组态软件在机舱监测报警系统中的应用

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专科毕业设计（论文）

设计题目：组态软件在机舱监测报警系统中的应用

系 部： 电气工程系 专 业： 电气自动化（工企方向） 班 级： 工企091301 姓 名： 王琼 学 号： 093905130138 指导教师： 马建峰 职 称 讲师

2012年6月 南京

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摘要

机舱监测报警系统是船舶自动化的一个重要组成部分，它直接影响到船舶的

安全和船舶营运的经济效益。随着计算机技术、自动控制技术和信息技术的发展，

现代化船舶的自动化程度越来越高。鉴于目前我国建造的大部分船舶中的自动监

控系统采用国外产品的情况，因此，开展国内先进的网络型机舱监测报警系统的

研究具有非常重要的意义。本文首先介绍了机舱监测报警系统的发展、总体结构、

功能、工作原理以及下位机PLC报警信号的采集过程。最后介绍Advantech

WebAccess组态软件在机舱监测报警系统的应用以及上位机图形显示组态监控

系统情况分别做了详细的介绍。

关键词 机舱监测报警系统 组态软件 监控

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Abstract

Room Monitoring Alarm System automation is important component in the

automation of the ship, it directly affects the economic benefits of the

safety of the ship and the operation of the ship. With the development

of computer technology , Automatic control technology and information

technology ,the modernization of the ship’s automated ship’s

increasingly high degree of automation. In view of the automatic

monitoring system in most of the ships built by the China foreign products,

Therefore , to carry out advanced network cabin monitoring alarm system

of the study has very important significance. This paper first introduces

the application of Advantech WebAccess configuration software in the

engine room monitoring alarm system. As well as the overall structure of

the engine room monitoring and alarm system ,function, working principle

and the host computer graphic shows the configuration monitoring system

are described in detail.

Keywords Alarm Monitoring System SCADA Monitoring

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目录

1 引言 ............................................................. 1

2 机舱监测报警系统的概述 ........................................... 1

2.1 机舱监测报警系统的简介 ...................................... 1

2.2 机舱监测报警系统的发展趋势 .................................. 1

2.3 机舱监测报警系统的原理概述 .................................. 2

2.3.1 系统原理............................................... 2

2.3.2 系统功能............................................... 2

2.4 系统结构 .................................................... 3

2.5 报警点I/O................................................... 5

2.5.1 I/O点的特点 ........................................... 5

2.5.2 I/O模块的类型 ......................................... 5

2.6 信号采集单元 ................................................ 6

2.7 电源装置 .................................................... 6

3 监控系统组态 ..................................................... 7

3.1 组态软件（Advantech WebAccess）的介绍 ....................... 7

3.2 WebAccess的功能特点......................................... 8

3.3 监控系统组态的系统构成 ...................................... 9

3.4 硬件连接 ................................................... 10

4 实例描述 ........................................................ 11

4.1 本船概况 ................................................... 11

4.2 配置要求 ................................................... 11

4.3 技术解决方案 ............................................... 13

4.3.1 建立工程.............................................. 13

4.3.2 监控界面.............................................. 14

4.4 系统功能设计举例 ........................................... 22

4.4.1 中英文切换............................................ 22

4.4.2 系统错误.............................................. 23

4.4.3 轮机员呼叫系统........................................ 26

结论 .............................................................. 27

致谢 .............................................................. 28

参考文献 .......................................................... 29

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1 引言

船舶机舱监测报警系统是船舶中最重要的监测设备，也是实现机舱自动化乃

至船舶自动化不可缺少的条件之一。它可以代替轮机人员在相对恶劣的环境下对

主机及辅助设备的运行状况进行监测，并在运行设备发生故障后给出声光报警信

号，在轮机人员进行应答后撤销报警。在AUTO-0控制模式下还可将报警信号向

公共场所、轮机长及值班人员处所进行延伸，实现真正意义上的无人机舱。由此

可见，先进的机舱监测报警系统不仅能够提高营运经济性、安全可靠性和减少固

定船员的配置而且极大地推动了船舶自动化的进程和智能型船舶的实现。本文较

全面地介绍此机舱监测报警系统样机的总体结构、工作原理, 以及下位机PLC

信号采集处理、监测点的分布和上位机图形显示组态监控系统情况。 2 机舱监测报警系统的概述

2.1 机舱监测报警系统的简介

机舱监测报警系统能够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。能使轮机员及时的掌握了解机舱中的主、辅机等各种设备和各系统的运

