《轮机自动化》数字化教材项目四

1、项目四 船舶机舱监测与报警系统【项目描述】机舱监测与报警系统能提高机舱各种设备工作的可靠性，是轮机自动化的重要组成部分，也是现代化船舶实现无人机舱必不可少的基本条件。对机舱监测与报警系统的操作、维护和管理是轮管人员必须掌握的基本技能。曲轴箱油雾浓度监视器是保证柴油机安全运行的重要设备。通过本项目的学习，学员应达到以下要求：一、知识要求1、 熟悉机舱监测与报警系统的类型、组成及主要功能；2、 熟悉单元组合式监测与报警系统的组成、特点和工作原理；3、理解网络型监测与报警系统的组成和工作原理；4、熟悉曲轴箱油雾浓度监视系统的功能、特点和工作原理。二、能力要求1、能进行机舱监测与报警系统的基本操作；2

2、、熟悉模拟量参数和开关量参数的调整方法；3、能分析单元组合式监测与报警系统中报警控制电路的工作原理；4、能表述网络型监测与报警系统的特点和维护保养事项；5、能比较MARK 5和MARK 6油雾浓度监视系统的异同之处。三、素质要求1、养成善于动脑、勤于思考、及时发现问题的学习习惯；2、提高理论联系实际的能力，培养善于分析和解决工程实际问题的能力；3、培养理性思维能力和科学求实的精神；4、培养学习新技术的能力，增强创新意识。【项目实施】.任务一 机舱监测与报警系统的基础知识一、学习目标1、熟悉机舱监测与报警系统的类型和组成。2、掌握机舱监测与报警系统的主要功能。二、学习任务本项目的主要任务是掌握机

3、舱监测与报警系统的。三、背景知识机舱监测与报警系统的功能是准确可靠地监测机舱内各种动力设备的运行状态及其参数，一旦运行设备发生故障，自动发出声光报警信号。对于无人值班机舱，集中监测与报警系统还能把报警信号延伸到驾驶台、公共场所、轮机长房间和值班轮机员的住所。机舱集中监测与报警系统不仅可以改善轮机管理人员的工作条件，减轻劳动强度，及时发现设备的运行故障，而且也是实现无人机舱的基本条件。在现代船舶中，机舱监测与报警系统还具有设备控制功能。一、机舱监视与报警系统的基本组成一个完善的监视与报警系统一般由三大部分组成：（1）分布在机舱各监视点的传感器；（2）安装在集控室内的控制柜和监视仪表或监视屏；（3

4、）安装在驾驶台、公共场所、轮机长和轮机员居室的延伸报警箱。典型的监视与报警系统的组成及其分布如图4-1-1所示。图4-1-1 机舱监视与报警系统的组成二、机舱监视与报警系统的功能不同的监视与报警系统，由于实现手段不同，在功能上也略有差异，但通常都应具有如下几方面的功能：1、声光报警声光报警是监视与报警系统最基本的功能，只要监测点的状态发生异常或出现参数越限，系统就应该发出声光报警，以便问题得到及时的处理。大多数导致报警发生的原因均无法在报警发生后自行消失，只有进行相应的处理后才能使状态恢复正常，这类报警称为常规报警或长时报警。对于某些具有主/备用切换功能的设备，当主用设备出现故障并发出声光报警

5、时，备用设备将自动投入运行，往往由于运行参数恢复正常而在短时间内自动消失，这类报警称为短时报警。监视与报警系统对这两种情况一般采用不同的处理方法，图4-1-2实出了一般报警的处理流程。在正常运行期间，监视与报警系统不会发出报警指示和声响报警。当被监测点发生异常时，若该监视点未被闭锁，则系统立即发出声响报警，并且相应的报警指示灯（或屏幕文本）快速闪烁，指示报警内容。报警发生后，要求值班人员按消音按钮进行消音（一般情况下，消音按钮对于所有的报警都是公用的）和报警确认（按确认按钮或点击闪烁文本）。报警确认后，报警指示灯由闪烁转为平光（或者闪烁文本转为高亮）。当监视点状态或参数恢复正常时，报警消失，即

6、报警指示灯熄灭（或文本高亮消失）。当出现图4-1-2 监测点报警处理流程图短时报警时，系统也会立即发出声光报警，但往往由于监测状态在短时间内自动恢复正常，报警指示将由“快闪”转为“慢闪”，但声光报警还将继续，直到按下消音按钮。2、参数与状态显示参数显示是指通过模拟仪表、数字仪表或者计算机显示屏对所有监测点的运行参数进行显示，即模拟量显示。状态显示指的是反映设备运行状态的开关量显示，通常采用绿色指示灯（灯泡或发光二极管）表示系统或设备的正常运行状态，红色指示灯表示报警状态。对于采用计算机屏幕的系统，则还可采用“ON”、“OFF”、“HIGH”、“LOW”、“NORMAL”和“FALL”等文本来进

7、行状态显示。3、打印记录打印记录一般有参数打印和报警打印两种。参数打印又可分为定时制表打印和召唤打印。定时制表打印是打印机以设定的时间间隔自动将机舱内需要记录的全部参数打印制表，轮机员只要将打印纸整理成册，即可作为轮机日志。召唤打印是根据需要，随时打印当时的工况参数，可对监测点参数进行全点或选点打印。报警打印是由系统自动进行的，只要有报警发生，系统就会把报警名称、报警内容和报警时间进行自动打印输出。而报警解除时，则自动打印报警解除时间。许多监视与报警系统的软件功能还具有“事件（Event）”记录和打印功能。当对系统进行设置、组态或上下限报警等参数的修改时，这些操作都会以“事件”的形式在数据库中

