[科普中国]-机舱监测报警系统

检测

主辅机的运行状态和参数一般都是非电量的物理量。检测这些物理量的器件称为“传感器”，或简称“探头”。例如：压力传感器、温度传感器、流量传感器和液位传感器等。

监测报警系统是电气系统，非电量必须变换成电量才能进行检测，所采用的传感器是把非电量变换成电量。电量也有多种量值单位、量值范围也有不同。模拟量通常是变换成标准的4mA～20mA电流信号或0V～5V电压信号。担任这种变换的器件称为变送器。

检测点也称为监测点或报警点。系统设备的检测点设置传感器，例如：检测压力用管路连接输入到传感器；检测温度的传感器，检测元件用热电阻或热电偶制成“温包”插入检测点。模拟量传感器输出，通过变送器变换，输入检测电路检测，也可以连接显示仪表。有的传感器本身带有变送器，输出直接输入检测电路。检测的量值达到或超过设定的限值，检测电路动作输出报警。开关量传感器输出，是在设定的限值动作，如果是突变的电量，则经过检测电路输出报警；如果是触点信号则直接输出报警。1

传感器传感器有电量的和非电量的，这里讨论非电量的传感器。把非电量变换成电量，输人是被检测的物理量，输出是电量。电量包括：电流、电压、电阻和电触点。

物理量通常是连续的量值，在传感器检测范围内任何一点都有量值，这种连续的量值称为模拟量。传感器感受检测的模拟量，传递出。的也是模拟量信号，称为模拟量传感器，如果传感器只对某个量值作出反应，传递出突然变化的信号，称为开关量传感器。把检测的模拟量再变换成标准的电流和电压信号，称为变送器，如温度变送器、压力变送器。

机械运行的参数有：压力、温度、流量、液位和转速等。传感器有各种输出形式以适应各种用途。用于机舱监测报警系统的模拟量传感器和变送器主要是压力和温度，对应的接口一般有：铂电阻，电阻值随温度变化；热电偶，热电势随温度变化；标准电流模拟量4mA～20mA；标准电压模拟量0V～+10V。1

类型机舱监测和报警系统是船舶中最重要的监测设备，也是机舱自动化系统中应用计算机技术最早的系统。系统的基本功能是代替轮机人员巡回检测机舱中各种设备的运行状态，如主机、各种辅机、舵机、分油机、锅炉、船舶电站、空气压缩机、泵以及各油、水柜等的参数或状态。机舱监测和报警系统的计算机一般安装在机舱集控室内，是实现无人机舱必不可少的自动控制系统之一。

机舱监测和报警系统由安装在机舱各种设备上的传感器、报警控制单元、显示单元、打印记录单元、灯光指示板、延伸报警箱、主电源和应急电源等几部分组成。其中分散安装在机舱各种机器和设备上的传感器是非常重要的元部件，它向集中监测和报警系统提供监测对象的信息和数据。 监测的信息主要有两大类。一类是模拟量信号，如冷却水、滑油、燃油、气缸排气的进出口温度和压力、转速、流量等。模拟量信号一般需要经过刖D转换和计算机处理后，直接得到其具体数值。另一类为开关量信号，如一些设备的运行或停车状态，双位控制的压力信号，油、水柜液面的高、低位信号等。这些信号根据不同的要求有的需要数据显示，有的需要进行报警处理，有的还要把状态送到主机遥控系统或安全保护装置中。开关量信号需编成不同的组(一般八个为一组)通过输入接口板读入计算机，计算机再根据其具体状态进行相应的处理，有的只进行灯光指示，有的还要进行报警处理。

机舱集中监测和报警系统在没有计算机之前，采用分立式电子器件，功能差，维护困难。计算机出现后，使得机舱集中监测和报警系统的功能及可靠性得到了大大提高。短短几十年来，采用微机的集中机舱监测和报警系统的发展经历了从集中式、模块化结构、分布式(DCS)网络型到现场总线型几个阶段。目前应用到船舶上的机舱集中监测和报警系统产品型号不断更新，性能日趋完善。这几个阶段的机舱集中监测和报警系统的特点如下。

集中式机舱监测和报警系统集中式机舱监测和报警系统采用一台微机，将所有监测点的传感器信号经信号接口板(分模拟量信号转换板和开关量信号转换板)转换后送到微机中。

这种结构的特点是典型的数据采集系统，所有信号都送入集控室的计算机中进行统一处理，结构紧凑。缺点是系统过于集中，核心部分的微机出现故障会造成整个系统的瘫痪。此外，这种结构要把遍布机舱所有的传感器信号通过屏蔽电缆线送到集控室，需要大量的屏蔽电缆线，而且抗干扰性能差。它一般仅适用于监测点不多的中、小型船舶。

模块化结构的机舱监测报警系统SIEMENS公司的SIMOS 32型机舱监测报警系统是模块化结构的机舱监测和报警系统的典型代表。SIMOS 32采用模块化结构，系统的基本模块是由报警箱组成的报警单元。每个报警单元具有独立性和智能特性，其中：

SIMOS 32U为通用型报警单元，适用于任何传感器信号；

SIMOS 32K为适用于冷藏系统的通用型报警单元；

SIMOS 32B为只适用于双态传感器信号的报警单元；

SIMOS 32BS为适用于HLL信号的双态传感器。

U、K、B型报警单元可以在报警箱上进行编程，对报警点列表编目和报警参数赋值。这些报警箱上设有功能键、16个字符显示器、报警灯、蜂鸣器、消音消闪光按钮和数据传送插头。报警箱装在机舱集控室内，各测量点传感器通过电缆线将信号送到集控室。报警箱的输出单元连接到设置在驾驶室等处的CRT显示终端、延伸报警板以及打印机等。此外，系统还可以与SIMOS 41组成彩色模拟图形显示功能。2

