一种油船货油装卸作业的多点设备分布式监控系统的制作方法

本实用新型涉及船舶工程技术领域，具体涉及一种油船货油装卸作业的多点设备分布式监控系统。

背景技术：

与其它类型船舶不同，油船为一种危险品运输船，需要实现防火、防爆、防污染的安全保证，因此对货油的装卸作业有特殊要求。油船货油装卸作业的主要常规配套有：货油装卸设备、货油扫舱设备、专用压载设备。此外，还有其它可选配套：为提高操作的自动化水平，一般配置液位遥测、阀门监控设备；为优化油船运输和作业的安全水平，会将惰性气体系统设置在油船内部，同时可配备专用的消防、水喷淋设施等；为减少油船压载水排放对环境的污染程度，会在油船内部配置洗舱设备和排油监控装置；在运载诸如重柴油、燃料油、润滑油、渣油等粘度大的重质油品时，通常需要在货油舱配置货油加热设备。

在航区为沿海和内河的中小型成品油船中，油船依靠自身的装卸设备，通过本船管头连接的管路与对方码头终端或船舶进行驳运货油，装卸过程不但影响作业时间和结束时剩余的货油量，更关系到卸货设备及船舶的安全，所以对船员技能要求较高，船员工作量多、疲劳强度大。

油船货油装卸作业的安全、可靠、高效运行至关重要，基于此原则需要在作业过程中对装卸设备和船舶状态进行同步监控，综合起来分为监测与控制两大功能，它们是实现货油装卸自动化和智能化的基础，以确保油船能成功地输送所装载的油料。监测部分：货油舱(液位、温度)，水舱(液位)，货油泵、洗舱泵、压载泵、消防泵等(进/出口压力、转速、电流、轴承和填料函温度)，机舱设备和排油监控装置等，对监测参数分析、辨识及发出报警；控制部分：控制各种阀门、泵浦、风机等装置，并在超过报警阀值的危险状态时自动发出控制指令。就地监测、控制设置在设备侧；全面核心的远程监测、遥控位于货油室内，覆盖了所有设备监测点；必要的公共报警点延伸到集控室和船舶监测报警系统。

从实际配套来看，货油装卸作业系统集成了货油装卸、扫舱、压载等多种功能，并相合监控系统成为一套复杂的大系统，已经成为仅次于主推进装置的船舶第二大设备系统。近年来，货油装卸作业监控系统在设计生产和实际应用中不断改进。由于追求性价比和市场占有率，多采用集中监控系统，该类系统存在一些技术缺陷，难以满足安全适用、操作便捷、易于维护等需求，主要存在以下问题：

1、整体式结构设计造成安装制造和维修保障困难，而且不利于技术升级和容量扩展。例如在船舶设备修理改造或技术升级后，需要更改货油装卸作业系统，重新配置硬件、软件监控方式。

2、整体性能和控制策略不够完善，主要为缺少完备的状态监控、故障报警、诊断和自动处理功能，事故排查全靠人工现场判断，不仅耗费人力、劳动强度高、处置效率低，而且贻误应对时机，误操作风险大，影响货油装卸作业安全。

3、船舶设备数量繁多，位置较为分散，集中式监控系统通过电缆将设备信号一对一传送到集控室，信号传输距离较远，会发生衰减，易受外界干扰且无法保证同步性，系统工作可靠性难以保证。有鉴于此，有必要对现有货油装卸作业系统予以技术改进，以解决上述问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种可完善整个系统的技术性能、安全性能、经济性能及后续维修，将相应功能模块并整合到一起，实现多点设备分散监测、集中管理及货油装卸作业的智能化、自动化，形成功能强、维修易、价格低的油船货油装卸作业的多点设备分布式监控系统。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是提供了一种油船货油装卸作业的多点设备分布式监控系统，所述系统包括用通讯网络相互联接的上位机，下位机，被监控对象，货油监控台；

所述上位机为设置在油船货油室内的工控机，工控机内设有上位机通信模块和数据处理模块，数据处理模块通过上位机通信模块接收下位机传输来的监测数据，经分析计算处理后将结果呈现于显示器；

所述下位机为监测信号采集单元，监测信号采集单元安装在控制箱内，并将被监控对象的状态参数并转换为电信号，再通过下位机通信模块将采集到的电信号传送到上位机；

所述通讯网络为上位机与下位机之间的双向信号传输通道，下位机将被监控对象状态参数的电信号传送电信号到上位机，并接收上位机发送给下位机的控制信号；

所述监控对象为货油装卸作业中的相关设备，至少包括有货油舱的液位、温度，水舱的液位，至少还包括货油泵、洗舱泵、压载泵的进口压力、出口压力、转速、电流、轴承和填料函温度，机舱设备的运行状态和排油监控装置的油分浓度、流量。