8、进行记录或进行打印输出。4、报警延时 在报警装置中，一般均设有延时报警环节，以免发生误报警。根据所监视的参数不同其延时有长延时和短延时之分。例如，在监视液位时，由于船舶的摇摆，容易反复造成虚假越限现象，导致频繁报警。类似这些情况可采用230s的长延时报警，在延时时间之内越限不报警。另外，在运行期间，某些监测开关的开关状态会由于环境干扰的原因而发生瞬间变化，例如船舶在激烈振动时，某些压力系统的压力波动容易使报警开关发生抖动。为避免误报警，可采用延时0.5s的短延时。5、报警回差一些运行设备，当它处于正常与故障的临界状态时，往往会出现被监视的参数在报警值附近波动，从而导致系统频繁报警。如图4-1-

9、3所示，当监视参数y大于报警值L时，系统发出报警，值班人员应答后，当y小于L时，撤消报警恢复正常，于是报警系统会随y在L值波动而频繁报警。为了避免频繁报警，常在报警监视系统中设置报警回差。报警回差是指报警值L与恢复正常值R之间的差值，在上限报警中使R<L，在下限报警中使R>L。图4-1-3 无回差上限报警 图4-1-4 有回差上限报警 如图4-1-4所示，当y>L时，系统发生报警，以后当y在L值附近波动时，只要波动幅值小于报警回差，系统就不撤消报警，在应答后保持故障记忆状态。直到故障排除、被监视参数yL，才撤消故障记忆状态，从而避免了频繁报警。6、报警闭锁 报警闭锁就是根据动

10、力设备不同的工作状态，封锁一些不必要的监视点报警。例如，船舶在停港期间，由于主机处于停止状态，主机的冷却系统、燃油系统、滑油系统等均停止工作，与这些系统相关的参数相对主机运行时都会出现异常。因此，有必要对与这些系统有关的监视点进行报警闭锁。闭锁报警可以手动实现，也可以自动实现，可以成组闭锁，也可以单点闭锁。7、延伸报警延伸报警功能是为无人值班机舱设置的。在无人值班的情况下，必须将机舱故障报警信号分组后传送到驾驶台、公共场所、轮机长及值班轮机员住所的延伸报警箱。延伸报警通常是按照故障的严重程度来分组，可把全部监视点的报警信息分为四组：主机故障自动停车报警、主机故障自动减速报警、重要故障报警和一般

11、故障报警。8、失职报警在无人值班的情况下，监视与报警系统在发出故障报警的同时，还会触发3min计时程序。若值班轮机员未能在3min（大型船舶为5min）内及时到达集控室完成确认操作，即使已在已在延伸报警箱上进行过确认，仍将被认为是一种失职行为，报警系统会使所有延伸报警箱发出声光报警信号。报警系统发出失职报警后，只能在集控室进行消音，复位3min计时程序后才能撤销失职报警。9、值班呼叫值班呼叫功能主要用于轮机员交接班时进行信号联络。例如，大管轮与三管轮进行进行交接班时，大管轮只要在集控室把“值班选择”开关指向“三管轮”位置即可。这样，系统就会撤销大管轮的值班信号，而向驾驶台、公共场所和三管轮居室

12、的延伸报警箱发出三管轮值班呼叫声响信号，值班指示灯闪烁。应答后，报警声消失，值班指示灯从闪烁转为平光，表示三管轮进入值班状态。以后，监视与报警系统会把报警信号传送到三管轮居室的延伸报警箱，而不再送到其它轮机员居室。10、测试功能在集控室的操纵台上，一般都设有试灯按钮和功能测试按钮。按下试灯按钮，所有指示灯都将处于常亮状态，不亮的指示灯需要更换。按下功能测试按钮，所有监视点均应进入报警状态，否则，未报警的监视点相应的监视通道有故障。测试功能可协助进行故障定位。11、自检功能监视与报警系统正常工作的前提是系统本身没有故障。为了确保监视与报警系统本身工作的可靠性，对诸如输入通道、电源电压和保险丝等重

13、要环节，应具有自动监测功能。出现异常时，系统将自动发出相应的系统故障报警。12、备用电源的自动投入要使监视系统在全船失电的情况下正常工作，都必须配备相应的备用电源。在主电源失压或欠压时，系统能自动启动备用电源，实现不间断供电。三、机舱监测与报警系统的分类与监测方式1、机舱监测参数的类型机舱中需要监视的参数分为两类：一类是开关量，另一类是模拟量。所谓开关量，是指只有两个状态的量。这两个状态通常表示为开关的断开和闭合，开关的形式可以是机械开关，也可以是继电器触点。在船舶机舱中，开关量可以反映设备的运行状态，例如设备处于运行状态还是停止状态，设备是正常工作状态还是故障状态，主机凸轮轴位置以及阀门位置

14、等。监视与报警系统能对这些开关量进行显示，需要报警的则发出声光报警。所谓模拟量是指连续变化的量，例如温度、液位、压力和转速等参数均为模拟量。监视与报警系统应能对这些模拟量进行实时显示。如果参数超过预定的范围，则应发出越限声光报警。越限报警分为上限报警和下限报警。通常，温度参数的报警为上限报警，压力参数的报警为下限报警，而液位参数的报警既有上限报警也有下限报警。应当指出的是，对于有些设备，其运行参数虽然为模拟量，但并不是把这些模拟量直接送入监视与报警系统，而是通过压力继电器、温度继电器或液位开关等转换为开关量信号再送至监视与报警系统。对于这些参数，监视与报警系统将以开关量的形式进行处理。2、监测

