专利名称：基于双以太网及环网的全船监测报警系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种报警系统，尤其涉及一种船用的且基于双以太网及环网的报警系 统。
背景技术：
现有的船用报警系统通常都是从陆地报警系统移植过来的，没有充分考虑到船舶 运行环境的特殊性，导致各方面的问题不断。现有的船用报警系统通常都采用单片机作为 信号采集模块，通讯方式则采用MODBUS或PROBUS通讯，显示模块常采用指示灯或IXD显 示。而由于采用单片机集成电路，通常情况下，所需的电子元件比较多，因此当其中某个电 子元件损坏时，需要更换整块电路板，因此使得系统的稳定性差，且成本高；而且这些集成 电路并不是标准产品，当损坏时难以找到更换的产品，极大的妨碍了船舶的正常使用；另外 由于采用MODBUS或PROBUS通讯方式，该两种通讯方式通讯性能较差，通讯速度较慢，通讯 数据量小；且通过指示灯或LCD显示，可显示的信息量少，显示界面不清晰，显示不方便。
发明内容
本发明提供一种船舶专用的全船监测报警系统。此系统充分考虑船舶运行环境的 特殊性，选用的硬件能满足运行环境的要求，系统的结构采用双以太网及环网。系统网络通 讯速度快，通讯数据量大，系统稳定，且显示内容丰富、界面清晰可靠。本发明提供的一种基于双以太网及环网的全船监测报警系统，包括电源供电层、 信号采集层、网络通讯层及显示操作层。其中所述电源供电层至少包括至少一 UPS电源， 所述信号采集层包括至少一 PLC处理单元；所述网络通讯层包括至少三个相互连接的交换 机；所述显示操作层包括至少一触摸屏或至少一计算机；所述电源供电层给所述PLC处理 单元、所述交换机及所述触摸屏和计算机供电。所述PLC处理单元分别与两交换机连接形 成两条传输通道；所述交换机两两相连组成环网；所述触摸屏或所述计算机与三个相互连 接的所述交换机中的任意一台连接；系统的工作过程如下所述PLC处理单元从信号采集点采集信号，所述PLC处理单 元对采集信号与预设程序的参数进行分析对比，得到处理数据；若所述处理数据为报警信 号则触发声音报警；检测系统的通讯网络是否正常；检测当前系统使用的传输通道正常时，正常时，使 用当前使用的传输通道进行信号传输；若不正常，则切换至另一条传输通道并检测其是否 正常，若正常，则使用其进行信号传输；若不正常，则系统报警；当所述传输通道正常时，所述触摸屏或所述计算机显示所述处理数据。本发明提供的基于双以太网及环网的全船监测报警系统，通过使用PLC处理单元 模块作为信号采集模块，可简化采集电路，同时实现系统模块化，便于更换、维护和扩展；同 时PLC处理单元与交换机之间采用双以太网连接，形成双传输通道，使用时，设定其中一条 作为优先的传输通道，若其中一条通道出现传输故障时，则可选用另外一条通道使用，从而保证在船运作过程中，信息不会因为单传输通道故障而丢失或中断；除了双传输通道以外， 还使用了管理型交换机构成环网，因此进一步保证了系统网络通讯的稳定性，信息传输时 的路径可选择，保证信息传输不会中断；而通过使用触摸屏或者计算机作为人机界面，使得 系统可显示的内容更加丰富，界面清晰整洁，使操作者可迅速清晰的了解全船的监测情况。本发 明监测报警系统基于双以太网及环网，网络通讯速度快，通讯数据量大，系统 稳定；采用PLC作为控制单元，易于维护和更换，抵抗故障能力强；使用计算机和触摸屏作 为显示单元，显示内容丰富、界面清晰可靠。
附图1为本发明基于双以太网及环网的全船检测报警系统的结构框图；附图2为本发明基于双以太网及环网的全船检测报警系统的流程图。
