機艙監測報警系統

對機械系統設備運行的檢測報警，無論是有人或無人值班的機艙都必須設定。

有人值班機艙的監測點較少，僅限於可能危及設備安全的狀態和參數。無人值班機艙的監測點則多得多。

基本介紹

• 中文名：機艙監測報警系統
• 外文名：Engine room monitoring and warning system
• 適用對象：飛機、船舶
• 分類：集中式、模組化結構
• 功能：數據採集和顯示功能等
• 型號舉例：SMS-12

檢測

主輔機的運行狀態和參數一般都是非電量的物理量。檢測這些物理量的器件稱為“感測器”，或簡稱“探頭”。例如：壓力感測器、溫度感測器、流量感測器和液位感測器等。

監測報警系統是電氣系統，非電量必須變換成電量才能進行檢測，所採用的感測器是把非電量變換成電量。電量也有多種量值單位、量值範圍也有不同。模擬量通常是變換成標準的4mA～20mA電流信號或0V～5V電壓信號。擔任這種變換的器件稱為變送器。

檢測點也稱為監測點或報警點。系統設備的檢測點設定感測器，例如：檢測壓力用管路連線輸入到感測器；檢測溫度的感測器，檢測元件用熱電阻或熱電偶製成“溫包”插入檢測點。模擬量感測器輸出，通過變送器變換，輸入檢測電路檢測，也可以連線顯示儀表。有的感測器本身帶有變送器，輸出直接輸入檢測電路。檢測的量值達到或超過設定照嘗霉朵的限值，檢測電路動作輸出報警。開關量感測器輸出，是在設定的限值動作，如果是突變的電量，則經過檢測電路輸出報警；如果是觸點信號則直接輸出報警。

感測器

感測器有電量的和非電量的，這裡討論非電量的感測器。把非電量變換成電量，輸人是被檢測的物理量，輸出是電量。電量包括：電流、電壓、電阻和電觸點。

物理量通常是連續的量值，在感測器檢測範圍內任何一點都有量值，這種連續的量值稱為模擬量。感測器感受檢測的模擬量，傳遞出。的也是模擬量信號，稱為模擬量感測器，如果感測器只對某個量值作出反應，傳遞出突然變化的信號，稱為開關量感測器。把檢測的模擬量再變換成標準的電流和電壓信號，稱為變送器，如溫度變送器、壓力變送器。

機械運行的參數有：壓力、溫度、流量、液位和轉速等。感測器有各種輸出形式以適應各種用途。用於機艙監測報警系統的模擬量感測器和變送器主要是壓力和溫度，對應的接口一般有：鉑電阻，電阻值隨溫度變化；熱電偶，熱電勢隨溫度變化；標準電流模擬量4mA～20mA；標準電壓模擬量0V～+10V。

類型

機艙監測和報警系統是船舶中最重要的監測設備，也是機艙自動化系統中套用計算機技術最早的系統。系統的基本功能是代替輪機人員巡迴檢測機艙中各種設備的運行狀態，如主機、各種輔機、舵機、分油機、鍋爐、船舶電站、空氣壓縮機、泵以及各油、水櫃等的參數或狀態。機艙監測和報警系統的計算機一般安裝在機艙集控室內，是實現無人機艙必不可少的自動控制系統之一。

機艙監測和報警系統由安裝在機艙各種設備上的感測器、報警控制單元、顯示單元、列印檔籃厚記錄單元、燈光指示板、延伸報警箱、主電源和應急電源等幾部分組成。其中分散安裝在機艙各種機器和設備上的感測器是非常重要的元部件，它向集中監測和報警系統提供監測對象的信息和數據。 監測的信息主要有兩大類。一類是模擬量信號，如冷卻水、滑油、燃油、氣缸排氣的進出口溫度和壓力、轉速、流量等。模擬量信號一般需要經過刖D轉換和計算機處理後，直接得到其具體數值。另一類為開關量信號，如一些設備的運行騙凳乘或停車狀態，雙位控制的壓力信號，油、水體轎殼櫃液面的高、低位信號等。這些信號根據不同的要求有的需要數據顯示，有的需要進行報警處理，有的還要把狀態送到主機遙控系統或安全保護裝置中。開關量信號需編成不同的組(一般八個為一組)通過輸入接口板讀入計算機，計算機再根據其具體狀態進行相應的處理，有的只進行燈光指示，有的還要進行報警處理。

