船舶機艙網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控系統(tǒng)

船舶機艙網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控系統(tǒng)教培部輪機教研室李照鋒lizhaofeng@青島遠洋船員公司培訓(xùn)部青島遠洋船員公司培訓(xùn)部青島遠洋船員公司培訓(xùn)部船舶機艙網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展過程：一集中型系統(tǒng)

采用單臺計算機的結(jié)構(gòu)形式，可靠性較差，一旦計算機發(fā)生故障，則整個系統(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)，將監(jiān)視任務(wù)合理地分散成由多臺微機進行分別監(jiān)視的子系統(tǒng)，各個子系統(tǒng)與上層計算機進行通信連接，以便集中管理和信息共享。初期的集散型系統(tǒng)有西門子公司的SIMOS32型集中監(jiān)視和報警系統(tǒng)；后加以發(fā)展如西門子的SIMOSIMA32C系統(tǒng)和NORCONTROL公司的DataChief1000系統(tǒng)等。青島遠洋船員公司培訓(xùn)部青島遠洋船員公司培訓(xùn)部船舶機艙網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展過程：三全分布式的網(wǎng)絡(luò)型監(jiān)控系統(tǒng)采用現(xiàn)場總線作為各個子系統(tǒng)的內(nèi)部控制網(wǎng)絡(luò)，上層網(wǎng)絡(luò)采用局域網(wǎng)。如KONGSBERG公司的DataChiefC20及K-Chief500監(jiān)控系統(tǒng)。下面對KONGSBERG公司的DataChiefC20及K-Chief500監(jiān)控系統(tǒng)進行具體講解。青島遠洋船員公司培訓(xùn)部青島遠洋船員公司培訓(xùn)部第一節(jié)DCC20監(jiān)視與報警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成DCC20是一個全微機的分布式網(wǎng)絡(luò)型監(jiān)控系統(tǒng)，采用CAN（ControllerAreaNetwork）現(xiàn)場總線和以太網(wǎng)（Ethernet）相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式。青島遠洋船員公司培訓(xùn)部青島遠洋船員公司培訓(xùn)部第一節(jié)DCC20監(jiān)視與報警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成

ROSROSROS/SGWROS/SGWUPSPrinterWBUWCUWCUEthernet1CANBus1RDi-32RDi-32RDo-16RAi-16dPSCRAi-16RAo-8RIO-C4MOSRAi-10tc圖1-3-1DataChiefC20監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖住艙駕駛臺集控室機艙Ethernet2CANBus3CANBus2青島遠洋船員公司培訓(xùn)部青島遠洋船員公司培訓(xùn)部第一節(jié)DCC20監(jiān)視與報警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成（一）分布式處理單元（DPU）1、DPU（DistributedProcessingUnit）是采用模塊化設(shè)計、具有通信功能的智能化遠程I/O單元，如RDi-32、RDo-16、RAi-16、RAo-8、RAi-10tc和RIO-C4等。2、分布在機艙各處，①作為傳感器和執(zhí)行器的I/O接口，直接與傳感器和執(zhí)行器相連。②通過CAN總線與上層網(wǎng)絡(luò)相連，從而實現(xiàn)上層網(wǎng)絡(luò)對機艙設(shè)備的監(jiān)視和控制。