CN113581440A - 一种船舶电力推进监控装置 - Google Patents

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张立法
侯晓芳
刘波
李小朋
杨淑娟
朱英英
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Abstract

本发明公开了一种船舶电力推进监控装置，包括信息层，所述信息层由控制台、集控台、驾控台、服务器数据库站构成，可通过船舶上搭载的CDMA/GPRS无线网卡与远程管理站连接，以访问船舶服务器数据库站，实现对船舶机舱系统的远程监测与管理。在采用EPA协议搭建的一层网络结构监控系统中，由于EPA协议以高可靠的工业以太网为通讯信道载体，通过有线无线网络技术来统一管理层、监控层和现场设备层等控制系统的三个层次的网络协议，实现船舶监测控制系统中从底层的现场设备层、中层的控制层、上层的管理层基于以太网协议的统一，真正实现了全船网络一网到底的通信通道。

Description

一种船舶电力推进监控装置
技术领域
本发明涉及船舶自动化技术领域，尤其涉及一种船舶电力推进监控装置。
背景技术
船舶电力推进装置一般指采用电动机带动螺旋桨推动船舶运动的装置，一般由螺旋桨、电动机、发电机、原动机以及控制调节设备构成，其中，原动机的机械能经发电机变成电能，传输给推进电机，由电动机将电能变成机械能，传递给螺旋桨，推动船舶运动，控制设备可以是控制台或其他控制设备。
船舶电力推进装置是一种新型高效推进系统具有以下特点：在能量传输上采用柔软的电缆取代轴系齿轮箱式的硬机械连接，同时采用吊舱推进不仅大幅度缩短了传统传动轴系的长度，增强了船舶可用的舱容量，也使柴油发电机组的安装布置更为简单方便。采用船舶电站系统，电能供给具有冗余功能，使系统的容错率增大，即使某一部分发生损坏时，也不会影响其正常工作。相较传统的长轴轴向推进系统，并具有增大船舶舱容，密封更易实现；简化发电装置，有助于装置的安装维护，提高燃油利用率且提升系统可靠性；依靠变频调速技术使船舶推进电动机的转速能够在全速度范围内进行无极平滑速度调节；具有良好的低速特性；具有上电启动、停电停止与电流反向电机反转快速的特点；能够应对不同海域的航行环境，保持整体推进效率。
由于电力推进船舶上的现场驱动执行设备、集成控制设备以及综合管理设备的复杂多样，为了更好的对不同类型的设备进行管理，在架构全船控制网络时一般按照设备的不同功能将网络结构细分为信息网络层、控制网络层和设备网络呈上中下三网络层次。在CAN总线双层网络结构监控系统中，下层网络是直接与现场设备互联的CAN现场总线网络，上层网络是具有控制管理设备功能的工业以太网络，其缺点在于上下两个网络模型具有完全不同的支撑、运行、管理以及维护体系，增加了安装管理维护方面的复杂性，且由于不同网络协议转换的问题，降低系统报文传输效率。
为此，我们提出一种船舶电力推进监控装置来解决上述问题。
发明内容
本发明意在提供一种船舶电力推进监控装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种船舶电力推进监控装置，包括信息层，所述信息层由控制台、集控台、驾控台、服务器数据库站构成，可通过船舶上搭载的CDMA/GPRS无线网卡与远程管理站连接，以访问船舶服务器数据库站，实现对船舶机舱系统的远程监测与管理；控制层，所述控制层由CAN智能节点设备、CON212控制器及S7-315、PLC主站设备、报警检测点、监控节点构成，包括少量数据的DGPS，测探仪，由CAN总线及网关连接到控制层网络，由CAN智能节点设备管理数据以及收送处理；设备层，由挂接在双冗余的CAN总线网络、EPA网络及Profibus总线网络上的现场监测设备构成。
