機艙自動化系統(tǒng)詳細介紹一、簡介本系統(tǒng)（BTM-MCP）是用于船舶監(jiān)控,工廠自動化。已經(jīng)運用于多種中型船舶。它采用無線以太網(wǎng)實現(xiàn)了安全監(jiān)控、圖像和語音傳輸?shù)倪h程機艙自動化監(jiān)控方案能夠?qū)C艙各種熱工參數(shù)巡回檢測；開發(fā)了基于TCP/IP協(xié)議的通信軟件，為實現(xiàn)岸與船、船與船之間數(shù)據(jù)通信提供了技術(shù)支持?；贏ctiveX技術(shù)，開發(fā)了三維組態(tài)軟件，可三維顯示機艙的各種參數(shù)，操作方便，人機界面友好，實現(xiàn)了圖形化控制。該系統(tǒng)采用分布式數(shù)據(jù)訪問和分布式報警，對報警數(shù)據(jù)實時記錄和維護，重要參數(shù)可根據(jù)用戶需求進行設(shè)置，采用時間驅(qū)動和事件驅(qū)動打印多種報表。同時本系統(tǒng)應(yīng)用支持向量機技術(shù)和數(shù)據(jù)融合方法，實現(xiàn)了對船舶主柴油機等設(shè)備的智能故障診斷。本系統(tǒng)將計算機技術(shù)、多媒體技術(shù)和數(shù)字通信技術(shù)集于一體。經(jīng)實踐驗證，該系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，性能優(yōu)良，提高了船舶機艙監(jiān)控的自動化水平。；本系統(tǒng)運行在基于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的網(wǎng)上，使用戶能夠?qū)崿F(xiàn)上、下位機以及更高層次的廠級連網(wǎng)；上位機可以和其他以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的其他計算機進行數(shù)據(jù)交換，共同完成整個港口碼頭、船隊或工廠的信息管理系統(tǒng)（MIS）。TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議還提供了在不同硬件體系結(jié)構(gòu)和操作系統(tǒng)的計算機組成的網(wǎng)絡(luò)上進行通信的能力。一臺PC機通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議可以和多個遠程計算機（即遠程節(jié)點）進行通訊。下端采用遠程數(shù)據(jù)采集模塊完成各種參量的采集，數(shù)據(jù)采集模塊可放在工業(yè)現(xiàn)場，減小信號損耗，而且布線也非常簡單。本系統(tǒng)由以下幾部分組成：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（硬件）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（軟件）分布式數(shù)據(jù)訪問和分布式報警冗余系統(tǒng)可選口網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控可選口視頻采集設(shè)備語音采集設(shè)備報警傳感器接口數(shù)據(jù)采集模塊視頻采集設(shè)備語音采集設(shè)備報警傳感器接口數(shù)據(jù)采集模塊二、主要功能該監(jiān)控系統(tǒng)采用以太網(wǎng)組成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，上位機采用研華公司的IPC-610P工控機，數(shù)據(jù)采集模塊采用ADAM5000/TCP，將所有主機、輔機等的所有參數(shù)點數(shù)據(jù)采集到計算機，經(jīng)過處理后輸出顯示，同時本系統(tǒng)在傳統(tǒng)報警系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，結(jié)合數(shù)字圖像處理技術(shù)，充分利用多媒體、網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，實現(xiàn)了視頻信號處理和遠距離傳輸；采集到的數(shù)據(jù)通過交換機與上位機進行通訊，完成監(jiān)視、報警、診斷和控制。