一种智能机舱监测报警系统的制作方法

本发明涉及船舶自动化监测领域，具体是一种智能机舱监测报警系统。

背景技术：

机舱监测报警系统是船舶自动化的一个重要组成部分，它用来监测机舱中主机、辅机，货舱及辅助设备的运行情况，监测报警系统运行时，如果发现设备运行参数超出正常范围，系统可以自动发出声光报警，提示值班轮机员介入干预。在自动化要求更高的无人机舱的船舶中，报警系统除了在驾驶室、集控室和机舱有声光报警，而且还需要把报警延伸到餐厅、船员休息室等处。先进可靠的机舱监测报警系统提高了船舶运行的安全可靠性，降低了人员的劳动强度，还可以减少船员的配置数量，从而提高船舶营运的经济性。

现有的船舶机舱监测报警系统是一个高度集成的系统，系统功能相当复杂且扩展能力差、维护成本高，数据信息储存处理难，现在随着现场总线技术的发展，在机舱监测报警系统中使用网络化的结构来解决这些难题。

技术实现要素：

为解决上述现有技术的缺陷，本发明提供一种智能机舱监测报警系统，本发明操作简单，结构简单，维护方便，扩展性好，不仅能够满足监控系统的基本要求，为远洋船舶的安全航行提供了非常重要的保障措施。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：一种智能机舱监测报警系统，包括驾控台、机舱、集控室、住所及公共区域，还包括冗余plc、信号采集单元、供电单元、工控机、触摸显示单元、轮机员安全系统、延伸报警系统、通讯单元、打印机、系统软件功能模块；所述信号采集单元通过以太网环网连接冗余plc；所述冗余plc通过以太网环网连接工控机；所述工控机连接触摸显示单元、打印机；

所述工控机通过以太网环网连接延伸报警系统；所述延伸报警系统设置在驾控台、集控室、住所及公共区域；所述延伸报警系统设有延伸报警面板；

所述信号采集单元设置在机舱内，包括数字量输入输出模块、模拟量输入输出模块，还包括温度测量模块ai-2、温度检测模块ai-3、热电偶模拟量输入模块ai-8；所述数字量输入输出模块连接有声光报警设备、通用报警、全船报警；所述声光报警设备包括轮机员安全系统、蜂鸣器、指示灯；

所述系统软件功能模块包括轮机员呼叫功能模块、轮机员值班切换功能模块、无人值班功能模块、主要部件状态监测功能模块、系统试灯功能模块；

所述集控室内设有多个串行接口模块。

优选的，所述延伸报警系统包括多个延伸报警面板，多个所述延伸报警面板之间通过rs485通讯线以及以太网相连接。

优选的，所述延伸报警面板的前侧面嵌设有显示屏lcd1，还设有蜂鸣器ha21、蜂鸣器ha22、按钮开关sb21；所述按钮开关sb21连接有电源，所述电源设置在延伸报警面板的后侧面；所述延伸报警面板的后侧面还设有多个接收信号的端子。

优选的，还包括带钥匙开关盒i、带钥匙开关盒ii、多个复位按钮盒i、复位按钮盒ii；带钥匙开关盒i、带钥匙开关盒ii、复位按钮盒i、复位按钮盒ii分别连接至信号采集单元；

所述带钥匙开关盒i上设有系统启动指示灯hl2、按钮开关sb4；

所述带钥匙开关盒ii上设有系统启动指示灯hl1、复位按钮sb1、按钮开关sb2；

所述复位按钮盒i上设有复位按钮sb3；

所述复位按钮盒ii上设有蜂鸣器ha1、复位按钮sb5。

优选的，所述轮机员安全系统连接有数字量输入模块di-2、继电器输出模块ro-2，所述数字量输入模块di-2连接有消音按钮和平光按钮。

优选的，所述冗余plc包括plca、plcb；plca的端口ry1与plcb的端口ry2相连，plca的端口cm2与plcb的端口cm4相连；所述工控机包括工控机ipc1、工控机ipc2；所述plca的端口cm1通过交换机sw1连接至工控机ipc1、工控机ipc2；plcb的端口cm3通过交换机sw2连接至工控机ipc1、工控机ipc2；所述交换机sw1和交换机sw2之间通过冗余网线连接；