機艙集中監測和報警系統在沒有計算機之前，採用分立式電子器件，功能差，維護困難。計算機出現後，使得機艙集中監測和報警系統的功能及可靠性得到了大大提高。短短几十年來，採用微機的集中機艙監測和報警系統的發展經歷了從集中式、模組化結構、分散式(DCS)網路型到現場匯流排型幾個階段。套用到船舶上的機葛簽夜艙集中監測員笑和報警系統產品型號不斷更新，性能日趨完善。這幾個階段的機艙集中監測和報警系統的特點如下。

集中式機艙監測和報警系統

集中式機艙監測和報警系統採用一台微機，將所有監測點的感測器槳尋挨罪信號經信號接口板(分模擬量信號轉換板和開關量信號轉換板)轉換後送到微機中。

這種結構的特點是典型的數據採集系統，所有信號都送入集控室的計算機中進行統一處理，結構緊湊。缺點是系統過於集中，核心部分的微機出現故障會造成整個系統的癱瘓。此外，這種結構要把遍布機艙所有的感測器信號通過禁止電纜線送到集控室，需要大量的禁止電纜線，而且抗干擾性能差。它一般僅適用於監測點不多的中、小型船舶。

模組化結構的機艙監測報警系統

SIEMENS公司的SIMOS 32型機艙監測報警系統是模組化結構的機艙監測和報警系統的典型代表。SIMOS 32採用模組化結構，系統的基本模組是由報警箱組成的報警單元。每個報警單元具有獨立性和智慧型特性，其中：

SIMOS 32U為通用型報警單元，適用於任何感測器信號；

SIMOS 32K為適用於冷藏系統的通用型報警單元；

SIMOS 32B為只適用於雙態感測器信號的報警單元；

SIMOS 32BS為適用於HLL信號的雙態感測器。

U、K、B型報警單元可以在報警箱上進行編程，對報警點列表編目和報警參數賦值。這些報警箱上設有功能鍵、16個字元顯示器、報警燈、蜂鳴器、消音消閃光按鈕和數據傳送插頭。報警箱裝在機艙集控室內，各測量點感測器通過電纜線將信號送到集控室。報警箱的輸出單元連線到設定在駕駛室等處的CRT顯示終端、延伸報警板以及印表機等。此外，系統還可以與SIMOS 41組成彩色模擬圖形顯示功能。

功能

機艙監測和報警系統具有如下基本功能：

(1)數據採集和顯示功能

由於機艙內設備種類繁多，因此，監測報警系統要對各種類型的參數進行採集處理。採集的信號有模擬量感測器信號(4～20 mA、0～10 mA、0～5 V、mV、電阻等)、開關量信號(雙位感測器、開閉式等)和脈衝量信號等。微機系統對這些信號採集處理後，進行多種方式的顯示，有集控室和各終端顯示器的顯示、模擬燈板顯示和延伸報警板顯示等。船員可以在船上各部位通過這些顯示實時掌握和了解機艙設備運行的情況。根據監測系統的要求，微機進行數據採集時有兩種方式。

①連續監視方式。連續監視方式主要指集中監視與報警系統。這種系統對機艙內的所有監測點實行同時連續監測。它將各監測點的狀態參數經感測器檢測後，並行送人系統中的核心單元——報警控制單元。報警控制單元是由很多報警控制電路組合而成的。由於各監測點之間相互影響很小，當某一個監測點通道發生故障時，不影響其他通道工作，而且監測點增減不受限制。這種方式由於每個監測點需要一個報警控制電路，因此所需要的電子器件較多，造價較高。