具体实施例方式本发明提供一种专门的船用监测报警系统。本监测报警系统基于双以太网及环 网，网络通讯速度快，通讯数据量大，系统稳定；采用PLC作为控制单元，易于维护和更换， 抵抗故障能力强；使用计算机和触摸屏作为显示单元，显示内容丰富、界面清晰可靠。本系统的设计目的是实现整船设备集中监控，使用自动化技术监控设备的工作情 况，减少船员繁杂的检测工作。在系统的设计过程中运用先进的设计理念，如冗余设计和模 块化设计。稳健的架构是系统能稳定运行的前提，加入冗余设计包括电源供电冗余、硬件冗 余和网络冗余，使系统在出现故障时保持功能的完整性，而且系统具备自诊断功能。使用模 块化的设计理念将系统模块化，不单增加了系统的稳定性，而且使系统具备方便维护、快速 修复和扩展容易等特性。下面将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。请参见附图1，为本发明的实施例，本发明提供的一种基于双以太网及环网的全船 监测报警系统，包括电源供电层、信号采集层、网络通讯层及显示操作层。其中所述电源供 电层至少包括至少一UPS电源，所述信号采集层包括至少一PLC处理单元；所述网络通讯层 包括至少三个相互连接的交换机；所述显示操作层包括至少一触摸屏或至少一计算机。优选的，UPS电源有两个，所述电源供电层给所述PLC处理单元、所述交换机及所 述触摸屏和计算机供电。采用UPS电源供电，而且在一些重要的设备上使用双路UPS电源 供电，这体现了电源冗余设计。优选的，所述PLC处理单元有两个，数量可视信号采集点的情况而定，将PLC处理 单元设于信号采集点附近可节省电缆的使用，降低成本；使用PLC处理单元还可简化电路 结构，无需使用庞大的硬件电路来实现采集的功能；而且PLC处理单元都是模块化的，模块 故障时只需更换相应的模块便可修复系统，系统具备了便于修复、维护和扩展的特性；而只 需要使用PLC处理单元执行预设的程序便可完成采集信号和处理信号的功能。所述网络通讯层包括至少三个交换机，数量根据现场需求而定；选用的交换机为 管理型交换机；交换机之间两两连接从而构成网络的环网；因此当其中一台交换机出现故 障时，其他交换机之间的信号传输不会中断，不会使信息发生中断。优选的，所述显示操作层包括至少两个计算机及一个触摸屏设备，数量可根据实际需求而定；将触摸屏及计算机分别安装与船的不同位置，方便不同的操作人员查看信息 以及满足不同的工况需求，触摸屏与计算机均是相互独立的。两个计算机安装在一起，它们 互为备用。系统网络冗余和自诊断功能。所述PLC处理单元分别与两交换机连接形成两条传 输通道，所述计算机或触摸屏与三台交换机中的任意一台连接；所述PCL模块与所述交换 机之间构成双通道传输，为了便于信息的传输，在使用时，可将其中的一条传输通道作为优 先传输通道，只要该通道保证畅通，则正常情况下，使用该优先传输通道传输信息；而三台 交换机之间两两连接则构成信号传输的环网，因此，若其中一台交换机若发生故障，则可保 证信息可从另一条路径进行传输，因此可保证信息传输的通畅。使用程序监测所用设备的 供电情 况和网络通讯情况，并对相关的故障进行报警，实现系统的自诊断功能。系统上电启动后就可以完成监测和报警的功能。请参见附图2系统上电后，所述PLC处理单元从信号采集点采集信号，所述PLC处 理单元对采集信号与预设程序的参数进行分析对比，得到处理数据；优选的，其操作过程可 以如下PLC处理单元循环读取外部信号，把读取的信号转化成工程值，把工程值存储在一 个工程变量中；把工程值与系统预设的参数值比较，如不符合比较条件则触发报警；显示 操作层的设备与PLC处理单元关联相同工程变量，显示操作层的设备循环读取工程变量， 在界面显示该工程变量的值；因此处理数据包括需要显示的工程值，以及当参数不对应时 的报警信号；若所述处理数据为报警信号则PLC处理单元将触发系统中的蜂鸣器或者音箱 发出声音报警(步骤一)。检测系统的通讯网络是否正常；所述PLC处理单元优选其中一条通道作为当前系 统使用的传输通道，所述PLC处理单元通过跳变的数值检测当前的传输通道是否正常，若 正常时，PLC处理单元与计算机或者触摸屏中同一时刻的数值相当；若数值不同，则说明当 前使用的传输通道有故障，同时计算机或者触摸屏将显示此故障信息，PLC触发器将触发蜂 鸣器或音箱报警；同时系统将切换至另一条传输通道，同样的首先检测这条传输通道是否 正常，可通过相通的方式即跳变的数值检测，若正常，则使用此条传输通道进行传输，若不 正常，则计算机或者触摸屏将显示此故障信息，PLC触发器将触发蜂鸣器或音箱报警。(步 骤二)当所述传输通道正常时，所述触摸屏或所述计算机显示所述处理数据(步骤三)。优选的，步骤二中，所述PLC处理单元通过跳变的数值检测传输通道是否正常的 操作过程可以如下所述计算机与PLC处理单元分别使用同一个局域网的IP地址。