功能机舱监测和报警系统具有如下基本功能：

(1)数据采集和显示功能

由于机舱内设备种类繁多，因此，监测报警系统要对各种类型的参数进行采集处理。采集的信号有模拟量传感器信号(4～20 mA、0～10 mA、0～5 V、mV、电阻等)、开关量信号(双位传感器、开闭式等)和脉冲量信号等。微机系统对这些信号采集处理后，进行多种方式的显示，有集控室和各终端显示器的显示、模拟灯板显示和延伸报警板显示等。船员可以在船上各部位通过这些显示实时掌握和了解机舱设备运行的情况。根据监测系统的要求，微机进行数据采集时有两种方式。

①连续监视方式。连续监视方式主要指集中监视与报警系统。这种系统对机舱内的所有监测点实行同时连续监测。它将各监测点的状态参数经传感器检测后，并行送人系统中的核心单元——报警控制单元。报警控制单元是由很多报警控制电路组合而成的。由于各监测点之间相互影响很小，当某一个监测点通道发生故障时，不影响其他通道工作，而且监测点增减不受限制。这种方式由于每个监测点需要一个报警控制电路，因此所需要的电子器件较多，造价较高。

②扫描监视方式。扫描监视方式也称为巡回检测方式。这种方式从常规仪表方式发展到微机控制的集中监视系统。所谓巡回检测就是监视系统以一定的时间间隔依次巡回检测各监测点参数。这种方式是由采样器依次把一个或一组传感器信号送人系统的核心单元，系统对各监测点参数实行分时间间断处理。由于监视参数是逐一送入系统核心单元的，不管监测点有多少，都只需要一个中央处理单元，因此可以节省大量电子元件，并且可以使测量精度提高。在微机控制的集中监测报警系统中，可以通过分散集中、分时采集甚至网络结构的方式，使传输电缆减少到最小限度，从而降低成本，减少故障率，提高可靠性。但是由于扫描监视方式受系统采样速度和信息处理速度的限制，因此目前船上大多不再采用扫描监视方式，而是采用分布网络式结构。

(2)故障报警

设备在运行中出现的故障有两种情况，一种是通常故障，另一种是短时故障。对这两种故障要分别进行不同的处理。

①通常故障报警。当设备运行中出现故障时，系统监测到后，立即发出声光报警，以通知值班轮机员。这时候报警指示灯闪烁，值班轮机员按应答按钮后，报警指示灯停止闪烁，变成常亮(或红灯)，以记忆故障，报警声消音。直到排除故障报警，指示灯才转为正常。

②短时故障报警。短时故障报警与正常故障报警的区别是设备出现故障后，可借助自动切换装置使其迅速恢复正常，如某泵出现故障后，迅速起动备用泵。短时故障报警虽可恢复正常，但应让值班轮机员知道有故障设备被切换。方法是报警灯采用慢闪烁，以记忆故障，直到值班轮机员按应答按钮后再恢复正常。

③排气温度偏差报警。主机气缸排气温度是判断主机故障的一个敏感参数，特别是各缸排气温度与平均温度之间的偏差，更能判断出某一缸的状态。对主机气缸排气温度及偏差的报警，依主机的型号有所区别，有的还有专门的特征曲线，因此对排气温度偏差报警应根据情况在系统软硬件中进行专门处理。当偏差太大时，不仅要报警，还要自动控制主机减速或停车。

(3)延时报警

船上有时并不是真正的故障报警，却经常发出报警信号。如处于报警线附近的油水柜的液位，由于船舶的摇晃，造成一会儿正常，一会儿报警。还有主机经过临界转速区时，会因为船舶剧烈的振动而使开关量传感器的触点出现瞬间的断开现象，致使产生误报警。为避免这种误报警，一般设置报警延时时间。对于液位报警，延时时间在20～30 s，让延时时间大于船舶摇摆周期。对于开关量报警，延时时间只要大于0.5 s即可。

(4)报警闭锁

船舶的运行状态是变化的，如停靠港时，船上主机和有些设备不运行，而发电机等仍然需要运行，这时候有些相关参数会不在正常范围。为防止这时的误报警，必须具有报警闭锁功能，根据船舶的运行状态封锁相关的报警点。

(5)延伸报警

延伸报警是专门为无人值班机舱而设置的，在这种情况下，需要把机舱设备运行的状态分别延伸到驾驶台、轮机长和轮机员房间以及公共场所。延伸报警通常按故障的严重性分为四组：主机故障自动停车；主机故障自动减速；重要故障；一般故障。可以根据故障的类型，在不同的延伸报警处设置不同的故障指示板和应答方式。2

型号举例SMS-12型机舱监测与报警系统是由日本JRCS公司设计制造的。在中远集团总公司第五代5250箱位的集装箱船上配备了这套系统，该系统是以多微处理器网络技术为基础的分布式监测报警系统，它按标准模块设计，采用串行和局域网通信，使该系统具有很大的灵活性。

该系统包括主站、分站和延伸报警板(屏)等部分，并连接在一个网络中。分站就是各个现场单元(或原地单元)，它们的处理器板是相同的，可互换，仅是程序不同，程序存放在只读存储器中，是可更换的。主站是由中央计算机、操作面板、彩色显示器、打印机等组成。主站可以配置两套中央计算机系统，分为A系统和B系统，一套作为主系统可正常运行，另一套作为备用系统。备用系统一直监视主系统的运行工况，当备用系统检测到主系统出现故障时，将自动替换运行中的主系统，并执行其相应的所有功能。3