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摘要：介紹一種船用水密門監控係統，闡述監控主機、控製模塊、報警模塊、協議轉換模塊的功能。該係統通過RS485總線進行組網，采用分散控製、集中管理的模塊化設計思想，能夠就地及遠程控製水密門的狀態、自動監測係統的各種狀態信息，並對係統故障進行實時顯示、蜂鳴器報警、記錄等功能。提高船舶自動化水平，確保船舶在航行中的**性。
關(guan) 鍵詞：船用水密門；監控係統；RS485總線
引言
船舶自動化設備是為(wei) 船舶配套的核心裝備之一，包括機艙自動化、航行自動化、船岸信息一體(ti) 化、閥門遙控等子係統，其中水密門監控係統推動了船舶自動的進程和“智能型”船舶的實現[1-2]，該係統用於(yu) 確保船舶在行駛過程中的**性，其主要負責監測船艙內(nei) 與(yu) 水密門相關(guan) 的動力設備的運行狀態和運行參數，可以自動監測設備在運行中發生的故障，並記錄保存故障信息，發出聲光報警信息[3-4]。本文介紹了一種基於(yu) RS485總線的水密門監控係統，該係統可以與(yu) 船載航行數據記錄儀(yi) 連接，記錄水密門在船舶航行過程中狀態信息，且具有可靠性高、抗幹擾能力強、組網靈活、方便擴展、易於(yu) 維護等特點。
1 船用水密門監控係統
1.1 係統結構圖
本船用水密門監控係統充分考慮水密門係統的自身的特性，主要從(cong) 係統**可靠出發，兼容係統的操作性、維護性、可擴展性，整個(ge) 係統采用模塊化設計，主要由以下4個(ge) 部分組成：監控主機（TPC7062K）、控製模塊（AWD16-C）、報警模塊（AWD16-A）、協議轉換模塊（AWD16-V），所有模塊通過RS485總線進行組網（如圖1所示）。
圖1 係統網絡結構圖
係統的監控主機與(yu) 協議轉換模塊安裝在船舶駕駛室中控操作台內(nei) ，控製模塊與(yu) 報警模塊布署在船艙內(nei) 水密門現場。控製模塊和報警模塊通過RS485接口與(yu) 監控主機連接，協議轉換模塊通過RS232接口與(yu) 監控主機連接、通過RS485接口與(yu) 船舶航行記錄儀(yi) 連接，形成網絡係統。每個(ge) 係統由一個(ge) 監控主機、一個(ge) 協議轉換模塊、若幹個(ge) 控製模塊、若幹個(ge) 報警模塊組成，其中每扇水密門配置一個(ge) 控製模塊與(yu) 一個(ge) 報警模塊。
1.2 係統工作原理及流程
1.2.1 係統工作原理
監控主機通過RS485總線周期性讀取控製模塊與(yu) 報警模塊的狀態信息，實時的顯示水密門的狀態，記錄開關(guan) 門及係統的報警信息，並負責向協議轉換模塊發送標準的Modbus-RTU協議報文；當協議轉換模塊接收到監控主機發送來的報文時，將其轉換為(wei) VDR報文，然後發送至航行記錄儀(yi) 中；監控主機也可控製現場的控製模塊，進行遠程關(guan) 門動作。
控製模塊及報警模塊的輸入端與(yu) 現場的信號線連接，實時的采集現場的狀態信息並判斷，做出相應的動作及報警指示。
1.2.2係統工作流程
係統軟件設計分為(wei) ：用C語言編寫(xie) 控製模塊、報警模塊以及協議轉換模塊；用腳本語言編寫(xie) 監控主機。係統工作流程圖如圖2所示。係統通電後，首行初始化，完成初始化後，監控主機向控製模塊、報警模塊發送報文，以完成對係統狀態的顯示、記錄及傳(chuan) 送，協議轉換模塊向監控主機發送查詢報文，判斷是否需要發送VDR報文。若係統無故障，則正常運行，否則，進行係統進行相應指示報警。控製模塊、報警模塊正常工作過程為(wei) ：首先，采集控製模塊及報警模塊共16路的信號輸入，然後對其進行邏輯預算以及關(guan) 係判斷，若不滿足報警條件，則繼續采集信號，進行邏輯運算；若滿足報警條件，相應的繼電器輸出報警，對應的LED指示燈則閃爍、點亮或熄滅。報警產(chan) 生後，可人為(wei) 消音或在規定的時間內(nei) 自動消音；協議轉換模塊的正常工作過程為(wei) ：給監控主機發送查詢報文，若回送的報文中有報警及開關(guan) 門動作信息時，則將讀取到的Modbus協議報文轉化為(wei) VDR報文格式傳(chuan) 送給航行記錄儀(yi) 。
圖2 係統工作流程圖
2 監控主機
監控主機是水密門監控係統的重要組成部分，顯示器分辨率為(wei) 800*480、65535色數字真彩、177.8mm（7in）寬屏顯示，觸摸控製、具有良好的人機界麵，操作簡單，其中人機界麵主頁如圖3所示。該模塊主要具有控製水密門閉合、顯示水密門當前狀態，顯示、記錄、查詢係統報警信息，蜂鳴器報警等功能。其中，報警信息主要包括電源故障、油機電機過載、油壓低、油位低、限位開關(guan) 故障、控製模塊故障等。
此外，監控主機還可以將采集到的開關(guan) 門及報警信息通過RS232總線傳(chuan) 給協議轉換模塊，由協議轉換模塊終傳(chuan) 至船舶VDR係統。監控主機具有的屏幕保護功能，較好的滿足船舶在夜間航行的要求；中英文顯示界麵自由切換，擴展了其應用市場。
