限，系統(tǒng)就應(yīng)該發(fā)出聲光報(bào)警，以便問題得到及時(shí)的處理。大多數(shù)導(dǎo)致報(bào)警發(fā)生的原因均無法在報(bào)警發(fā)生后自行消失，只有進(jìn)行相應(yīng)的處理后才能使?fàn)顟B(tài)恢復(fù)正常，這類報(bào)警稱為常規(guī)報(bào)警或長時(shí)報(bào)警。對于某些具有主/備用切換功能的設(shè)備，當(dāng)主用設(shè)備出現(xiàn)故障并發(fā)出聲光報(bào)警

5、時(shí)，備用設(shè)備將自動投入運(yùn)行，往往由于運(yùn)行參數(shù)恢復(fù)正常而在短時(shí)間內(nèi)自動消失，這類報(bào)警稱為短時(shí)報(bào)警。監(jiān)視與報(bào)警系統(tǒng)對這兩種情況一般采用不同的處理方法，圖4-1-2實(shí)出了一般報(bào)警的處理流程。在正常運(yùn)行期間，監(jiān)視與報(bào)警系統(tǒng)不會發(fā)出報(bào)警指示和聲響報(bào)警。當(dāng)被監(jiān)測點(diǎn)發(fā)生異常時(shí)，若該監(jiān)視點(diǎn)未被閉鎖，則系統(tǒng)立即發(fā)出聲響報(bào)警，并且相應(yīng)的報(bào)警指示燈（或屏幕文本）快速閃爍，指示報(bào)警內(nèi)容。報(bào)警發(fā)生后，要求值班人員按消音按鈕進(jìn)行消音（一般情況下，消音按鈕對于所有的報(bào)警都是公用的）和報(bào)警確認(rèn)（按確認(rèn)按鈕或點(diǎn)擊閃爍文本）。報(bào)警確認(rèn)后，報(bào)警指示燈由閃爍轉(zhuǎn)為平光（或者閃爍文本轉(zhuǎn)為高亮）。當(dāng)監(jiān)視點(diǎn)狀態(tài)或參數(shù)恢復(fù)正常時(shí)，報(bào)警消失，即

6、報(bào)警指示燈熄滅（或文本高亮消失）。當(dāng)出現(xiàn)圖4-1-2 監(jiān)測點(diǎn)報(bào)警處理流程圖短時(shí)報(bào)警時(shí)，系統(tǒng)也會立即發(fā)出聲光報(bào)警，但往往由于監(jiān)測狀態(tài)在短時(shí)間內(nèi)自動恢復(fù)正常，報(bào)警指示將由“快閃”轉(zhuǎn)為“慢閃”，但聲光報(bào)警還將繼續(xù)，直到按下消音按鈕。2、參數(shù)與狀態(tài)顯示參數(shù)顯示是指通過模擬儀表、數(shù)字儀表或者計(jì)算機(jī)顯示屏對所有監(jiān)測點(diǎn)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行顯示，即模擬量顯示。狀態(tài)顯示指的是反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的開關(guān)量顯示，通常采用綠色指示燈（燈泡或發(fā)光二極管）表示系統(tǒng)或設(shè)備的正常運(yùn)行狀態(tài)，紅色指示燈表示報(bào)警狀態(tài)。對于采用計(jì)算機(jī)屏幕的系統(tǒng)，則還可采用“ON”、“OFF”、“HIGH”、“LOW”、“NORMAL”和“FALL”等文本來進(jìn)

7、行狀態(tài)顯示。3、打印記錄打印記錄一般有參數(shù)打印和報(bào)警打印兩種。參數(shù)打印又可分為定時(shí)制表打印和召喚打印。定時(shí)制表打印是打印機(jī)以設(shè)定的時(shí)間間隔自動將機(jī)艙內(nèi)需要記錄的全部參數(shù)打印制表，輪機(jī)員只要將打印紙整理成冊，即可作為輪機(jī)日志。召喚打印是根據(jù)需要，隨時(shí)打印當(dāng)時(shí)的工況參數(shù)，可對監(jiān)測點(diǎn)參數(shù)進(jìn)行全點(diǎn)或選點(diǎn)打印。報(bào)警打印是由系統(tǒng)自動進(jìn)行的，只要有報(bào)警發(fā)生，系統(tǒng)就會把報(bào)警名稱、報(bào)警內(nèi)容和報(bào)警時(shí)間進(jìn)行自動打印輸出。而報(bào)警解除時(shí)，則自動打印報(bào)警解除時(shí)間。許多監(jiān)視與報(bào)警系統(tǒng)的軟件功能還具有“事件（Event）”記錄和打印功能。當(dāng)對系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置、組態(tài)或上下限報(bào)警等參數(shù)的修改時(shí)，這些操作都會以“事件”的形式在數(shù)據(jù)庫中

8、進(jìn)行記錄或進(jìn)行打印輸出。4、報(bào)警延時(shí) 在報(bào)警裝置中，一般均設(shè)有延時(shí)報(bào)警環(huán)節(jié)，以免發(fā)生誤報(bào)警。根據(jù)所監(jiān)視的參數(shù)不同其延時(shí)有長延時(shí)和短延時(shí)之分。例如，在監(jiān)視液位時(shí)，由于船舶的搖擺，容易反復(fù)造成虛假越限現(xiàn)象，導(dǎo)致頻繁報(bào)警。類似這些情況可采用230s的長延時(shí)報(bào)警，在延時(shí)時(shí)間之內(nèi)越限不報(bào)警。另外，在運(yùn)行期間，某些監(jiān)測開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)會由于環(huán)境干擾的原因而發(fā)生瞬間變化，例如船舶在激烈振動時(shí)，某些壓力系統(tǒng)的壓力波動容易使報(bào)警開關(guān)發(fā)生抖動。為避免誤報(bào)警，可采用延時(shí)0.5s的短延時(shí)。5、報(bào)警回差一些運(yùn)行設(shè)備，當(dāng)它處于正常與故障的臨界狀態(tài)時(shí)，往往會出現(xiàn)被監(jiān)視的參數(shù)在報(bào)警值附近波動，從而導(dǎo)致系統(tǒng)頻繁報(bào)警。如圖4-1-

9、3所示，當(dāng)監(jiān)視參數(shù)y大于報(bào)警值L時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警，值班人員應(yīng)答后，當(dāng)y小于L時(shí)，撤消報(bào)警恢復(fù)正常，于是報(bào)警系統(tǒng)會隨y在L值波動而頻繁報(bào)警。為了避免頻繁報(bào)警，常在報(bào)警監(jiān)視系統(tǒng)中設(shè)置報(bào)警回差。報(bào)警回差是指報(bào)警值L與恢復(fù)正常值R之間的差值，在上限報(bào)警中使R<L，在下限報(bào)警中使R>L。圖4-1-3 無回差上限報(bào)警 圖4-1-4 有回差上限報(bào)警 如圖4-1-4所示，當(dāng)y>L時(shí)，系統(tǒng)發(fā)生報(bào)警，以后當(dāng)y在L值附近波動時(shí)，只要波動幅值小于報(bào)警回差，系統(tǒng)就不撤消報(bào)警，在應(yīng)答后保持故障記憶狀態(tài)。直到故障排除、被監(jiān)視參數(shù)yL，才撤消故障記憶狀態(tài)，從而避免了頻繁報(bào)警。6、報(bào)警閉鎖 報(bào)警閉鎖就是根據(jù)動