优选地，所述报警检测点包括模拟量和开关量，所述模拟量由温度模拟量和压力模拟量组成，在机舱内温度和压力值处于零值以上，温度与压力模拟量经传感器与变送器转化为0或正数的电压模拟DC信号。
优选地，所述监控节点包括电力推进系统、船舶电站、航行海况；所述电力推进系统包括变压器、变频器、推进器、推进电机；所述船舶电站包括发电机绕组温度、发电机电压、发电机频率、发电机负荷、发电机滑油压力、发电机冷却水温度、发电机排气温度、发电机转速；所述航行海况包括风速风向仪、计程仪、测探仪。
优选地，所述变压器包括温度、输入电压、输入电流、输出电压、输出频率；所述变频器包括电流、电压、频率、轴承温度；所述推进器包括转速、电流、电压；所述推进电机包括扭矩、舵角、转速。
优选地，还包括监控报警层，具有监测功能、数据库管理、报警功能、查询显示、人机交互界面、系统设置。
优选地，所述监测功能包括限值设定、数据读入、数据保存、数据比较；所述数据库管理包括数据打印、数据显示查询修改、模拟量开关量输入、报警和延伸报警；所述报警功能包括报警阻塞、延伸报警、报警延时、报警确认、报警记录打印；所述查询显示包括趋势显示、列表显示、报警分组显示、过程控制显示；所述人机交互截面包括柴油发电机组、能量管理系统、燃料输送管路系统、淡水冷却系统、压载水系统、推进器控制系统；所述系统设置包括时间设置、打印设置。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
在采用EPA协议搭建的一层网络结构监控系统中，由于EPA 协议以高可靠的工业以太网为通讯信道载体，通过有线无线网络技术来统一管理层、监控层和现场设备层等控制系统的三个层次的网络协议，实现船舶监测控制系统中从底层的现场设备层、中层的控制层、上层的管理层基于以太网协议的统一，真正实现了全船网络一网到底的通信通道。EPA网络在船舶上的使用将会大大降低设备前期的安装以及后期维护管理的复杂度，减少了现场装置设备的数量，降低了船舶建造成本，同时由于不存在不同网络层之间网络协议转换的问题以及工业以太网所具有高速的数据传输速率，使船舶整个网络报文速率得到大大的提高。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
一种船舶电力推进监控装置，包括信息层，信息层由控制台、集控台、驾控台、服务器数据库站构成，主要完成对信息的显示、处理、保存等功能，可通过船舶上搭载的CDMA/GPRS无线网卡与远程管理站连接，以访问船舶服务器数据库站，实现对船舶机舱系统的远程监测与管理；
控制层，控制层由CAN智能节点设备、CON212控制器及S7-315、PLC主站设备、报警检测点、监控节点构成，DGPS提供船位数据，测探仪提供水深数据，计程仪给出航速，风速风向仪提供风速和风向信息，包括少量数据的DGPS，测探仪，由CAN总线及网关连接到控制层网络，由CAN智能节点设备管理数据以及收送处理；
设备层，由挂接在双冗余的CAN总线网络、EPA网络及Profibus总线网络上的现场监测设备构成。对于电力推进电机、变频器等监测控制I/O量比较集中同时I/O总量不大的设备，可通过EPA网络中的控制器及标准测量模块进行数据的采集及显示，实现现场I/O设备及智能仪表的信息交换过程，可自动完成数据采集、信息处理、控制运算等功能。
报警检测点包括模拟量和开关量，模拟量由温度模拟量和压力模拟量组成，在机舱内温度和压力值处于零值以上，温度与压力模拟量经传感器与变送器转化为0或正数的电压模拟DC信号。开关量由相应开关量传感器检测，得到高低电平。功能包括标准电压、电流信号输入、热电偶信号输入、开关量信号输入、电流信号输出、开关量信号输出。