15、方式监视与报警系统的种类很多，但所采用的监测方法无非有两类：一类采用连续监测方法，另一类是采用扫描监测方法。 连续监测是指机舱中所有监测点的参数并行送入监视与报警系统，并对所有监测点的状态及参数进行连续监测。单元组合式监测与报警系统采用连续监测，系统中的核心部件是报警控制单元，它由各种测量和报警控制电路组成。每一个监测点需要一个独立的电路进行测量和产生报警信号，测量结果和报警信号送至公共的显示和报警电路（报警控制单元）。在设计时通常将多个同类型参数的电路制作成一块电路板。连续监测的方法由于每个监测点采用单独的电路，因此各监测点之间的相互影响较小，当某些监视点通道发生故障时，不会影响其它通道的工

16、作，监视点的数量增减原则上不受限制。但所需硬件较多，造价较高。扫描监测也称为巡回监测，这种方法是以一定的时间间隔依次对各监测点的参数和状态进行扫描，将监测点信息逐一送入监视与报警系统进行分时处理。因此，无论监测点有多少，仅需要一个测量和报警控制单元。巡回监测方法可通过常规集成电路和微型计算机来实现。由于微机具有采样速度快、检测精度高、体积小、数据处理功能强大、显示手段先进等优点，大多数船舶均采用基于微机技术的监视与报警系统。此外，计算机网络技术的成熟应用已经使得监视与报警系统分布式网络结构的方向发展。总结提高1. 叙述机舱监测报警系统的类型及特点。 2. 叙述机舱监测报警系统的主要功能。3.

17、画出有回差下限报警的示意图。任务二 单元组合式监测与报警系统一、学习目标1、熟悉单元组合式机舱监测与报警系统的组成与工作原理。2、掌握单元组合式监测与报警系统的参数设定及调整方法。二、学习任务本项目的主要任务是掌握单元组合式机舱监测与报警系统的基本概念。三、背景知识单元组合式集中监测与报警系统采用连续监测工作方式，其优点在于报警电路相对独立，更换电路板比较方便，系统可靠性较强，但系统庞大且工作速度缓慢。单元组合式集中监测与报警系统是按各功能环节来设计的，它将完成一个或几个功能的电路做在一块印刷电路板上，以构成一个相对独立的单元（只有极少数单元采用几块印刷线路板），然后根据不同的要求将所需的功能

18、单元组合起来，组成一个完整的系统。单元组合式监测与报警系统由分布在机舱的各种传感器、报警控制单元、闪光源、自检图4-2-1 单元组合式系统的结构框图单元、显示单元、打印记录单元、延伸报警单元、三分钟失职报警控制单元、延伸报警箱、主电源和应急电源等组成。系统组成结构框图如图4-2-1所示。1、 故障报警原理在单元组合式集中监测与报警系统中，故障报警主要有报警控制单元来控制，使用较多的是开关量报警控制单元和模拟量报警控制单元，下面分别对这两种报警控制单元的组成及工作原理作一介绍。（1）开关量报警控制单元开关量报警控制单元由输入回路、延时环节和逻辑判断环节组成，如图4-2-2所示。其中输入回路较简单

19、，主要将开关量传感器给出的触点断开信息转换成相应的故障电平(“0”或“1”)或者在接受到“试验（TEST）”信号后输出故障电平，以模拟监测故障。延时环节用来延时输出故障电平，完成延时报警功能，以避免误报警。逻辑判断环节是其控制部分，常由门电路和触发器组成，或者由继电器组成，主要完成逻辑运算和状态记忆。它根据延时后的开关量传感器的状态信息报警闭锁信息及消闪指令信息，进行逻辑判断，以控制故障指示灯的状态，启动声响报警，输出分组延伸报警及控制故障打印。在监测点参数处于正常范围时，开关量传感器的触点闭合，输入回路不输出故障电平，因此故障指示灯处于熄灭状态，并且不启动声响报警、分组报警及故障打印。这时若

20、按“试灯”按钮，故障指示灯亮，否则表示指示灯损坏，需更换。当检测设备发生故图4-2-2 开关量报警控制单元组成原理图障时，其相关参数越限时，开关量传感器触点断开，经输入回路转换成相应的故障电平V。V经延时后输出故障报警电平VA至逻辑判断环节。逻辑判断环节在无报警闭锁的情况下：控制故障指示灯间断亮闪，即进入快闪状态；发出声响报警启动信号至警报器控制单元，使机舱内的电笛声响，旋转灯闪烁，集控室内的蜂鸣器蜂鸣，进入声响报警状态；在机舱无人值班的情况下，输出分组报警信号至延伸报警控制单元，由延伸报警控制单元归类分组后把机舱报警延伸至驾驶室监视屏、公共处所、轮机长和值班轮机员的房间，实现分组延伸报警；对

21、重要监视点，输出故障打印触发信号至故障打印单元，自动打印故障日期、故障设备名称或代号及内容，整个系统进入故障报警状态，同时启动三分钟失职报警的计时。值班轮机员在获悉机舱故障报警后，首先在延伸箱按应答按钮，使延伸报警声平静，但延伸箱应答不能使机舱报警声停止，也不能复位三分钟失职报警计时。因此，值班轮机员必须在三分钟内到达集控室，按消声应答按钮，使之在停止声响报警的同时复位三分钟失职报警。由于报警控制单元仅仅用来启动声响报警，声响报警控制单元一旦被启动后，将记忆这一状态，直至接受到消声信号，才复位记忆单元，停止声响报警。因此，消声信号仅作用于声响控制单元，而不影响报警控制单元。为此，值班轮机员必须

