船舶机舱网络化监控系统

船舶机舱网络化监控系统教培部轮机教研室李照锋lizhaofeng@青岛远洋船员公司培训部青岛远洋船员公司培训部青岛远洋船员公司培训部船舶机舱网络化监控系统的发展过程：一集中型系统

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，将监视任务合理地分散成由多台微机进行分别监视的子系统，各个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。初期的集散型系统有西门子公司的SIMOS32型集中监视和报警系统；后加以发展如西门子的SIMOSIMA32C系统和NORCONTROL公司的DataChief1000系统等。青岛远洋船员公司培训部青岛远洋船员公司培训部船舶机舱网络化监控系统的发展过程：三全分布式的网络型监控系统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。如KONGSBERG公司的DataChiefC20及K-Chief500监控系统。下面对KONGSBERG公司的DataChiefC20及K-Chief500监控系统进行具体讲解。青岛远洋船员公司培训部青岛远洋船员公司培训部第一节DCC20监视与报警系统的结构组成DCC20是一个全微机的分布式网络型监控系统，采用CAN（ControllerAreaNetwork）现场总线和以太网（Ethernet）相结合的网络结构形式。青岛远洋船员公司培训部青岛远洋船员公司培训部第一节DCC20监视与报警系统的结构组成

ROSROSROS/SGWROS/SGWUPSPrinterWBUWCUWCUEthernet1CANBus1RDi-32RDi-32RDo-16RAi-16dPSCRAi-16RAo-8RIO-C4MOSRAi-10tc图1-3-1DataChiefC20监控系统的结构框图住舱驾驶台集控室机舱Ethernet2CANBus3CANBus2青岛远洋船员公司培训部青岛远洋船员公司培训部第一节DCC20监视与报警系统的结构组成（一）分布式处理单元（DPU）1、DPU（DistributedProcessingUnit）是采用模块化设计、具有通信功能的智能化远程I/O单元，如RDi-32、RDo-16、RAi-16、RAo-8、RAi-10tc和RIO-C4等。2、分布在机舱各处，①作为传感器和执行器的I/O接口，直接与传感器和执行器相连。②通过CAN总线与上层网络相连，从而实现上层网络对机舱设备的监视和控制。③连接DPU和上层网络的CAN总线采用双冗余结构，即具有两套CAN总线，CANBus1和CANBus2，互为热备份，当主用网络出现故障时，备用网络自动切入工作，充分保证系统工作的可靠性。青岛远洋船员公司培训部青岛远洋船员公司培训部第一节DCC20监视与报警系统的结构组成（二）远程操作站（ROS）1、ROS（RemoteOperatorStation）由PC机、操作控制面板OCP（或普通PC机键盘）、鼠标、显示屏和打印机组成，PC机采用WindowsNT或WindowsXP操作系统。2、ROS通常设置在集控室、驾驶室和甲板舱室，常见的配置是集控室2台，驾驶室和轮机长房间各1台，其他舱室是否设置可根据需要而定。其中，集控室的2台是必备的，其他场所为可选安装。3、各ROS均配置双网卡，形成双冗余的Ethernet网络，Ethernet1和Ethernet2。4、集控室的2台ROS还兼有系统网关SGW（SystemGateWay）的功能，使得局域网中的各个ROS能够通过系统网关SGW与CAN总线相连。5、通过SGW和CAN总线，ROS可以①接受各个DPU单元送出的机舱现场信息，②还能向DPU发送操作指令、控制参数和程序包。青岛远洋船员公司培训部青岛远洋船员公司培训部第一节DCC20监视与报警系统的结构组成（三）值班呼叫系统（WCS）延伸报警装置⑴、驾驶室的延伸报警装置称为WBU（WatchBridgeUnit）⑵、舱室及公共场所的延伸报警装置则称为WCU（WatchCabinUnit）⑶、WBU和WCU通过CAN总线（CANBus3）与ROS进行通信连接，形成值班呼叫系统WCS（WatchCallingSystem）。