圖3 人機界麵主頁
圖3注：①：水密門狀態指示燈；②：單獨關(guan) 門按鈕； ③：水密門三種控製方式（遠程總關(guan) 、本地控製、單獨關(guan) ）按鈕；④：蜂鳴器測試按鈕、報警消音按鈕、報警記錄按鈕，其中點擊報警記錄按鈕後進入報警記錄界麵；⑤：係統一條報警信息；⑥：警告語。
3 控製模塊與(yu) 報警模塊
控製模塊與(yu) 報警模塊負責現場水密門各種動作控製及係統狀態信息的采集，其供電電源為(wei) +24VDC，采用RS485通訊，具有6路無源幹接點、2路模擬量輸入（可做開關(guan) 量使用），8路繼電器幹觸點輸出、觸點額定負載，5A／250VAC／30VDC，節點輸入常開/常閉類型可設、輸入抖動時間及輸出延時時間均可設。
控製模塊的輸入節點，連接水密門開門按鈕、關(guan) 門按鈕、停門按鈕、開關(guan) 門限位開關(guan) 、油泵壓力模擬量輸入等；輸出繼電器，連接開關(guan) 門液壓電磁閥、開關(guan) 閃光指示燈及報警響鈴、控製模塊故障輸出等。報警模塊的輸入節點，連接試驗按鈕、消音按鈕以及電源故障、油機電機過載、油壓低、油位低、限位開關(guan) 故障、控製模塊故障等輸入報警點。輸出繼電器，連接報警指示燈及報警蜂鳴器。
將傳(chuan) 統的水密門現場控製器改為(wei) 獨立控製模塊與(yu) 報警模塊提高了係統魯棒性，且模塊采用知名公司32位處理器作為(wei) 主控芯片，加入軟硬件“看門狗”技術，防止死機現象，化的保證了係統的穩定可靠運行，且通過公司內(nei) 部測試及客戶現場使用情況證明，該係統設計達到了預期的效果，其原理框圖如圖4所示。
圖4 控製模塊與(yu) 報警模塊原理框圖
4協議轉換模塊
4.1 模塊功能
協議轉換模塊負責通過RS232總線，接收監控主機發送的Modbus-RTU協議報文，模塊內(nei) 部進行協議轉換，再通過RS485總線，將轉換的VDR協議報文，終傳(chuan) 送至船行記錄儀(yi) ，其原理框圖如圖5所示。
Voyage Data Recorder (VDR)是一種記錄船舶在運行過程中各種數據信息以及突發事件的設備，其設計初的目的與(yu) 用途是為(wei) 了方便海事事故的查詢[5]，係統的VDR報文滿足IEC61162-1-2010標準。
圖5 協議轉換模塊原理圖
4.2 Modbus-RTU與(yu) VDR協議
Modbus是一個(ge) 請求/應答協議，並且提供功能碼規定的服務。目前，可以通過以太網的TCP/IP以及各種介質（有限：EIA/TIA-232-F、EIA-422、EIA/TIA-485-A、光纖、無線等等）上的異步串行傳(chuan) 輸兩(liang) 種方式實現Modbus通信，其主要傳(chuan) 輸模式有：RTU、ASCII[6]。本係統主要用Modbus-RTU，03功能碼，具體(ti) 報文格式舉(ju) 例如表1所示。
表1 Modbus-RTU報文格式
IEC61162-1-2010 文檔中明確的對船載自動導航設備（AIS）信息采集和處理進行了規範化的闡述，本文使用的VDR通訊協議數據格式如圖6所示[7]
圖6 VDR通訊協議數據格式
5 結束語
本文介紹了一種船用水密門監控係統的設計，該係統具有獨立的控製模塊和報警模塊，其優(you) 點是可靠性高，實施簡單、維護方便；具有根據不同船型靈活配置，完善的報警顯示、故障診斷、故障記錄等功能，可以取代傳(chuan) 統工控機與(yu) PLC構建的自動控製係統。該係統較好的推動了船舶自動化係統的發展，並在國內(nei) 外實船上得到了較好的應用，從(cong) 而保障了船舶的航行**。
文章來源：《船舶》2016年1期。
參考文獻
[1] 馬善偉(wei) , 臧軍(jun) ,劉贇. 船舶自動化係統若幹關(guan) 鍵問題研究[J].上海造船,2011 (l):68-71.
[2] 馬馳譽. 船舶機艙監測報警係統的研究[D].大連：大連海事大學，2009.
[3] 楊建勳. 船舶水密門單片機控製係統的設計[J]. 武漢船舶職業(ye) 技術學院報,2011(3):23-24.
[4] 王榮,黃睿,劉冬等. 工程船液壓滑動水密門控製係統設計 [J].廣東(dong) 造船,2011 (2):56-57.
[5] 何曉東(dong) . VDR在海上移動式平台中的應用研究與(yu) 實現[D].大連：大連海事大學，2013.
[6] GB/Z 19582.1-2004， 基於(yu) Modbus協議的工業(ye) 自動化網絡規範 [S]. 北京: 歐陽勁鬆, 孫昕, 劉鐵椎等,2004: 4 -13
[7] IEC61162-1-2010，Maritime navigation and radiocommunication equipment and systems. [S]. Geneva: 2010:23-36.
作者簡介：
師晴晴（1985－），女，漢族，本科，工程師，主要研究方向為(wei) 智能建築供配電監控係統
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