10、力設(shè)備不同的工作狀態(tài)，封鎖一些不必要的監(jiān)視點(diǎn)報(bào)警。例如，船舶在停港期間，由于主機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)，主機(jī)的冷卻系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)等均停止工作，與這些系統(tǒng)相關(guān)的參數(shù)相對主機(jī)運(yùn)行時(shí)都會出現(xiàn)異常。因此，有必要對與這些系統(tǒng)有關(guān)的監(jiān)視點(diǎn)進(jìn)行報(bào)警閉鎖。閉鎖報(bào)警可以手動實(shí)現(xiàn)，也可以自動實(shí)現(xiàn)，可以成組閉鎖，也可以單點(diǎn)閉鎖。7、延伸報(bào)警延伸報(bào)警功能是為無人值班機(jī)艙設(shè)置的。在無人值班的情況下，必須將機(jī)艙故障報(bào)警信號分組后傳送到駕駛臺、公共場所、輪機(jī)長及值班輪機(jī)員住所的延伸報(bào)警箱。延伸報(bào)警通常是按照故障的嚴(yán)重程度來分組，可把全部監(jiān)視點(diǎn)的報(bào)警信息分為四組：主機(jī)故障自動停車報(bào)警、主機(jī)故障自動減速報(bào)警、重要故障報(bào)警和一般

11、故障報(bào)警。8、失職報(bào)警在無人值班的情況下，監(jiān)視與報(bào)警系統(tǒng)在發(fā)出故障報(bào)警的同時(shí)，還會觸發(fā)3min計(jì)時(shí)程序。若值班輪機(jī)員未能在3min（大型船舶為5min）內(nèi)及時(shí)到達(dá)集控室完成確認(rèn)操作，即使已在已在延伸報(bào)警箱上進(jìn)行過確認(rèn)，仍將被認(rèn)為是一種失職行為，報(bào)警系統(tǒng)會使所有延伸報(bào)警箱發(fā)出聲光報(bào)警信號。報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出失職報(bào)警后，只能在集控室進(jìn)行消音，復(fù)位3min計(jì)時(shí)程序后才能撤銷失職報(bào)警。9、值班呼叫值班呼叫功能主要用于輪機(jī)員交接班時(shí)進(jìn)行信號聯(lián)絡(luò)。例如，大管輪與三管輪進(jìn)行進(jìn)行交接班時(shí)，大管輪只要在集控室把“值班選擇”開關(guān)指向“三管輪”位置即可。這樣，系統(tǒng)就會撤銷大管輪的值班信號，而向駕駛臺、公共場所和三管輪居室

12、的延伸報(bào)警箱發(fā)出三管輪值班呼叫聲響信號，值班指示燈閃爍。應(yīng)答后，報(bào)警聲消失，值班指示燈從閃爍轉(zhuǎn)為平光，表示三管輪進(jìn)入值班狀態(tài)。以后，監(jiān)視與報(bào)警系統(tǒng)會把報(bào)警信號傳送到三管輪居室的延伸報(bào)警箱，而不再送到其它輪機(jī)員居室。10、測試功能在集控室的操縱臺上，一般都設(shè)有試燈按鈕和功能測試按鈕。按下試燈按鈕，所有指示燈都將處于常亮狀態(tài)，不亮的指示燈需要更換。按下功能測試按鈕，所有監(jiān)視點(diǎn)均應(yīng)進(jìn)入報(bào)警狀態(tài)，否則，未報(bào)警的監(jiān)視點(diǎn)相應(yīng)的監(jiān)視通道有故障。測試功能可協(xié)助進(jìn)行故障定位。11、自檢功能監(jiān)視與報(bào)警系統(tǒng)正常工作的前提是系統(tǒng)本身沒有故障。為了確保監(jiān)視與報(bào)警系統(tǒng)本身工作的可靠性，對諸如輸入通道、電源電壓和保險(xiǎn)絲等重

13、要環(huán)節(jié)，應(yīng)具有自動監(jiān)測功能。出現(xiàn)異常時(shí)，系統(tǒng)將自動發(fā)出相應(yīng)的系統(tǒng)故障報(bào)警。12、備用電源的自動投入要使監(jiān)視系統(tǒng)在全船失電的情況下正常工作，都必須配備相應(yīng)的備用電源。在主電源失壓或欠壓時(shí)，系統(tǒng)能自動啟動備用電源，實(shí)現(xiàn)不間斷供電。三、機(jī)艙監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)的分類與監(jiān)測方式1、機(jī)艙監(jiān)測參數(shù)的類型機(jī)艙中需要監(jiān)視的參數(shù)分為兩類：一類是開關(guān)量，另一類是模擬量。所謂開關(guān)量，是指只有兩個(gè)狀態(tài)的量。這兩個(gè)狀態(tài)通常表示為開關(guān)的斷開和閉合，開關(guān)的形式可以是機(jī)械開關(guān)，也可以是繼電器觸點(diǎn)。在船舶機(jī)艙中，開關(guān)量可以反映設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，例如設(shè)備處于運(yùn)行狀態(tài)還是停止?fàn)顟B(tài)，設(shè)備是正常工作狀態(tài)還是故障狀態(tài)，主機(jī)凸輪軸位置以及閥門位置

14、等。監(jiān)視與報(bào)警系統(tǒng)能對這些開關(guān)量進(jìn)行顯示，需要報(bào)警的則發(fā)出聲光報(bào)警。所謂模擬量是指連續(xù)變化的量，例如溫度、液位、壓力和轉(zhuǎn)速等參數(shù)均為模擬量。監(jiān)視與報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)能對這些模擬量進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。如果參數(shù)超過預(yù)定的范圍，則應(yīng)發(fā)出越限聲光報(bào)警。越限報(bào)警分為上限報(bào)警和下限報(bào)警。通常，溫度參數(shù)的報(bào)警為上限報(bào)警，壓力參數(shù)的報(bào)警為下限報(bào)警，而液位參數(shù)的報(bào)警既有上限報(bào)警也有下限報(bào)警。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于有些設(shè)備，其運(yùn)行參數(shù)雖然為模擬量，但并不是把這些模擬量直接送入監(jiān)視與報(bào)警系統(tǒng)，而是通過壓力繼電器、溫度繼電器或液位開關(guān)等轉(zhuǎn)換為開關(guān)量信號再送至監(jiān)視與報(bào)警系統(tǒng)。對于這些參數(shù)，監(jiān)視與報(bào)警系統(tǒng)將以開關(guān)量的形式進(jìn)行處理。2、監(jiān)測

15、方式監(jiān)視與報(bào)警系統(tǒng)的種類很多，但所采用的監(jiān)測方法無非有兩類：一類采用連續(xù)監(jiān)測方法，另一類是采用掃描監(jiān)測方法。 連續(xù)監(jiān)測是指機(jī)艙中所有監(jiān)測點(diǎn)的參數(shù)并行送入監(jiān)視與報(bào)警系統(tǒng)，并對所有監(jiān)測點(diǎn)的狀態(tài)及參數(shù)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測。單元組合式監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)采用連續(xù)監(jiān)測，系統(tǒng)中的核心部件是報(bào)警控制單元，它由各種測量和報(bào)警控制電路組成。每一個(gè)監(jiān)測點(diǎn)需要一個(gè)獨(dú)立的電路進(jìn)行測量和產(chǎn)生報(bào)警信號，測量結(jié)果和報(bào)警信號送至公共的顯示和報(bào)警電路（報(bào)警控制單元）。在設(shè)計(jì)時(shí)通常將多個(gè)同類型參數(shù)的電路制作成一塊電路板。連續(xù)監(jiān)測的方法由于每個(gè)監(jiān)測點(diǎn)采用單獨(dú)的電路，因此各監(jiān)測點(diǎn)之間的相互影響較小，當(dāng)某些監(jiān)視點(diǎn)通道發(fā)生故障時(shí)，不會影響其它通道的工

16、作，監(jiān)視點(diǎn)的數(shù)量增減原則上不受限制。但所需硬件較多，造價(jià)較高。掃描監(jiān)測也稱為巡回監(jiān)測，這種方法是以一定的時(shí)間間隔依次對各監(jiān)測點(diǎn)的參數(shù)和狀態(tài)進(jìn)行掃描，將監(jiān)測點(diǎn)信息逐一送入監(jiān)視與報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行分時(shí)處理。因此，無論監(jiān)測點(diǎn)有多少，僅需要一個(gè)測量和報(bào)警控制單元。巡回監(jiān)測方法可通過常規(guī)集成電路和微型計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)。由于微機(jī)具有采樣速度快、檢測精度高、體積小、數(shù)據(jù)處理功能強(qiáng)大、顯示手段先進(jìn)等優(yōu)點(diǎn)，大多數(shù)船舶均采用基于微機(jī)技術(shù)的監(jiān)視與報(bào)警系統(tǒng)。此外，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟應(yīng)用已經(jīng)使得監(jiān)視與報(bào)警系統(tǒng)分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的方向發(fā)展?？偨Y(jié)提高1. 敘述機(jī)艙監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)的類型及特點(diǎn)。 2. 敘述機(jī)艙監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)的主要功能。3.