③連接DPU和上層網(wǎng)絡(luò)的CAN總線采用雙冗余結(jié)構(gòu)，即具有兩套CAN總線，CANBus1和CANBus2，互為熱備份，當主用網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時，備用網(wǎng)絡(luò)自動切入工作，充分保證系統(tǒng)工作的可靠性。青島遠洋船員公司培訓(xùn)部青島遠洋船員公司培訓(xùn)部第一節(jié)DCC20監(jiān)視與報警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成（二）遠程操作站（ROS）1、ROS（RemoteOperatorStation）由PC機、操作控制面板OCP（或普通PC機鍵盤）、鼠標、顯示屏和打印機組成，PC機采用WindowsNT或WindowsXP操作系統(tǒng)。2、ROS通常設(shè)置在集控室、駕駛室和甲板艙室，常見的配置是集控室2臺，駕駛室和輪機長房間各1臺，其他艙室是否設(shè)置可根據(jù)需要而定。其中，集控室的2臺是必備的，其他場所為可選安裝。3、各ROS均配置雙網(wǎng)卡，形成雙冗余的Ethernet網(wǎng)絡(luò)，Ethernet1和Ethernet2。4、集控室的2臺ROS還兼有系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)SGW（SystemGateWay）的功能，使得局域網(wǎng)中的各個ROS能夠通過系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)SGW與CAN總線相連。5、通過SGW和CAN總線，ROS可以①接受各個DPU單元送出的機艙現(xiàn)場信息，②還能向DPU發(fā)送操作指令、控制參數(shù)和程序包。青島遠洋船員公司培訓(xùn)部青島遠洋船員公司培訓(xùn)部第一節(jié)DCC20監(jiān)視與報警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成（三）值班呼叫系統(tǒng)（WCS）延伸報警裝置⑴、駕駛室的延伸報警裝置稱為WBU（WatchBridgeUnit）⑵、艙室及公共場所的延伸報警裝置則稱為WCU（WatchCabinUnit）⑶、WBU和WCU通過CAN總線（CANBus3）與ROS進行通信連接，形成值班呼叫系統(tǒng)WCS（WatchCallingSystem）。青島遠洋船員公司培訓(xùn)部青島遠洋船員公司培訓(xùn)部第一節(jié)DCC20監(jiān)視與報警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成（四）其他輔助設(shè)備①不間斷電源（UPS）提供220VAC和24VDC②以太網(wǎng)集線器（HUB）用于以太網(wǎng)內(nèi)各個ROS聯(lián)網(wǎng)③現(xiàn)場操作站（LocalOperatorStation，簡稱LOS）LOS用于在機艙現(xiàn)場對各個DPU模塊進行操作，在LOS面板上可以選擇和訪問掛在同一CAN總線上的任意DPU，如查看DPU中的過程變量、對所轄設(shè)備的現(xiàn)場操作、參數(shù)調(diào)整和模塊自檢操作等。④便攜式操作站（MidiOperatorStation，簡稱MOS）。MOS是一個特殊設(shè)計的移動式操作站，通過MOS面板可以方便地實現(xiàn)各種操作站功能，可用作LOS、ROS或駕駛臺值班監(jiān)視系統(tǒng)的顯示單元。青島遠洋船員公司培訓(xùn)部青島遠洋船員公司培訓(xùn)部第二節(jié)分布式處理單元DPU一DPU是DCC20監(jiān)視與報警系統(tǒng)和ACC20主機遙控系統(tǒng)的基本組成單元⑴、采用模塊化設(shè)計且具有通信功能的智能化遠程I/O單元⑵、所有的監(jiān)視和控制功能均由這些DPU單元進行最終實施⑶、DPU分布在機艙各處，可以直接安裝在機器設(shè)備上，也可以根據(jù)需要將若干個DPU單元組裝在一個控制箱內(nèi)，并稱之為“數(shù)據(jù)獲取單元（SAU）”。⑷、DPU單元以微處理器為核心，采用單電路板結(jié)構(gòu)。