行状况，并对各系统运行参数进行实时控制，对船舶的安全航运起着重要的作用。

因此，值班轮机员不需要到机舱进行巡视，只要在集控室内就可以了解机舱所有

设备的运行状态及其参数。对于无人值班机舱，机舱监测报警系统还可将报警信

号延伸到驾驶台、公共场所、轮机长及值班轮机员的住所。实现真正意义上的无

人值班。

2.2 机舱监测报警系统的发展趋势

机舱监测报警系统是随着控制理论和电子技术的发展而发展起来的，到目前

为止其发展历程大致经历了以下的四个阶段：

（1）常规仪表监测阶段

（2）电、气动及中小规模集成电子模块组合逻辑监控阶段

（3）以微机为基础的集散型监控阶段

（4）基于现场总线技术的机舱监控系统与全船自动化系统联网监控阶段

把现场总线技术运用到船舶机舱监测报警系统中是当前机舱监测技术发展

的必然趋势。国际和国内各船舶研究机构就现场总线技术在船舶上的研究、开发

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已经广泛展开并开始应用。考虑到船舶航行的特殊性和未来网络技术的日新月异，未来的机舱监测报警系统的发展应体现在以下三个方面。

（1） 技术开放统一性。

（2） 控制可靠性。

（3） 管理船岸一体性。

2.3 机舱监测报警系统的原理概述

2.3.1 系统原理

AMS（机舱报警系统）是由独立的PLC组成。AMS系统含机舱报警及监测、液位遥测、舱底水监视、水密舱门盖监视等。AMS由信号采集部分及报警显示部分组成。首先将大量的物理参数温度、压力、开关状态等数据通过传感器采集，然后远程传输到机舱控制室，通过采集单元采样，不同采集单元通过总线连接到上位机。当这些物理参数发生异常变化的时候，能够立即产生声光报警信号，同时直观的显示出报警的具体位置通道号等信息，使得船舶工作人员能够及时处理信息，保证船舶的安全行驶。AMS采用通过CCS形式认可的产品SAS01(赛尔尼柯) 型综合机舱监测报警系统。硬件系统采用国际著名制造商定制的海事标准PLC模块，满足通用化、标准化的要求，又符合IEC标准及各船级社要求。SAS01 全系统采标准的功能模块，可以根据系统需要增加或减少模块的数量及规格，以满足最新规范或要求。SAS01 型机舱综合监测报警系统是基于工业以太网及Mod Bus RTU总线的模块化设计概念的系统。针对各种不同船型，模块化的设计可以灵活方便的配置最优方案。为了获得更高的可靠性，网络结构采用冗余数据网络。

2.3.2 系统功能

根据实际船舶要求系统应具备以下功能

监测与报警

延伸报警

实时报警打印及历史报警打印

值班员系统

轮机员总呼叫

轮机员安全系统功能（死人报警）

功率（包括电站等）管理

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液位测量

设备运行小时

排气温度监测

信号趋势图

降速停车输出

照明控制

VDR 接口

泵控制和阀控制

船舶能源效率控制及监视

舱门/盖控制

舱室单元

数据输出

2.4 系统结构

（1） SAS01（机舱综合监测&报警控制系统）由下列单元组成，如图1所示。 ① MPC+HMI 构成的计算机主工作站

② MPC+HMI 构成的计算机延伸工作站

③ 由触摸屏由触摸屏构成的LCP延伸报警显示操作单元

④ ModBUS RTU现场总线网络

⑤ 基于工业以太网的ModBUS TCP高速网络

⑥ 构成的MWOP底层报警显示操作屏

⑦ 由标准PLC(可编程逻辑控制器)+I/O模块构成的MCU(主控单元)

⑧ 由标准PLC+I/O模块构成的LCU(现场单元)

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图1 系统框图

系统操作模式分为：计算机工作站操作和触摸屏操作双重模式，两种操作模式数据库同步而网络相互独立，具备双系统冗余备份的性能。同时，拥有两台互为冗余备份的计算机工作站，基于计算机工作站操作也具有双重备份性能。全系统具有三重操作备份。

（2） 带PLC的MCU（Main Control Unit）主报警单元

MCU安装在机舱室的单独机柜或机舱及控台内，也可直接安装在机舱机器处所。MCU通过双冗余网络与操作计算机连接。PLC和输入/输出等主要模块安装在MCU主报警单元中。

（3） 带PLC的LCU现场报警单元

LCU安装在机舱机器处所，LCU通过双冗余网络与MCU连接。带PLC的输入/输出模块安装在现场报警单元中。

（4） MCU和LCU之间的联系，如图2所示.