所述触摸显示单元包括触摸显示屏osp1、触摸显示屏osp2；

所述工控机ipc1连接触摸显示屏osp1和打印机；所述工控机ipc2连接触摸显示屏osp2。

优选的，所述plca的端口cm2通过以太网适配器ea2、以太网适配器ea1、交换机hw连接至plcb的端口cm4；所述以太网适配器ea2连接有供电模块pm。

优选的，所述供电单元采用两个ups同时供电。。

综上所述，本发明取得了以下技术效果：

1、本发明支持基于物联网传输协议mqtt，通过此协议可以将船舶数据传输上云，可为船岸一体化，无人驾驶提供可靠的数据保障；

2、本发明以以太网通讯为主，形成环形网络进行通讯，提高了系统稳定性。

附图说明

图1本发明系统原理框图；

图2是本发明系统连接图一；

图3是本发明系统连接图二；

图4是本发明型号为esp-200的延伸报警面板正面示意图；

图5是本发明型号为esp-200的延伸报警面板背面示意图；

图6是本发明带钥匙开关盒i示意图；

图7是本发明带钥匙开关盒ii示意图；

图8是本发明复位按钮i盒示意图；

图9是本发明复位按钮盒ii示意图；

图10是本发明轮机员安全系统示意图；

图11是本发明轮机员安全系统流程图；

图12是本发明供电单元连线示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

实施例：

如图1、图2、图3所示，一种智能机舱监测报警系统，包括驾控台、机舱、集控室、住所及公共区域，还包括冗余plc、信号采集单元、供电单元、工控机、触摸显示单元、轮机员安全系统、延伸报警系统、通讯单元、打印机、系统软件功能模块；

如图1所示，信号采集单元通过以太网环网连接冗余plc；冗余plc通过以太网环网连接工控机；工控机连接触摸显示单元、打印机；

工控机通过以太网环网连接延伸报警系统；延伸报警系统设置在驾控台、集控室、住所及公共区域；延伸报警系统设有延伸报警面板；

如图2所示，延伸报警系统包括多个延伸报警面板，多个所述延伸报警面板之间通过rs485通讯线以及以太网相连接。本实施例中，包括12个延伸报警面板。通过延伸报警系统可以设置轮机员值班位置并且将当前的报警信号延伸至有效的值班位置处，以方便轮机员在自己的休息处所对机舱设备运行状态的监控。本实施例中，12个延伸报警面板分别置于驾控台、轮机长、大管轮、二管轮、三管轮、电机员、会议室、娱乐室、普通餐厅、高级餐厅、办公室和甲板办公室，其中，设置在驾控台上的延伸报警面板采用型号esp-201面板，剩余11个延伸报警面板采用型号esp-200面板。esp-201面板通过交换机sw3与esp-200面板连接。

如图4、图5所示，延伸报警面板esp-200的前侧面嵌设有显示屏lcd1，还设有蜂鸣器ha21、蜂鸣器ha22、按钮开关sb21；按钮开关sb21连接有电源，用于控制电源的通断，电源设置在延伸报警面板esp-200的后侧面；延伸报警面板esp-200的后侧面还设有多个接收信号的端子。

延伸报警面板esp-201的前侧面嵌设有显示屏lcd2，还设有蜂鸣器ha24、蜂鸣器ha25、按钮开关sb22；按钮开关sb22连接有电源，用于控制电源的通断，电源设置在延伸报警面板esp-201的后侧面；延伸报警面板esp-201的后侧面还设有多个接收信号的端子。

如图1、图3所示，信号采集单元设置在机舱内，用于采集信号并将数字量、模拟量信号收集、处理、传输到主控柜的cpu上，包括数字量输入输出模块、模拟量输入输出模块，还包括温度测量模块ai-2、温度检测模块ai-3、热电偶模拟量输入模块ai-8。热电偶模拟量输入模块ai-8用于测量温度；数字量输入输出模块连接有声光报警设备、通用报警、全船报警；声光报警设备连接有蜂鸣器、指示灯。

如图1所示，系统软件功能模块包括轮机员呼叫功能模块、轮机员值班切换功能模块、无人值班功能模块、主要部件状态监测功能模块、系统试灯功能模块。

如图3所示，本发明还包括带钥匙开关盒i、带钥匙开关盒ii、多个复位按钮盒i、复位按钮盒ii；带钥匙开关盒i、带钥匙开关盒ii、复位按钮盒i、复位按钮盒ii分别连接至信号采集单元。带钥匙开关盒i设置在机舱入口处，带钥匙开关盒ii设置在集控室，复位按钮盒i设置在机舱内，复位按钮盒ii设置在驾控台。

如图6所示，带钥匙开关盒i上设有系统启动指示灯hl2、按钮开关sb4；

如图7所示，带钥匙开关盒ii上设有系统启动指示灯hl1、复位按钮sb1、按钮开关sb2；

如图8所示，复位按钮盒i上设有复位按钮sb3；

如图9所示，复位按钮盒ii上设有蜂鸣器ha1、复位按钮sb5。

如图3所示，轮机员安全系统连接有数字量输入模块di-2、继电器输出模块ro-2，数字量输入模块di-2连接有消音按钮和平光按钮。

如图10所示，数字量输入模块di-2的端口1为轮员安全系统启动端，端口5为轮员安全系统停止端，端口2为轮员安全系统复位端；端口1连接至带钥匙开关盒i按钮开关sb4的启动端、带钥匙开关盒ii按钮开关sb2的启动端；端口5连接至带钥匙开关盒i按钮开关sb4的停止端、带钥匙开关盒ii按钮开关sb2的停止端；端口2连接至带钥匙开关盒ii复位按钮sb1的复位端、复位按钮盒i的复位端、复位按钮盒ii的复位端。

