1、第十五章 船舶机舱监测与报警系统机舱监测与报警系统是轮机自动化的一个重要内容，它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。根据自动化程度的不同，有些系统还具有报警记录打印，参数和状态的定时或召唤打印以及参数的分组显示等功能。对于无人值班机舱，集中监视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。机舱集中监视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。 第一节 监视与报警功能的组成与功能一、参数类型在机舱中需要监视的参数可分两类：

2、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。这两个状态通常表现为开关的断开和闭合，而开关的形式可以是机械开关或继电器触点。在船舶机舱中，开关量可以反映设备的运行状态，例如设备是运行处于状态还是停止状态、设备是正常工作还是出现故障、主机凸轮轴位置以及阀门位置等。监视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。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。越限报警分为两种情况，有些参数是不允许超过某一上限值的，当超过这一上限值时发出的报警称为上限报警；另为

3、一些参数则不允许低于某一下限值，当低于这一下限值时发出的报警称为下限报警。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，而液位参数的报警则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报警系统。对于这类参数，监视报警系统将以开关量的形式进行处理。二、监测方法监视报警系统的种类很多，但所采用的监测方法无非有两类。一类是采用连续监测方法，另一类是采用扫描监测方法。1连续监测连续监测是指机舱中所有监测点的参数并行地送入监视报警系统，同时对所有监测点

4、的状态及参数进行连续监测。系统中的核心单元是报警控制单元，它由各种测量和报警控制电路组合而成。每个监测点需要一个独立的电路进行测量和产生报警信号，测量结果和报警信息送至公共的显示和报警电路，但在设计上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，因此各监视点之间的相互影响较小，当某一监视点通道发生故障时，不会影响其他通道的工作，监视点的数量增减在原则上也不受限制。但所需硬件较多，造价较高。2扫描监测扫描监测也成为巡回监测，这种方法是以一定的时间间隔依次对各个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报警系统进行分时间断处理。因此无论监视点有多

5、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，但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报警系统。此外，计算机网络技术的成熟应用已经使得监视报警系统朝着分布式网络结构的方向发展。三、监测报警系统的组成与功能一个完善的监视与报警系统由三大部分组成：（1）分布在机舱各监视点的传感器；（2）安装在集中控制室内的控制柜和监视仪表或监视屏；（3）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。典型监视报警系统的组成及其分布如图15-1-1所示。不同的监视报警系统，由于实现手段不同，在

6、功能上也略有差异，但原则上都应该具有以下几个方面的功能：1声光报警声光报警是监视报警系统最根本的功能，只要监测点的状态发生异常或者出现参数越限，系统就应该发出声光报警，以便问题得到及时处理。大多数导致报警发生的原因均无法在报警发生之后自行消失，只有进行了相应的处理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/备切换功能的设备，当主用设备出现故障并发出报警时，备用将自动运行，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。监视报警系统对这两种情况一般采用不同的处理方法，图15-1-2示出了一般的报警处理流程。在正常运行期间，监视与报警系统不会发出报警指示

7、和声响报警。当被监视点发生异常时，若该监视点未被闭锁，则系统立即发出声响报警，同时相应的报警指示灯（或屏幕文本字块）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，消音按钮对于所有报警都是共用的）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，报警指示消失，即报警灯熄灭（或者高亮消失）。当出现短时报警时，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”，但声响报警还将继续，直到按下消音按钮。2参数与状态显示图15-1-1 机舱监

8、视与报警系统的组成延伸报警消闪轮机长主电源应急电源延伸报警控制单元警报器控制单元报警器传感器生活区试验试灯闭锁大管轮二管轮三管轮公共场所驾驶台消音监视报警控制单元驾驶台集控室机 舱显示单元打印记录参数显示是指通过模拟仪表、数字仪表或者计算机屏幕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，红色灯指示灯表示报警状态。对于采用计算机屏幕的系统，则还可以采用“ON”、“OFF”、“HIGH”、“LOW”、“NORMAL”和“FAIL”等文本来进行状态显示。3打印记录打印记录一般有参数打印和报警

9、打印两种。参数打印又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，轮机人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。而在报警解除时，则自动打印报警解除时间。报警处理流程报警指示快闪，启动报警声响、分组报警及故障打印报警指示慢闪，启动报警解除打印(短时报警)撤销报警指示和分组报警(恢复正常)报警消失？有报警？已闭锁？确认？YNYNY+无报警声响和报警指示报警指示平光

10、启动故障排除打印确认？故障消失？YNYN(正常状态)(常规报警)NY(报警状态)N图15-1-2 监测点报警处理流程图许多监视报警系统的软件功能还具有“事件”（Event）记录和打印功能。当对系统进行了设置、组态或上、下限报警值等参数的修改时，这些操作都会以“事件”的形式在数据库中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，其延时时间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，某些监测开关的状态