所述计 算机根据内部程序与所述PLC处理单元的主网络通道进行连接，所述计算机根据内部程序 判断当前网络通道是否正常，若当前的网络通道出现故障则自动切换到备用网络通道进行 通讯。所述PLC处理单元及计算机根据预设的程序关联同一个通讯变量地址；所述计算机 使通讯变量的值不停的变化。所述PLC处理单元块循环读取通讯变量的值，通过程序判断 通讯变量的值是否在变化，若预设时间内值都不变则产生一个通讯故障报警。其触摸屏与 PLC处理单元网络之间监测操作过程如下所述触摸屏与PLC处理单元分别使用同一个局 域网的IP地址。所述触摸屏根据内部程序与所述PLC处理单元的主用和备用网络通道进 行连接。所述PLC处理单元及触摸屏根据预设的程序使用主用网络通道关联同一个通讯变 量地址；所述PLC处理单元及触摸屏根据预设的程序使用备用网络通道关联同一个通讯变量地址；所述触摸屏使通讯变量的值不停的变化。所述PLC处理单元循环读取通讯变量的值，通过程序判断通讯变量的值是否在变化，若不变则产生一个网络通道故障报警。所述触 摸屏使用另一条网络通道读取此报警，并显示切换网络操作提示。根据操作提示操作，手动 切换到另一条网络通道进行通讯。优选的，本系统还具备报警参数设置功能，其设置操作过程如下显示操作层的 计算机与PLC处理单元关联相同的报警参数变量，在计算机上对报警参数变量进行设置操 作，计算机把报警参数变量的值传给PLC处理单元，计算机再读取报警参数变量的值，在界 面上显示。优选的，本系统具有冗余功能如本系统由UPS电源进行供电，即使输入电源出现 故障，UPS电源中的蓄电池还能保证系统正常运行30分钟以上；另外选用两个计算机互为 备用，确保某个计算机出现故障时系统也能正常的显示操作；同时三个交换机之间两两连 接，组成一个环网，若环网中某条链路或交换机故障，信息的传递可以通过另一条路径进行 传输，不会影响到系统的其他链路或交换机的正常工作，而且系统会对环网故障进行报警； 还有PLC处理单元分别与两交换机连接形成两条传输通道，若其中某条网络连线出现故障 时，信息由另一条通道进行传输，不会影响到系统的正常工作，而且系统会对双网故障进行 报警。优选的，本系统的显示操作界面可根据全船设备的分系统分画面组成的。采用形 象的图像和图表显示所监测的数据，醒目的显示提示操作人员注意所发生的报警。系统的 界面根据设备系统共分为14页，监测有主机、推进系统、发电机、液柜、舱底水、侧向推进 器、机械类、配电板、自系统监测等多个设备系统。系统上电后，计算机自动启动，启动完成 后打开监测画面的首页。首页为全船设备分布示意图，画面上部为报警信息栏，下部为任务 栏，中部列有设备系统控键图标。主机的监测页面共有两页，画面分左右两栏，分别监测左 右主机；第一页监测主机的滑油系统和燃油系统的油压、油位和油温、冷却水系统的水位和 水温、启动系统的空气压力和汽缸的排气温度等重要的参数，显示实时数据并且记录数据， 可查看趋势图；第二页监测机械故障和失电故障等的其他报警信息。推进系统有一页的画 面，画面分左右两栏，分别监测左右推进系统；监测可调螺距桨和齿轮箱系统的报警信息。 发电机监测画面共分两页，第一页监测柴油发电机的信息，如滑油和燃油的压力和温度的 实时监测、机械故障的报警等，一般船上有柴油发电机2-3台；第二页监测轴带发电机的绕 组温度和其他报警信息，一般船上有轴带发电机2台。液柜的监测画面为两页，都是监测全 船的油柜或水柜的液位高度，采用柱状图来形象的显示。舱底水监测画面为一页，是监测全 船舱底水舱的液位报警，这是重要的监测报警点。侧向推进器共有两页监测画面，第一页监 测的是艏侧推的报警信息，一般有2台；第二页监测的是艉侧推的报警信息。机械类的监测 画面有一页，主要监测全船的机械类的综合报警，包括舵机、空调和冷库等等。配电板监测 画面有一页，读取配电板的信息，显示全船的供电状态。自系统监测画面主要监测本系统的 失电故障和网络通讯情况。监测显示画面均有下拉菜单及任务栏等方便操作的设置，操作 设置包括鼠标及键盘快捷键操作等。在监测显示画面能调阅报警记录及监测数据的趋势图 等数据。本发明具有如下优点1.本系统的设计是基于船舶的特殊的运行环境的。