青島遠洋船員公司培訓(xùn)部青島遠洋船員公司培訓(xùn)部第二節(jié)分布式處理單元DPU⑸、DPU①、作為傳感器或執(zhí)行器的接口，對來自模擬量、開關(guān)量傳感器的信號進行處理、監(jiān)視和報警，或向不同設(shè)備輸出模擬量、開關(guān)量控制信號。②、DPU通過雙芯屏蔽電纜或雙絞線等連接到雙冗余CAN總線，實現(xiàn)DPU單元之間的互聯(lián)以及DPU單元與ROS和LOS之間的數(shù)據(jù)通信。⑹、ROS通過網(wǎng)絡(luò)能對DPU的工作狀態(tài)進行連續(xù)監(jiān)視，并可通過網(wǎng)絡(luò)向各個DPU下載相應(yīng)的軟件和參數(shù)，使得不同的DPU具有相應(yīng)的不同功能，例如，某些用于監(jiān)視與報警、某些用于控制、某些用于安全保護或這些功能的混合。⑺、按照數(shù)據(jù)輸入輸出類型的不同，DPU模塊也分為不同的類型：①模擬量輸入模塊②熱電偶輸入模塊③模擬量輸出模塊④開關(guān)量輸入模塊⑤開關(guān)量輸出模塊⑥輸入輸出混合模塊青島遠洋船員公司培訓(xùn)部青島遠洋船員公司培訓(xùn)部第二節(jié)分布式處理單元DPU青島遠洋船員公司培訓(xùn)部青島遠洋船員公司培訓(xùn)部第二節(jié)分布式處理單元DPU青島遠洋船員公司培訓(xùn)部青島遠洋船員公司培訓(xùn)部第二節(jié)分布式處理單元DPU二、DPU的共同特點：(1)、所有DPU模塊均采用統(tǒng)一的機械和電氣設(shè)計圖1-3-2給出了模擬量輸入輸出模塊的外觀結(jié)構(gòu)圖和正面視圖。（b）

從圖（b）可以看出，模塊的正面包括接線端子、狀態(tài)指示燈和各種說明符號。青島遠洋船員公司培訓(xùn)部青島遠洋船員公司培訓(xùn)部第二節(jié)分布式處理單元DPU①、每個端子上均標有端子號，端子的名稱和端子號的編排規(guī)則適用于所有DPU。a).X10為兩路24V電源端子b).X1為模擬量輸入端子X1端子的編號共有3位數(shù)，其中第1位和第2位為通道號，第3位為端子號（如011～014表示第1通道的1～4號端子，161～164表示第16通道的1～4號端子）。c).X3為計數(shù)輸入端子d).X7為RS-422/485通信端子e).X8為CAN總線1的接線端子X9為CAN總線2的接線端子青島遠洋船員公司培訓(xùn)部青島遠洋船員公司培訓(xùn)部第二節(jié)分布式處理單元DPU②、狀態(tài)指示燈a).通道狀態(tài)指示燈(16個燈)：指示相應(yīng)輸入輸出通道的工作狀態(tài)，每個指示燈對應(yīng)一個通道；b).模塊狀態(tài)指示燈(5個燈)：“RUN”、“WatchDog”、“Info.”、“EndInit.”和“Power”等，它們組合起來表示模塊的不同狀態(tài)，如表1-3-1所示。青島遠洋船員公司培訓(xùn)部青島遠洋船員公司培訓(xùn)部第二節(jié)分布式處理單元DPU表1-3-1DPU狀態(tài)指示燈的組合含義LED指示燈名稱標識工作正常應(yīng)用程序未加載未初始化工作停止電源極性錯誤Run綠滅滅滅滅WatchDog滅紅紅紅滅Info.黃（閃爍）滅滅滅滅EndInit.綠綠滅綠滅Power綠綠綠綠紅青島遠洋船員公司培訓(xùn)部青島遠洋船員公司培訓(xùn)部第二節(jié)分布式處理單元DPU（2）DPU具有參數(shù)儲存功能，能夠獨立完成參數(shù)的監(jiān)視、報警和控制。當ROS出故障時，DPU的工作不受影響。（3）DPU具有完備的通信功能，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)、容錯管理功能。DPU單元之間通過冗余的CAN總線進行通信。很多DPU還配備了一個RS-422或RS-485串行接口，以便和其他外部設(shè)備進行數(shù)據(jù)通信。（4）通過ROS，可將用于DPU硬件組態(tài)和編程所需的軟件下載到DPU中，并在ROS上對DPU單元進行遙控組態(tài)。在更換DPU后，需要給新單元下載參數(shù)。在ROS和LOS上，可以實現(xiàn)對DPU的監(jiān)視、控制和參數(shù)調(diào)整。青島遠洋船員公司培訓(xùn)部青島遠洋船員公司培訓(xùn)部第二節(jié)分布式處理單元DPU（5）所有的DPU單元均用24VDC電源供電，DPU單元的硬件無需進行設(shè)置和調(diào)整，所有連接均可即插即用。