11、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. 报警回差当采样值在报警点附近波动时，为了防止仪表不断进入和退出报警状态，这样输出触点会经常跳动，产生频繁报警，导致外部联锁装置产生故障，对于上限和上上限报警，若报警限设为80，报警回差设为5，当采样值大于等于80时触点动作，仪表报警；当输入减小，采样值小于80，仪表不会马上退出报警状态，而是直到仪表采样值小于等于75后，仪表才退出报警状态。 同样，对于下限和下下限报警，若将报警限设为45，报警回差设为5，当采样值小于等于45时，触点动作；当输入

12、增大，采样值大于45后，仪表不会马上退出报警状态，而是直到仪表采样值大于等于50后，仪表才退出报警状态。 6报警闭锁闭锁报警就是根据动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，由于主机处于停车状态，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。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

13、车报警；主机故障自动降速报警；重要故障报警；一般故障报警。有时为了简化延伸报警，在值班轮机员住所的延伸报警箱上仅设置重要故障报警和一般故障报警两个报警指示灯。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内及时到达集中控制室完成确认操作，即使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，报警系统就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，只能在集中控制室进行消声，复位3min计时器后才能撤消失职报警。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交接班时，大管轮只

14、要在集控室把“值班选择”指向“三管轮”位置即可。这样，系统就会撤消大管轮的值班信号，而向驾驶台、公共场所和三管轮住所的延伸报警发出三管轮值班呼叫声响信号，值班指示灯闪光。应答后，报警声消失，值班指示灯从闪光转为平光，表示三管轮进入值班状态。以后，监视系统会把报警信号传送到三管轮住所的延伸报警箱，而不再送到大管轮处。10测试功能在集中控制室的操纵台上，一般都设有试灯按钮和功能测试按钮。按试灯按钮，所有指示灯都要亮，不亮的指示灯需要换新。按功能测试按钮，所有监视点均进入报警状态，否则，未报警的监视点表示相应监视通道有故障。测试功能可协助进行故障定位。11自检功能监视报警系统正常工作的前提是系统本身

15、没有故障。为了确保监视报警系统本身的工作可靠性，对诸如输入通道、电源电压和保险丝等重要环节，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能正常工作，就必须配备相应的备用电源。在主电源失压或欠压时，系统能自动启用备用电源，实现不间断供电。第二节 单元组合式监测与报警系统 在单元组合式集中监视与报警系统中，将同时且连续的监测机舱中所有监视点。由传感器所检测的每个监视点的状态和参数值是相对独立的送到集中控制室，集中监视与报警系统将单独处理每个监视点的工作状态。这样，一个监视点或几个类型相同的监视点都要制成一块满足集中监视和报警

16、控制功能要求的印刷电路板。因此，在集中控制室的集中监视与报警控制柜中，这样的印刷电路板有很多块。该印刷电路板可提供显示监视点参数值的信号，当监视点运行设备发生故障或运行参数越限时，能提供故障报警和打印信号。同时，报警信号还能延伸送至驾驶台、公共场所，轮机长及值班轮机员住所。因此，轮机管理人员要管理好集中监视与报警系统，除要管理好所有传感器，使其处于完好的工作状态外，对于使用好众多的印刷电路板报警控制单元是十分重要的。报警控制单元有开关量报控制单元和模拟量报警控制单元，这两种控制单元的工作原理基本相同，只是越限报警值的调整方法不同，对于开关量报警控制单元，它输入的信号是开关状态，一般由温度开关、

17、压力开关、液位开关等传感器来检测，调整越限报警值往往是在传感器上，通过调整其幅差来实现。对模拟量报警控制单元，其输入量是运行参数的模拟量，其越限报警值是通过调整印刷电路板上的电位器来进行的。一、单元组合式监测与报警单元的特点和组成1开关量报警控制单元 开关量报警控制单元是由输入回路、延时环节和逻辑判断环节所组成的，其逻辑原理框图如图15-2-1所示。其中，输入回路用于接收开关量传感器送来输入信息（即触点是闭合还是断开），并且在输入异常时发出报警信号；同时还可接受“试验”信号，当输入试验信号时同样输出报警信号，以模拟监视点的设备故障。延时环节用于对报警信号产生适当的延时，实现延时报警功能，以避免