所述货油监控台至少包括上位机、上位机通讯模块、控制开关和报警器的集成安装平台，货油监控台设置在货油室，货油监控台用于远程控制操作，远程控制操作包括泵、风机的启动、停止和调速；当被监控对象状态参数的电信号值超过设定阈值时，货油室工控机发出报警信号和控制指令。

优选的技术方案是，所述通讯网络为工业局域网。将集中式监控方式改进为总线分布式监控系统。集中式监控方式通过电缆将信号一对一远距离传输到集控室，在保障性和可靠性方面是不可取的。总线分布式监控系统具有测点覆盖范围大、网络互联能力强、分散监测、集中管理、扩展灵活、功能强大、可靠性高等优良特性，解决了设备数量多、分布广及监测、操作、管理困难的问题。

进一步优选的技术方案是，所述上位机采用共享存储的双机热备系统，双机热备系统通过软硬件结合实现具有单点故障容错能力的平台。在单主机监控系统中，若主机出现故障，直接导致系统瘫痪失灵；即使主机故障修复，也不能在故障断点接续工作。双机热备方案是具有单点故障容错能力的系统平台，采用工作机发生故障时备份机接管工作机工作的机制，并进行故障报警，实现在无人值守情况下系统自动切换和数据的高可用性，避免停机造成的损失。

优选的技术方案还有，所述下位机包括分别与监控对象连接的控制箱和通讯网络，控制箱内设有控制组件和电测单元，电测单元至少包括有输入信号通道电路、输入信号调理电路、a/d转换电路、通讯接口电路及电源模块。

优选的技术方案还有，所述上位机采用pic处理器或者plc控制器。

本实用新型的优点和有益效果在于：该油船货油装卸作业的多点设备分布式监控系统可完善整个系统的技术性能、安全性能、经济性能及后续维修，可将相应功能模块并整合到一起，实现多点设备分散监测、集中管理及货油装卸作业的智能化、自动化，形成功能强、维修易、价格低等特点。

1、采用分布式监控：使得多点设备分布式监控方式不仅能够对设备数据信息进行查看、统计、备份，而且能够通过终端发布指令对相关设备进行远程集中控制，实现分散监控、集中管理，具备监测报警、故障诊断及替代人工介入自动处理等功能。

2、采用模块化结构：使其综合考虑技术性能、安全性能、经济性能及后续维修更加完善，采用分立式模块化单元结构，便于设计、生产、装配、维护和检修，利于缩短研发、生产周期和降低成本，易于升级系统功能以拓宽使用范围。

3、该系统实用可靠：实用可靠是工程设计的基本要求，性能稳定是分布式监控系统的关键优势。根据需求采用基于共享存储的双机热备方案和双通讯网络，提高信号稳定性和工作可靠性，减少性能不稳定造成的误报警及误操作风险。

附图说明

图1为本实用新型所示出的一种油船货油装卸作业的多点设备分布式监控系统的总体结构图；

图2为上位机基于共享存储的双机热备系统结构图。

图3为液位遥测分系统的功能流程图；

图4为阀门监控分系统的功能流程图；

图5为泵浦及通风监控分系统的功能流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

请参图1至图5所示出的是本实用新型一种油船货油装卸作业的多点设备分布式监控系统，所述系统包括用通讯网络相互联接的上位机，下位机，被监控对象，货油监控台；

所述上位机为设置在油船货油室内的工控机，工控机内设有上位机通信模块和数据处理模块，数据处理模块通过上位机通信模块接收下位机传输来的监测数据，经分析计算处理后将结果呈现于显示器；

所述下位机为监测信号采集单元，监测信号采集单元安装在控制箱内，并将被监控对象的状态参数并转换为电信号，再通过下位机通信模块将采集到的电信号传送到上位机；

所述通讯网络为上位机与下位机之间的双向信号传输通道，下位机将被监控对象状态参数的电信号传送电信号到上位机，并接收上位机发送给下位机的控制信号；

所述监控对象为货油装卸作业中的相关设备，至少包括有货油舱的液位、温度，水舱的液位，至少还包括货油泵、洗舱泵、压载泵的进口压力、出口压力、转速、电流、轴承和填料函温度，机舱设备的运行状态和排油监控装置的油分浓度、流量。

所述货油监控台至少包括上位机、上位机通讯模块、控制开关和报警器的集成安装平台，货油监控台设置在货油室，货油监控台用于远程控制操作，远程控制操作包括泵、风机的启动、停止和调速；当被监控对象状态参数的电信号值超过设定阈值时，货油室工控机发出报警信号和控制指令。