17、畫出有回差下限報(bào)警的示意圖。任務(wù)二 單元組合式監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)一、學(xué)習(xí)目標(biāo)1、熟悉單元組合式機(jī)艙監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)的組成與工作原理。2、掌握單元組合式監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定及調(diào)整方法。二、學(xué)習(xí)任務(wù)本項(xiàng)目的主要任務(wù)是掌握單元組合式機(jī)艙監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)的基本概念。三、背景知識單元組合式集中監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)采用連續(xù)監(jiān)測工作方式，其優(yōu)點(diǎn)在于報(bào)警電路相對獨(dú)立，更換電路板比較方便，系統(tǒng)可靠性較強(qiáng)，但系統(tǒng)龐大且工作速度緩慢。單元組合式集中監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)是按各功能環(huán)節(jié)來設(shè)計(jì)的，它將完成一個(gè)或幾個(gè)功能的電路做在一塊印刷電路板上，以構(gòu)成一個(gè)相對獨(dú)立的單元（只有極少數(shù)單元采用幾塊印刷線路板），然后根據(jù)不同的要求將所需的功能

18、單元組合起來，組成一個(gè)完整的系統(tǒng)。單元組合式監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)由分布在機(jī)艙的各種傳感器、報(bào)警控制單元、閃光源、自檢圖4-2-1 單元組合式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖單元、顯示單元、打印記錄單元、延伸報(bào)警單元、三分鐘失職報(bào)警控制單元、延伸報(bào)警箱、主電源和應(yīng)急電源等組成。系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)框圖如圖4-2-1所示。1、 故障報(bào)警原理在單元組合式集中監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)中，故障報(bào)警主要有報(bào)警控制單元來控制，使用較多的是開關(guān)量報(bào)警控制單元和模擬量報(bào)警控制單元，下面分別對這兩種報(bào)警控制單元的組成及工作原理作一介紹。（1）開關(guān)量報(bào)警控制單元開關(guān)量報(bào)警控制單元由輸入回路、延時(shí)環(huán)節(jié)和邏輯判斷環(huán)節(jié)組成，如圖4-2-2所示。其中輸入回路較簡單

19、，主要將開關(guān)量傳感器給出的觸點(diǎn)斷開信息轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的故障電平(“0”或“1”)或者在接受到“試驗(yàn)（TEST）”信號后輸出故障電平，以模擬監(jiān)測故障。延時(shí)環(huán)節(jié)用來延時(shí)輸出故障電平，完成延時(shí)報(bào)警功能，以避免誤報(bào)警。邏輯判斷環(huán)節(jié)是其控制部分，常由門電路和觸發(fā)器組成，或者由繼電器組成，主要完成邏輯運(yùn)算和狀態(tài)記憶。它根據(jù)延時(shí)后的開關(guān)量傳感器的狀態(tài)信息報(bào)警閉鎖信息及消閃指令信息，進(jìn)行邏輯判斷，以控制故障指示燈的狀態(tài)，啟動聲響報(bào)警，輸出分組延伸報(bào)警及控制故障打印。在監(jiān)測點(diǎn)參數(shù)處于正常范圍時(shí)，開關(guān)量傳感器的觸點(diǎn)閉合，輸入回路不輸出故障電平，因此故障指示燈處于熄滅狀態(tài)，并且不啟動聲響報(bào)警、分組報(bào)警及故障打印。這時(shí)若

20、按“試燈”按鈕，故障指示燈亮，否則表示指示燈損壞，需更換。當(dāng)檢測設(shè)備發(fā)生故圖4-2-2 開關(guān)量報(bào)警控制單元組成原理圖障時(shí)，其相關(guān)參數(shù)越限時(shí)，開關(guān)量傳感器觸點(diǎn)斷開，經(jīng)輸入回路轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的故障電平V。V經(jīng)延時(shí)后輸出故障報(bào)警電平VA至邏輯判斷環(huán)節(jié)。邏輯判斷環(huán)節(jié)在無報(bào)警閉鎖的情況下：控制故障指示燈間斷亮閃，即進(jìn)入快閃狀態(tài)；發(fā)出聲響報(bào)警啟動信號至警報(bào)器控制單元，使機(jī)艙內(nèi)的電笛聲響，旋轉(zhuǎn)燈閃爍，集控室內(nèi)的蜂鳴器蜂鳴，進(jìn)入聲響報(bào)警狀態(tài)；在機(jī)艙無人值班的情況下，輸出分組報(bào)警信號至延伸報(bào)警控制單元，由延伸報(bào)警控制單元?dú)w類分組后把機(jī)艙報(bào)警延伸至駕駛室監(jiān)視屏、公共處所、輪機(jī)長和值班輪機(jī)員的房間，實(shí)現(xiàn)分組延伸報(bào)警；對

21、重要監(jiān)視點(diǎn)，輸出故障打印觸發(fā)信號至故障打印單元，自動打印故障日期、故障設(shè)備名稱或代號及內(nèi)容，整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)入故障報(bào)警狀態(tài)，同時(shí)啟動三分鐘失職報(bào)警的計(jì)時(shí)。值班輪機(jī)員在獲悉機(jī)艙故障報(bào)警后，首先在延伸箱按應(yīng)答按鈕，使延伸報(bào)警聲平靜，但延伸箱應(yīng)答不能使機(jī)艙報(bào)警聲停止，也不能復(fù)位三分鐘失職報(bào)警計(jì)時(shí)。因此，值班輪機(jī)員必須在三分鐘內(nèi)到達(dá)集控室，按消聲應(yīng)答按鈕，使之在停止聲響報(bào)警的同時(shí)復(fù)位三分鐘失職報(bào)警。由于報(bào)警控制單元僅僅用來啟動聲響報(bào)警，聲響報(bào)警控制單元一旦被啟動后，將記憶這一狀態(tài)，直至接受到消聲信號，才復(fù)位記憶單元，停止聲響報(bào)警。因此，消聲信號僅作用于聲響控制單元，而不影響報(bào)警控制單元。為此，值班輪機(jī)員必須

22、根據(jù)故障指示燈的閃爍情況，了解設(shè)備故障內(nèi)容，然后按“消閃”按鈕。邏輯判斷環(huán)節(jié)在接受到消閃信號后，根據(jù)傳感器狀態(tài)，在通常報(bào)警情況下，使故障指示燈從快閃切換成常亮狀態(tài)，以記憶故障狀態(tài)。這一狀態(tài)一直維持到故障排除，監(jiān)視點(diǎn)參數(shù)恢復(fù)正常，傳感器觸頭重新閉合，邏輯判斷環(huán)節(jié)才使故障指示燈從常亮切換成熄滅，回到正常狀態(tài)。若在值班輪機(jī)員消閃前，監(jiān)視點(diǎn)參數(shù)因自動切換作用，已經(jīng)自行恢復(fù)正常，傳感器觸點(diǎn)重新閉合，邏輯判斷環(huán)節(jié)將自動控制故障指示燈從原來的快閃切換成慢閃狀態(tài)，以記憶原報(bào)警狀態(tài)，進(jìn)入短時(shí)故障報(bào)警狀態(tài)。這時(shí)若按下“消閃”按鈕，故障指示燈將熄滅，回到正常狀態(tài)。但這并不意味著被切換下來的故障設(shè)備的故障已排除，輪機(jī)