18、误报警。逻辑判断环节用来完成逻辑运算、状态记忆和报警控制。在监视点参数处于正常范围时，开关量传感器的触点闭合，输入回路不输出报警信号，因此，报警指示灯处于熄灭状态，也不启动声响报警、分组报警和故障打印。当监视点的运行设备发生故障，或其相关参数越限时，传感器触点断开，输入回路送出报警信号VF，经延时环节和逻辑判断环节后发出报警。报警内容通常包括：（1）控制报警指示灯，使之快速闪亮、慢速闪亮、常亮或熄灭；（2）启动公共报警系统，向集控室和机舱发出声光报警；（3）输出分组报警信号至延伸报警单元，进行归类分组后控制延伸报警箱实现分组报警。（4）启动报警记录打印机，记录故障发生时间和报警内容。逻辑判断环

19、节除了接收报警信号外，还接收闭锁、消闪、闪光和试灯信号。每个信号的功能将在后面结合实例介绍。根据持续时间的长短，报警可分为长时报警和短时报警。长时报警是指报警长时间存在，而短时报警则是指发生报警后，短时间内外部输入信号恢复正常，报警自行消失。在发生报警时值班轮机员首先应按“确认”（Acknowledgement）按钮（也称消音按钮，意即报警已被确认，声响可以停止），以消除声响。然后按消闪按钮，若是长时报警，则逻辑判断环节将使报警指示灯从快速闪亮变成常亮，以指示故障状态。此时，轮机员应进行相应的报警处理措施。待故障排除后，监视点参数恢复正常，传感器触点又重新闭合，报警指示灯由常亮变为熄灭。若在尚

20、未按下确认按钮时，监视点参数已自行恢复正常，传感器触点已重新闭合，逻辑判断环节将使指示灯从快闪转为慢闪，进入短时故障报警状态，这时，先按下消声按钮进行消声，再按下消闪按钮，指示灯将从慢闪转为熄灭。有些监视报警系统还设有失职报警功能，在发出延伸报警的同时起动失职报警计时器，若值班轮机员在3分钟内到达集控室进行报警确认，则计时器复位，否则计时满后将发出失职报警。开关量传感器输入回路延时逻辑判断闭锁消音闪光试灯故障灯蜂鸣器分组报警报警打印图 15-2-1 开关量报警控制单元的逻辑组成框图试验 开关量报警设定值是由开关量传感器来实现的。例如，采用压力继电器作为压力传感器时，其上限报警设定值为继电器的下

21、限设定压力与幅差之和，而下限报警的设定值就是其下限设定压力。 2摸拟量报警控制单元测量延时逻辑判断闭锁消音闪光试灯故障灯蜂鸣器分组报警报警打印模拟量传感器图 15-2-2 模拟量报警控制单元的逻辑组成框图试验比较识别S1S2PULVFVA传感器故障ui显示模拟量报警控制单元主要是由测量回路、比较环节、延时环节和逻辑判断环节组成的，其原理框图如图15-2-2所示。图中，测量回路用于把传感器送来的模拟量信息转换成相应的电压信号，以作为监视点参数的测量值ui，并在模拟量传感器发生短路或开路时，向自检单元发出传感器故障信号。比较环节用于故障报警鉴别，它将测量值ui与电位器整定的报警设定值uL进行比较，

22、若参数越限则输出报警信号至延时环节。在功能试验时，比较环节接收到“试验”信号，若能输出被监视点参数越限的报警信号，则说明控制单元工作正常；否则，说明单元有故障。延时环节和逻辑判断环节的作用与开关量报警控制单元中的环节完全相同，故不再介绍。其中延时环节不是所有的模拟量报警控制单元都设置，而只适用于需要延时报警的监视通道中。 二、报警控制单元的故障报警原理1用继电器组成的报警控制单元 SMA一02型报警控制单元是以继电器为基本元件，每块插件板可同时安置6个相同的报警控制电路，图15-2-3仅示出一个报警控制电路。下面介绍电路的工作原理。慢闪信号+24V快闪信号去分组单元去闪光源去声响单元+24V+

23、24V+24V去打印机控制单元BATSJ1J2J2C1C2R2R1D1D2LJ1J27567589106TL109813141112161515161314D3图 15-2-3 SMA02型报警控制单元原理图1234 （1）报警控制在正常情况下，开关量传感器的触点S闭合，在未按功能试验按钮时，触点T闭合。于是继电器J1通电，其触点J1的89断开，闭合于910，24V电压经电阻R1向电容C1充电，为报警作准备；J1的1314断开，不输出分组报警信号；J1的1516断开，不输出故障打印启动信号。继电器J2断电，其触点J2的1314断开，无自保作用；J2的1112断开，闪光源停止工作。另外，J1的6