22、根据故障指示灯的闪烁情况，了解设备故障内容，然后按“消闪”按钮。逻辑判断环节在接受到消闪信号后，根据传感器状态，在通常报警情况下，使故障指示灯从快闪切换成常亮状态，以记忆故障状态。这一状态一直维持到故障排除，监视点参数恢复正常，传感器触头重新闭合，逻辑判断环节才使故障指示灯从常亮切换成熄灭，回到正常状态。若在值班轮机员消闪前，监视点参数因自动切换作用，已经自行恢复正常，传感器触点重新闭合，逻辑判断环节将自动控制故障指示灯从原来的快闪切换成慢闪状态，以记忆原报警状态，进入短时故障报警状态。这时若按下“消闪”按钮，故障指示灯将熄灭，回到正常状态。但这并不意味着被切换下来的故障设备的故障已排除，轮机

23、员必须及时修复切换下来的故障设备，予以备用。为了检查报警系统是否正常，可把试验开关拨至“试验”位置，输入回路接受到“试验”信号后即刻输出故障电平V，以模拟监视点参数越限传感器触点断开状态。因此，经延时后，逻辑判断环节将进入报警状态，否则说明该报警通道的报警控制单元有故障，或者该报警通道的报警被闭锁。利用“试验”开关可进行通常故障报警试验，也可进行短时故障报警试验。开关量报警通道的报警设定值是由传感器设定的。例如，对于主机滑油低压自动减速的报警，采用压力继电器（如YWK-50-C型压力开关）时，若要求滑油压力低于0.17MPa时报警 (及系统保护动作)，0.22MPa时撤销报警，则报警设定值就是

24、压力传感器的下限设定压力(0.17MPa)，幅差应调整为0.05MPa。需要注意的是调整报警回差应适量，不可太大，也不可太小。若报警回差调整过小会出现被监视的参数在报警值附近波动情况下发生频繁报警。反之，若调整过大，则可能使被监视参数在恢复正常时仍无法撤销报警，致使被监视参数再次越限时不能发出报警。在上限报警时，因报警值为下限设定值与回差值之和，所以回差值的调整还将影响其报警值。（2）模拟量报警控制单元模拟量报警控制单元主要由测量回路、比较环节、延时环节、逻辑判断环节和显示环节组成，如图4-2-3所示。图中，测量回路用来把模拟量传感器发送的模拟量信息 (如热电阻的阻值)变换成相应的电压信号，以

25、作为监测点参数的测量值，并在模拟量传感器开路或短路时（测量值超出其正常测量范围），向自检单元发送传感器故障信号，以控制系统进入系统故障报警状态。比较环节用于故障鉴别，它将测量值与报警电位器设定的报警值进行比较。若越限，则输出故障电平至延时环节。比较环节常由比较器、报警值设定电位器组成。显示环节显示测量值，需要说明的是在单元组合式系统中，各模拟量监视通道的测量回路都是将其监视参数转换成统一的电压信号，例如主机气缸套冷却水温度监视通道把0100温度信号转换成l5V的电压信号，而主机排烟温度监视通道则将01000的温度信号也转换成15V的电压信号等。因此，为确保显示值与实际测量值相符，通常在送出显示

26、信号的同时，由识别环节发送表示本通道的量程识别信号、正负号识别信号、小数点识别信号以及单元量纲识别信号，以使显示单元能正确选择相应的量程系数、正负号、小数点位数和显示参数的单位。模拟量报警控制单元中的延时环节和逻辑判断环节与开关量报警控制单元中的环节完全相同。但不是所有的模拟量报警控制单元都设置延时环节，延时环节仅仅用于需要延时报警的监测通道中。图4-2-4 模拟量报警控制单元组成原理图当报警系统发生故障时，可借助功能试验来查找故障的部位，若把功能试验开关拨至“试验”位置，若某监测通道不能进入报警状态，则可能是该通道的报警控制板有故障。这时可利用更换备件板或交换插板的方法来确定故障部位。2、由

27、集成电路组成的开关量报警控制单元图4-2-5 WE-2型集成电路组成的开关量报警控制单元电路原理图图4-2-5所示为WE-2监测与报警系统中的开关量报警控制单元电路原理图。图中，端子30、28是由传感器送来的故障检测的开关信号，在参数没有越限处于正常工作状态时，其开关闭合，端子30处于低电平。端子17是功能测试输入端，不进行功能测试时是高电平，这时P点是“1”信号不发声光报警。当所检测的参数越限时，开关断开，端子30对地断路，运算放大器A1的反相输入端为高电平，A1输出“0”信号，经反相为“1”信号。这时12V电源经电位器向电容C2充电，使运算放大器A2同相端电压不断升高，当它升高到比加在反相

28、端预先调好的比较电压还高时，A2翻转输出“1”信号。从电容C2电充电开始到A2输出“1”信号这段时间就是报警的延时时间，可在230s 内调整。端子10是报警闭锁指令输入端，没有闭锁指令为高电平。于是与非门Y2的输出，即P点为0信号。经导通的二极管使端子8为低电平，输出一个分组报警信号送至延伸报警控制单元(该插件板可提供两组参数检测通道)，同时由端子7输出一个故障打印信号。由于Y2输出“0”信号，故与非门Y3输出“1”信号，由C3和R3 组成的微分电路将产生一个正的尖峰脉冲信号，经与非门Y4输出一个负的尖峰脉冲。一方面经端子9去触发声响报器发出声响报警信号，同时RS触发器的S端得到一个负脉冲信号