23、員必須及時(shí)修復(fù)切換下來的故障設(shè)備，予以備用。為了檢查報(bào)警系統(tǒng)是否正常，可把試驗(yàn)開關(guān)撥至“試驗(yàn)”位置，輸入回路接受到“試驗(yàn)”信號后即刻輸出故障電平V，以模擬監(jiān)視點(diǎn)參數(shù)越限傳感器觸點(diǎn)斷開狀態(tài)。因此，經(jīng)延時(shí)后，邏輯判斷環(huán)節(jié)將進(jìn)入報(bào)警狀態(tài)，否則說明該報(bào)警通道的報(bào)警控制單元有故障，或者該報(bào)警通道的報(bào)警被閉鎖。利用“試驗(yàn)”開關(guān)可進(jìn)行通常故障報(bào)警試驗(yàn)，也可進(jìn)行短時(shí)故障報(bào)警試驗(yàn)。開關(guān)量報(bào)警通道的報(bào)警設(shè)定值是由傳感器設(shè)定的。例如，對于主機(jī)滑油低壓自動減速的報(bào)警，采用壓力繼電器（如YWK-50-C型壓力開關(guān)）時(shí)，若要求滑油壓力低于0.17MPa時(shí)報(bào)警 (及系統(tǒng)保護(hù)動作)，0.22MPa時(shí)撤銷報(bào)警，則報(bào)警設(shè)定值就是

24、壓力傳感器的下限設(shè)定壓力(0.17MPa)，幅差應(yīng)調(diào)整為0.05MPa。需要注意的是調(diào)整報(bào)警回差應(yīng)適量，不可太大，也不可太小。若報(bào)警回差調(diào)整過小會出現(xiàn)被監(jiān)視的參數(shù)在報(bào)警值附近波動情況下發(fā)生頻繁報(bào)警。反之，若調(diào)整過大，則可能使被監(jiān)視參數(shù)在恢復(fù)正常時(shí)仍無法撤銷報(bào)警，致使被監(jiān)視參數(shù)再次越限時(shí)不能發(fā)出報(bào)警。在上限報(bào)警時(shí)，因報(bào)警值為下限設(shè)定值與回差值之和，所以回差值的調(diào)整還將影響其報(bào)警值。（2）模擬量報(bào)警控制單元模擬量報(bào)警控制單元主要由測量回路、比較環(huán)節(jié)、延時(shí)環(huán)節(jié)、邏輯判斷環(huán)節(jié)和顯示環(huán)節(jié)組成，如圖4-2-3所示。圖中，測量回路用來把模擬量傳感器發(fā)送的模擬量信息 (如熱電阻的阻值)變換成相應(yīng)的電壓信號，以

25、作為監(jiān)測點(diǎn)參數(shù)的測量值，并在模擬量傳感器開路或短路時(shí)（測量值超出其正常測量范圍），向自檢單元發(fā)送傳感器故障信號，以控制系統(tǒng)進(jìn)入系統(tǒng)故障報(bào)警狀態(tài)。比較環(huán)節(jié)用于故障鑒別，它將測量值與報(bào)警電位器設(shè)定的報(bào)警值進(jìn)行比較。若越限，則輸出故障電平至延時(shí)環(huán)節(jié)。比較環(huán)節(jié)常由比較器、報(bào)警值設(shè)定電位器組成。顯示環(huán)節(jié)顯示測量值，需要說明的是在單元組合式系統(tǒng)中，各模擬量監(jiān)視通道的測量回路都是將其監(jiān)視參數(shù)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的電壓信號，例如主機(jī)氣缸套冷卻水溫度監(jiān)視通道把0100溫度信號轉(zhuǎn)換成l5V的電壓信號，而主機(jī)排煙溫度監(jiān)視通道則將01000的溫度信號也轉(zhuǎn)換成15V的電壓信號等。因此，為確保顯示值與實(shí)際測量值相符，通常在送出顯示

26、信號的同時(shí)，由識別環(huán)節(jié)發(fā)送表示本通道的量程識別信號、正負(fù)號識別信號、小數(shù)點(diǎn)識別信號以及單元量綱識別信號，以使顯示單元能正確選擇相應(yīng)的量程系數(shù)、正負(fù)號、小數(shù)點(diǎn)位數(shù)和顯示參數(shù)的單位。模擬量報(bào)警控制單元中的延時(shí)環(huán)節(jié)和邏輯判斷環(huán)節(jié)與開關(guān)量報(bào)警控制單元中的環(huán)節(jié)完全相同。但不是所有的模擬量報(bào)警控制單元都設(shè)置延時(shí)環(huán)節(jié)，延時(shí)環(huán)節(jié)僅僅用于需要延時(shí)報(bào)警的監(jiān)測通道中。圖4-2-4 模擬量報(bào)警控制單元組成原理圖當(dāng)報(bào)警系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，可借助功能試驗(yàn)來查找故障的部位，若把功能試驗(yàn)開關(guān)撥至“試驗(yàn)”位置，若某監(jiān)測通道不能進(jìn)入報(bào)警狀態(tài)，則可能是該通道的報(bào)警控制板有故障。這時(shí)可利用更換備件板或交換插板的方法來確定故障部位。2、由

27、集成電路組成的開關(guān)量報(bào)警控制單元圖4-2-5 WE-2型集成電路組成的開關(guān)量報(bào)警控制單元電路原理圖圖4-2-5所示為WE-2監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)中的開關(guān)量報(bào)警控制單元電路原理圖。圖中，端子30、28是由傳感器送來的故障檢測的開關(guān)信號，在參數(shù)沒有越限處于正常工作狀態(tài)時(shí)，其開關(guān)閉合，端子30處于低電平。端子17是功能測試輸入端，不進(jìn)行功能測試時(shí)是高電平，這時(shí)P點(diǎn)是“1”信號不發(fā)聲光報(bào)警。當(dāng)所檢測的參數(shù)越限時(shí)，開關(guān)斷開，端子30對地?cái)嗦罚\(yùn)算放大器A1的反相輸入端為高電平，A1輸出“0”信號，經(jīng)反相為“1”信號。這時(shí)12V電源經(jīng)電位器向電容C2充電，使運(yùn)算放大器A2同相端電壓不斷升高，當(dāng)它升高到比加在反相

28、端預(yù)先調(diào)好的比較電壓還高時(shí)，A2翻轉(zhuǎn)輸出“1”信號。從電容C2電充電開始到A2輸出“1”信號這段時(shí)間就是報(bào)警的延時(shí)時(shí)間，可在230s 內(nèi)調(diào)整。端子10是報(bào)警閉鎖指令輸入端，沒有閉鎖指令為高電平。于是與非門Y2的輸出，即P點(diǎn)為0信號。經(jīng)導(dǎo)通的二極管使端子8為低電平，輸出一個(gè)分組報(bào)警信號送至延伸報(bào)警控制單元(該插件板可提供兩組參數(shù)檢測通道)，同時(shí)由端子7輸出一個(gè)故障打印信號。由于Y2輸出“0”信號，故與非門Y3輸出“1”信號，由C3和R3 組成的微分電路將產(chǎn)生一個(gè)正的尖峰脈沖信號，經(jīng)與非門Y4輸出一個(gè)負(fù)的尖峰脈沖。一方面經(jīng)端子9去觸發(fā)聲響報(bào)器發(fā)出聲響報(bào)警信號，同時(shí)RS觸發(fā)器的S端得到一個(gè)負(fù)脈沖信號

29、，若無手動復(fù)位信號，端子16為低電平，經(jīng)反相應(yīng)為高電平，未按確認(rèn)按鈕ST時(shí)，R端為“1”信號，于是觸發(fā)器輸出端Q=“1”，打開與非門Y6，由端子13送來的閃光脈沖信號經(jīng)Y6輸出，使I點(diǎn)得到高、低電平交替進(jìn)行脈沖信號。晶體管T1和T2組成功率放大器，當(dāng)I點(diǎn)高電平時(shí)，晶體管T1導(dǎo)通，在射極電阻上取壓降，晶體管T2的基極是高電平而導(dǎo)通，報(bào)警指示燈亮。當(dāng)I點(diǎn)為低電平時(shí)，晶體管T1截止，晶體管T2基極為低電平也截止，報(bào)警指示燈滅。所以當(dāng)I點(diǎn)為高低電平交替變化時(shí)，會使晶體管T1和T2交替地同時(shí)導(dǎo)通或截止，報(bào)警指示燈RL閃光，并由端子6輸出到外接的報(bào)警指示燈。當(dāng)輪機(jī)人員下到集中控制室確定監(jiān)視點(diǎn)故障時(shí)，要按確