24、7闭合和J2的89闭合，报警指示灯L经试灯按钮TL与24V相连，因此，正常时灯不亮，按下试灯按钮后，指示灯应亮。当发生运行设备故障，监视点参数越限时，触点S断开。在无闭锁报警时，闭锁开关B断开，D3截止。此时电容C2、经R2和J1放电时现延时报警功能。待C2放电到C2电压降到一定大小时，延时时间到，使继电器J1断电，J1的触点89闭合，电容C1上的电压经双绕组继电器J2的23绕组、二极管D1和声响报警控制单元放电，使继电器J2通电，同时启动声响报警。J2通电后其触点1314闭合自保，以保证C1放电结束后，继电器J2继续保持通电。这时，J1的1314闭合，J2的1516闭合，二极管D2导通，输出

25、分组报警信号至延伸报警控制单元。J1的1516闭合，使故障打印控制电路产生一个正脉冲信号，启动打印机把故障打印记录下来。J2的1112闭合，接通闪光源的电源，使闪光源单元投入工作，输出快闪和慢闪两种闪光信号。J1的56闭合和J2的67闭合，报警指示灯L接通快闪信号源，使指示灯快闪。 在系统发出声光报警时，值班轮机员应立刻到达集中控制室进行消声应答，切除声响报警，然后按下消闪按钮A，使继电器J2断电，其触点1314断开解除自保。J2的1112断开切除闪光源的电源，使其停止工作。J2的1516断开切除分组报警信号。J2的67断开，5一6闭合，将24V电压直接加在报警指示L灯上，使它从快闪切换成常亮

26、。 当故障排除参数恢复正常时，触点S重新闭合，继电器J1通电，其触点J1的9一10闭合，电源经电阻R1向电容C1充电，J1的15-16断开，在故障打印控制单元产生一个负脉冲，自动启动打印机打印出故障排除时间。J1的67闭合和J2的8一9闭合，报警指示灯L熄灭，撤消报警信号。 当出现短时故障报警时，即轮机员尚未按应答按钮，监视点参数已自行恢复正常，使触点S由断开又闭合，这时继电器J1和J2均通电。触点J1的910闭合，C1充电；J1的15一16断开，启动故障排除打印；J1的1314断开，撤消分组报警。J1的67闭合，J2的910仍闭合，报警指示灯L接通慢闪信号源，使灯从快闪切换成慢闪。这时，值班

27、轮机员先按下消声按钮，切除声响报警，然后在了解报警原因后按下消闪按钮A，使继电器J2断电，触点J2的1112断开，使闪光源停止工作；J2的910断开，89闭合，使报警指示灯从慢闪切换成熄灭。 （2）功能试验和闭锁报警 为了检查报警系统是否正常，可进行功能试验。当按下“功能试验”按钮时，其触点T断开，使继电器J1延时后断电，进入报警状态。这时，若报警指示灯不能快闪，则说明该报警控制电路有故障。利用功能试验开关与消闪按钮的配合操作，可进行长时故障报警或短时故障报警试验。 在被监视的设备停止工作时，可接通报警闭锁开关B，使二极管D3导通，保证继电器J1在触点S断开时能继续保持通电，从而闭锁了该通道的

28、报警。2用逻辑回路和运算放大器组成的报警控制单元(1) 开关量报警控制单元WE2型报警监视系统中有开关量、模拟量、马达运转和排气温度等四种形式的报警控制单元，图15-2-4示出了其开关量报警控制单元的电路图。下面介绍电路的工作原理：L12V触点开关S3028Y1Y2Y3Y4Y5STY7Y8Y6GQFHD2D1T1T2I24VVCCVPPEC3R3A1A2+C2W2W1延时电路171014789161356闪光试灯消闪起动警报器分组报警故障打印消闪闭锁试验消闪图 15-3-4 开关量报警控制单元电路原理图在监视点参数正常情况时，触点S闭合，端子30为低电平，这时P点为“1”信号，不发声光报警。当

29、参数越限，触点S断开，A1反相端变换成高电平，则A1输出“0”信号，经Y1反相为“l”信号，向延时环节的电容C2充电使A2同相端电位不断升高，当升高到略大于A2反相端设定的电位时，A2翻转输出“l”信号，这段报警延时时间可通过W2来调整，调整范围为2 s30 s。端子10在没有闭锁信号时为高电平，于是与非门Y2输出“0”信号，即P点为“0”信号，经端子8输出分组报警信号至延伸报警单元，同时由端子7输出故障打印信号。与非门Y3输出“l”信号，由C3和R3组成的微分电路产生一个正的尖峰脉冲，经非门Y4输出一个负的尖峰脉冲，G点出现的负尖脉冲，一方面经端子9输出声响启动信号至警报器控制单元，另一方面

