船舶照明監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

包桓銘

（上海海事大學(xué) 物流工程學(xué)院，上海 200135）

1 引言

船舶照明監(jiān)控系統(tǒng)在船舶控制系統(tǒng)中占有非常重要的地位。船舶照明的效果不僅會(huì)影響游客和船員的生活質(zhì)量，更會(huì)影響船舶在整個(gè)航行中的安全。一個(gè)功能強(qiáng)大的船舶照明監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)整個(gè)船舶的照明起到高效控制和統(tǒng)籌管理的作用。因此，船舶照明監(jiān)控在整個(gè)航行中就顯得格外重要。另外，節(jié)能增效已經(jīng)成為全球的最熱門的話題，它不僅關(guān)系著人類現(xiàn)有的自身利益，更關(guān)系著人類的未來。一個(gè)好的照明監(jiān)控系統(tǒng)不僅要能起到智能監(jiān)控的作用，更要達(dá)到節(jié)能增效的目的。該人機(jī)界面的設(shè)計(jì)兼顧了智能監(jiān)控和節(jié)能增效，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。

由于船舶的航行環(huán)境比較惡劣，因此，監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性對(duì)于船舶控制來說非常重要，PLC與組態(tài)軟件具有很好的穩(wěn)定性及抗干擾性，因此更加適合船舶航行的特定需要。本文的船舶照明監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是基于施耐德公司所生產(chǎn)的Twido系列 PLC與 Video-Design系統(tǒng)的人機(jī)界面。

2 監(jiān)控系統(tǒng)硬件

本系統(tǒng)主要硬件包括 PC機(jī)、PLC等。PLC采用工業(yè)以太網(wǎng)Modbus TCP/IP方式和PC機(jī)(即人機(jī)界面設(shè)備 HMI)進(jìn)行數(shù)據(jù)連接。當(dāng)現(xiàn)場信號(hào)采集到數(shù)據(jù)后將其傳送到PLC中，PLC對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并根據(jù)設(shè)定程序完成各種照明控制動(dòng)作。同時(shí)，當(dāng)PLC中的變量發(fā)生變化時(shí)，PC機(jī)中組態(tài)的相應(yīng)變量也會(huì)引起相關(guān)動(dòng)作，完成如畫面切換，報(bào)警顯示等動(dòng)作。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

下位機(jī)數(shù)據(jù)采集站點(diǎn)使用的是施耐德公司所生產(chǎn)的Twido系列PLC，在PC機(jī)和PLC數(shù)據(jù)采集站點(diǎn)之間使用光纖工業(yè)以太網(wǎng)來進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，具有較高的傳輸速度及較好的可靠性和實(shí)時(shí)性。

PLC是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心。整個(gè)系統(tǒng)采用熱釋電紅外傳感器和液面?zhèn)鞲衅鱽頇z測人體和液面高度。當(dāng)各類傳感器接收到信號(hào)時(shí)，會(huì)將其傳遞給PLC，通過與PC機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊，為PC機(jī)的顯示提供數(shù)據(jù)，并對(duì)PC機(jī)輸入的信息進(jìn)行處理，完成數(shù)字量與模擬量的相互轉(zhuǎn)換，判斷傳遞數(shù)據(jù)信息、報(bào)警信息等，以達(dá)到為乘客們提供有效地照明和安全信息。

3 監(jiān)控系統(tǒng)軟件

人機(jī)界面（Human－Machine Interface），是人與機(jī)器進(jìn)行交互的操作方式，即用戶與機(jī)器互相傳遞信息的媒介。好的人機(jī)界面美觀易懂、操作簡單且具有引導(dǎo)功能，使用戶感覺愉快、興趣增強(qiáng)，從而提高使用效率[1]。當(dāng)前，隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，自然的人機(jī)界面與和諧的人機(jī)環(huán)境已逐步成為人們關(guān)心的焦點(diǎn)，尤其是在競爭激烈的市場之中，人性化的用戶界面更使產(chǎn)品深受歡迎。開發(fā)出用戶迫切需要的符合“簡單、自然、友好、一致”原則的人機(jī)界面也是軟件系統(tǒng)能夠大規(guī)模商業(yè)化推廣的基礎(chǔ)[2]。

3.1 監(jiān)控軟件簡介

Vijeo Designer是一個(gè)一流的軟件應(yīng)用程序。此軟件可以為人機(jī)界面（HMI）設(shè)備創(chuàng)建操作員面板并配置操作參數(shù)。它提高了人機(jī)界面項(xiàng)目（包括從數(shù)據(jù)采集到創(chuàng)建并顯示動(dòng)畫等各種任務(wù)）所需的所有工具[3]。最低系統(tǒng)需求如表1所示。

表1 Vijeo Designer系統(tǒng)配置要求

Vijeo Designer具備數(shù)據(jù)重復(fù)使用、多 PLC連接、人機(jī)界面屏幕創(chuàng)建、多功能操作、配置或修改對(duì)象的變量和特性、多語言消息等特性。

3.2 監(jiān)控軟件功能設(shè)計(jì)

工業(yè)組態(tài)軟件是一種快速建立計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)界面的軟件工具，通常運(yùn)行于個(gè)人計(jì)算機(jī)平臺(tái)，并與各類控制設(shè)備一起組成計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