29、，若无手动复位信号，端子16为低电平，经反相应为高电平，未按确认按钮ST时，R端为“1”信号，于是触发器输出端Q=“1”，打开与非门Y6，由端子13送来的闪光脉冲信号经Y6输出，使I点得到高、低电平交替进行脉冲信号。晶体管T1和T2组成功率放大器，当I点高电平时，晶体管T1导通，在射极电阻上取压降，晶体管T2的基极是高电平而导通，报警指示灯亮。当I点为低电平时，晶体管T1截止，晶体管T2基极为低电平也截止，报警指示灯灭。所以当I点为高低电平交替变化时，会使晶体管T1和T2交替地同时导通或截止，报警指示灯RL闪光，并由端子6输出到外接的报警指示灯。当轮机人员下到集中控制室确定监视点故障时，要按确

30、认按钮ST。这时，RS触发器的R端要出现一个负脉冲信号，而S端已为“1”信号，于是把RS触发器的输出端置“0”状态封锁Y6，由端子13来的闪光脉冲信号不能通过Y6输出。Y6输出保持高电平。I点保持高电平，于是晶体管它和T2始终导通，报警的指示灯常亮。按确认按钮ST后，将切断声响报警器的电源，消除声响报警。当故障排除后，运行参数恢复正常工作状态时，传感器的触点闭合，端子30接地为低电平，Al输出“1”信号，经Yl 反相后为“0”信号，A2 同相端电压低于反相端，故A2输出“0”信号，经Y2反相端P为“1”信号。此时因已按确认按钮，把RS触发器置“0”状态，即RS触发器输出端Q为“0”信号。这样，

31、与非门Y3输出为“0”信号，即E端为“0”信号，I点保持低电位，晶体管T1和T2均截止，故障报警指示灯RL熄灭，撤消灯光报警信号。图中端子5是试灯指令输入端，低电平有效，按操纵台上的试灯按钮后由端子5送来低电平信号，报警指示灯亮。端子10是报警闭锁输入端，低电平有效，当端子10出现“0”信号时，P点保持高电平，阻塞所有的报警功能。端子17是报警功能测试输入端，低电平有效，当端子17出现低电平时，A1输出“0”信号，相当于参数越限。3、单元组合式集中监测与报警系统的维护单元组合式集中监测与报警系统又称插板式监测与报警系统。当报警系统发生故障时，可借助功能试验来查找和确认故障的部位所在。可利用更换

32、备件板或交换插板的方法来确定故障部位。更换插板时必须注意，不同类型的报警插板不可乱换，乱换插板轻者使系统不能正常工作，重者将使系统或插板损坏。同类型的插板一般可互换，对开关量报警单元在非液位监视中可直接互换，而在液位监视中应重新调整其延时报警的延时时间，使之符合液位监视的延时要求。模拟量报警板更换时应作如下适当调整：保证更换插板后其上限报警或下限报警的形式不变。即检查插板上的上、下限报警跨接线是否一致，若不一致，则调换跨接线，使其一致，参见图4-1-9。图4-2-6 报警比较环节保证更换插板后送到显示单元的显示识别信号不变。即检查插板上的显示识别发送电路，确保各开关位置或接线一致，相关电阻的阻

33、值一致，否则会出现显示混乱的现象。保证更换插板后输入测量电路的零位和量程不变。这可通过按测量值显示按钮 ， 观察显示值与实际值是否相符予以核实。如显示值与实际值不符，可通过零位和量程调整使其一致。保证更换插板后的报警值保持不变。这可通过按报警值显示按钮，从显示读数上比较确认。如与原报警值不同，可相应调节报警值设定电位器，使其符合要求。总结提高1. 开关量报警单元是怎样组成的？2. 模拟量报警单元的组成与开关量报警单元有何不同？ 3. 怎样调整开关量报警值和模拟量报警值？ 4. 试分析如图4-2-7所示由继电器组成的SMA-02开关量报警单元的工作原理。 图中，A为报警应答按钮、B为报警闭锁按钮

34、、T为功能试验按钮。图4-2-7 SMA-02开关量报警单元电路图A-报警应答按钮；B-报警闭锁按钮；T-功能试验按钮任务三 网络型监视与报警系统【知识目标】掌握典型网络监视与报警系统的结构组成及基本功能；理解现场总线相关概念的表述及含义；熟悉网络监视与报警系统相关操作。【能力目标】具备针对DC C20型、K-chief500型等典型监视与报警系统进行操作与维护管理的能力。【任务实施】机舱自动控制系统的发展经历了集中型系统、集散型系统（DCS）和全分布式系统等阶段。集中型系统采用单台计算机的结构形式，可靠性较差，一旦计算机发生故障，则整个系统完全瘫痪。集散型系统采用集中和分散相结合的系统结构，

35、将监视任务合理地分散给进行分别监视的子系统的多台微机，各子系统与上层计算机进行通信连接，以便集中管理和信息共享。早期的集散型系统，在各子系统内部大多采用模拟信号传输，即在子系统计算机与机旁仪表之间采用使用模拟量信号传输，故在机旁和子系统计算机之间需敷设大量的电缆。此外，模拟信号长距离传输所引起的干扰也较严重。后来，一些公司应用传统控制网络技术对子系统进行了改造，即在控制对象附近放置现场处理单元来实现模拟量信号的收发，而现场处理单元与子系统微机之间则通过RS-485等网络进行数据交换。这种改造虽然起到了一定的效果，但由于传统控制网络的固有缺陷，所以未能实现真正意义上的全分布式控制。而且各公司所建