②掃描監視方式。掃描監視方式也稱為巡迴檢測方式。這種方式從常規儀表方式發展到微機控制的集中監視系統。所謂巡迴檢測就是監視系統以一定的時間間隔依次巡迴檢測各監測點參數。這種方式是由採樣器依次把一個或一組感測器信號送人系統的核心單元，系統對各監測點參數實行分時間間斷處理。由於監視參數是逐一送入系統核心單元的，不管監測點有多少，都只需要一個中央處理單元，因此可以節省大量電子元件，並且可以使測量精度提高。在微機控制的集中監測報警系統中，可以通過分散集中、分時採集甚至網路結構的方式，使傳輸電纜減少到最小限度，從而降低成本，減少故障率，提高可靠性。但是由於掃描監視方式受系統採樣速度和信息處理速度的限制，因此船上大多不再採用掃描監視方式，而是採用分布網路式結構。

(2)故障報警

設備在運行中出現的故障有兩種情況，一種是通常故障，另一種是短時故障。對這兩種故障要分別進行不同的處理。

①通常故障報警。當設備運行中出現故障時，系統監測到後，立即發出聲光報警，以通知值班輪機員。這時候報警指示燈閃爍，值班輪機員按應答按鈕後，報警指示燈停止閃爍，變成常亮(或紅燈)，以記憶故障，報警聲消音。直到排除故障報警，指示燈才轉為正常。

②短時故障報警。短時故障報警與正常故障報警的區別是設備出現故障後，可藉助自動切換裝置使其迅速恢復正常，如某泵出現故障後，迅速起動備用泵。短時故障報警雖可恢復正常，但應讓值班輪機員知道有故障設備被切換。方法是報警燈採用慢閃爍，以記憶故障，直到值班輪機員按應答按鈕後再恢復正常。

③排氣溫度偏差報警。主機氣缸排氣溫度是判斷主機故障的一個敏感參數，特別是各缸排氣溫度與平均溫度之間的偏差，更能判斷出某一缸的狀態。對主機氣缸排氣溫度及偏差的報警，依主機的型號有所區別，有的還有專門的特徵曲線，因此對排氣溫度偏差報警應根據情況在系統軟硬體中進行專門處理。當偏差太大時，不僅要報警，還要自動控制主機減速或停車。

(3)延時報警

船上有時並不是真正的故障報警，卻經常發出報警信號。如處於報警線附近的油水櫃的液位，由於船舶的搖晃，造成一會兒正常，一會兒報警。還有主機經過臨界轉速區時，會因為船舶劇烈的振動而使開關量感測器的觸點出現瞬間的斷開現象，致使產生誤報警。為避免這種誤報警，一般設定報警延時時間。對於液位報警，延時時間在20～30 s，讓延時時間大於船舶搖擺周期。對於開關量報警，延時時間只要大於0.5 s即可。

(4)報警閉鎖

船舶的運行狀態是變化的，如停靠港時，船上主機和有些設備不運行，而發電機等仍然需要運行，這時候有些相關參數會不在正常範圍。為防止這時的誤報警，必須具有報警閉鎖功能，根據船舶的運行狀態封鎖相關的報警點。

(5)延伸報警

延伸報警是專門為無人值班機艙而設定的，在這種情況下，需要把機艙設備運行的狀態分別延伸到駕駛台、輪機長和輪機員房間以及公共場所。延伸報警通常按故障的嚴重性分為四組：主機故障自動停車；主機故障自動減速；重要故障；一般故障。可以根據故障的類型，在不同的延伸報警處設定不同的故障指示板和應答方式。

型號舉例

SMS-12型機艙監測與報警系統是由日本JRCS公司設計製造的。在中遠集團總公司第五代5250箱位的貨櫃船上配備了這套系統，該系統是以多微處理器網路技術為基礎的分散式監測報警系統，它按標準模組設計，採用串列和區域網路通信，使該系統具有很大的靈活性。

該系統包括主站、分站和延伸報警板(屏)等部分，並連線在一個網路中。分站就是各個現場單元(或原地單元)，它們的處理器板是相同的，可互換，僅是程式不同，程式存放在唯讀存儲器中，是可更換的。主站是由中央計算機、操作面板、彩色顯示器、印表機等組成。主站可以配置兩套中央計算機系統，分為A系統和B系統，一套作為主系統可正常運行，另一套作為備用系統。備用系統一直監視主系統的運行工況，當備用系統檢測到主系統出現故障時，將自動替換運行中的主系統，並執行其相應的所有功能。