监控节点包括电力推进系统、船舶电站、航行海况；电力推进系统包括变压器、变频器、推进器、推进电机；船舶电站包括发电机绕组温度、发电机电压、发电机频率、发电机负荷、发电机滑油压力、发电机冷却水温度、发电机排气温度、发电机转速；航行海况包括风速风向仪、计程仪、测探仪；变压器包括温度、输入电压、输入电流、输出电压、输出频率；变频器包括电流、电压、频率、轴承温度；推进器包括转速、电流、电压；推进电机包括扭矩、舵角、转速。由于西门子公司提供了解决大规模现场IO设备控制的S7-315 DP主站控制PLC模块,以及相应的ET200系列 DP从站模块和可以直接嵌入到DP主站中的SM-331模拟量输入模块，SM-332模拟量输出模块等一体化大系统控制模块，因此选用基于Profibus-DP总线的西门子PLC来实现对整个系统的控制将获得最好的控制效果。
还包括监控报警层，具有监测功能、数据库管理、报警功能、查询显示、人机交互界面、系统设置，监测功能包括限值设定、数据读入、数据保存、数据比较；数据库管理包括数据打印、数据显示查询修改、模拟量开关量输入、报警和延伸报警；报警功能包括报警阻塞、延伸报警、报警延时、报警确认、报警记录打印；查询显示包括趋势显示、列表显示、报警分组显示、过程控制显示；人机交互截面包括柴油发电机组、能量管理系统、燃料输送管路系统、淡水冷却系统、压载水系统、推进器控制系统；系统设置包括时间设置、打印设置。以PC机为硬件平台增大适用范围，程序执行效率高，不易发生故障。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种船舶电力推进监控装置，其特征在于，包括：
信息层，所述信息层由控制台、集控台、驾控台、服务器数据库站构成，可通过船舶上搭载的CDMA/GPRS无线网卡与远程管理站连接，以访问船舶服务器数据库站，实现对船舶机舱系统的远程监测与管理；
控制层，所述控制层由CAN智能节点设备、CON212控制器及S7-315、PLC主站设备、报警检测点、监控节点构成，包括少量数据的DGPS，测探仪，由CAN总线及网关连接到控制层网络，由CAN智能节点设备管理数据以及收送处理；
设备层，由挂接在双冗余的CAN总线网络、EPA网络及Profibus总线网络上的现场监测设备构成。
2.根据权利要求1所述的一种船舶电力推进监控装置，其特征在于：所述报警检测点包括模拟量和开关量，所述模拟量由温度模拟量和压力模拟量组成，在机舱内温度和压力值处于零值以上，温度与压力模拟量经传感器与变送器转化为0或正数的电压模拟DC信号。
3.根据权利要求1所述的一种船舶电力推进监控装置，其特征在于：所述监控节点包括电力推进系统、船舶电站、航行海况；
所述电力推进系统包括变压器、变频器、推进器、推进电机；所述船舶电站包括发电机绕组温度、发电机电压、发电机频率、发电机负荷、发电机滑油压力、发电机冷却水温度、发电机排气温度、发电机转速；所述航行海况包括风速风向仪、计程仪、测探仪。
4.根据权利要求3所述的一种船舶电力推进监控装置，其特征在于：所述变压器包括温度、输入电压、输入电流、输出电压、输出频率；所述变频器包括电流、电压、频率、轴承温度；所述推进器包括转速、电流、电压；所述推进电机包括扭矩、舵角、转速。
5.根据权利要求1所述的一种船舶电力推进监控装置，其特征在于：还包括监控报警层，具有监测功能、数据库管理、报警功能、查询显示、人机交互界面、系统设置。
6.根据权利要求5所述的一种船舶电力推进监控装置，其特征在于：所述监测功能包括限值设定、数据读入、数据保存、数据比较；所述数据库管理包括数据打印、数据显示查询修改、模拟量开关量输入、报警和延伸报警；所述报警功能包括报警阻塞、延伸报警、报警延时、报警确认、报警记录打印；所述查询显示包括趋势显示、列表显示、报警分组显示、过程控制显示；所述人机交互截面包括柴油发电机组、能量管理系统、燃料输送管路系统、淡水冷却系统、压载水系统、推进器控制系统；所述系统设置包括时间设置、打印设置。
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