整個監(jiān)控系統(tǒng)運行在基于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的網(wǎng)上，使用戶能夠?qū)崿F(xiàn)上、下位機以及更高層次的監(jiān)控級系統(tǒng)連網(wǎng)；同時可對7臺計算機操作，數(shù)據(jù)傳輸率高，便于實現(xiàn)系統(tǒng)冗余，提高了系統(tǒng)的可靠性；基于模塊化設(shè)計思想開發(fā)了監(jiān)控軟件，自行開發(fā)了基于ActiveX的組態(tài)控件，實現(xiàn)儀表和主要管路的三維動畫顯示，可自由修改數(shù)字儀表的量程范圍，人機界面友好方便，可靈活組態(tài)；系統(tǒng)提供了報警信息和歷史數(shù)據(jù)的查詢、打印功能，為駕控人員提供參考；系統(tǒng)安全等級高，對不同的使用者提供了不同的授權(quán)；基于數(shù)據(jù)庫技術(shù)，數(shù)據(jù)的讀取、存儲、維護方便。此外，通過對報警信息進行有效的管理以及對船舶航行過程中的數(shù)據(jù)信息進行融合，在此基礎(chǔ)上采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)融合等技術(shù)，給出故障診斷報告，實現(xiàn)了機艙故障的自動智能診斷。該監(jiān)控系統(tǒng)的主要優(yōu)點是能夠及時發(fā)現(xiàn)警報信息，并向操作人員提供報警分析報告，充分利用了現(xiàn)代無線局域網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)了遠程集中監(jiān)控，擴大了監(jiān)控的區(qū)域和領(lǐng)域，大大提高了輪機操作的效率，更重要的是實現(xiàn)了碼頭工作站對多艘船舶的集中監(jiān)控，保證了輪船的安全運行。（1） 有線網(wǎng)絡(luò)與無線網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合。對于單艘船只本身的數(shù)據(jù)通信采用有線網(wǎng)絡(luò)，其原因是在船舶內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸距離較近，且干擾嚴重，采用無線網(wǎng)絡(luò)不但費時費工，而且效果不好，采用有線網(wǎng)絡(luò)可以較好的克服這個問題。但是船舶與碼頭工作站的數(shù)據(jù)通信就無法通過有線網(wǎng)絡(luò)進行，必須通過無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)。（2） 無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)監(jiān)控數(shù)據(jù)以及視頻圖像和語音的大數(shù)據(jù)量信息傳輸。現(xiàn)代信息化建設(shè)中由于有大量的現(xiàn)場的情況需要實時傳送，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)和語音信號傳輸方式已不能滿足其需求，尤其是對于運行中、具有隨機不確定性情況的船舶。目前比較常見的是通過衛(wèi)星傳輸，但衛(wèi)星的資源有限，費用也很高，高頻點的擴頻通信缺點是一般要可視距離，而通常使用的傳統(tǒng)的窄帶無線通信速率往往比較低，不能滿足圖像傳輸?shù)囊?。