30、使RS触发器发生翻转Q为“1”，打开与非门Y6，由端子 13送来的闪光信号经Y6到达H点，使I点的电位高低交替变化，致使晶体管T1和T2间断导通，报警指示灯L闪光，并由端子6输出到外接的报警指示灯。 当值班轮机员按下“消声”按钮后，消除声响报警。按下“消闪”按钮后，从端子14送来低电平信号至触发器的R端，使触发器的Q端置“0”而封锁Y6，于是从端子13来的闪光信号不能通过Y6，H点为“l”信号，使I点保持高电位，晶体管T1和T2始终导通，报警指示灯转为常亮。若用一个确认按钮，完成消声和消闪，按下确认按钮后，一方面消除声响报警，另一方面从端子16送来高电平信号可消闪。 当故障排除、参数恢复正常状

31、态时，传感器触点又闭合，端子30为低电位，A1输出“l”信号，经Y1反相为“0”信号，因A2同相端电位低于反相端而输出“0”信号，经Y2输出“1”信号，P点的正阶跃电平通过端子7输出故障排除打印信号，同时Y3的输出E点为“0”信号，使I点保持低电位，T1和T2均截止，报警指示灯L熄灭。 若要进行功能试验，当按下“试验”按钮时，端子17出现低电平，A1输出“0”信号，它相当于参数越限，可试验报警功能和检查报警系统能否正常工作。 若需实现报警闭锁，只要接通闭锁开关，端子10就出现低电平，使P点始终为“1”信号，从而闭锁该通道的报警。 (2) 模拟量报警控制单元WE2型模拟量报警控制单元如图15-2

32、-5所示。L12V302824VVCCA1+17101478916135闪光试灯消闪起动警报器分组报警故障打印消闪闭锁试验图 15-2-5 模拟量报警控制单元电路原理图WPT100Y1延时逻辑判断D2D1232726PBSUiUS显示传感器故障 图中延时环节和逻辑判断环节的原理与上述开关量报警控制单元相同，关于其输入、输出信号的作用大多数与开关量报警控制单元相同，下面仅对不同之处予以说明。 输入及输出信号 端子30和28为模拟量传感器信息输入端，传感器可采用PT100型铂热电阻。端子26和27为传感器故障信号输出端，当传感器发生短路或开路时，因其测量值超过正常测量范围，就向自检单元发送传感器故

33、障信号。端子23是参数测量值或报警设定值（极限值）输出端，送至显示单元。 工作原理模拟量传感器给出的信息经测量回路转换成电压信号Ui又送至比较器A1的反相端，并从端子23送至显示单元。电位器W的中间抽头电压US为上限报警设定值，送至A1的同相端。当监视点参数超限时，其测量值大于报警设定值，即UiUS，使比较器A1翻转输出故障信号“0”，经Y1反相为“1”信号送至延时电路，经延时后送至报警逻辑电路。延时电路和报警逻辑电路的动作过程与开关量报警控制单元相同。功能试验时，端子17出现低电平，使比较器A1输出故障信号“0”，以模拟监视点参数越限。 第三节 网络型监视与报警系统一、网络型监视与报警系统的

34、特点目前，船舶机舱监视与报警系统基本上都采用计算机实现。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分集中型系统、集散型系统和全分布式系统。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，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使用模拟量进行信号传输，所以在机旁和子系统计算机之间需敷设大量的电缆。另外，模拟信号长距离传输所引起的干扰也较严重。典型子

35、系统如西门子公司的SIMOS32型集中监视和报警系统。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信号的收发，而现场处理单元与子系统计算机之间则通过BITBUS、RS485等网络进行数据交换。这种改造虽然起到了一定的效果，并已成为一个时期内船舶监视与报警系统的主流，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。这类系统的典型代表有西门子公司的SIMOS IMA32C系统和NORCONTROL公司（KONGSBERG公司的前身）的DataChie

36、f 1000系统等。进入20世纪90年代后，随着现场总线技术的不断完善，在新造船舶中，越来越多地采用内置有微处理器的现场测控仪表，这些仪表具有数字计算、出力和数字通信能力，能独立完成对机舱设备的监控。多个现场测控仪表通过现场总线互联成底层控制网络，通过网关与上层局域网形成全分布式的网络型监控系统。本章先以KONGSBERG公司的DataChief C20（简称DC C20）系统为例介绍网络型监控系统的结构和功能特点，然后简要介绍DC C20的改进型产品K-Chief 500监控系统。二、DC C20监视与报警系统的组成及其网络结构DC C20是一个完全基于微处理器的监视与报警系统，其组成如图1