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图2 MCU和LCU关系图

2.5 报警点I/O

2.5.1 I/O点的特点

I/O采用硬件完全的模块化设计，采用通用的地板扩展设计，I/O模块通过4槽或8槽底板连接起来构成采集节点，每个采集节点最大可采集128个报警通道，多个节点可并联成一个大节点。由于各个节点均带CPU处理单元，采用了高速网络，在理论上全系统的I/O报警通道数量为无限点。

为了提高系统的抗损坏能力，系统采用了工业控制系统保护技术，除所有I/O模块采用全隔离模块外，每个数字量输入输出通道前端全部为单通道隔离，每个Pt100通道单独隔离，每个模拟量输入通道均带有单独的保护回路。采用上述措施，极大地提高了系统的可靠性及抗损坏能力。即使因为接线错误而产生的外来电压及接地故障，I/O模块损坏的概率降到最低。

系统除具备标准的I/O模块外，还具有标准的串行数据接口，通过标准的模块，完成与主机、发电机组、配电板、液位遥测系统等第三方厂家的设备接口能力。

2.5.2 I/O模块的类型

系统报警输入/输出通过标准的I/O模块执行，I/O模块包括了以下部分。

（1） 数字量模块如图3所示。

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图3 数字量实物模块和PLC模块图

在该模块上我们可以提供抑制、报警延时以及报警类型等功能

（2） 模拟量模块如图4 所示。

2.6 信号采集单元

信号采集单元由安装在集控台内的主控制单元(MCU)和安装在机舱的现场控制单元（LCU）组成。LCU内置可编程控制器（PLC）及扩展I/O模块，可简单实现UMS 的高度分布式结构。每个LCU将直接连接标准的控制和监视信号，可直接安装在现场。

对于安装在PLC扩展槽中的I/O模块，如出现问题需更换I/O模块，更换模块后重新启动后即可投入使用。PLC扩展槽中的I/O 模块的所有通道，均可在UMS工作站进行重新编辑（包括：名称、报警值、报警抑制、屏蔽等），备用通道也可被激活。同时PLC采用冗余的工业以太网和MODBUS RTU双网络进行信号传递和处理。 图4 模拟量实物模块和PLC模块

2.7 电源装置

该系统采用双路供电，一路为AC220V，一路为DC24V，正常使用AC220V，DC24V作为备用电源，同时系统应自带UPS。

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（1）直流24V

工控机、网络交换机、可编程控制器（PLC）等采用DC24V供电。为满足模块的供电，系统配置1台AC220V/DC24V 整流电源。备用 DC24V 在整流电源失效时自动投入。

（2）UPS不间断电源

本系统主电源采用AC220V 供电，因此提供一台UPS 不间断电源，在系统断电的条件下提供30分钟不间断AC220V供电。

3 监控系统组态

3.1 组态软件（Advantech WebAccess）的介绍 组态软件，英文SCADA,即Supervisory Control and Data Acquisition(数据采集与监视控制)是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境中，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能、通用层次的软件工具。目前，组态软件被广泛用于电力系统、给水系统、智能楼宇、石油、化工、建材、轨道交通、航空、港口、船舶等诸多应用领域的数据采集与监视控制。

随着工业自动化水平的迅速提高，计算机在工业领域的广泛应用，人们对工业自动化的要求越来越高，种类繁多的控制设备和过程监控装置在工业领域的应用，使得传统的工业工业控制软件已无法满足用户的各种需求。通用工业自动化组态软件的出现为解决实际工程问题提供了一种崭新的方法，它能够很好地解决传统工业控制软件存在的种种问题，使用户能够根据自己的控制对象和控制目的的任意组态，完成最终的自动化控制工程。

国外知名的组态软件厂商主要有Rockwell、Honeywell、Wonderware、iFix、西门子、ABB、施耐德等。近年来，国内出现了一批比较有影响力的国产化组态软件，如组态王、力控、MCGS、研华WebAccess等。

本项目采用上海研华公司开发的组态软件Advantech WebAccess，该组态软件以计算机为基本工具，为实施数据采集、过程监控、生产控制提供了基础平台，它将检测、分析、控制整个过程构建成一个监控系统，可以帮助企业降低成本，提高自动化程度和生产效率。 Advantech WebAccess 是完全基IE浏览器的HMI/SCADA监控软件，其最大特点就是全部的工程项目、数据库设置、图面制作