DPU的電源、通信、I/O通道連接都采用光電隔離。（6）具有強大的自檢功能（檢查模塊內(nèi)部溫度、存儲器性能以及CAN總線狀態(tài)）。若DPU、過程總線、電纜或傳感器有故障，則會產(chǎn)生相應(yīng)的報警信號。青島遠洋船員公司培訓(xùn)部青島遠洋船員公司培訓(xùn)部第二節(jié)分布式處理單元DPU三以下介紹DCC20系統(tǒng)中常用的DPU模塊：1．模擬量輸入模塊（RAi-16）①、具有16個通道的模擬量輸入模塊②、每個通道的輸入類型可以是電壓、電流或電阻信號③、具有內(nèi)建的量程和量綱轉(zhuǎn)換功能和參數(shù)越限報警功能。④、模塊還包含一個計數(shù)器通道，計數(shù)頻率為5～500HZ。⑤、適用于檢測機艙的各種溫度、壓力、液位和轉(zhuǎn)速等模擬量信號。⑥、RAi-16也可當作開關(guān)量輸入模塊來使用。青島遠洋船員公司培訓(xùn)部青島遠洋船員公司培訓(xùn)部第二節(jié)分布式處理單元DPU2．熱電偶輸入模塊（RAi-10tc）①、為各種熱電偶傳感器專門設(shè)計的模擬量輸入模塊，10個輸入通道②、特別適用于檢測柴油機的排煙溫度。③、具有內(nèi)建的熱電偶冷端補償和量程、量綱轉(zhuǎn)換功能和參數(shù)越限報警功能。④、如果采用外部冷端補償，則需采用外部放大電路，并以RAi-16模塊進行輸入。青島遠洋船員公司培訓(xùn)部青島遠洋船員公司培訓(xùn)部第二節(jié)分布式處理單元DPU3．模擬量輸出模塊（RAO-8）①、具有8個通道的模擬量輸出模塊②、輸出信號可以選定為±10VDC的電壓信號或者是±20mA的電流信號③、適用于模擬量指示輸出和控制量信號輸出。4．開關(guān)量輸入模塊（RDi-32、RDi-32A）①、具有32個通道的開關(guān)量輸入模塊②、RDi-32為觸點輸入③、RDi-32A為24VAC或24VDC電壓信號輸入④、當輸入狀態(tài)異常時，能夠發(fā)出開關(guān)量報警，并由發(fā)光二極管（LED）指示每個輸入通道的輸入狀態(tài)。⑤、適用于檢測各種機艙設(shè)備的運行狀態(tài)、閥門位置等開關(guān)量信號。青島遠洋船員公司培訓(xùn)部青島遠洋船員公司培訓(xùn)部第二節(jié)分布式處理單元DPU5．開關(guān)量輸出模塊（RDO-16）①、具有16通道的開關(guān)量輸出模塊②、設(shè)有發(fā)光二極管（LED）指示每個通道的輸出狀態(tài)③、最大輸出電壓為230VAC，最大輸出電流為3安培（電阻性負載），支持脈沖輸出。④、適用于各種開關(guān)量指示輸出和開關(guān)量控制信號的輸出。6．混合模塊（RIO-C1、RIO-C2、RIO-C3、RIO-C4）指單個模塊中既包含模擬量或開關(guān)量輸入通道，包含模擬量或開關(guān)量的輸出通道。青島遠洋船員公司培訓(xùn)部青島遠洋船員公司培訓(xùn)部第二節(jié)分布式處理單元DPU(1)、RIO-C1具有模擬量、開關(guān)量的輸入、輸出和脈沖輸入功能。從表1-3-2可以看出：①、模擬量輸入通道可直接測量單相交流電的電壓和電流信號，通過測量或計算，可以獲得船舶電站系統(tǒng)中發(fā)電機和電網(wǎng)電壓、發(fā)電機輸出電流、發(fā)電機和電網(wǎng)頻率、發(fā)電機和電網(wǎng)電壓之間的相位差、電網(wǎng)的有功功率和無功功率；②、2個計數(shù)器輸入通道可分別接收來自兩個磁脈沖傳感器的脈沖信號，從而計算出回轉(zhuǎn)設(shè)備的轉(zhuǎn)速值；③、輸出通道可分別輸出模擬量指示信號和開關(guān)量控制信號。④、RIO-C1特別適用于對發(fā)電機組的監(jiān)測和控制，也適用于船舶主機或輔機的安全保護系統(tǒng)。青島遠洋船員公司培訓(xùn)部青島遠洋船員公司培訓(xùn)部第二節(jié)分布式處理單元DPU(2)、RIO-C2①、8個開關(guān)量輸入和8個開關(guān)量輸出通道②、每個通道均設(shè)有LED進行輸入和輸出的狀態(tài)指示③、輸入信號可以是自由觸點或24V交直流電壓④、輸出信號為繼電器觸點輸出⑤、特別適用于泵和閥門的控制。(3)、RIO