36、控制网络的封闭性，也阻碍了船用现场控制设备间互换与互操作的实现。进入20世纪90年代后，随着现场总线(Field Bus )技术的不断完善，在新造船舶中，越来越多地采用现场总线作为各个子系统的内部控制网络，上层网络采用局域网，形成全分布式的网络型监控系统。现场总线是一种应用于工业现场的计算机互联总线，只需少量的几根通信线，便可将各种计算机控制的设备(如智能化仪表、控制器和执行机构等)连接起来。它具有分布式、开放式、互联性和高可靠性等特点，既可以与同层网络互联，也可以与不同层网络(上层局域网或下层现场网络)互联，还可以实现网络数据的共享，因此广泛应用于各种工业控制的场合。目前，现场总线已广泛应用

37、于船舶机舱监视与报警系统、主机遥控系统、船舶电力管理系统等，现场总线技术已经成为船舶自动化的主流技术。一、网络型监视与报警系统概述上世纪80年代后，随着计算机技术的飞速发展，先后出现过微机控制的集中型、分散型及网络型监视与报警系统。集中型系统虽具有通用性的功能，但在故障的查找及维修方面比较困难，可靠性也有问题。分散型系统在可靠性、安全性和可维修性方面有一定的好处，但与无人机舱及集中管理有一定的矛盾。目前比较先进的船舶上普遍采用网络型（又称集散型或分布式）监视与报警系统。网络型监视与报警系统采用多层分级计算机局域网(LAN)结构，是一种对生产过程进行分散控制、集中监视和操作管理的系统，通常由操作

38、站(或称总站)、现场控制站(或称分站)和通信总线三部分组成，如图4-3-1所示。图4-3-1 分布式微机监控系统的组成框图现场控制站是一个可独立运行的微机系统，由微处理器、存贮器、通信、电源、I/O等功能模块组成。现场控制站的功能主要是：对现场设备进行实时数据采集和处理；实施数字控制、逻辑控制、顺序控制和连续控制；自检和通信等。同时，它经通信总线向操作站传送采集到的实时数据，并接收操作站的管理信息。现场控制站可以放在机舱中传感器比较集中的地方，其数量可以由用户根据测量点的数目确定。各现场控制站和操作站之间通过LAN相连。操作站（总站）是集中监视、操作管理的中心，它包括控制台、监视屏、中心管理计

39、算机、图形显示器、键盘、打印机等设备。操作站的功能有：实时数据库管理、历史数据存贮和管理、网络通信管理、图形显示管理、报警信息管理等管理功能；过程状态显示、参数列表显示、图形显示和报警信息显示等显示功能；操作信息记录、系统状态信息打印、报警信息打印等打印记录功能；控制回路组态和参数调整功能；系统诊断功能等。计算机局域网LAN利用通信线路和通信设备，把分布在不同位置上的具备独立功能的多台微机、终端及其附属设备连接起来，并且配以相应的网络软件。局域网由站(计算机和终端等)、节点(通信控制处理机)和通信线路(双绞线或同轴电缆或光缆)互连后所构成。网络型监视与报警系统的特点主要表现为：（1）分散控制、

40、集中监视和操作管理。如果操作站发生故障，现场控制站仍然可以独立工作；反之，如果某现场控制站有故障，只会影响它所负责的部分监视点，不至于导致系统全盘瘫痪。显然，它结合了集中型和分散型系统的优点，可靠性大为提高。（2）系统具有典型模块化结构。整个系统可以由互为独立的不同数量的标准化功能模块组合而成。就硬件而言，可分解成不同的控制站，控制站又可分解为不同的功能模块。就软件而言，可分为通用的结构支持软件(可根据监控对象的具体要求配置)和模块化设计的应用软件(可根据监控对象的具体要求修改相应模块的参数、程序、设定值等)。（3）监视与报警功能主要依靠软件实现。不同船舶的系统实现监控，只需要根据要求在应用软

41、件的设计上体现出相应的控制规则、程序和设定（增加相应功能模块或更改参数）等，而不必大规模地进行新的系统硬件设计。（4）系统软硬件具有通用性、互换性，升级产品对前代产品具有兼容性。这一点十分有利于系统维修时的备件保障。 （5）能方便地提供多重冗余控制。从而可以有效地提高系统的可靠性，且极大地方便了系统功能的扩充。（6）在人机接口方面，最大限度地体现了多媒体技术的优势，CRT显示界面图形化，监视和控制一体化，并进一步向着智能化的方向发展。（7）便于实现全船操作控制管理中心的建立。模块的标准化从结构上使监控信息可以方便地传输，以实现全船集中操作控制管理。网络型监视与报警系统目前的最新发展是采用现场总

42、线（FCS）技术。现场总线是一种互联现场设备（或模块）与控制系统之间的双向数字通信网络，要求现场传感器具有通信功能。它的主要优点在于：用可靠的数字信号取代模拟信号（420mA电流信号），把控制、报警、计算等功能分散到系统最底层的现场传感器，实现彻底的分散控制，从而也可以节省大量的硬件和信号电缆，真正实现全数字、全分散和全开放的现场控制系统。机舱中采用的有代表性的现场总线包括：CAN、LONWORKS、PROFIBUS、CC-LINK等。二、DATACHIEF C20 网络型监视报警与控制系统DATACHIEF C20是采用CAN现场总线技术的网络型机舱监视报警和控制系统，升级换代后为K-CHI