因此采用了機動的無線接入、遠程管理、分布式共享的策略來解決這個問題，從而通過無線的方式實時的看到現(xiàn)場的情況，并根據(jù)現(xiàn)場的情況來指揮調(diào)度，可以通過網(wǎng)絡(luò)同時傳達到各個相關(guān)職能部門。同時還開發(fā)了基于TCP/IP協(xié)議的通信軟件，為實現(xiàn)岸與船、船與船之間數(shù)據(jù)通信提供了技術(shù)支持。（3） 實現(xiàn)船舶各部件的實時監(jiān)控及故障報警功能。本系統(tǒng)可以實時監(jiān)控船舶各部件的運行情況，將各傳感器采集到的數(shù)據(jù)集中在計算機中顯示出來。當(dāng)數(shù)據(jù)超過設(shè)定的報警值時，本監(jiān)控系統(tǒng)將會實時顯示報警信息，并輸出控制信號，驅(qū)動外部通用報警或延伸報警。（4）歷史數(shù)據(jù)和報警信息的數(shù)據(jù)庫存儲以及對數(shù)據(jù)庫的查詢、打印功能。服務(wù)器可以控制數(shù)據(jù)庫的存儲、修改。每隔一定時間，將船舶各部件的所有運行參數(shù)保存到本服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中，供局域網(wǎng)的所有計算機查詢使用。而當(dāng)有報警信息時，此報警信息也將保存到數(shù)據(jù)庫中。重要參數(shù)可根據(jù)用戶需求進行設(shè)置，采用時間驅(qū)動和事件驅(qū)動打印多種報表。（5） 利用數(shù)據(jù)融合技術(shù)、支持向量機技術(shù)實現(xiàn)了對船舶主柴油機的智能故障診斷。當(dāng)出現(xiàn)報警信息時，系統(tǒng)能夠進一步自動判別出可能的故障原因，給出診斷報告，并且可以把與報警相關(guān)的其他參數(shù)的參數(shù)值一并給出，供輪機人員參考或進行細致分析。（6） 基于ActiveX技術(shù)，開發(fā)了三維組態(tài)軟件，采用數(shù)字儀表三維動態(tài)顯示機艙的各種工況參數(shù)，操作方便，人機界面友好，實現(xiàn)了圖形化控制。三、 主要任務(wù)根據(jù)輪船機艙自動化系統(tǒng)的要求，對輪船發(fā)電機組，液壓泵，排污泵，舵漿液壓電機，舵漿滑油溫度，主機轉(zhuǎn)速，輔機冷卻水，舵漿轉(zhuǎn)向，空壓機，冷卻水泵，生活備用水泵等船用設(shè)備的機艙監(jiān)控，運行狀態(tài)顯示，數(shù)據(jù)報表打印，故障診斷、報警及輸出，網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換，延伸報警單元功能等。軟件部分采用工業(yè)控制計算機，運行在Windows2000操作系統(tǒng)上，系統(tǒng)采用圖形監(jiān)控，具有圖形化實時顯示，各功能單元圖形化顯示，具有數(shù)據(jù)采集實時顯示，故障診斷，三維動態(tài)管路圖顯示，圖形化軟件具有打印輸出，數(shù)據(jù)存儲功能。四、 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)這部分主要由服務(wù)器、客戶機、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)采集模塊等組成。服務(wù)器及客戶機選用可靠性高的工業(yè)控制計算機，以便克服船舶運行中的嚴重干擾，適應(yīng)惡劣的航行環(huán)境；船舶內(nèi)部局域網(wǎng)通過D-Link公司的8端口10M/100M交換機DES-1008D實現(xiàn)連接數(shù)據(jù)采集模塊采用研華公司的ADAM-5000/TCP系列，該系列數(shù)據(jù)采集設(shè)備特別適合于網(wǎng)絡(luò)連接局域網(wǎng)中的計算機可以直接通過該設(shè)備上的以太網(wǎng)接口訪問所采集到的數(shù)據(jù)，而無需在網(wǎng)絡(luò)與設(shè)備中間另外加上其它的轉(zhuǎn)換器，該模塊還可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的變化將傳輸速率在10Mbps到100Mbps之間自動切換，從而保證了較高的網(wǎng)絡(luò)傳輸速度，進而保證了本系統(tǒng)的實時性。