機艙集中監測和報警系統在沒有計算機之前，採用分立式電子器件，功能差，維護困難。計算機出現後，使得機艙集中監測和報警系統的功能及可靠性得到了大大提高。短短几十年來，採用微機的集中機艙監測和報警系統的發展經歷了從集中式、模組化結構、分散式(DCS)網路型到現場匯流排型幾個階段。套用到船舶上的機艙集中監測和報警系統產品型號不斷更新，性能日趨完善。這幾個階段的機艙集中監測和報警系統的特點如下。

集中式機艙監測和報警系統

集中式機艙監測和報警系統採用一台微機，將所有監測點的感測器信號經信號接口板(分模擬量信號轉換板和開關量信號轉換板)轉換後送到微機中。

這種結構的特點是典型的數據採集系統，所有信號都送入集控室的計算機中進行統一處理，結構緊湊。缺點是系統過於集中，核心部分的微機出現故障會造成整個系統的癱瘓。此外，這種結構要把遍布機艙所有的感測器信號通過禁止電纜線送到集控室，需要大量的禁止電纜線，而且抗干擾性能差。它一般僅適用於監測點不多的中、小型船舶。

模組化結構的機艙監測報警系統

SIEMENS公司的SIMOS 32型機艙監測報警系統是模組化結構的機艙監測和報警系統的典型代表。SIMOS 32採用模組化結構，系統的基本模組是由報警箱組成的報警單元。每個報警單元具有獨立性和智慧型特性，其中：

SIMOS 32U為通用型報警單元，適用於任何感測器信號；

SIMOS 32K為適用於冷藏系統的通用型報警單元；

SIMOS 32B為只適用於雙態感測器信號的報警單元；

SIMOS 32BS為適用於HLL信號的雙態感測器。

U、K、B型報警單元可以在報警箱上進行編程，對報警點列表編目和報警參數賦值。這些報警箱上設有功能鍵、16個字元顯示器、報警燈、蜂鳴器、消音消閃光按鈕和數據傳送插頭。報警箱裝在機艙集控室內，各測量點感測器通過電纜線將信號送到集控室。報警箱的輸出單元連線到設定在駕駛室等處的CRT顯示終端、延伸報警板以及印表機等。此外，系統還可以與SIMOS 41組成彩色模擬圖形顯示功能。

功能

機艙監測和報警系統具有如下基本功能：

(1)數據採集和顯示功能

由於機艙內設備種類繁多，因此，監測報警系統要對各種類型的參數進行採集處理。採集的信號有模擬量感測器信號(4～20 mA、0～10 mA、0～5 V、mV、電阻等)、開關量信號(雙位感測器、開閉式等)和脈衝量信號等。微機系統對這些信號採集處理後，進行多種方式的顯示，有集控室和各終端顯示器的顯示、模擬燈板顯示和延伸報警板顯示等。船員可以在船上各部位通過這些顯示實時掌握和了解機艙設備運行的情況。根據監測系統的要求，微機進行數據採集時有兩種方式。

①連續監視方式。連續監視方式主要指集中監視與報警系統。這種系統對機艙內的所有監測點實行同時連續監測。它將各監測點的狀態參數經感測器檢測後，並行送人系統中的核心單元——報警控制單元。報警控制單元是由很多報警控制電路組合而成的。由於各監測點之間相互影響很小，當某一個監測點通道發生故障時，不影響其他通道工作，而且監測點增減不受限制。這種方式由於每個監測點需要一個報警控制電路，因此所需要的電子器件較多，造價較高。