如图10所示，继电器输出模块ro-2的端口1为报警蜂鸣器端，连接至复位按钮盒ii的蜂鸣器ha1；端口2为安全报警使能端，连接至带钥匙开关盒i的系统启动指示灯hl2、带钥匙开关盒ii的系统启动指示灯hl1；端口3是预报警指示端，连接至复位按钮盒ii的复位端、复位按钮盒i的复位端、带钥匙开关盒ii复位按钮sb1的复位端；端口4位船舶的预报警指示端，连接至船舶的指示灯处。

轮员安全流程如图11所示，一旦轮员安全报警系统启动，死人报警指示灯亮起，同时将时间设定倒计时为27分钟，如果27分钟没到，关闭或者复位轮员安全报警系统，如果关闭则等待轮员安全报警系统启动，如果复位，则继续倒计时27分钟。如果27分钟到，死人预报警指示灯亮，同时将时间设定倒计时3分钟，3分钟到，死人报警蜂鸣器开。

如图2所示，冗余plc包括plca、plcb，plca的端口ry1与plcb的端口ry2相连，plca的端口cm2与plcb的端口cm4相连；冗余plc采用罗克韦尔的1756系列plc，plca、plcb组成的冗余控制单元增强了控制系统的稳定性，主从站的切换时间为毫秒级，区别于传统的热备模式。工控机包括工控机ipc1、工控机ipc2；plca的端口cm1通过交换机sw1连接至工控机ipc1、工控机ipc2；plcb的端口cm3通过交换机sw2连接至工控机ipc1、工控机ipc2；交换机sw1和交换机sw2之间通过冗余网线连接，交换机sw1和交换机sw2分别连接至交换机sw3；触摸显示单元包括触摸显示屏osp1、触摸显示屏osp2；工控机ipc1连接触摸显示屏osp1和打印机；工控机ipc2连接触摸显示屏osp2。工控机采用双主机和双显示器的形式，且两个主机互为主从关系。本实施例中，工控机ipc1为主，工控机ipc2为从，冗余plc和工控机之间形成的两条线路，当其中一条出现故障时，另一条能够及时工作，避免系统断开。

如图2和图3所示，所述plca的端口cm2通过以太网适配器ea2、以太网适配器ea1、交换机hw连接至plcb的端口cm4；所述以太网适配器ea2连接有供电模块pm。

plca的端口cm2连接有以太网适配器ea2，以太网适配器ea2通过供电模块pm供电，以太网适配器ea2连接有以太网适配器ea1，以太网适配器ea1连接信号采集单元。以太网适配器ea1连接交换机hw，交换机hw连接至plcb的端口cm4，形成以太网环形网络。交换机hw连接至协议转换模块，用于提供另一种协议的接口。信号采集单元将机舱各个设备的运行状态信号进行采集、通过以太网环网送至冗余的plccpu，通过plc的运算、数据分析处理后再送至工控机，工控机中的应用软件会进行值显示、报警指示、打印等。同时plc将这些数据、报警信息有针对性的发送给系统中的延伸报警系统、触摸显示单元，以方便轮机员对机舱设备运行状态的监控。

如图12所示，供电单元采用两个ups同时供电，本发明将外部输入的220vac电源通过ups给整个监测报警系统提供两路冗余的电源，符合船级社全船断电时系统仍可独立工作30分钟的要求；直流冗余的供电方式，增强了系统供电的稳定性，并且可以在正常工作的情况下更换故障电源。

如图3所示，集控室内还设有多个串行接口模块，本实施例中，设有8个串行接口模块sim1至sim8，用于接收不同协议的信号并对外提供多种类型的接口。plc与协议转换模块tf之间采用ethernetip协议通讯，终端模块tf可实现协议转换(ethernetip→mqtt)并将船舶数据发送至云，为船岸一体化、无人驾驶提供可靠的数据保障。其中，串行接口模块sim8通过rs485通讯线与esp-201面板相连。

本发明基于工业总线技术，plc控制器采用完全硬件冗余，单plc控制器可使用多cpu扩容，可通过冗余控制器+冗余控制器对现场更多信号的监控。软件采用配置式方法，通过对配置文件的简单操作完成新系统的设计。本发明在提高系统稳定性的同时解决了传统机舱监测报警系统拓展能力差的问题。

本发明通讯单元采用以太网通讯为主，延伸报警系统以485通讯冗余的方式，冗余plc向上通过交换机，与工控机和延伸报警面板组成环形网络拓扑进行通讯；冗余plc向下则与信号采集单元、交换机组成环网进行通讯。

工作过程：

信号采集单元采集机舱内的各种信号通过以太网和交换机传送至冗余plc，冗余plc将信号运算、数据分析处理后再通过以太网送至工控机，工控机将信号传输至延伸报警系统进行报警、传输至触摸显示单元进行显示。操作人员可以通过双触摸屏进行信息查看、记录、比较、修改等，配合延伸报警面板可进行轮机员安全、呼叫、值班等功能操作。界面上除了标准的功能之外，还预留了客户定制功能的接口，方便进行深度的定制化服务。

以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。