機艙設(shè)一臺工控機；駕駛室設(shè)一臺工控機，也可根據(jù)需要再增設(shè)工控機，只要聯(lián)到交換機上就可，擴充非常方便，兩臺工控機通過交換機組成計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。每臺計算機配一臺UPS（不間斷電源）。機艙監(jiān)控配一臺打印機。駕駛室和機艙監(jiān)控室配設(shè)的計算機均為研華IPC-610P型工業(yè)控制計算機。數(shù)據(jù)采集模塊由研華公司生產(chǎn)的ADAM5000/TCP系列分布式數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)構(gòu)成。數(shù)據(jù)采集模塊均安裝在機艙監(jiān)控室監(jiān)控臺內(nèi)。數(shù)據(jù)采集模塊主要有數(shù)字量模塊、模擬量模塊。-ARM32位RISCCPU-10/100Base-T自動偵測高速通信端口-支持Modbus/TCP通訊控制，易于整合-在沒有中繼器的情況下可以達到100米的通信距離-允許通過以太網(wǎng)遠程進行配置,允許8臺主機同時訪問-8個I/O插槽，可支持128點的數(shù)據(jù)監(jiān)控機艙監(jiān)控臺內(nèi)設(shè)有西門子可編程序控制器（PLC）主要用于常規(guī)報警及延伸報警板的作用等。五、軟件系統(tǒng)本系統(tǒng)軟件設(shè)計采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計思想。通過劃分功能模塊，設(shè)計各個模塊之間的數(shù)據(jù)流向，以保持良好的可讀性、可移植性和可擴充性。軟件模塊根據(jù)功能的不同可以劃分為監(jiān)控組態(tài)模塊、數(shù)據(jù)庫操作模塊、報警模塊、數(shù)據(jù)通訊接口模塊、數(shù)據(jù)庫訪問接口模塊、數(shù)據(jù)庫查詢打印操作模塊以及故障診斷模塊。監(jiān)控系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)庫訪問接口從數(shù)據(jù)采集模塊獲取采樣數(shù)據(jù)，并對采樣數(shù)據(jù)進行分析、處理，處理后的數(shù)據(jù)保存在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中。當(dāng)發(fā)現(xiàn)有報警信息時則調(diào)用報警模塊提供聲光報警，同時通過數(shù)據(jù)庫通訊接口將報警信息記錄到報警數(shù)據(jù)庫中，供查詢、分析使用。處理的數(shù)據(jù)還可以通過數(shù)據(jù)通訊接口供局域網(wǎng)中的其他用戶使用，系統(tǒng)軟件模塊如圖所示。

局域網(wǎng)資源數(shù)據(jù)通訊接口監(jiān)控組態(tài)模塊數(shù)據(jù)庫查詢打印操作數(shù)據(jù)庫操作報警模塊局域網(wǎng)資源數(shù)據(jù)通訊接口監(jiān)控組態(tài)模塊數(shù)據(jù)庫查詢打印操作數(shù)據(jù)庫操作報警模塊六、軟件界面主操作界面：這部分設(shè)計主要包括文件（數(shù)據(jù)查詢、連接數(shù)據(jù)采集模塊以及交班、退出）、操作（主機、發(fā)電機、離合器、舵槳及其他、數(shù)據(jù)分析、管路圖）、參數(shù)顯示（主機、發(fā)電機、開關(guān)量）、時間調(diào)整（延時時間調(diào)整、歷史數(shù)據(jù)存儲時間調(diào)整）、密碼修改、幫助（關(guān)于）六個菜單項的功能實現(xiàn)。為了保證系統(tǒng)的安全性，還增加了密碼輸入對話框等。歡迎界面：圖3.8歡迎界面操作者及密碼輸入框:

