基于无线以太网船舶机舱自动化监控系统设计

基于无线以太网的船舶机舱自动化监控系统的设计摘要：本文以船舶机舱监控作为研究背景，介绍了借助无线以太网实现了机舱内部设备的压力、电流、频率等监控及船舱的压力、温度等安全监控和报警，并以语音、图像远程传输的自动化监控方案。同时介绍了该系统的基本组成、功能和软、硬件的设计。该设计系统将多媒体技术、计算机技术以及数字通信技术集中应用于一体。克服了船舶远洋航行时的恶劣环境产生的干扰，实现了远程监控、自动报警、图像与语音的输出、信息查询打印的功能。从实践验证结果中可以得知，该系统具备稳定可靠的运行状态，且性能优良。是实现“无人机舱”的关键设备。在一定程度上促进了船舶机舱监控自动化水平的提高。

关键词：数据采集机舱自动化监控无线以太网

引言

随着科学技术的不断发展和进步，船舶制造业也在蓬勃发展，船舶自动化的应用也有了更新的要求。为了能够确保船舶在运行过程中的正常行驶，船员能够方便快捷的对主机、辅机、滑油、燃油、锅炉、冷却水等机舱设备的工作情况进行了解掌握，需要对船舱内各工作部件的进行实时监控。在本机舱的自动化程序运行中，是将每个设备的全部参数点数据采集并存贮在计算机数据库中，然后再进行处理并输出显示。通过现代局域网技术的应用，实现了集中远程监控，对监控设备实现远程操作，能够快速、高效的实现控制机舱内部设备工作情况。并且能够通过远程监控及操作对一些海上突

发事件进行快速应急处理。与此同时，码头工作站也能够集中监控多艘船舶，确保了轮船运行的安全性。

1、实例分析和系统组成、功能

本系统应用在辽宁省大连市某58k散货船。对于这艘船舶的运行，是根据船舶设计需要在监控室和驾驶室分别装置了一台工控机，为了采集、处理船舶中各设备的运行参数，并为网络中其他设备提供数据依据。工控机是以数据采集模块间的通讯来实现数据的采集的，可以通过局域网来实现两台工控机同时对数据采集模块的端口的访问并读取监控数据。在整个系统中，数据采集模块中各种监控参量是通过传感器接口转换成数量并向计算机中传输，其中开关量需经过编码，模拟量的需要经过转换。工控机将采集、处理后的信号是在数据库中存储。若发现产生故障时，则利用数据采集模块驱动设备控制接口采取相应的措施，本船采用的是声光报警。

为了能够船舶靠岸时与码头进行数据共享，也可在码头上设置了相应的工作站。设在工作站中的船舶运行状态监视器、视频监控台，能够通过无线网络接收船舶运行参数、语音信号和视频信号，在经过相应的处理后显示在屏幕中。

海上船舶与码头进行有线连接时很困难的。该船舶机舱自动化监控系统的船舶内部局域网是由数据采集模块、数据库、客户机、服务器组成，以交换机实现连接，语音和图像采集设备、数据库和码头工作站之间的通信则由无线网关完成。图1为系统硬件组成示意图。码头工作站就能够通过数据库中保存的船舶运行时各参数点

的报警记录和历史数据记录，通过监控室、驾驶室中的语音和视频信号实现对船舶的远程监控，为船舶靠港及装卸掉提供更多的便利。

该系统的功能和特点：一是可以通过无线网络实现大量的语音信息和视频图像信息的传输和数据的监控实现；二是有线和无线网络的相互结合；三是能够实现船舶各部件的故障报警功能和实施监控；四是提供查询、报警记录打印、轮机日志打印、历史趋势显示和报警信息数据库和历史数据库记录的功能等输出性功能。

2、系统软硬件设计

2.1硬件组成

船舶远洋航行时船舶的设备对抗震、抗冲击、抗电磁干扰的要求很高。客户机和服务器选取高可靠性的工业制计算机，能够在一定程度上将船舶运行时因环境恶劣而产生的干扰予以克服。本文设计中根据实际的环境援用研华uno-2052e工控机，该工控机基于x86平台，提供以太网口、can2.0b及串行接口等网络接口。此工控机内置microsoft windows xp embeded操作系统，提供定制的映像。图1为本系统的硬件组成示意图，船舶内部局域网是由数据采集模块、数据库、客户机、服务器组成。内部局域网则由8端口交换机实现连接；在该系统中无线局域网络则是以公司的无线网关完成连接，无线网卡的内置能够使多个无线设备的数据通信服务得以支持；系列数据采集设备作为该系统的数据采集模块来实现网络连接，从设备的以太网接口对系统采集数据进行访问不需要另外的设

备和网络之间附件转换器，而是通过计算机来实现的。测量、监控的关键在于信号输出设备传感器。船舶上的传感器主要有热电阻传感器、热电偶传感器等用以测量船舶主机、锅炉、发电机、船舱等区域的温度、压力、电流、电压、频率、功率等。传感器量程为0-m，输出电流为4-20ma，传感器输出的模拟量的对应电流i经过32位a/d转换成数字量。局域网中的计算机可以通过访问动态链接库程序读取所采样的数字数据。

2.2软件设计

该船舶监控系统的软件设计思想是以结构化程序设计为主导设计思想。其中划分了系统的功能模块，并对各个功能模块之间的数据流向进行合理的设计，以确保各模块的可扩充性、可移植性和良好的可读性。根据不同的功能将软件模块细划分为数据库查询打印模块、数据库访问接口模块、数据通讯接口模块、报警模块、数据库操作模块、以及监控组态模块。该船舶监控系统经过响应的软件设计后，可以经过数据库访问接口直接获取采集模块所采集的相关的数据，并对采集的数据进行实时处理、分析采样数据，最后在系统数据库中将处理后的相关数据予以保存。如果船舶监控系统发现报警信息，就会立即启用报警模块，并及时的向外界发出声光报警。在这个过程中，数据库通讯接口能够把发生的报警信息存储在报警数据库中，以便工作人员的查询、分析和使用。除此之外，还能够借助数据通讯接口将处理过的数据提供给该局域网内的其他用户

进行分析和使用，同时还可以从图2中看出，数据库为该系统的核

心部位，可以起到对其他功能模块运行的支持作用，所以要求相关人员在录入和维护数据库系统时要格外的认真、仔细，并确保数据库中的信息的高度准确，以确保该监控系统在运行和使用中的准确性。

在该系统中，数据采集模块是采用位转换完成模拟量输入的采集，具有非常高的精密度。所以说该系统中各个被监控设备的参数输出精确度直接决定了其实际输入精度。在本次软件设计中，设备的采样频率是，故系统发生故障报警延迟不超过，由此，在很大程度上促进了系统故障诊断速度的提高。

结束语

该设计系统是根据船舶发展的实际需求以“无人机舱”为目的而进行研究开发的，其使用价值很强。以局域以太网为基础的以工控机为主体的船舶机舱自动化监控系统，具备快速、准确的特点；能够实时完成对各监测对象的监控，快速实现检测、操控的目的；减轻轮机员的工作强度，是减少事故发生的主要手段。同时也为轮机员提供监控数据的查询、记录打印等功能。数据具有可恢复性，具备较强的抗干扰能力，易于升级等优点。经过运行实践证明，该系统运行稳定、性能可靠，语音图像等检测信息直观简便，在一定程度上成为了“无人机舱”的关键设备，促进了船舶机舱监控自动化水平的提高。

参考文献：

[1]曹玉姣.船舶机舱自动化监控系统研究[j].中国水运.2010