青岛远洋船员公司培训部青岛远洋船员公司培训部第一节DCC20监视与报警系统的结构组成（四）其他辅助设备①不间断电源（UPS）提供220VAC和24VDC②以太网集线器（HUB）用于以太网内各个ROS联网③现场操作站（LocalOperatorStation，简称LOS）LOS用于在机舱现场对各个DPU模块进行操作，在LOS面板上可以选择和访问挂在同一CAN总线上的任意DPU，如查看DPU中的过程变量、对所辖设备的现场操作、参数调整和模块自检操作等。④便携式操作站（MidiOperatorStation，简称MOS）。MOS是一个特殊设计的移动式操作站，通过MOS面板可以方便地实现各种操作站功能，可用作LOS、ROS或驾驶台值班监视系统的显示单元。青岛远洋船员公司培训部青岛远洋船员公司培训部第二节分布式处理单元DPU一DPU是DCC20监视与报警系统和ACC20主机遥控系统的基本组成单元⑴、采用模块化设计且具有通信功能的智能化远程I/O单元⑵、所有的监视和控制功能均由这些DPU单元进行最终实施⑶、DPU分布在机舱各处，可以直接安装在机器设备上，也可以根据需要将若干个DPU单元组装在一个控制箱内，并称之为“数据获取单元（SAU）”。⑷、DPU单元以微处理器为核心，采用单电路板结构。青岛远洋船员公司培训部青岛远洋船员公司培训部第二节分布式处理单元DPU⑸、DPU①、作为传感器或执行器的接口，对来自模拟量、开关量传感器的信号进行处理、监视和报警，或向不同设备输出模拟量、开关量控制信号。②、DPU通过双芯屏蔽电缆或双绞线等连接到双冗余CAN总线，实现DPU单元之间的互联以及DPU单元与ROS和LOS之间的数据通信。⑹、ROS通过网络能对DPU的工作状态进行连续监视，并可通过网络向各个DPU下载相应的软件和参数，使得不同的DPU具有相应的不同功能，例如，某些用于监视与报警、某些用于控制、某些用于安全保护或这些功能的混合。⑺、按照数据输入输出类型的不同，DPU模块也分为不同的类型：①模拟量输入模块②热电偶输入模块③模拟量输出模块④开关量输入模块⑤开关量输出模块⑥输入输出混合模块青岛远洋船员公司培训部青岛远洋船员公司培训部第二节分布式处理单元DPU青岛远洋船员公司培训部青岛远洋船员公司培训部第二节分布式处理单元DPU青岛远洋船员公司培训部青岛远洋船员公司培训部第二节分布式处理单元DPU二、DPU的共同特点：(1)、所有DPU模块均采用统一的机械和电气设计图1-3-2给出了模拟量输入输出模块的外观结构图和正面视图。（b）

从图（b）可以看出，模块的正面包括接线端子、状态指示灯和各种说明符号。青岛远洋船员公司培训部青岛远洋船员公司培训部第二节分布式处理单元DPU①、每个端子上均标有端子号，端子的名称和端子号的编排规则适用于所有DPU。a).X10为两路24V电源端子b).X1为模拟量输入端子X1端子的编号共有3位数，其中第1位和第2位为通道号，第3位为端子号（如011～014表示第1通道的1～4号端子，161～164表示第16通道的1～4号端子）。c).X3为计数输入端子d).X7为RS-422/485通信端子e).X8为CAN总线1的接线端子X9为CAN总线2的接线端子青岛远洋船员公司培训部青岛远洋船员公司培训部第二节分布式处理单元DPU②、状态指示灯a).通道状态指示灯(16个灯)：指示相应输入输出通道的工作状态，每个指示灯对应一个通道；b).模块状态指示灯(5个灯)：“RUN”、“WatchDog”、“Info.”、“EndInit.”和“Power”等，它们组合起来表示模块的不同状态，如表1-3-1所示。青岛远洋船员公司培训部青岛远洋船员公司培训部第二节分布式处理单元DPU表1-3-1DPU状态指示灯的组合含义LED指示灯名称标识工作正常应用程序未加载未初始化工作停止电源极性错误Run绿灭灭灭灭WatchDog灭红红红灭Info.黄（闪烁）灭灭灭灭EndInit.绿绿灭绿灭Power绿绿绿绿红青岛远洋船员公司培训部青岛远洋船员公司培训部第二节分布式处理单元DPU（2）DPU具有参数储存功能，能够独立完成参数的监视、报警和控制。当ROS出故障时，DPU的工作不受影响。