本系統(tǒng)共設(shè)5級密碼，設(shè)1?4號操作員以及管理員，對應(yīng)初始密碼分別為111?444以及2036。這樣在進入系統(tǒng)后換班時可以切換操作員，輸入相應(yīng)密碼進入系統(tǒng)（如圖3.9所示）。圖3.9密碼輸入框主操作界面：主界面上主要有文件、操作、參數(shù)顯示、時間調(diào)整、密碼修改、幫助六個菜單項，以及報警信息輸出框。實時報警信息在信息輸出框里，機艙人員可以清楚地看到報警信息。當(dāng)有報警信息時，程序會直接跳到報警信息相關(guān)的界面，從而可以看到報警時的數(shù)據(jù)，做出必要的判斷（如圖3.10所示）。圖3.10主操作界面歷史數(shù)據(jù)查詢及報警記錄查詢的操作界面:此界面包括查詢選項、歷史數(shù)據(jù)查詢、報警記錄查詢以及歷史數(shù)據(jù)和報警記錄打印功能。歷史數(shù)據(jù)查詢先在查詢選項里選擇查詢對象，如1#主機滑油溫度、2#發(fā)電機滑油壓力等，先在歷史數(shù)據(jù)查詢里選擇查詢時間，確定后歷史數(shù)據(jù)信息按查詢對象的Index值的先后順序顯示在

DBGrid控件里。報警信息查詢先在報警記錄查詢里選擇查詢時間，確定后報警信息顯示在TextBox里。圖3.11歷史數(shù)據(jù)查詢及報警記錄查詢的操作界面報警記錄查詢?nèi)掌谶x擇對話框:圖3.12報警記錄查詢對話框歷史數(shù)據(jù)查詢對話框：在進行歷史數(shù)據(jù)查詢時，單擊“查詢選項”按鈕，將會彈出歷史記錄查詢選項選擇對話框（如圖3.13所示），選中其中所要查詢的選項前的復(fù)選框，即可在數(shù)據(jù)查詢的列表框中顯示出該選項的數(shù)據(jù)。如果要選中所有的選項，可以先單擊“激活”按鈕，再單擊“全部選中”按鈕;如果要清除所有的選項，可以單擊“全部清除”按鈕，選定后單擊“確定”按鈕即可。然后單擊“數(shù)據(jù)查詢”框中的“歷史數(shù)據(jù)查詢”按鈕，將會彈出歷史記錄查詢?nèi)掌谶x擇對話框（如圖3.14所示），點擊相應(yīng)的日期（如2003年4月25日，則在選中2003年和四月后，點擊“25”即可）并單擊確定后，對話框?qū)⑾?，如果存在該日期的歷史數(shù)據(jù)記錄，則將在列表框中顯示出來（如圖3.15所示），并且“歷史數(shù)據(jù)打印”按鈕上的文字將由灰變黑，表示可以提供打印，“歷史數(shù)據(jù)打印”按鈕將不變，表示沒有可以打印的數(shù)據(jù)記錄。（注：打印歷史數(shù)據(jù)時，一次最多只能打印八項數(shù)據(jù)，其中包括時間項（即，除時間項外只能打印七項））圖3.13歷史記錄查詢對話框圖3.14歷史記錄查詢?nèi)掌谶x擇對話框?R1>1■詢斐礎(chǔ)艇些fftStlJIj迎虬瑚T^UKmCiiM^T￥T￡jWW芟EEgf蟠:口網(wǎng)DM 瑚T^UKmCiiM^T￥T￡jWW芟EEgf蟠:口網(wǎng)DM cm DOTgm虱,皿OttlD'T牛01她fl4JJ皿T-f0h5iM￡iiMinoa>T4(n?iM"CiiWiQ網(wǎng)F?E55i：h]00?T牛臨vDixn■D010T中iKiJjiM'bm~枷 hsz：洞OifiW |誠?T4mam-ora 'qfiM~■IM血屹恤血網(wǎng)網(wǎng)噸碰研fqTl-D.t.o.o.DDD^.!'.：-對■uw-麗頁IB二訕：o.tti：&?蒐命頒而■MS圖3.15歷史數(shù)據(jù)顯示示例報警數(shù)據(jù)查詢界面：在進行報警數(shù)據(jù)查詢時，操作基本同歷史數(shù)據(jù)查詢，只是選項為未激活前的部分選項，且點擊“報警數(shù)據(jù)”按鈕。具體查詢基本同歷史數(shù)據(jù)查詢（如圖3.16所示）。