1 引言

現代船舶設備系統的日趨高性能化、結構模塊化。船舶機艙監測系統在遠洋船舶中是一個必備的系統，其關系到遠洋船舶安全、可靠運行。它能準確可靠地監視機艙內各種動力設備的運行狀態及運行參數。運行設備發生故障時，能自動發出聲光報警信號并進行報警打印記錄。它還能定時地把有關運行參數進行打印制表。在自動化機艙中，設備的運行狀態、運行參數值及故障報警狀態都集中控制室的監視屏上，輪機人員不必到機艙去巡視，就能在集中控制室內能了解到所有設備的運行狀態及其參數值，從而可以減輕輪機管理人員的勞動強度，改善工作條件，及時發現設備的運行故障，提高設備運行的可靠性。

為此，本文介紹了基于PLC控制的遠洋船舶機艙監測系統，并開發了一套組態環境下的監測軟件。

2 系統介紹

遠洋船舶設備由主機系統、凈油機系統、油柜系統、空壓機系統、舵機系統、鍋爐系統、廢油焚化爐、發電機組、應急發電機系統以及泵等設備子系統組成，每一個設備都是24小時不間斷運行，例如主機，主機系統是船舶的心臟，必須保證主機在航行期間可靠、穩定運行。在此期間，監測系統要求時刻監測主機系統的轉速、冷卻水溫度、燃油進出口溫度、滑油進出口溫度以及主機排氣溫度等，這些參數涉及到4-20mA、600℃以上的溫度信號和600℃以下的溫度信號，信號種類繁多，增加了系統的復雜度。其系統組成框架如圖1所示。

圖1 機艙監測報警系統組成
各種類型的傳感器(開關量、4-20mA、PT100、熱電阻等)采集各類信號，并不停地將這些信號送入顯示單元(微機LCD)，在顯示屏上顯示各個監測通道的當前值;一旦有監測發生越限情況，報警信號就被送入延伸報警控制單元、打印記錄單元及警報器控制單元，其中打印記錄單元可以即時打印發生報警的各參數值;警報器控制單元啟動集控室和機艙的揚聲器，以此提示輪機管理人員;同時，起動延伸報警裝置，并在公共場所、輪機長房間、值班輪機員房間等輸出聲光報警信號;在駕駛臺的報警監視屏上也有聲光提示信號輸出。

主電源和應急電源都具有自檢功能;在系統發生報警后，可以在集控室應答，消聲消閃。

3 硬件實現

該套監視系統包括對一臺14缸的主機、三臺發電機、一臺鍋爐、一套焚燒爐、兩套空壓機和一套舵機的主要工況參數顯示和參數檢測報警、及其它設備的運行狀態指示。系統共檢測118個模擬量，128個開關量。為此采用了S7-200CN PLC 226作為系統總控制器，并擴展7個16I/O的EM223 CN數字量模塊，模擬量采集模塊采用研華ADAM與PLC通過485總線通;監測上位機采用了研華嵌入式工控機UNO-2160，通過PPI方式組成一個網絡，實現對船舶機艙設備的實時監測。其系統架構圖，如圖2所示。

圖2 基于PLC船舶機艙監測系統框架圖
本系統在監視與報警工作時，所有開關量模塊都通過西門子S7-200CN PLC擴展模塊EM223 CN采集輸入，三類模擬量4-20mA、600℃以上的溫度信號和600℃以下的溫度信號通過ADAM采集輸入，在通過485總線送入西門子S7-200CN PLC，在PLC中集中處理，然后送到上位機和其他設備，如指示燈，揚聲器等。 此外，外部按鈕可以發出指令通過西門子S7-200CN PLC發出控制命令，啟動、停止各類泵等相應的設備。

作為一個遠洋運行船舶必不可少的系統，其主要具備以下功能：

(1) 故障報警：當系統檢測到故障時，系統發出聲光報警，在應答后，系統停止聲音輸出，指示燈平光;消除報警后，指示燈滅。
(2) 參數顯示與報警的指示：在系統的軟件界面上可以查閱當前被監測的參數值，并以不同顏色顯示正常與否的參數。
(3) 打印記錄：系統接有一個報警記錄打印機，當產生報警時，系統同時啟動打印機，打印當前的報警，便于輪機管理人員查閱，與航海日志的記錄。
(4) 延時報警：當產生溫度或液位等報警時，系統延時幾秒后，輸出報警，便于誤報警。
(5) 閉鎖報警：該功能用于檢修系統時，能夠單個檢查。
(6) 延伸報警：系統可將報警信息延伸到各個輪機員的房間，將報警信息傳送給相關的輪機管理人員。
(7) 失職報警：當發生報警后，一段時間內沒有輪機人員去應答，系統就會產生全船報警，以提醒值班人員的失職。
(8) 功能試驗：系統具有自檢功能。

4 監測系統軟件實現

在西門子S7-200CN PLC中實現的控制邏輯流程圖，如圖3所示。

圖3 船舶機艙監測系統控制邏輯流程圖
系統監測軟件采用以Windows平臺，在組態王的開發環境下實現的。組態王具有可視化操作界面，豐富的圖庫、高度靈活的動畫連接;擁有全面的腳本與圖形動畫功能可以對畫面中的一部分進行保存，以便以后進行分析或打印變量導入導出功能，支持實時、歷史數據的分布式保存強大的腳本語言處理，全面支持畫面發布、實時數據發布、歷史數據發布以及數據庫數據的發布方便的配方處理，豐富的設備支持庫，支持常見的PLC設備、智能儀表、智能模塊的功能特點。

本系統軟件具有如下功能：

(1) 參數列表顯示，按序或分組顯示所有機艙參數條目。包括參數序號、名稱、當前值、單位、上限值、下限值以及報警狀態。 并可以翻屏連續顯示。

(2) 參數圖表顯示，以虛擬儀表形式顯示主/輔機有關參數。關于主機的排氣溫度、冷卻水溫度等;關于輔機的有發電機組有關的壓力和溫度等。

(3) 曲線顯示，將有關參數分實時和歷史曲線分別描述，其中實時曲線隨著時間的推移在界面上描寫出一條相應數值的曲線;而歷史曲線能讓操作員隨時可以查看某一參數過去2天內的參數變化情況，即可以復現其2天內的工況。

(4) 報警查詢功能是，當某一監測點發生越限報警時，系統自動彈出報警窗口，并能在該窗口中查詢到該監測點的相關情況。

(5) 用戶管理功能，本系統共設三類用戶，分別是系統管理員用戶、輪機長用戶和操作員用戶。其中系統管理員用戶是給機務老軌等公司管理級操作使用的，其操作權限為最大，可以設置輪機長用戶和操作員用戶，修改相關參數，如報警上下限;輪機長用戶是給船舶老軌操作使用，其操作權限為其次，也可修改相關參數;操作員用戶是給船舶一般的值班輪機員使用，其無法修改有關參數和設置用戶，權限最低。