43、EF500、K-CHIEF600、K-CHIEF700系统，集中体现了当前机舱网络控制技术发展的先进水平。（一）DATACHIEF C20系统的组成1、系统拓扑结构DATACHIEF C20系统的典型拓扑结构如图4-3-2所示。系统采用模块化设计，其主要组成部分包括：分布式处理单元DPU、现场工作站LOS、远程工作站ROS和值班呼叫单元（WBU、WCU）、CAN现场总线网、Ethernet网和网关单元（SGW和dPSC）等。系统的核心单元是称为DPU的智能化IO接口，系统的现场检测和过程控制功能都是通过DPU实现的。每种DPU有不同的模拟量或开关量通道数目或不同类型的通道，以满足监视和控制的需

44、要。为了实现DPU的组态，相关的软件和参数可以从远程工作站（ROS）下载并永久性地储存在DPU中。远程工作站ROS负责提供人机接口，实现集中监视、管理。DATACHIEF C20是CAN现场总线与以太网（Ethernet）相结合的双网络系统。两种网络各自采用双冗余总线，系统中的主要设备（DPU和ROS等）同时连接到两条总线上。两条总线互为备用，因而可以获得高度的可靠性。图4-3-2 系统的网络拓扑结构图CAN现场总线网主要用于现场信息的采集、转换和控制。CAN总线可以分成Local CAN 和Global CAN两个分段，负责机舱设备控制的DPU单元与Local CAN相连，负责参数监测报警的

45、DPU单元则与Global CAN相连，两个分段各自又是双冗余的。双处理分段控制器dPSC用来实现Local CAN和Global CAN两个分段总线间的通信，负责将Local CAN的信息发送到Global CAN。此外，WBU、WCU的报警以及ROS和WBU、WCU之间的通信也是通过CAN总线进行的。WBU、WCU分别是驾驶台值班单元和船员舱室值班单元，可以用来实现延伸报警、人员呼叫和无人机舱值班交接。Ethernet网负责系统信息的管理，其最大传输速率为10Mbps。远程工作站ROS之间的数据传送借助于Ethernet网进行。系统网关（SGW）用来使CAN和Ethernet两种不同的网络

46、实现互联，从而使DPU和ROS之间得以进行双向的数据传送。2、系统的主要功能模块DATECHIEF C20是一个模块化的系统，允许用户根据需要使用标准化的模块组成系统。主要的模块包括：（1）分布式处理单元（DPU） 监视模拟量和开关量传感器，并提供模拟量或开关量输出给相关的装置。不同的DPU可以满足控制和监视功能的特定需要。（2）远程工作站（ROS） 接收报警信息，对系统进行监视和控制。可以显示模拟流程图（mimic图）、控制值班呼叫单元（WBU和WCU）和打印记录。ROS允许操作者访问DPU以检查变量、就地运行设备和调整参数等。（3）现场工作站（LOS）或微型工作站MOS 位于机舱现场，允许

47、操作者就地进入与LOS连在同一网段上的DPU，以检查变量、就地运行设备和调整参数等。MOS是LOS的升级换代产品。（4）驾驶台值班单元（WBU） 采用驾驶台值班控制（亦即无人机舱）时，在驾驶台指示机舱报警信息，接收值班的转换信息。（5）舱室值班单元（WCU） 驾驶台值班控制期间，在值班轮机员房间和公共场所显示机舱报警。（6）其它系统还包括双处理器网段控制器（dPSC）、系统网关（SWG）等通信模块。（二）DATACHIEF C20系统的主要功能DATACHIEF C20系统的功能可以根据需要进行选择，组成基本的报警监视系统直至集报警监视、控制功能于一体的综合系统。控制功能主要包括：备用泵的控制

48、、阀和泵的遥控操作、PID控制器、电站功率管理、压载水控制、空压机控制、空调控制、冷藏箱监视、火灾报警等。1、监视与报警功能（1）模拟量参数的监测与报警 系统对模拟量参数设有LOW-LOW、LOW、HIGH和HIGH- HIGH限值的过程监视与报警，当参数达到LOW-LOW或HIGH- HIGH限值时，往往要导致相应的设备自动停车。线路故障报警。如传感器开路或短路时，系统将发出相应测量点的线路故障报警。为了避免报警状态的波动（即频繁报警），系统采取了三大技术手段：设置报警不灵敏区、对输入信号设有可调的滤波因子，触发报警和返回正常状态都设有延时。（2）开关量信号参数的监测与报警 HIGH或LOW

49、过程报警（触头断开或闭合）；触发报警和返回正常状态都设有延时；带线路检查的开关量信号报警检测（断线报警和短路报警）。（3）报警闭锁具有单点闭锁和成组闭锁功能，报警闭锁可带延时。（4）报警和监视显示报警页 包括报警分组显示页（用报警分组按钮触发）、报警汇总页（包含所有的报警点）和报警历史页。显示页 包括分组显示、选点显示和标识符显示。标识符显示是通过画面上的标识符，对每个测量点给出详细的信息显示。（5）过程模拟图、BAR图和趋势曲线系统在ROS的显示器上用一系列标准的模拟图（mimic）形象地显示来自于机器及设备的信息，并允许在mimic图上对设备进行操作。标准的mimic图包括：主机排气温度和

50、平均温度直方图、bar图、趋势曲线等。mimic图可以显示设备的状态（打开闭合，运行停止，充注等）。系统能够记录被选择的测量信号，并予以储存以供趋势监视之用。趋势监视包含两个功能：“选择趋势”和“显示趋势”。“选择趋势”功能用于确定曲线所使用的变量，操作者可以指定5种不同的趋势显示，每种显示有8个变量，总共可以显示40个记录变量。“显示趋势”将所选择的趋势变量作为曲线显示，每根趋势曲线同时给出8个变量的标题名称、标题说明和实际数值。3）记录所有记录都可以根据需求进行打印，可以按一定的时间间隔进行自动打印和有选择的打印。可用的记录功能包括：报警记录、选点（定点）记录、完整记录、分组记录、闭锁点的