圖3.16報警數(shù)據(jù)查詢?nèi)掌谶x項對話框主機監(jiān)控界面：主要包括1#、2#主機轉(zhuǎn)速、滑油進機壓力、滑油溫度，冷卻水出機溫度、冷卻水壓力、排氣溫度以及總管氣控壓力的數(shù)據(jù)顯示及報警顯示；1#、2#主機進機停車、冷卻水膨脹水箱水位的報警顯示。通過單擊“#1主機”或“#2主機”標(biāo)簽可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)換。在此監(jiān)控界面中，儀表中的紅色區(qū)域為報警區(qū)域，當(dāng)指針指向該區(qū)域時，將報警。在有報警信息產(chǎn)生時，畫面將會跳到相應(yīng)的監(jiān)控界面，同時報警信息將以紅色字體寫于操作界面下的報警信息框中，監(jiān)控界面中的報警燈將會紅白閃爍，警鈴及通用報警將報警，直到總消音按鈕按下，報警燈保持常紅，警鈴和通用報警靜止。當(dāng)報警解除時，報警解除信息以綠色字體寫于操作界面下的報警信息框中，同時報警燈將會變白（如圖3.17所示）。

圖3.17主機監(jiān)控界面報警燈:燈的顏色有白、紅、綠三種。正常運行時燈為白色，故障時燈為紅閃爍；按消音（應(yīng)答）按鈕后，燈為常紅。故障消除后燈為白色。發(fā)電機監(jiān)控界面：主要包括1#、2#發(fā)電機電壓、電流、頻率、功率的數(shù)據(jù)顯示以及滑油進機壓力、滑油溫度、冷卻水溫度的數(shù)據(jù)顯示及報警顯示；1#、2#發(fā)電機過載以及380V絕緣、220V絕緣、380V電源失電、220V電源失電的報警顯示。通過單擊“#1發(fā)電機”或“#2發(fā)電機”標(biāo)簽可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)換（如圖3.18所示）。報警控制同上。

圖3.18發(fā)電機監(jiān)控界面離合器監(jiān)控界面：主要包括1#、2#離合器壓力、工作壓力、油溫的數(shù)據(jù)顯示及報警顯示。單擊“舵槳”或“其它”標(biāo)簽或者單擊“操作”菜單中的“舵槳”選項和“其它”選項可以切換到舵槳（如圖3.19所示）和其它報警的監(jiān)控界面。報警控制同上。圖3.19離合器監(jiān)控界面

舵槳監(jiān)控界面:主要包括1#、2#舵槳油壓的數(shù)據(jù)顯示及報警顯示；1#、2#舵槳滑油溫度高、氣源欠壓、濾器堵塞、油箱油位、電機失電、電機過載、離合器切排、左轉(zhuǎn)舵、右轉(zhuǎn)舵、直流失電、交流失電的報警顯示（如圖3.20所示）。圖3.20舵槳監(jiān)控界面其它報警監(jiān)控界面：主要包括跳板油壓的數(shù)據(jù)顯示及報警顯示；4個艙的舵槳水位、污水井水位、污油井油位、日用油柜油位、油底殼油位以及4個水密門的報警顯示（如圖3.21所示）。googoo圖3.21其它報警監(jiān)控界面數(shù)據(jù)分析界面：此界面包括實時數(shù)據(jù)曲線顯示，故障診斷，報警信息存儲等功能（如圖3.22所示）。具體功能在數(shù)據(jù)分析中說明。-%—至■:血XKX：Fe-r—,_yX^^jCbsK.4i-.-v-ij■-■!：■：：：：陶僚蹣EV料F."'iW--..X41?nx::x::x::x::x::x::x::x::x:x::x::x::x::x::x::x::x::x:-%—至■:血XKX：Fe-r—,_yX^^jCbsK.4i-.-v-ij■-■!：■：：：：陶僚蹣EV料F."'iW--..X41?nx::x::x::x::x::x::x::x::x:x::x::x::x::x::x::x::x::x:x::x::x::x::x::x::x::x::x:圖3.22數(shù)據(jù)分析界面三維動態(tài)管路圖:

主要包括機艙內(nèi)主要管路的動態(tài)流程顯示。例如：當(dāng)油泵往日用油柜中輸油時，可以手動也可以自動進行，也可以同時進行，打開相應(yīng)的閥門及泵，燃油泵中的油便會動態(tài)地往油柜中輸入，關(guān)閉相應(yīng)的閥門或泵，相應(yīng)