| 标题 | 无人机舱监测报警系统方案研究 |
| 范文 | 刘宙锋 王艳婷 摘要：机舱监测报警是对机舱重要设备的安全参数及运行状态进行监控，同时对管理人员和值班人员通过声光等方式提示，以保证设备正常运行或是人员的安全。本文通过对现已实现技术的研究，为进一步的研究相关船舶监控系统打下基础。 关键词：监测；报警；自动化 随着计算机技术、嵌入式技术、通信技术的不断发展，船舶的自动化技术也在不断的提高，发展的特点更加的综合、智能，比起以前的系统，也更加的模块化、网络化。现在的船舶监控报警的大部分功能是用软件实现的，通讯方式采用的是总线技术，这样的方式能够减少硬件资源的投资、提高软件的可靠性、增加了工作效率、提高了软件的性价比。 一、无人机舱的发展分析 在20世纪60年代，船舶机舱设备自动化的要求被提出来。机舱自动化可以简化管理工作、减轻工作人员工作负担、提高工作人员的工作效率，从而解决了船舶吨位与船舶运营成本成正比的问题。而从70年代开始，机舱自动化获得如下进展：（1） 轮机的自动化装置实现了对于机船设备实现集中控制并且对每个设备的运行状态进行监控的。（2）通过辅控制站，工作人员可以在驾驶室远程控制操作机船设备，降低了工作人员的工作强度，因而也降低了对机舱值班人员的需求量。（3）初步实现了机船内间歇性无人值班[1]。对于无人机船的发展，世界各大船级社也相应地制定了技术入级标准，为无人机舱以后的发展与完善指明了道路。目前，船舶机舱监视与报警系统大都采用计算机来实现[1]。根据计算机监控系统的结构特点，船舶机舱监视与报警系统可大致分为三类：集中型系统、集散型系统和全分布式系统[1]。 （1）集中型监视系统 集中型系统的特点是通过单台计算机在集控室对机船中的动力设备及其辅助设备实行集中监视和报警采用计算机管理软件，大大简化了硬件结构并且使控制功能更加丰富，使监测参数点增加到上百个，并对模拟量和关量信号进行采集监控[1]。该类型的典型代表有挪威NORCONTROL公司研发的DataChief——III系统。 船舶机舱集中型监视系统在上世纪70年代初具有一定的代表性，但是由于该系统采用单台计算机作为处理单元，不仅造价较高、而且可靠性也不好，当计算机出现故障，则整个系统将会崩溃[1]。这给用户带来了极大的安全隐患，所以，它的发展受到了限制[1]。 （2）集散型监视系统 集散型监视系统釆用集中和分散相结合的系统结构，其特点是整个监视任务不再由单台计算机来完成，而是由多台计算机组成的子系统来分别完成，再由各个子系统与上位机进行通信，实现信息共享。相较于70年代使用的集中型监视系统，其可靠性大大增加，而且相对的造价低，因而集散型监视系统取代集中型监视系统成为必然趋势。 在初期的集散型监视系统中，由于采用模拟信号传输，在长距离传送的过程中，模拟信号所引起的干扰不可忽视。信息的传输的对电缆的需求很大，增加了成本。此系统的典型代表有西门子公司生产的SIMOS32型集散监测报警系统。综合上述弊端，在之后的系统发展中，有公司把传统的网络控制方式使用到子系统中，即在设备附近放置现场处理单元来进行模拟信号的收发，而现场处理单元则通过RS-232、RS-485或电流环等网络与主控单元进行数据交换[1]。这种方法虽然对于信号稳定性有了一定的改善，但是出于传统控制网络的固有缺陷，如传输距离短，不能实现全双工传输等等，所以未能实现全分布式结构[1]。该类系统的典型代表有德国西门子公司生产的SIMOS IMA32C系统和挪威NORCONTROL公司生产的DataChief 1000系统[1]。 （3）全分布式系统 全分布式系统将现场总线（CAN总线）作为各个子系统之间的通信网络，与集散型系统相比，它将监控功能进一步释放，采用模块化设计，通过具有通信功能的智能化现场处理单元实现控制系统的组态，提高了系统的可靠性。