本实用新型优选的实施方案是，所述通讯网络为工业局域网。将集中式监控方式改进为总线分布式监控系统。集中式监控方式通过电缆将信号一对一远距离传输到集控室，在保障性和可靠性方面是不可取的。总线分布式监控系统具有测点覆盖范围大、网络互联能力强、分散监测、集中管理、扩展灵活、功能强大、可靠性高等优良特性，解决了设备数量多、分布广及监测、操作、管理困难的问题。

本实用新型进一步优选的实施方案是，所述上位机采用共享存储的双机热备系统，双机热备系统通过软硬件结合实现具有单点故障容错能力的平台。在单主机监控系统中，若主机出现故障，直接导致系统瘫痪失灵；即使主机故障修复，也不能在故障断点接续工作。双机热备方案是具有单点故障容错能力的系统平台，采用工作机发生故障时备份机接管工作机工作的机制，并进行故障报警，实现在无人值守情况下系统自动切换和数据的高可用性，避免停机造成的损失。

本实用新型优选的实施方案还有，所述下位机包括分别与监控对象连接的控制箱和通讯网络，控制箱内设有控制组件和电测单元，电测单元至少包括有输入信号通道电路、输入信号调理电路、a/d转换电路、通讯接口电路及电源模块。

本实用新型优选的实施方案还有，所述上位机采用pic处理器或者plc控制器。

图1是本实用新型所示出的一种油船货油装卸作业的多点设备分布式监控系统的总体结构图。该系统主要由监测控制分系统、液位遥测分系统、阀门监控分系统、泵浦及通风监控分系统等组成。

油船货油装卸作业的安全高效运行至关重要，基于此原则需配备监测报警和安全控制系统，这是实现货油装卸自动化和智能化的基础，是油船成功地输送所装载货油的保证。本系统通过对液舱的液位信号，各遥控阀门的启闭及开度信号，各类泵的启停及进出口压力信号，及其他船舶设备信号的采集、传输、处理、显示、报警、远传，完成对上述设备的监测，同时根据监测状态进行控制。

监测部分：货油舱(液位、温度)，水舱(液位)，货油泵、电动泵、洗舱泵、压载泵等各类泵(进/出口压力、转速、电流、轴承和填料函温度)，机舱设备和排油监控装置等，分析、辨识监测参数及发出报警；控制部分：操作各种阀门、泵浦、风机等装置，并在超过报警阀值的危险状态或出现故障时自动发出控制指令处理潜在外部风险，保护人员设备安全。就地监测、控制设置在设备现场侧；全面核心的远程监测、遥控设置在货油室内货油监控台，覆盖了所有设备监测点；必要的公共报警点延伸到集控室和船舶监测报警系统。考虑到货油装卸作业时需要参考各种相关数据及其它同步操作的系统(如调节船舶压载)，将货油监控台作为远程监测、控制的主要位置。

监测控制分系统是以货油监控台为中心集成的软硬件系统组成，包括监测控制软件及人机操作界面。用于通过通讯网络接受设备测量信号进行数据处理、分析，反馈信号对下位机进行控制，同时显示、报警，及将所需数据传输至集控室工控机、装载计算机、船舶监测报警系统，以便发生故障及时提醒船员迅速做出反应。人机操控界面是值班船员与其他分系统实现交互操作的媒介，包括货油监控台上的上位工控机、显示器、旋钮、按键及组合控制板等。

液位遥测分系统用于对液舱液位进行测量；阀门监控分系统，泵浦及通风监控分系统分别用于对阀门、泵浦、风机进行监测和控制。

图1中货油监控台上还设有船内外通信联络工具。货油装卸作业系统根据需要可选配其它设备，如排油监控、货油加热、惰性气体、压载水处理、可燃气体探测等，并对相关设备进行监控，让船员在值班中迅速发现并处理潜在的危险源。

图2为上位机基于共享存储的双机热备系统结构图。

该系统使用互为备份的两台主机共同执行同一服务，其中一台主机为工作机，另一台主机为备份机，两台主机都与共享存储设备连接，操作系统、应用软件和双机软件分别安装在两台主机的内部存储上，应用服务的数据则存放在共享存储设备上。两台主机之间通过局域网络连接，随时监控对方的运行状态。

该系统具有单点故障容错能力，当工作机发生故障，无法正常提供服务时，备份机会及时侦测到故障信息，并根据切换策略及时进行故障转移，由备份机接管故障主机的工作，保证系统自动不间断地运行，并进行故障报警，提示值班船员对故障主机进行维护。

该切换过程是全自动、完全透明的，且在很短的时间内完成，避免长时间停顿造成不可估量的损失。由于共享同一存储设备，实际上两台主机使用的是同一份数据，不用担心数据一致性的问题。当故障排除后，值班船员可以选择自动或手动将业务切换回原主机；也可以选择不切换，此时维修好的主机就作为备份机，双机系统继续工作。