（3）DPU具有完备的通信功能，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单元之间通过冗余的CAN总线进行通信。很多DPU还配备了一个RS-422或RS-485串行接口，以便和其他外部设备进行数据通信。（4）通过ROS，可将用于DPU硬件组态和编程所需的软件下载到DPU中，并在ROS上对DPU单元进行遥控组态。在更换DPU后，需要给新单元下载参数。在ROS和LOS上，可以实现对DPU的监视、控制和参数调整。青岛远洋船员公司培训部青岛远洋船员公司培训部第二节分布式处理单元DPU（5）所有的DPU单元均用24VDC电源供电，DPU单元的硬件无需进行设置和调整，所有连接均可即插即用。DPU的电源、通信、I/O通道连接都采用光电隔离。（6）具有强大的自检功能（检查模块内部温度、存储器性能以及CAN总线状态）。若DPU、过程总线、电缆或传感器有故障，则会产生相应的报警信号。青岛远洋船员公司培训部青岛远洋船员公司培训部第二节分布式处理单元DPU三以下介绍DCC20系统中常用的DPU模块：1．模拟量输入模块（RAi-16）①、具有16个通道的模拟量输入模块②、每个通道的输入类型可以是电压、电流或电阻信号③、具有内建的量程和量纲转换功能和参数越限报警功能。④、模块还包含一个计数器通道，计数频率为5～500HZ。⑤、适用于检测机舱的各种温度、压力、液位和转速等模拟量信号。⑥、RAi-16也可当作开关量输入模块来使用。青岛远洋船员公司培训部青岛远洋船员公司培训部第二节分布式处理单元DPU2．热电偶输入模块（RAi-10tc）①、为各种热电偶传感器专门设计的模拟量输入模块，10个输入通道②、特别适用于检测柴油机的排烟温度。③、具有内建的热电偶冷端补偿和量程、量纲转换功能和参数越限报警功能。④、如果采用外部冷端补偿，则需采用外部放大电路，并以RAi-16模块进行输入。青岛远洋船员公司培训部青岛远洋船员公司培训部第二节分布式处理单元DPU3．模拟量输出模块（RAO-8）①、具有8个通道的模拟量输出模块②、输出信号可以选定为±10VDC的电压信号或者是±20mA的电流信号③、适用于模拟量指示输出和控制量信号输出。4．开关量输入模块（RDi-32、RDi-32A）①、具有32个通道的开关量输入模块②、RDi-32为触点输入③、RDi-32A为24VAC或24VDC电压信号输入④、当输入状态异常时，能够发出开关量报警，并由发光二极管（LED）指示每个输入通道的输入状态。⑤、适用于检测各种机舱设备的运行状态、阀门位置等开关量信号。青岛远洋船员公司培训部青岛远洋船员公司培训部第二节分布式处理单元DPU5．开关量输出模块（RDO-16）①、具有16通道的开关量输出模块②、设有发光二极管（LED）指示每个通道的输出状态③、最大输出电压为230VAC，最大输出电流为3安培（电阻性负载），支持脉冲输出。④、适用于各种开关量指示输出和开关量控制信号的输出。6．混合模块（RIO-C1、RIO-C2、RIO-C3、RIO-C4）指单个模块中既包含模拟量或开关量输入通道，包含模拟量或开关量的输出通道。青岛远洋船员公司培训部青岛远洋船员公司培训部第二节分布式处理单元DPU(1)、RIO-C1具有模拟量、开关量的输入、输出和脉冲输入功能。从表1-3-2可以看出：①、模拟量输入通道可直接测量单相交流电的电压和电流信号，通过测量或计算，可以获得船舶电站系统中发电机和电网电压、发电机输出电流、发电机和电网频率、发电机和电网电压之间的相位差、电网的有功功率和无功功率；②、2个计数器输入通道可分别接收来自两个磁脉冲传感器的脉冲信号，从而计算出回转设备的转速值；③、输出通道可分别输出模拟量指示信号和开关量控制信号。④、RIO-C1特别适用于对发电机组的监测和控制，也适用于船舶主机或辅机的安全保护系统。青岛远洋船员公司培训部青岛远洋船员公司培训部第二节分布式处理单元DPU(2)、RIO-C2①、8个开关量输入和8个开关量输出通道②、每个通道均设有LED进行输入和输出的状态指示③、输入信号可以是自由触点或24V交直流电压④、输出信号为继电器触点输出⑤、特别适用于泵和阀门的控制。(3)、RIO