并且由于采用开放的现场总线通信协议，设备之间实现了信息互换共享，为船舶机船综合控制信息系统的建立与发展打下了坚实的基础[1]。因此，全分布式监视系统结合了集中型和集散型系统的优点并且有效的克服了其缺点从而成为了今后船舶机船自动化和机舱设备实时监控的主要发展方向。该系统的典型代表有挪威KONGSBERG公司生產的DataChief C20监控系统及其改进型产品K-Chief 600[1]。 无人机舱目前已经成为新造船舶的常规要求。无人机舱就是把控制仪表、 警报系统以及微机巡回检测装置等集中在一起，从驾驶室遥控主机并对全船进行控制[1]。由于机舱无人值守，机舱各种警报器也延伸至驾驶室，有的船舶对冷藏集装箱的监测，对货舱可燃气体的监测甚至压载水舱的调倾操作都在驾驶室进行[1]。正常航行中，机舱可以周期无人值班[1]。 二、周期无人值守机舱监测报警系统简介及其使用情况 机舱监控系统主要是实现船舶的安全稳定运行，对全船重要电气设备的运行数据和安全信息进行监测，给各设备系统和人员提供安全保障。对于PLC的机舱监控系统的设计，首先要了解监控系统的基本功能、相关规范要求、系统特定环境与技术要求，然后才能根据需要选用合适的主控模块，围绕主控模块进行总体结构的设计[2]。下面通过对挪威NORCONTROL公司K一Chief600系统进行分析，说明目前机舱监测报警系统的大致发展情况以及以后的机舱监测报警系统的发展方向。 K一Chief600系统包含了船舶系统的全部主要功能，包括报警监测系统，辅助控制系统，电站管理系统，推进控制，压载自动化系统，货物控制和监测，HAVC（空气调节），管理支持，冷藏监测，消防系统等[2]。系统可以通过双冗余的局域网跟K系列的其他系统（K一Gauge，K一Pos，K一Thrust，K一Brige）进行信息交换，实现系统级的集成。K一Chief600系统采用了模块化设计，可以按照不同船只的具体要求进行裁剪，既可配置为低复杂度的小型报警系统，也可配置为高集成度的控制系统。系统满足包括军用标准在内的最严格的安全性和可靠性要求：系统提供了包括通信、过程处理、串行线和电源在内的所有层次的冗余；内建的系统自检功能可以监测整个系统的工作状态[2]；软件和硬件设备通过了主要船级社的类型认证[2]。 K一Chief600系统由带有显示器和专用操作键盘的操作站来提供人机交互界面，图形化的界面友好直观，保证了系统操作的高效率和安全[2]。操作员可以在任意操作站上完成所有的监控报警功能[2]。 K一Chief600系统采用通用硬件模块，便于系统的安装和日常的维护修理。当DPU模块出现故障时，不需要关闭系统即可完成模块更换[3]。系统的高可维护性降低了备件要求，同时也降低了系统的全生命周期成本。K一Chief600系统由分布式处理单元DPU、本地操作站LOS、迷你操作站MOS、遥控操作站ROS和值班呼叫系统WCS等部分组成，集中体现了当前监控报警系统的先进水平[3]。 三、结语 经济的发展，对船舶的各种需求会随之增加，而伴随着计算机技术的发展，对于船舶相关软件的要求也会随之增加。加大机舱监测报警系统的研究是至关重要的。这就要求开发人员不仅要了解已实现并投入使用的机舱监测报警知识，同时也要了解网络通信、嵌入式开发技术。想要获得适合的机舱监测报警系统，需要投入更多的开发人员，并保证软件的及时升级换代。 参考文献 [1]王恒.基于CAN总线的机舱监视与报警系统设计与实现.大连海事大学.2013. [2]战兴群，翟传润，张炎华，许廷良.周期无人值守机舱监测报警系统方案研究.中国造船.2002，（3）：75-80. [3]李为.船舶机舱监控报警系统设计与实现（硕士学位论文）.南京理工大学.2010. |
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