图3为液位遥测分系统的功能流程图。本分系统由4台液位采集箱和多个液位传感器(气电式或压电式)、温度传感器组成，其中温度传感器用于测量油舱内货油的温度。液位采集箱的实际数量根据油船液舱情况进行调整。

4台液位采集箱分别以挂壁式安装在船舶的左舷前部、左舷后部、右舷前部、右舷后部，用于采集液位信号并通过双通讯方式进行传输，以提高系统可靠性。一根通讯线传输信号，另一根为备用线，当通讯线发生故障时，系统发出报警并切换至备用线，信号传输不受影响。

采用菊花链式连接传输信号，即左前、右前液位采集箱分别将采集液位、温度信号通过两路通讯线传输至左后和右后液位采集箱，左后、右后液位采集箱接收信号汇总后，各自通过两路通讯线输送至货油监控台。传感器通过对液位高度变化的测量，产生模拟量信号。

图4为阀门监控分系统功能流程图。本分系统由2台阀门控制箱和多只电液式遥控阀门组成。阀门控制箱的实际数量根据阀门布置情况可以调整，阀门种类根据需求选择电液式开关型蝶阀，电液式开度型蝶阀或电液式开关型截止阀。阀门控制箱设置于阀门集中的处所，用于采集、传输阀门的状态信号及接收信号控制阀门动作。

采用双通讯方式进行信号传输，一根通讯线传输信号，另一根为备用线，当通讯线发生故障时，系统发出报警并切换至备用线，信号传输不受影响。采用菊花链式连接传输信号，即2#阀门控制箱通过两路通讯线连接至1#阀门控制箱，1#阀门控制箱通过两路通讯线连接至货油监控台的监测控制分系统。信号通过通讯线进行双向传输。2#阀门控制箱接收阀门的状态信号，在就地面板上显示和报警，并将信号传输至1#阀门控制箱，1#阀门控制箱接收信号汇总后，传输至货油监控台。货油监控台发出的控制信号，先传输至1#阀门控制箱，再传输至2#阀门控制箱，控制阀门的开关和开度，也可通过就地面板上现场控制阀门。遥控阀门由阀体和驱动头组成，驱动头可将阀门的开关状态以开关量信号的形式反馈至阀门控制箱，开度状态(仅针对开度型阀门)以模拟量信号的形式反馈至阀门控制箱；同时可以接收阀门控制箱的信号控制阀门的动作。

图5为泵浦及通风监控分系统功能流程图。本分系统由水泵控制箱、油泵及通风控制箱和各类传感器组成。控制箱用于采集、传输阀门的状态信号及接收信号控制水泵、油泵和风机动作。

根据水泵的不同类型，水泵控制箱可分为日用舱底泵控制箱、压载泵控制箱、舱底消防总用泵控制箱，实际配置情况根据油船需求而定。水泵控制箱接收船舶供电，为各自相应水泵提供电源，对水泵进出口压力进行测量，根据测量液位产生的模拟量信号传输至控制箱，监控水泵的运行及故障状态。

油泵、通风控制箱接收船舶供电，为货油泵、风机提供电源并监控货油泵、风机的运行及故障状态。货油泵是油船驳运关键设备之一，它将船舱内的油品经过管路输送到对方码头终端或船舶的动力装置。其驱动装置可为电动机，也可用机舱内的发电柴油机或透平机通过穿舱传动轴进行驱动，例如，采用柴油发电机组的自由端通过离合器隔舱传动装置驱动货油泵。紧临船艉机舱一般设有专门的独立泵舱，用于安装货油泵、货油扫舱泵及压载泵等设备。泵舱位于机舱与货油舱之间，泵舱内所有设备应具有防爆性能，穿越机舱、泵舱舱壁的轴应设有防爆气密型隔舱填料函。货油泵可配备如下监测：泵壳温度传感器、轴承温度传感器、泵振动传感器、泵机械密封液位开关、泵的吸口和泄放压力传感器，以及和安全区域机舱接触的填料函盒温度监测等，以上都可在货油室进行显示。

采用双通讯方式进行信号传输，一根通讯线传输信号，另一根为备用线，当通讯线发生故障时，系统发出报警并切换至备用通讯线，信号传输不受影响。采用菊花链式连接传输信号，例如，2#日用舱底泵控制箱通过两路通讯线连接至1#日用舱底泵控制箱，再通过两路通讯线连接至货油监控台的监测控制分系统。信号通过通讯线进行双向传输。2#日用舱底泵控制箱接收阀门的状态信号，在就地面板上显示和报警，并将信号传输至1#日用舱底泵控制箱，1#日用舱底泵控制箱接收信号汇总后，传输至货油监控台。货油监控台发出的控制信号，先传输至1#日用舱底泵控制箱，再传输至2#日用舱底泵控制箱，对水泵进行控制，也可通过就地面板上现场控制水泵。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。