37、5-3-1所示。主要组成包括分布式处理单元（DPU）、远程操作站（ROS）、移动式操作站（MOS）、现场操作站（LOS）、以太（Ethernet）局域网、CAN（Controller Area Network）现场总线网、网关（SGW和dPSC）、值班呼叫系统（WBC和WCU）不间断电源等。可见DC C20采用CAN现场总线和以太网（Ethernet）相结合的网络结构形式，并且均采用双冗余结构。系统中的主要设备包括：1分布式处理单元（DPU）如图15-3-1中所示的RDi-32、RDo-16、RAi-16、RAo-8、RAi-10tc和RIO- C1C4等DPU模块与KONGSBERG公司生产

38、的AC C20主机遥控系统中所使用的DPU模块互为通用。它们分布在机舱各处，一方面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，另一方面通过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。连接DPU的两套CAN总线分别标识为CAN Bus1和CAN Bus2。这两套CAN总线总是互为热备份，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。DC C20所用到的DPU模块包括开关量输入、开关量输出、模拟量的输入、模拟量输出等通用模块与KONGSBERG公司生产的AC C20主机遥控系统中所使用的DPU模块完全一致,互为通用。DPU模块的种类和功能

39、在十三章已有叙述，故从略。在此仅介绍本系统还用到的混合模块RIO- C1C4。这里说的混合模块是指单个模块中既包含模拟量或开关量输入通道，又包含模拟量或开关量的输出通道。（1）RIO-C1RIO-C1具有模拟量、开关量的输入、输出和脉冲输入功能，表15-3-1所示为模块所包含的通道类型、通道数量和相应的功能特点。表15-3-1 RIO-C1的通道类型通道类型通道数功能描述模拟量输入（AC电压）2单相交流电压输入，Max. 30Vrms，50/60HZ模拟量输入（AC电流）1交流电流输入，Max. 1A，50/60HZ模拟量输入4同RAi16计数脉冲输入224VDC计数脉冲输入，检测磁脉冲转速探

40、头开关量输入4同RDi32模拟量输出2420mA电流输出开关量输出6Max. 3A（电阻性负载），直接驱动电磁阀或继电器从表15-3-1可以看出，RIO-C1的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；输出通道可分别输出模拟量指示信号和开关量控制信号。因此，RIO-C1特别适用于对发电机组的监测和控制。同时，也适用于船舶主机或辅机的安全保护系统。（2）R

41、IO-C2RIO-C2包含8个开关量输入和8个开关量输出通道，每个通道均设有LED进行输入和输出的状态指示。其输入信号可以是自由触点或24V交直流电压，输出为继电器触点输出，特别适用于泵和阀门的控制。（3）RIO-C3RIO-C3专门用于船舶发电机的安全保护，其输入输出通道设计成可与各种电流、电压变换装置以及配电板设备进行连接，具有短路、过流、逆功率自动脱扣和有功功率、功率因素计算等功能。（4）RIO-C4RIO-C4也是专门用于船舶电站系统的发电机监控模块，其主要功能包括发电机并车、发电柴油机自动起停、发电柴油机转速定值控制、发电机功率计算、机组间负荷分配、主配电板仪表驱动、柴油机预润滑控制

42、（可选）、燃油选择控制（可选）和发电机电压定值控制（可选）等。RIO-C4是RIO-C1的升级产品。ROSROSROS/GWROS/GWUPSPrinterWBUWCUWCUEthernet 1CAN Bus 1RDi-32RDi-32RDo-16RAi-16dPSCRAi-16RAo-8RIO-C4MOSRAi-10tc图15-3-1 DataChief C20监控系统的结构框图住舱驾驶台 集控室 机舱 Ethernet 2CAN Bus 3CAN Bus 22远程操作站（ROS）ROS（Remote Operator Station）由PC机、操作控制面板OCP（或普通PC机键盘）、鼠标、

43、显示屏和打印机组成，PC机采用Windows NT或Windows XP操作系统。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。各ROS均配置双网卡，形成双冗余的Ethernet网络，在图15-3-1中分别标识为Ethernet 1和Ethernet 2。集控室的2台ROS还兼有系统网关SGW（System Gate Way）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。通过SGW和CAN总线，ROS一方面可以接受各个DPU单元送出的机舱现场信

44、息，另一方面还能向DPU发送操作指令、控制参数和程序包。3值班呼叫系统（WCS）按照无人机舱的基本设计原则，DC C20系统在驾驶室和轮机员舱室及公共场所设有延伸报警装置。驾驶室的延伸报警装置称为WBU（Watch Bridge Unit），而舱室及公共场所的延伸报警装置则称为WCU（Watch Cabin Unit）。WBU和WCU通过CAN总线（在图15-3-1中标识为CAN Bus 3）与ROS进行通信连接，形成值班呼叫系统WCS（Watch Calling System）。4其他辅助设备系统中的其他辅助设备包括不间断电源（UPS）、以太网集线器（HUB）、现场操作站（Local Ope