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和软件管理都可以通过Internet或Intranet在异地使用标准的浏览器完成，不仅实现了系统的远程控制，而且实现了工程的远程开发和维护。而分散式架构的监控节点、监控节点的冗余系统（SCADA Redundancy）、中央数据库服务器及多层式网络安全结构等的组合，更为各类自动化应用提供了完整的架构，如图5所示。

WebAccess的整体架构是基于网络的，WebAccess的基本组成部分有：

（1）监控节点（SCADA node）-它可以连接自动化硬件设备，直接与设备进行实时通信。监控节点物理上通过串口、以太网或其它通信接口来连接硬件设备。

（2）工程节点（PROJECT node）- 它是一个被用于系统设置的中央数据库服务器，客户端可通过工程节点动态浏览监控节点运行状况。

（3）客户端（CLIENT）-它所显示的每张图面都为拥有实时数据的动态图面，而且允许线上管理员更改点值，确认报警和实时控制。

（4）瘦客户端（Thin Client）-它以位图格式显示监控界面并以文本方式改变数据值、确认报警和监控。

图5 WebAccess 网络结构图

3.2 WebAccess的功能特点 Advantech WebAccess 是完全基于浏览器的人机界面（HMI）和监控及数据采集（SCADA）软件，可运行于Windows NT4.0、Windows2000、Windows2003、

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WindowsXP、Windows7、Windows Vista 等操作系统。Advantech WebAccess具有以下功能特点。

（1） 使用Web 浏览器完成整个工程的创建与运行

（2） 基于浏览器的客户端既可监视又可控制

（3） 支持ActiveX 控件

（4） 瘦客户端

（5） 强大的远程诊断、维护功能

（6） Advantech WebAccess 使用普通的Web服务器

（7） 采用分布式结构体系

（8） 强大的中央数据库服务器

（9） 冗余SCADA节点和通讯端口技术

（10）多层次网络安全体系

（11）采用矢量图形格式

（12）支持24位渐进色填充

（13）具有独特的语言、邮件功能的报警处理方式

（14）具有强大的TCL脚本功能

（15）丰富的设备驱动

（16）支持强大的标准化接口

（17）实时趋势和历史趋势显示及数据记录功能

（18）支持值班、日、月报表功能

（19）支持排程功能

（20）支持自定义工具栏和按钮功能

3.3 监控系统组态的系统构成

系统设置上位工业控制计算机2台，以工业以太网方式实现工控机（上位机）以及PLC（下位机）之间的通讯，结构如图6所示。

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图6系统网络结构图

3.4 硬件连接

PLC通过以太网到交换机，工控机通过以太网到交换机，上位机的IP地址设置为：192.168.0.201，如图7所示。

图7 上位机地址设置

下位机的IP地址设置为192.168.10.1，如图8所示。

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图8 下位机地址设置

4 实例描述

4.1 本船概况

（1）船舶类型：本船为钢质、单甲板、单机单桨、柴油机驱动的尾机型51000载重吨散装货船。 本船主要航行近海航区，用于装载散装货船（危险货物和重货等除外），装载时应均匀装载。船体结构和稳定性满足近海航区规范的要求。

（2）船级及规范要求

CCS 船级社

入级符号： CSAD 散货船，近海航区，B级冰区航行，装载仪（S、I、G） CSMD 机器处所集中控制

4.2 配置要求

（1）集控室主控单元功能描述

① 主机软件在WIN2000/XP环境下运行

② 仅使用轨迹球（鼠标）就能进行一切操作

③ 具有彩色图形显示功能(根据实船绘制)

④ 显示报警，控制指令，及控制逻辑

⑤ 具有用户自定义列表内容显示功能

⑥ 具有报警列表显示功能

⑦ 具有当天报警历史显示功能

⑧ 具有报警列表打印功能

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⑨ 显示器上无论显示任何内容，一旦有新的报警，则报警速显窗口会自动出现