30、認(rèn)按鈕ST。這時(shí)，RS觸發(fā)器的R端要出現(xiàn)一個(gè)負(fù)脈沖信號，而S端已為“1”信號，于是把RS觸發(fā)器的輸出端置“0”狀態(tài)封鎖Y6，由端子13來的閃光脈沖信號不能通過Y6輸出。Y6輸出保持高電平。I點(diǎn)保持高電平，于是晶體管它和T2始終導(dǎo)通，報(bào)警的指示燈常亮。按確認(rèn)按鈕ST后，將切斷聲響報(bào)警器的電源，消除聲響報(bào)警。當(dāng)故障排除后，運(yùn)行參數(shù)恢復(fù)正常工作狀態(tài)時(shí)，傳感器的觸點(diǎn)閉合，端子30接地為低電平，Al輸出“1”信號，經(jīng)Yl 反相后為“0”信號，A2 同相端電壓低于反相端，故A2輸出“0”信號，經(jīng)Y2反相端P為“1”信號。此時(shí)因已按確認(rèn)按鈕，把RS觸發(fā)器置“0”狀態(tài)，即RS觸發(fā)器輸出端Q為“0”信號。這樣，

31、與非門Y3輸出為“0”信號，即E端為“0”信號，I點(diǎn)保持低電位，晶體管T1和T2均截止，故障報(bào)警指示燈RL熄滅，撤消燈光報(bào)警信號。圖中端子5是試燈指令輸入端，低電平有效，按操縱臺上的試燈按鈕后由端子5送來低電平信號，報(bào)警指示燈亮。端子10是報(bào)警閉鎖輸入端，低電平有效，當(dāng)端子10出現(xiàn)“0”信號時(shí)，P點(diǎn)保持高電平，阻塞所有的報(bào)警功能。端子17是報(bào)警功能測試輸入端，低電平有效，當(dāng)端子17出現(xiàn)低電平時(shí)，A1輸出“0”信號，相當(dāng)于參數(shù)越限。3、單元組合式集中監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)的維護(hù)單元組合式集中監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)又稱插板式監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)。當(dāng)報(bào)警系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，可借助功能試驗(yàn)來查找和確認(rèn)故障的部位所在?？衫酶鼡Q

32、備件板或交換插板的方法來確定故障部位。更換插板時(shí)必須注意，不同類型的報(bào)警插板不可亂換，亂換插板輕者使系統(tǒng)不能正常工作，重者將使系統(tǒng)或插板損壞。同類型的插板一般可互換，對開關(guān)量報(bào)警單元在非液位監(jiān)視中可直接互換，而在液位監(jiān)視中應(yīng)重新調(diào)整其延時(shí)報(bào)警的延時(shí)時(shí)間，使之符合液位監(jiān)視的延時(shí)要求。模擬量報(bào)警板更換時(shí)應(yīng)作如下適當(dāng)調(diào)整：保證更換插板后其上限報(bào)警或下限報(bào)警的形式不變。即檢查插板上的上、下限報(bào)警跨接線是否一致，若不一致，則調(diào)換跨接線，使其一致，參見圖4-1-9。圖4-2-6 報(bào)警比較環(huán)節(jié)保證更換插板后送到顯示單元的顯示識別信號不變。即檢查插板上的顯示識別發(fā)送電路，確保各開關(guān)位置或接線一致，相關(guān)電阻的阻

33、值一致，否則會出現(xiàn)顯示混亂的現(xiàn)象。保證更換插板后輸入測量電路的零位和量程不變。這可通過按測量值顯示按鈕 ， 觀察顯示值與實(shí)際值是否相符予以核實(shí)。如顯示值與實(shí)際值不符，可通過零位和量程調(diào)整使其一致。保證更換插板后的報(bào)警值保持不變。這可通過按報(bào)警值顯示按鈕，從顯示讀數(shù)上比較確認(rèn)。如與原報(bào)警值不同，可相應(yīng)調(diào)節(jié)報(bào)警值設(shè)定電位器，使其符合要求?？偨Y(jié)提高1. 開關(guān)量報(bào)警單元是怎樣組成的？2. 模擬量報(bào)警單元的組成與開關(guān)量報(bào)警單元有何不同？ 3. 怎樣調(diào)整開關(guān)量報(bào)警值和模擬量報(bào)警值？ 4. 試分析如圖4-2-7所示由繼電器組成的SMA-02開關(guān)量報(bào)警單元的工作原理。 圖中，A為報(bào)警應(yīng)答按鈕、B為報(bào)警閉鎖按鈕

34、、T為功能試驗(yàn)按鈕。圖4-2-7 SMA-02開關(guān)量報(bào)警單元電路圖A-報(bào)警應(yīng)答按鈕；B-報(bào)警閉鎖按鈕；T-功能試驗(yàn)按鈕任務(wù)三 網(wǎng)絡(luò)型監(jiān)視與報(bào)警系統(tǒng)【知識目標(biāo)】掌握典型網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視與報(bào)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成及基本功能；理解現(xiàn)場總線相關(guān)概念的表述及含義；熟悉網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視與報(bào)警系統(tǒng)相關(guān)操作?！灸芰δ繕?biāo)】具備針對DC C20型、K-chief500型等典型監(jiān)視與報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行操作與維護(hù)管理的能力?！救蝿?wù)實(shí)施】機(jī)艙自動控制系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了集中型系統(tǒng)、集散型系統(tǒng)（DCS）和全分布式系統(tǒng)等階段。集中型系統(tǒng)采用單臺計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)形式，可靠性較差，一旦計(jì)算機(jī)發(fā)生故障，則整個(gè)系統(tǒng)完全癱瘓。集散型系統(tǒng)采用集中和分散相結(jié)合的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，

35、將監(jiān)視任務(wù)合理地分散給進(jìn)行分別監(jiān)視的子系統(tǒng)的多臺微機(jī)，各子系統(tǒng)與上層計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信連接，以便集中管理和信息共享。早期的集散型系統(tǒng)，在各子系統(tǒng)內(nèi)部大多采用模擬信號傳輸，即在子系統(tǒng)計(jì)算機(jī)與機(jī)旁儀表之間采用使用模擬量信號傳輸，故在機(jī)旁和子系統(tǒng)計(jì)算機(jī)之間需敷設(shè)大量的電纜。此外，模擬信號長距離傳輸所引起的干擾也較嚴(yán)重。后來，一些公司應(yīng)用傳統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對子系統(tǒng)進(jìn)行了改造，即在控制對象附近放置現(xiàn)場處理單元來實(shí)現(xiàn)模擬量信號的收發(fā)，而現(xiàn)場處理單元與子系統(tǒng)微機(jī)之間則通過RS-485等網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。這種改造雖然起到了一定的效果，但由于傳統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)的固有缺陷，所以未能實(shí)現(xiàn)真正意義上的全分布式控制。而且各公司所建

36、控制網(wǎng)絡(luò)的封閉性，也阻礙了船用現(xiàn)場控制設(shè)備間互換與互操作的實(shí)現(xiàn)。進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，隨著現(xiàn)場總線(Field Bus )技術(shù)的不斷完善，在新造船舶中，越來越多地采用現(xiàn)場總線作為各個(gè)子系統(tǒng)的內(nèi)部控制網(wǎng)絡(luò)，上層網(wǎng)絡(luò)采用局域網(wǎng)，形成全分布式的網(wǎng)絡(luò)型監(jiān)控系統(tǒng)。現(xiàn)場總線是一種應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場的計(jì)算機(jī)互聯(lián)總線，只需少量的幾根通信線，便可將各種計(jì)算機(jī)控制的設(shè)備(如智能化儀表、控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等)連接起來。它具有分布式、開放式、互聯(lián)性和高可靠性等特點(diǎn)，既可以與同層網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，也可以與不同層網(wǎng)絡(luò)(上層局域網(wǎng)或下層現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò))互聯(lián)，還可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的共享，因此廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)控制的場合。目前，現(xiàn)場總線已廣泛應(yīng)用