45、rator Station，简称LOS）和便携式操作站（Midi Operator Station，简称MOS）。UPS确保在短时间失电的情况下能够继续给系统中提供220V AC和24V DC电源。HUB用于以太网内各个ROS联网。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，例如查看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。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。DC C20是一个全微机的分布式网络型监控系统，其结

46、构在最大程度上保证了系统的安全可靠和管理维护上的方便。5系统网关（SGW）DC C20是一个网络型监控系统，在不同网络类型及不同网段之间需要有一个专门设施来转换网络之间不同的通信协议或在不同数据格式之间进行数据翻译，这一设施称为网关。在DC C20系统中，共有两种网关，即系统网关（System Gateway，SGW）和CAN总线双处理器网段控制器（dPSC，十三章已作介绍故从略）。SGW是CAN总线网和Ethernet网之间的网关，采用双冗余设计，实现CAN与Ethernet两种网络之间的冗余连接，进而实现DPU和ROS之间的双向信息传输。其主要任务是：（1）接受来自于CAN总线的信息，对R

47、OS进行刷新；（2）管理从ROS发送到DPU或LOS的操作指令、参数和程序。所有必需的组态和软件安装均通过Ethernet网完成。通过执行简单的网络管理协议还可以通过Ethernet网进入SGW和CAN的故障诊断数据库。三、DC C20监视与报警的主要功能监视与报警是DC C20最重要的功能之一，这一功能使系统能够对机舱设备的运行状态和参数进行连续监视，并在发生异常时进行报警。1监视与报警功能1）模拟量监视和报警模拟量是指那些连续变化的量，例如温度、压力、液位和转速等。在处理模拟量报警时，DC C20具有以下特点：（1）高限（High）报警，当监测点参数的测量值高于设定的报警值时发出报警，适用

48、于温度、转速和液位等参数；（2）超高限（High-High）报警，当监测点参数的测量值高于某一超高限设定值时发出报警，此时系统将发出自动停机指令；（3）低限（Low）报警，当监测点参数的测量值低于设定的报警值时发出报警，适用于温度、压力和液位等参数；（4）超低限（Low-Low）报警，当监测点参数的测量值低于某一超低限设定值时发出报警，此时系统将发出自动停机指令；（5）线路故障报警，当输入线路发生故障，例如传感器断线或短路时，系统将发出相应测量点的线路故障报警；（6）为避免报警状态的波动（即频繁报警），系统采取了三种技术手段：从报警状态向正常状态恢复时设有不灵敏区；对输入参数设置有可调的滤波因

49、子；报警状态的触发和消失均设有延时。2)开关量监视和报警开关量信号的监视和报警功能只监视输入信号的两个状态，即输入点是断开还是闭合。输入信号来自反映设备状态的继电器触点、位置开关、温度开关、液位开关和压力开关等。通过正确调整开关量的动作值，系统也能实现测量点的高限和低限报警。为避免报警频繁，开关量报警也设有延时功能。3)报警闭锁在船舶机舱中，有些报警属于条件报警，当满足某种特定的条件时，即使监测点的状态不正常，也不应该发出报警。例如，当船舶在港时，与航行无关的报警都将被闭锁。DC C20的这一功能是通过对某一报警点或者报警组定义一个报警抑制信号来实现的，当条件满足时，抑制信号有效。4)接受其他

50、系统的报警信息许多辅助设备的控制系统都有自带的监视和报警功能，例如分油机控制系统、曲柄箱油雾浓度监视与报警系统、燃油粘度控制系统等。这些控制系统一般都定义有各种不同的报警状态，当报警发生时，除了在自身控制面板上发出报警之外，还可将报警信号送至DC C20系统，并由DC C20系统进行统一的报警处理。此外，船舶火灾报警系统往往是一个独立的监视与报警系统，但只要火灾报警控制箱设有和其他设备的数据接口，便可以通过RS422串行接口与DC C20的CAN网络相连，并在ROS上以Mimic窗口的形式显示各层甲板的火灾探头分布及报警情况。5)报警确认当报警发生时，DC C20可以在Mimic显示、分组显示