②掃描監視方式。掃描監視方式也稱為巡迴檢測方式。這種方式從常規儀表方式發展到微機控制的集中監視系統。所謂巡迴檢測就是監視系統以一定的時間間隔依次巡迴檢測各監測點參數。這種方式是由採樣器依次把一個或一組感測器信號送人系統的核心單元，系統對各監測點參數實行分時間間斷處理。由於監視參數是逐一送入系統核心單元的，不管監測點有多少，都只需要一個中央處理單元，因此可以節省大量電子元件，並且可以使測量精度提高。在微機控制的集中監測報警系統中，可以通過分散集中、分時採集甚至網路結構的方式，使傳輸電纜減少到最小限度，從而降低成本，減少故障率，提高可靠性。但是由於掃描監視方式受系統採樣速度和信息處理速度的限制，因此船上大多不再採用掃描監視方式，而是採用分布網路式結構。

(2)故障報警

設備在運行中出現的故障有兩種情況，一種是通常故障，另一種是短時故障。對這兩種故障要分別進行不同的處理。

①通常故障報警。當設備運行中出現故障時，系統監測到後，立即發出聲光報警，以通知值班輪機員。這時候報警指示燈閃爍，值班輪機員按應答按鈕後，報警指示燈停止閃爍，變成常亮(或紅燈)，以記憶故障，報警聲消音。直到排除故障報警，指示燈才轉為正常。

②短時故障報警。短時故障報警與正常故障報警的區別是設備出現故障後，可藉助自動切換裝置使其迅速恢復正常，如某泵出現故障後，迅速起動備用泵。短時故障報警雖可恢復正常，但應讓值班輪機員知道有故障設備被切換。方法是報警燈採用慢閃爍，以記憶故障，直到值班輪機員按應答按鈕後再恢復正常。

③排氣溫度偏差報警。主機氣缸排氣溫度是判斷主機故障的一個敏感參數，特別是各缸排氣溫度與平均溫度之間的偏差，更能判斷出某一缸的狀態。對主機氣缸排氣溫度及偏差的報警，依主機的型號有所區別，有的還有專門的特徵曲線，因此對排氣溫度偏差報警應根據情況在系統軟硬體中進行專門處理。當偏差太大時，不僅要報警，還要自動控制主機減速或停車。

(3)延時報警

船上有時並不是真正的故障報警，卻經常發出報警信號。如處於報警線附近的油水櫃的液位，由於船舶的搖晃，造成一會兒正常，一會兒報警。還有主機經過臨界轉速區時，會因為船舶劇烈的振動而使開關量感測器的觸點出現瞬間的斷開現象，致使產生誤報警。為避免這種誤報警，一般設定報警延時時間。對於液位報警，延時時間在20～30 s，讓延時時間大於船舶搖擺周期。對於開關量報警，延時時間只要大於0.5 s即可。

(4)報警閉鎖

船舶的運行狀態是變化的，如停靠港時，船上主機和有些設備不運行，而發電機等仍然需要運行，這時候有些相關參數會不在正常範圍。為防止這時的誤報警，必須具有報警閉鎖功能，根據船舶的運行狀態封鎖相關的報警點。

(5)延伸報警

延伸報警是專門為無人值班機艙而設定的，在這種情況下，需要把機艙設備運行的狀態分別延伸到駕駛台、輪機長和輪機員房間以及公共場所。延伸報警通常按故障的嚴重性分為四組：主機故障自動停車；主機故障自動減速；重要故障；一般故障。可以根據故障的類型，在不同的延伸報警處設定不同的故障指示板和應答方式。

型號舉例

SMS-12型機艙監測與報警系統是由日本JRCS公司設計製造的。在中遠集團總公司第五代5250箱位的貨櫃船上配備了這套系統，該系統是以多微處理器網路技術為基礎的分散式監測報警系統，它按標準模組設計，採用串列和區域網路通信，使該系統具有很大的靈活性。

該系統包括主站、分站和延伸報警板(屏)等部分，並連線在一個網路中。分站就是各個現場單元(或原地單元)，它們的處理器板是相同的，可互換，僅是程式不同，程式存放在唯讀存儲器中，是可更換的。主站是由中央計算機、操作面板、彩色顯示器、印表機等組成。主站可以配置兩套中央計算機系統，分為A系統和B系統，一套作為主系統可正常運行，另一套作為備用系統。備用系統一直監視主系統的運行工況，當備用系統檢測到主系統出現故障時，將自動替換運行中的主系統，並執行其相應的所有功能。