37、于船舶機(jī)艙監(jiān)視與報(bào)警系統(tǒng)、主機(jī)遙控系統(tǒng)、船舶電力管理系統(tǒng)等，現(xiàn)場總線技術(shù)已經(jīng)成為船舶自動化的主流技術(shù)。一、網(wǎng)絡(luò)型監(jiān)視與報(bào)警系統(tǒng)概述上世紀(jì)80年代后，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，先后出現(xiàn)過微機(jī)控制的集中型、分散型及網(wǎng)絡(luò)型監(jiān)視與報(bào)警系統(tǒng)。集中型系統(tǒng)雖具有通用性的功能，但在故障的查找及維修方面比較困難，可靠性也有問題。分散型系統(tǒng)在可靠性、安全性和可維修性方面有一定的好處，但與無人機(jī)艙及集中管理有一定的矛盾。目前比較先進(jìn)的船舶上普遍采用網(wǎng)絡(luò)型（又稱集散型或分布式）監(jiān)視與報(bào)警系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)型監(jiān)視與報(bào)警系統(tǒng)采用多層分級計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)(LAN)結(jié)構(gòu)，是一種對生產(chǎn)過程進(jìn)行分散控制、集中監(jiān)視和操作管理的系統(tǒng)，通常由操作

38、站(或稱總站)、現(xiàn)場控制站(或稱分站)和通信總線三部分組成，如圖4-3-1所示。圖4-3-1 分布式微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組成框圖現(xiàn)場控制站是一個(gè)可獨(dú)立運(yùn)行的微機(jī)系統(tǒng)，由微處理器、存貯器、通信、電源、I/O等功能模塊組成。現(xiàn)場控制站的功能主要是：對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和處理；實(shí)施數(shù)字控制、邏輯控制、順序控制和連續(xù)控制；自檢和通信等。同時(shí)，它經(jīng)通信總線向操作站傳送采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并接收操作站的管理信息?，F(xiàn)場控制站可以放在機(jī)艙中傳感器比較集中的地方，其數(shù)量可以由用戶根據(jù)測量點(diǎn)的數(shù)目確定。各現(xiàn)場控制站和操作站之間通過LAN相連。操作站（總站）是集中監(jiān)視、操作管理的中心，它包括控制臺、監(jiān)視屏、中心管理計(jì)

39、算機(jī)、圖形顯示器、鍵盤、打印機(jī)等設(shè)備。操作站的功能有：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫管理、歷史數(shù)據(jù)存貯和管理、網(wǎng)絡(luò)通信管理、圖形顯示管理、報(bào)警信息管理等管理功能；過程狀態(tài)顯示、參數(shù)列表顯示、圖形顯示和報(bào)警信息顯示等顯示功能；操作信息記錄、系統(tǒng)狀態(tài)信息打印、報(bào)警信息打印等打印記錄功能；控制回路組態(tài)和參數(shù)調(diào)整功能；系統(tǒng)診斷功能等。計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)LAN利用通信線路和通信設(shè)備，把分布在不同位置上的具備獨(dú)立功能的多臺微機(jī)、終端及其附屬設(shè)備連接起來，并且配以相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)軟件。局域網(wǎng)由站(計(jì)算機(jī)和終端等)、節(jié)點(diǎn)(通信控制處理機(jī))和通信線路(雙絞線或同軸電纜或光纜)互連后所構(gòu)成。網(wǎng)絡(luò)型監(jiān)視與報(bào)警系統(tǒng)的特點(diǎn)主要表現(xiàn)為：（1）分散控制、

40、集中監(jiān)視和操作管理。如果操作站發(fā)生故障，現(xiàn)場控制站仍然可以獨(dú)立工作；反之，如果某現(xiàn)場控制站有故障，只會影響它所負(fù)責(zé)的部分監(jiān)視點(diǎn)，不至于導(dǎo)致系統(tǒng)全盤癱瘓。顯然，它結(jié)合了集中型和分散型系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，可靠性大為提高。（2）系統(tǒng)具有典型模塊化結(jié)構(gòu)。整個(gè)系統(tǒng)可以由互為獨(dú)立的不同數(shù)量的標(biāo)準(zhǔn)化功能模塊組合而成。就硬件而言，可分解成不同的控制站，控制站又可分解為不同的功能模塊。就軟件而言，可分為通用的結(jié)構(gòu)支持軟件(可根據(jù)監(jiān)控對象的具體要求配置)和模塊化設(shè)計(jì)的應(yīng)用軟件(可根據(jù)監(jiān)控對象的具體要求修改相應(yīng)模塊的參數(shù)、程序、設(shè)定值等)。（3）監(jiān)視與報(bào)警功能主要依靠軟件實(shí)現(xiàn)。不同船舶的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，只需要根據(jù)要求在應(yīng)用軟

41、件的設(shè)計(jì)上體現(xiàn)出相應(yīng)的控制規(guī)則、程序和設(shè)定（增加相應(yīng)功能模塊或更改參數(shù)）等，而不必大規(guī)模地進(jìn)行新的系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。（4）系統(tǒng)軟硬件具有通用性、互換性，升級產(chǎn)品對前代產(chǎn)品具有兼容性。這一點(diǎn)十分有利于系統(tǒng)維修時(shí)的備件保障。 （5）能方便地提供多重冗余控制。從而可以有效地提高系統(tǒng)的可靠性，且極大地方便了系統(tǒng)功能的擴(kuò)充。（6）在人機(jī)接口方面，最大限度地體現(xiàn)了多媒體技術(shù)的優(yōu)勢，CRT顯示界面圖形化，監(jiān)視和控制一體化，并進(jìn)一步向著智能化的方向發(fā)展。（7）便于實(shí)現(xiàn)全船操作控制管理中心的建立。模塊的標(biāo)準(zhǔn)化從結(jié)構(gòu)上使監(jiān)控信息可以方便地傳輸，以實(shí)現(xiàn)全船集中操作控制管理。網(wǎng)絡(luò)型監(jiān)視與報(bào)警系統(tǒng)目前的最新發(fā)展是采用現(xiàn)場總

42、線（FCS）技術(shù)。現(xiàn)場總線是一種互聯(lián)現(xiàn)場設(shè)備（或模塊）與控制系統(tǒng)之間的雙向數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)，要求現(xiàn)場傳感器具有通信功能。它的主要優(yōu)點(diǎn)在于：用可靠的數(shù)字信號取代模擬信號（420mA電流信號），把控制、報(bào)警、計(jì)算等功能分散到系統(tǒng)最底層的現(xiàn)場傳感器，實(shí)現(xiàn)徹底的分散控制，從而也可以節(jié)省大量的硬件和信號電纜，真正實(shí)現(xiàn)全數(shù)字、全分散和全開放的現(xiàn)場控制系統(tǒng)。機(jī)艙中采用的有代表性的現(xiàn)場總線包括：CAN、LONWORKS、PROFIBUS、CC-LINK等。二、DATACHIEF C20 網(wǎng)絡(luò)型監(jiān)視報(bào)警與控制系統(tǒng)DATACHIEF C20是采用CAN現(xiàn)場總線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)型機(jī)艙監(jiān)視報(bào)警和控制系統(tǒng)，升級換代后為K-CHI

43、EF500、K-CHIEF600、K-CHIEF700系統(tǒng)，集中體現(xiàn)了當(dāng)前機(jī)艙網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)發(fā)展的先進(jìn)水平。（一）DATACHIEF C20系統(tǒng)的組成1、系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)DATACHIEF C20系統(tǒng)的典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖4-3-2所示。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，其主要組成部分包括：分布式處理單元DPU、現(xiàn)場工作站LOS、遠(yuǎn)程工作站ROS和值班呼叫單元（WBU、WCU）、CAN現(xiàn)場總線網(wǎng)、Ethernet網(wǎng)和網(wǎng)關(guān)單元（SGW和dPSC）等。系統(tǒng)的核心單元是稱為DPU的智能化IO接口，系統(tǒng)的現(xiàn)場檢測和過程控制功能都是通過DPU實(shí)現(xiàn)的。每種DPU有不同的模擬量或開關(guān)量通道數(shù)目或不同類型的通道，以滿足監(jiān)視和控制的需