51、记录、自动记录等。4）自检和故障诊断DPU单元有一个在线的内含式自检系统BIST，用来监视系统温度、电源和传感器的供电。按下操作控制屏（OCP）上的“报警试验”按钮，就可以根据需求对ROS进行试验和提供报警。此外，当接通电源时，可以自动检验电子线路。4. DPU单元DPU是采用模块化设计、具有通信功能的智能化远程IO单元，其主要功能是监视模拟量或开关量传感器并提供模拟量和开关量输出信号。DPU单元分布在机舱内，直接与传感器和执行器连接，独立实现参数的监视、报警和控制。DPU用两根普通的双芯屏蔽电缆（或双绞线）连接到冗余的CAN总线上，与ROS和LOS进行数据通信。与传统离散式系统相比，连接电缆

52、的数目大大减少。1）DPU模块的类型DPU有模拟量输入、热电偶输入、模拟量输出、数字量输入、数字量输出模块或输入输出混合模块等各种类型，可以根据需要选用。2）DPU模块的主要特点（1）模块具有参数储存功能，能够独立完成参数的监视、报警和控制。所有的数据采集、信号标度和过程控制等在每个独立的DPU上进行，因而即使在ROS失效的情况下，局部操作仍然有效。（2）DPU具备完备的通信功能，这是它和普通I/O单元最大的不同之处。DPU支持双冗余CAN高速多主通信网络协议，具备CAN网络状态、容错管理功能。DPU单元配备有双CAN总线接口，DPU单元之间通过冗余的CAN总线进行通信，一个DPU的信号可以被

53、其它的DPU使用。DPU还配备一个RS422或RS485串行接口，以便和其它外部设备进行通信。（3）每个DPU都包含CPU，预先针对不同的任务进行编程处理。用于DPU硬件组态和编程所需的软件可以从远程工作站ROS下载并永久性地储存在DPU的EEPROM中。可以在ROS上对DPU进行遥控组态，允许DPU具备报警功能、控制功能、安全保护功能或具备上述功能的组合。（4）所有的DPU模块均用24V DC电源供电。模块采用单块印刷电路板设计，具有相同的机械结构和电气性能。DPU模块的硬件没有任何附加部件，无须设定微型电位器、DIP开关、跳线或插座。所有的连接均采用“即插即入式”，方便而又可靠。（5）DP

54、U模块的电源、I/O通道与通信总线连接采用电气隔离，亦即在I/O和电源之间、I/O和过程总线之间、电源和过程总线之间实现光电耦合，如果模块损坏，不会影响电源、通信总线或传感器。（6）DPU模块具有强大的自检功能（检查模块内部温度、功耗、存储器性能以及CAN总线状态等），若DPU、过程总线、电缆或传感器有故障，则会产生报警以提醒值班人员。在远程工作站ROS和就地工作站LOS上，可以实现对DPU的监视、控制和参数调整。（7）故障DPU的更换可以在系统不断电的情况下进行，在更换DPU模块后，需要在ROS上将参数下载给新模块。5. 远程工作站ROS1）组成和功能远程工作站ROS通常位于集控室，驾驶台、

55、货油控制室、船舶办公室等场所也可以配备ROS。各ROS之间通过双冗余的Ethernet网相连，各ROS并联工作，并没有哪一台作为主控机。ROS通过CAN总线接受DPU单元送出的现场信息，并可向DPU发送指令、参数和程序。ROS可以监控每个连接到CAN上的DPU的通信，并对DPU的所有数据进行备份。船舶办公室等场所的ROS一般只是用来进行监视，不需要进行报警应答和执行控制。ROS主要由PC微机、操作控制屏OCP、彩色图形显示器和打印机组成，采用WINDOWS NT作为操作系统。操作者可以通过操作控制屏OCP或标准键盘进行操作。作为远程人机界面，ROS的主要功能包括：（1）通过CAN总线从DPU单

56、元接收或发送数据；（2）报警信息的显示、监测及应答；（3）将报警信息延伸送到驾驶台和值班轮机员房间；（4）作为进入Ethernet网的网关。ROS可以作为过程数据、工程数据和软件的数据库，用于ROS和不同DPU的软件也储存在ROS的PC机中，调试期间或更换DPU时可以通过ROS将参数下载到DPU模块中。在ROS上，可以对报警的限制值和系统参数进行修改，在一个ROS上进行的修改将会自动地刷新其它所有的ROS。当现场变量或状态发生变化时，DPU将刷新每个ROS中的数据库，这就意味着在任何一个ROS上显示的数据总是最新的。这样，在过程总线以及LAN上的数据传送就可以保持最小量，从而提供极快的数据访问

57、速度。当DPU检测到故障时，OCP上的相应指示灯开始闪光，同时在彩色CRT上显示并接通报警蜂鸣器，报警打印机将自动打印。按下与闪光指示灯相关联的按钮，显示器上将显示更多的报警信息。有关DPU的传感器信息，诸如报警、正常等状态可以在彩色CRT上显示或进行打印，模拟量数据可以用直方图或趋势曲线显示。打印机和彩色显示器还可以记录所有的状态变化，诸如报警应答以及报警状态清除。报警限制值和延时（受密码保护）可以在OCP上进行调整。利用ROS可以进行驾驶台和集控室之间的值班转换以及轮机员呼叫。2）操作控制屏OCPOCP是一个专用键盘，用按钮和指示灯的结合实现系统的报警和状态指示以及基本操作，并与外部消声按钮相连。O