船舶的运行环境具有震荡剧烈、倾斜度高、高湿度和高盐雾浓度等特点。陆上所用的报警设备一般都不具备在这些环境 下运行的性能。2.本系统采用UPS电源供电，可以确保系统的稳定运行。输入失电后，UPS电源的 供电能力在30分钟以上。3.本系统 采用至少一 PLC处理单元，优选为两个，从而可以把重要设备的报警点 分开来监测，其中一个PLC处理单元出现故障时也不会导致整个系统的崩溃。使用PLC处 理单元还可简化电路结构，无需使用庞大的硬件电路来实现采集的功能。4.本系统采用PLC系统，PLC处理单元便于维护和扩展。PLC处理单元为标准产 品，当某个模块故障时只要把这个模块拆卸下来更换一个模块即可使系统恢复正常。而当 系统需要升级或扩展的时候，增加PLC处理单元就能实现，并不需要更换整个系统的电路 板。5.本系统的显示操作画面采用分系统显示，对每个系统的监测参数进行形象具体 的显示。显示操作画面风格类似WINDOS操作画面，极大的方便了操作人员的操作。显示操 作层的设备除了能显示实时监测的参数，还对报警进行记录，方便了操作人员查阅全船设 备的运行情况。显示操作层的计算机还可以记录监测参数的历史数据，使用趋势图功能可 以查看各重要参数的各时刻运行情况，方便进行数据统计和分析。6.网络通讯层采用管理型型交换机构成的环网，从而可以增加网络通讯的稳定 性。7.本系统是基于双以太网及环网的全船检测报警系统。系统采用网络通讯可节省 电缆的使用，降低成本。系统采用以太网进行网络通讯，这是一种通讯速度快、质量高和数 据量大的通讯方式。本系统基于双以太网，双网络通道之间互为备用，可以有效的防止网络 故障，具有强大的网络故障处理能力。以环网连接可以确保网络通讯层的交换机之间的连 接更加的稳健。以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明 的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范 围之内。
权利要求
1. 一种基于双以太网及环网的全船监测报警系统，其特征在于包括电源供电层、信 号采集层、网络通讯层及显示操作层。其中所述电源供电层包括至少一 UPS电源，所述信号 采集层包括至少一 PLC处理单元；所述网络通讯层包括至少三个相互连接的交换机；所述 显示操作层包括至少一触摸屏或至少一计算机；所述电源供电层给所述PLC处理单元、所 述交换机及所述触摸屏和计算机供电。所述PLC处理单元分别与两交换机连接形成两条传 输通道；所述交换机两两相连组成环网；所述触摸屏或所述计算机与三个相互连接的所述 交换机中的任意一台连接；系统的工作过程如下所述PLC处理单元从信号采集点采集信号，所述PLC处理单元对 采集信号与预设程序的参数进行分析对比，得到处理数据；若所述处理数据为报警信号则 触发声音报警；检测系统的通讯网络是否正常；检测当前系统使用的传输通道，正常时，使用当前使 用的传输通道进行信号传输；若不正常，则切换至另一条传输通道并检测其是否正常，若正 常，则使用其进行信号传输；若不正常，则系统报警；当所述传输通道正常时，所述触摸屏或所述计算机显示所述处理数据。
全文摘要
本发明提供的一种基于双以太网及环网的全船监测报警系统，包括电源供电层、信号采集层、网络通讯层及显示操作层。其中所述电源供电层包括至少一UPS电源；所述信号采集层包括至少一PLC处理单元；所述网络通讯层包括至少三个相互连接的交换机；所述显示操作层包括至少一触摸屏或计算机；所述电源供电层给所述PLC处理单元、所述交换机及所述触摸屏或所述计算机供电；系统的工作过程如下所述PLC处理单元采集信号并进行处理，获得处理数据；检测系统的当前传输通道是否正常；所述传输通道正常时，所述触摸屏或所述计算机显示所述处理数据。本发明通讯速度快，通讯数据量大，系统稳定，且显示内容丰富、界面清晰可靠。
文档编号H04L12/42GK102082716SQ201010549990
公开日2011年6月1日 申请日期2010年11月17日 优先权日2010年11月17日
发明者冀明, 刘经国, 崔东晓, 朱省年, 梁智铭, 樊帜文, 陆景松 申请人:广州市美柯船舶电气设备有限公司