51、和汇总显示等各种情况下对屏幕上所出现的单个报警或整个报警分组进行报警确认。6)柴油机排气温度监视排气温度监视系统除了监视各缸实际排烟温度之外，还将计算各缸排烟温度的平均值和偏差值。其中，偏差值是指单缸排烟温度和平均温度之间的差值，当超过允许范围时将发出排温偏差报警。偏差允许范围是根据柴油机的负荷大小连续计算的，柴油机负荷越大，允许的偏差报警带就越小。由于低负荷时，各缸排温会相差较多，因此当平均温度低于某一设定值时，偏差报警自动封锁。7)历史参数曲线监视这一功能不仅可以显示出过程参数的当前值，而且可以显示参数的历史状态，并以曲线的形式形象地反映出参数随时间的变化过程和发展趋势。DC C20最多可

52、以显示5个历史曲线页面，每个页面可包含8个参数的变化曲线，以不同颜色和标签进行区分。8)油耗经济性监视在DC C20系统中，可通过DPU采集燃油流量、燃油温度、柴油机转速、轴输出功率和航速等信息。这些信息通过网络发送至ROS，由ROS进行处理和计算，就可以实现对柴油机的油耗信息进行实时监视，据此可进一步对各种操作的经济性进行评估。这一功能是通过安装在ROS上的专门软件实现的，计算程序输出的性能参数包括：（1）柴油机瞬时油耗，包括单台主机瞬时油耗和总瞬时油耗（对于多主机船舶）（kg/h）；（2）船体效率（kg/n mile）；（3）柴油机效率（g/(kW·h)）；（4）单机轴功率和总轴

53、功率（对于多主机船舶）（MW）。（5）燃油消耗总量和输出功总量按照航次累计，累计信息包括：航行时间（h）；航行距离（n mile）；航次总油耗（t）；航次输出总功（MW·h）。油耗经济性监视窗口通过OCP功能键激活，一般在每个航次结束时进行复位清零，复位操作将激活打印机输出一份航次报告。9)设备运转计时监视为了便于掌握设备的运行时间，DC C20提供了设备运行计时监视功能，对各种指定的设备，如空压机、泵、风机和发电机等，进行运行状态跟踪计时。轮机员通过OCP功能键可随时调出计时统计窗口，或进行打印输出，统计结果可作为制定设备维修计划的重要参考。每当对某个设备进行维修之后，应对其进行计

54、时清零，以便重新计时。2、综合控制功能利用DPU模块的输入输出功能和软件设计，DC C20除了对机舱设备的状态和参数进行监视与报警之外，还可实现对设备的控制。与设备控制有关的各种数据采集、信号处理和控制功能均由与设备相连的各个DPU完成。这一解决方案使得一旦ROS出现故障时能够确保进行有效的机旁操作。归纳起来，DC C20的控制功能包括以下几个方面：1)泵的控制泵的控制功能包括：（1）泵组顺序起动。与某一管系操作相关的两个或几个泵可以按照事先规定的顺序自动起动。（2）主备用切换。当主用泵的出口压力低于设定值时，备用泵自动起动。（3）失电自动起动。某些重要泵能够在全船失电后恢复供电时进行泵组自动

55、起动，起动顺序由泵的控制逻辑决定。（4）起动禁止。有两种情况需要进行起动禁止：一是在泵的出口压力建立期间，二是当主机或发电原动机停机等外部逻辑条件满足时。（5）报警功能。当泵的控制系统发生下列情况时，将发出相应的报警：备用泵自动起动；泵自动起动失败或跳闸；备用异常报警，即当某一停止的泵不在备用状态时也将发出报警提示。实现泵自动控制的传感器可以是开关量传感器，也可以是模拟量传感器。若采用模拟量传感器，则泵的起停极限值由DPU内部的数据库确定，否则由压力开关进行设定。图15-3-2 DPU与泵起动箱的逻辑接线原理（a）（b）泵的逻辑控制程序及其起停极限值数据通过ROS下载并存放于各个DPU，其中数

56、据库还可通过ROS或LOS进行修改。泵的控制可在ROS上的Mimic图上通过轨迹球或鼠标进行遥控操作，方便快捷。由于程序和数据存放于DPU，因此即使ROS停止运行，也能保证泵的逻辑控制正常进行。图15-3-2给出了DPU与泵起动控制箱之间逻辑接线原理。2)阀门遥控阀门遥控是指对船舶各种管系当中的阀门进行远距离控制，通常是在专门的操作台上根据管路模拟图和具体作业需要通过操作手柄控制相关阀门的开启或关闭，进行特定的连通路径组态，以实现压载水调驳和燃油驳运等操作任务，对于液货船，则还可以进行装卸货操作。图15-3-3 DPU与遥控阀门的逻辑接线原理（a）单作用阀门（d）带阀门定位器的单作用阀门（b）双作用阀门（c）带阀门定位器的双作用阀门在DC C20中，阀门遥控是通过DPU和ROS实现的。阀门控制操作