44、要。為了實(shí)現(xiàn)DPU的組態(tài)，相關(guān)的軟件和參數(shù)可以從遠(yuǎn)程工作站（ROS）下載并永久性地儲存在DPU中。遠(yuǎn)程工作站ROS負(fù)責(zé)提供人機(jī)接口，實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)視、管理。DATACHIEF C20是CAN現(xiàn)場總線與以太網(wǎng)（Ethernet）相結(jié)合的雙網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。兩種網(wǎng)絡(luò)各自采用雙冗余總線，系統(tǒng)中的主要設(shè)備（DPU和ROS等）同時(shí)連接到兩條總線上。兩條總線互為備用，因而可以獲得高度的可靠性。圖4-3-2 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖CAN現(xiàn)場總線網(wǎng)主要用于現(xiàn)場信息的采集、轉(zhuǎn)換和控制。CAN總線可以分成Local CAN 和Global CAN兩個(gè)分段，負(fù)責(zé)機(jī)艙設(shè)備控制的DPU單元與Local CAN相連，負(fù)責(zé)參數(shù)監(jiān)測報(bào)警的

45、DPU單元?jiǎng)t與Global CAN相連，兩個(gè)分段各自又是雙冗余的。雙處理分段控制器dPSC用來實(shí)現(xiàn)Local CAN和Global CAN兩個(gè)分段總線間的通信，負(fù)責(zé)將Local CAN的信息發(fā)送到Global CAN。此外，WBU、WCU的報(bào)警以及ROS和WBU、WCU之間的通信也是通過CAN總線進(jìn)行的。WBU、WCU分別是駕駛臺值班單元和船員艙室值班單元，可以用來實(shí)現(xiàn)延伸報(bào)警、人員呼叫和無人機(jī)艙值班交接。Ethernet網(wǎng)負(fù)責(zé)系統(tǒng)信息的管理，其最大傳輸速率為10Mbps。遠(yuǎn)程工作站ROS之間的數(shù)據(jù)傳送借助于Ethernet網(wǎng)進(jìn)行。系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)（SGW）用來使CAN和Ethernet兩種不同的網(wǎng)絡(luò)

46、實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，從而使DPU和ROS之間得以進(jìn)行雙向的數(shù)據(jù)傳送。2、系統(tǒng)的主要功能模塊DATECHIEF C20是一個(gè)模塊化的系統(tǒng)，允許用戶根據(jù)需要使用標(biāo)準(zhǔn)化的模塊組成系統(tǒng)。主要的模塊包括：（1）分布式處理單元（DPU） 監(jiān)視模擬量和開關(guān)量傳感器，并提供模擬量或開關(guān)量輸出給相關(guān)的裝置。不同的DPU可以滿足控制和監(jiān)視功能的特定需要。（2）遠(yuǎn)程工作站（ROS） 接收報(bào)警信息，對系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視和控制?？梢燥@示模擬流程圖（mimic圖）、控制值班呼叫單元（WBU和WCU）和打印記錄。ROS允許操作者訪問DPU以檢查變量、就地運(yùn)行設(shè)備和調(diào)整參數(shù)等。（3）現(xiàn)場工作站（LOS）或微型工作站MOS 位于機(jī)艙現(xiàn)場，允許

47、操作者就地進(jìn)入與LOS連在同一網(wǎng)段上的DPU，以檢查變量、就地運(yùn)行設(shè)備和調(diào)整參數(shù)等。MOS是LOS的升級換代產(chǎn)品。（4）駕駛臺值班單元（WBU） 采用駕駛臺值班控制（亦即無人機(jī)艙）時(shí)，在駕駛臺指示機(jī)艙報(bào)警信息，接收值班的轉(zhuǎn)換信息。（5）艙室值班單元（WCU） 駕駛臺值班控制期間，在值班輪機(jī)員房間和公共場所顯示機(jī)艙報(bào)警。（6）其它系統(tǒng)還包括雙處理器網(wǎng)段控制器（dPSC）、系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)（SWG）等通信模塊。（二）DATACHIEF C20系統(tǒng)的主要功能DATACHIEF C20系統(tǒng)的功能可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇，組成基本的報(bào)警監(jiān)視系統(tǒng)直至集報(bào)警監(jiān)視、控制功能于一體的綜合系統(tǒng)?？刂乒δ苤饕ǎ簜溆帽玫目刂?/p>

48、、閥和泵的遙控操作、PID控制器、電站功率管理、壓載水控制、空壓機(jī)控制、空調(diào)控制、冷藏箱監(jiān)視、火災(zāi)報(bào)警等。1、監(jiān)視與報(bào)警功能（1）模擬量參數(shù)的監(jiān)測與報(bào)警 系統(tǒng)對模擬量參數(shù)設(shè)有LOW-LOW、LOW、HIGH和HIGH- HIGH限值的過程監(jiān)視與報(bào)警，當(dāng)參數(shù)達(dá)到LOW-LOW或HIGH- HIGH限值時(shí)，往往要導(dǎo)致相應(yīng)的設(shè)備自動停車。線路故障報(bào)警。如傳感器開路或短路時(shí)，系統(tǒng)將發(fā)出相應(yīng)測量點(diǎn)的線路故障報(bào)警。為了避免報(bào)警狀態(tài)的波動（即頻繁報(bào)警），系統(tǒng)采取了三大技術(shù)手段：設(shè)置報(bào)警不靈敏區(qū)、對輸入信號設(shè)有可調(diào)的濾波因子，觸發(fā)報(bào)警和返回正常狀態(tài)都設(shè)有延時(shí)。（2）開關(guān)量信號參數(shù)的監(jiān)測與報(bào)警 HIGH或LOW

49、過程報(bào)警（觸頭斷開或閉合）；觸發(fā)報(bào)警和返回正常狀態(tài)都設(shè)有延時(shí)；帶線路檢查的開關(guān)量信號報(bào)警檢測（斷線報(bào)警和短路報(bào)警）。（3）報(bào)警閉鎖具有單點(diǎn)閉鎖和成組閉鎖功能，報(bào)警閉鎖可帶延時(shí)。（4）報(bào)警和監(jiān)視顯示報(bào)警頁 包括報(bào)警分組顯示頁（用報(bào)警分組按鈕觸發(fā)）、報(bào)警匯總頁（包含所有的報(bào)警點(diǎn)）和報(bào)警歷史頁。顯示頁 包括分組顯示、選點(diǎn)顯示和標(biāo)識符顯示。標(biāo)識符顯示是通過畫面上的標(biāo)識符，對每個(gè)測量點(diǎn)給出詳細(xì)的信息顯示。（5）過程模擬圖、BAR圖和趨勢曲線系統(tǒng)在ROS的顯示器上用一系列標(biāo)準(zhǔn)的模擬圖（mimic）形象地顯示來自于機(jī)器及設(shè)備的信息，并允許在mimic圖上對設(shè)備進(jìn)行操作。標(biāo)準(zhǔn)的mimic圖包括：主機(jī)排氣溫度和

50、平均溫度直方圖、bar圖、趨勢曲線等。mimic圖可以顯示設(shè)備的狀態(tài)（打開閉合，運(yùn)行停止，充注等）。系統(tǒng)能夠記錄被選擇的測量信號，并予以儲存以供趨勢監(jiān)視之用。趨勢監(jiān)視包含兩個(gè)功能：“選擇趨勢”和“顯示趨勢”?！斑x擇趨勢”功能用于確定曲線所使用的變量，操作者可以指定5種不同的趨勢顯示，每種顯示有8個(gè)變量，總共可以顯示40個(gè)記錄變量?！帮@示趨勢”將所選擇的趨勢變量作為曲線顯示，每根趨勢曲線同時(shí)給出8個(gè)變量的標(biāo)題名稱、標(biāo)題說明和實(shí)際數(shù)值。3）記錄所有記錄都可以根據(jù)需求進(jìn)行打印，可以按一定的時(shí)間間隔進(jìn)行自動打印和有選擇的打印。可用的記錄功能包括：報(bào)警記錄、選點(diǎn)（定點(diǎn)）記錄、完整記錄、分組記錄、閉鎖點(diǎn)的