⑩ VDR接口功能

（2） 采集模块功能描述

1）采集模块可以采集并处理的信号

① 微机模块：处理采集到的信号

② 电阻信号：包括热电阻

③ 电压信号：包括热电偶

④ 电流信号：包括绝大部分的压力变送器和液位变送器

⑤ 脉冲信号：包括转速

⑥ 开关量信号：包括有源和无源触点

2）采集模块规格

① 电压电流测量模块（电阻测量模块）模拟量，8通道/块

② 开关量测量模块 开关量，16通道/块

③ 脉冲测量模块 开关量，4通道/块

3）采集模块组成测量分站

4）输入/输出单元功能描述

① 输入输出单元是一个智能模块，负责和主机联系，成为系统的一个对外的接口

② 输入的信号有控制台上的应答按钮和状态选择开关等

5）延伸报警单元功能描述

监测报警装置除了在中央控制站对动力系统和其它主辅设备的运行参数和故障情况进行监测报警外，还可以在特定位置进行必要的指示和报警。监测报警系统采用统一的延伸报警单元来完成这些功能。

① 延伸报警单元是一组智能模块

② 可根据需要分布在机舱、房间、公共场所

③ 本地延伸报警板试灯、消声功能

④ 输出灯光指示和声光报警

⑤ 延伸报警型式：液晶

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⑥ 液晶面板：可以复示所有测量点的状态

（3） 主要供货范围（不含传感器）

设计按船厂提供的自动化明细表

① 监测报警总输入数量350个以内。其中模拟量约96个，开关量约224个，输入通讯接口5个（RS422/RS485）

② 监测报警输出数量32个

其中模拟量（4-20mA）约16个，开关量约16个

输出通讯接口1个（RS422/RS485）

③ 电脑及UPS数量及安装位置

工控机：集控室2套，需另配独立消声复位按钮，配键盘轨迹球2个

显示器：嵌入式，集控室2套，19寸

UPS数量:3台，2台供计算机，1台供信号箱及延伸报警板用24V输出（供采集延伸报警板电源断路器），电源输入均来自集控台AC220V

④ 打印机数量及安装位置

打印机：集控室1台，提供2盒打印纸，UPS不间断电源供电

⑤ 测量采集箱数量及安装位置（外部RAL7035(亚光)，内部为制造商标准，表面需要保护膜）

集控室1套、机舱2套（IP44底部金属填料函）

⑥ 延伸报警板数量及安装位置（液晶屏显示）

延伸报警板数量:2

安装位置：驾驶室（嵌入）、轮机长室（壁挂）

（4） 输入电源规格要求

电源：AC220V/50-60Hz，DC24V（波纹系数，≤±5％，电压波动≤±20％）。

4.3 技术解决方案

4.3.1 建立工程

（1）整理报警点信息、建I/O点

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图9 自动化明细表

I/O点是从自动化硬件设备上读取的数据。点的名字最对可以为25个字母。每个系统或工程下可有很多个监控节点，而每个监控节点下至少可以建立60000个I/O点。每个I/O点还包含若干个参数选项，包括最高里程、最低里程、报警状态、报警权限、最低输出约50个参数可供用户选择。且在后期的绘图和动画中，可以直接利用区域命令将这些参数选项利用起来。根据自动化明细表上报警点的点类型、量程、报警限定值等属性建点，如图10所示。

图10 建点设置界面

4.3.2 监控界面

（1）系统的组态主要包括了创建系统图形界面、定义I/O设备、数据库组态和动画连接等任务，下面主要对图形界面做一个详细的说明。压缩空气系统如图11所示。

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图11 压缩空气界面

画面直观指示了成套装置各部分的运行状态，包括主机、发电机、空压机等。通过客户的MIMIC图绘制出该系统的界面。如图12所示。

图12 压缩空气系统绘图界面

添加动画效果，如图13所示。

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图13 动画属性设置

（2） 主推进系统界面

如图14所示，主机推进系统含主机、齿轮箱和可调桨等，主机监控界面分组显示推进系统的停车报警、降速报警、齿轮箱、可调桨等报警信息。相关联的测点信息放在一个划定区域内，方便观察。

对模拟量显示数字，正常情况下为绿色显示，当有报警时，数字会红色闪烁，该报警点认可后，变为红色平光。如果该报警被确认后，实时值回到正常范围，则变为绿色。

对开关量，用小的方块显示状态，正常情况下为绿色显示，当有报警时，方块

会红色

闪烁，该报警点认可后，变为红色平光。如果该报警被确认后，状态为正常，则变为绿色。

其他界面中相关测点的正常、报警及报警确认后的状态显示规律同上。

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图14主推进系统界面

（3） 发电机监控界面

对发电机的滑油压力、冷却水温度、燃油泄漏监控，同时，对相关的测点分区域显示，如图15所示。

该界面包括：

发电机的MIMIC图

发电机转速

停机点报警

燃油压力和温度

滑油压力和温度

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/hv0m.html