51、記錄、自動記錄等。4）自檢和故障診斷DPU單元有一個(gè)在線的內(nèi)含式自檢系統(tǒng)BIST，用來監(jiān)視系統(tǒng)溫度、電源和傳感器的供電。按下操作控制屏（OCP）上的“報(bào)警試驗(yàn)”按鈕，就可以根據(jù)需求對ROS進(jìn)行試驗(yàn)和提供報(bào)警。此外，當(dāng)接通電源時(shí)，可以自動檢驗(yàn)電子線路。4. DPU單元DPU是采用模塊化設(shè)計(jì)、具有通信功能的智能化遠(yuǎn)程IO單元，其主要功能是監(jiān)視模擬量或開關(guān)量傳感器并提供模擬量和開關(guān)量輸出信號。DPU單元分布在機(jī)艙內(nèi)，直接與傳感器和執(zhí)行器連接，獨(dú)立實(shí)現(xiàn)參數(shù)的監(jiān)視、報(bào)警和控制。DPU用兩根普通的雙芯屏蔽電纜（或雙絞線）連接到冗余的CAN總線上，與ROS和LOS進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。與傳統(tǒng)離散式系統(tǒng)相比，連接電纜

52、的數(shù)目大大減少。1）DPU模塊的類型DPU有模擬量輸入、熱電偶輸入、模擬量輸出、數(shù)字量輸入、數(shù)字量輸出模塊或輸入輸出混合模塊等各種類型，可以根據(jù)需要選用。2）DPU模塊的主要特點(diǎn)（1）模塊具有參數(shù)儲存功能，能夠獨(dú)立完成參數(shù)的監(jiān)視、報(bào)警和控制。所有的數(shù)據(jù)采集、信號標(biāo)度和過程控制等在每個(gè)獨(dú)立的DPU上進(jìn)行，因而即使在ROS失效的情況下，局部操作仍然有效。（2）DPU具備完備的通信功能，這是它和普通I/O單元最大的不同之處。DPU支持雙冗余CAN高速多主通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，具備CAN網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、容錯(cuò)管理功能。DPU單元配備有雙CAN總線接口，DPU單元之間通過冗余的CAN總線進(jìn)行通信，一個(gè)DPU的信號可以被

53、其它的DPU使用。DPU還配備一個(gè)RS422或RS485串行接口，以便和其它外部設(shè)備進(jìn)行通信。（3）每個(gè)DPU都包含CPU，預(yù)先針對不同的任務(wù)進(jìn)行編程處理。用于DPU硬件組態(tài)和編程所需的軟件可以從遠(yuǎn)程工作站ROS下載并永久性地儲存在DPU的EEPROM中?？梢栽赗OS上對DPU進(jìn)行遙控組態(tài)，允許DPU具備報(bào)警功能、控制功能、安全保護(hù)功能或具備上述功能的組合。（4）所有的DPU模塊均用24V DC電源供電。模塊采用單塊印刷電路板設(shè)計(jì)，具有相同的機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣性能。DPU模塊的硬件沒有任何附加部件，無須設(shè)定微型電位器、DIP開關(guān)、跳線或插座。所有的連接均采用“即插即入式”，方便而又可靠。（5）DP

54、U模塊的電源、I/O通道與通信總線連接采用電氣隔離，亦即在I/O和電源之間、I/O和過程總線之間、電源和過程總線之間實(shí)現(xiàn)光電耦合，如果模塊損壞，不會影響電源、通信總線或傳感器。（6）DPU模塊具有強(qiáng)大的自檢功能（檢查模塊內(nèi)部溫度、功耗、存儲器性能以及CAN總線狀態(tài)等），若DPU、過程總線、電纜或傳感器有故障，則會產(chǎn)生報(bào)警以提醒值班人員。在遠(yuǎn)程工作站ROS和就地工作站LOS上，可以實(shí)現(xiàn)對DPU的監(jiān)視、控制和參數(shù)調(diào)整。（7）故障DPU的更換可以在系統(tǒng)不斷電的情況下進(jìn)行，在更換DPU模塊后，需要在ROS上將參數(shù)下載給新模塊。5. 遠(yuǎn)程工作站ROS1）組成和功能遠(yuǎn)程工作站ROS通常位于集控室，駕駛臺、

55、貨油控制室、船舶辦公室等場所也可以配備ROS。各ROS之間通過雙冗余的Ethernet網(wǎng)相連，各ROS并聯(lián)工作，并沒有哪一臺作為主控機(jī)。ROS通過CAN總線接受DPU單元送出的現(xiàn)場信息，并可向DPU發(fā)送指令、參數(shù)和程序。ROS可以監(jiān)控每個(gè)連接到CAN上的DPU的通信，并對DPU的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行備份。船舶辦公室等場所的ROS一般只是用來進(jìn)行監(jiān)視，不需要進(jìn)行報(bào)警應(yīng)答和執(zhí)行控制。ROS主要由PC微機(jī)、操作控制屏OCP、彩色圖形顯示器和打印機(jī)組成，采用WINDOWS NT作為操作系統(tǒng)。操作者可以通過操作控制屏OCP或標(biāo)準(zhǔn)鍵盤進(jìn)行操作。作為遠(yuǎn)程人機(jī)界面，ROS的主要功能包括：（1）通過CAN總線從DPU單

56、元接收或發(fā)送數(shù)據(jù)；（2）報(bào)警信息的顯示、監(jiān)測及應(yīng)答；（3）將報(bào)警信息延伸送到駕駛臺和值班輪機(jī)員房間；（4）作為進(jìn)入Ethernet網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)。ROS可以作為過程數(shù)據(jù)、工程數(shù)據(jù)和軟件的數(shù)據(jù)庫，用于ROS和不同DPU的軟件也儲存在ROS的PC機(jī)中，調(diào)試期間或更換DPU時(shí)可以通過ROS將參數(shù)下載到DPU模塊中。在ROS上，可以對報(bào)警的限制值和系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行修改，在一個(gè)ROS上進(jìn)行的修改將會自動地刷新其它所有的ROS。當(dāng)現(xiàn)場變量或狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，DPU將刷新每個(gè)ROS中的數(shù)據(jù)庫，這就意味著在任何一個(gè)ROS上顯示的數(shù)據(jù)總是最新的。這樣，在過程總線以及LAN上的數(shù)據(jù)傳送就可以保持最小量，從而提供極快的數(shù)據(jù)訪問

57、速度。當(dāng)DPU檢測到故障時(shí)，OCP上的相應(yīng)指示燈開始閃光，同時(shí)在彩色CRT上顯示并接通報(bào)警蜂鳴器，報(bào)警打印機(jī)將自動打印。按下與閃光指示燈相關(guān)聯(lián)的按鈕，顯示器上將顯示更多的報(bào)警信息。有關(guān)DPU的傳感器信息，諸如報(bào)警、正常等狀態(tài)可以在彩色CRT上顯示或進(jìn)行打印，模擬量數(shù)據(jù)可以用直方圖或趨勢曲線顯示。打印機(jī)和彩色顯示器還可以記錄所有的狀態(tài)變化，諸如報(bào)警應(yīng)答以及報(bào)警狀態(tài)清除。報(bào)警限制值和延時(shí)（受密碼保護(hù)）可以在OCP上進(jìn)行調(diào)整。利用ROS可以進(jìn)行駕駛臺和集控室之間的值班轉(zhuǎn)換以及輪機(jī)員呼叫。2）操作控制屏OCPOCP是一個(gè)專用鍵盤，用按鈕和指示燈的結(jié)合實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的報(bào)警和狀態(tài)指示以及基本操作，并與外部消聲按鈕相連。O