圖2 人機(jī)界面系統(tǒng)圖

在工業(yè)組態(tài)軟件出現(xiàn)之前，要實(shí)現(xiàn)某一監(jiān)控任務(wù)，往往通過手工編寫程序來實(shí)現(xiàn)。編寫程序不但工作量大、開發(fā)時(shí)間長、效率低，而且可靠性差。另外，所編寫的應(yīng)用程序通常是不開放的系統(tǒng)，很難與其他系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，往往不能滿足系統(tǒng)升級(jí)和增加功能的需求[4]。Vijeo Designer具有開放性，可擴(kuò)展性以及易用性等特點(diǎn)，而且顯著提高了組態(tài)效率。在本系統(tǒng)的頁面組態(tài)框圖如圖 2所示。

監(jiān)控軟件具備控制和實(shí)時(shí)監(jiān)測各個(gè)艙室照明狀態(tài)，具有功能完善、操作簡便、可視性好的特點(diǎn)，具體功能如下：

(1)船舶照明狀態(tài)的監(jiān)測與顯示

采集顯示整船和各個(gè)艙室的照明狀態(tài)，集中顯示于監(jiān)控界面，便于對(duì)各個(gè)艙室的照明的工作狀態(tài)的查看。整船照明監(jiān)控是通過人機(jī)界面整體顯示船舶所有艙室的照明狀態(tài)。

照明監(jiān)控主界面有監(jiān)控、報(bào)警、設(shè)置和退出按鍵可供選擇。點(diǎn)擊監(jiān)控按鍵即可進(jìn)入船舶監(jiān)控界面，可以詳細(xì)的查看船舶的照明狀況；報(bào)警按鍵是用來查看船舶的報(bào)警狀況以及報(bào)警歷史記錄；設(shè)置按鍵是用來設(shè)置監(jiān)控系統(tǒng)的各個(gè)參數(shù)。照明監(jiān)控主界面如圖 3所示。

圖3 照明監(jiān)控主界面

照明監(jiān)控界面分為整船照明監(jiān)控、樓層照明監(jiān)控和艙室分類照明監(jiān)控等。監(jiān)控界面可以通過樓層監(jiān)控按鍵選擇需要監(jiān)控的樓層，也可以通過分類監(jiān)控按鍵來選擇客房、商店、劇院、圖書館等監(jiān)控界面。

樓層照明監(jiān)控是通過人機(jī)界面顯示各個(gè)樓層所有艙室的照明狀態(tài)；艙室分類照明監(jiān)控是通過人機(jī)界面顯示各種不同用途的艙室的照明狀態(tài)，如圖 4所示。

通過點(diǎn)擊照明監(jiān)控界面的樓層就可進(jìn)入各個(gè)樓層的監(jiān)控界面。在此界面中可以查看樓層所有房間的照明狀態(tài)，如圖 5和圖 6所示。

圖4 郵輪照明監(jiān)控界面

圖5 樓層監(jiān)控圖

圖6 客房樓層監(jiān)控圖

照明控制分為手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩種方式。手動(dòng)控制方式為工作人員在控制屏及設(shè)備旁手工操作設(shè)備工作方式。 當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行模式為自動(dòng)控制模式下，由PLC對(duì)船舶照明工作狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)控制管理，針對(duì)實(shí)時(shí)情況，自動(dòng)進(jìn)行照明控制管理。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行模式為手動(dòng)控制模式下，操作人員可以根據(jù)界面顯示的各種信息，通過監(jiān)控界面上按鈕開關(guān)等，控制整個(gè)船舶或各個(gè)艙室的照明情況。

在客房樓層監(jiān)控界面上點(diǎn)擊樓層照明監(jiān)控界面就可進(jìn)入各個(gè)艙室的監(jiān)控界面。在客房監(jiān)控界面中，監(jiān)控人員可以查看客房每個(gè)燈具的照明狀況。客房監(jiān)控界面有自動(dòng)和手動(dòng)的切換按鈕，工作人員可以根據(jù)各個(gè)房間的不同狀況選擇照明方式，如圖 7所示。

圖7 客房監(jiān)控圖

(2)故障的監(jiān)測、報(bào)警與處理

實(shí)時(shí)監(jiān)測船舶照明狀態(tài)及參數(shù)，判斷故障發(fā)生及故障類型，并產(chǎn)生聲光報(bào)警。本系統(tǒng)設(shè)置的主要故障報(bào)警類型有：門禁系統(tǒng)報(bào)警、火災(zāi)報(bào)警和液面高度報(bào)警。界面設(shè)置有消聲、消閃按鈕。

圖8 報(bào)警監(jiān)控總圖

如圖 8所示，當(dāng)船舶發(fā)生報(bào)警時(shí)，報(bào)警發(fā)生位置樓層的相應(yīng)信號(hào)燈會(huì)閃爍，并會(huì)發(fā)出報(bào)警鈴聲。工作人員可以直接點(diǎn)擊相應(yīng)按鍵進(jìn)入報(bào)警界面，查看報(bào)警原因。查看時(shí)可以按下消聲按鍵，以停止報(bào)警鈴聲。在報(bào)警解除后，再按消閃按鍵停止閃光報(bào)警，如圖 9所示。

(3)信息的顯示、存儲(chǔ)與打印

監(jiān)控界面可以通過報(bào)警匯總表在畫面上顯示一系列報(bào)警，顯示當(dāng)前報(bào)警信息及歷史報(bào)警信息，如報(bào)警類型、發(fā)生時(shí)間、持續(xù)時(shí)間等等，如圖10所示。該信息全部存儲(chǔ)于觸摸屏CF存儲(chǔ)卡內(nèi)。

報(bào)警有四種狀態(tài)：活動(dòng)、確認(rèn)、未確認(rèn)和返回常規(guī)(復(fù)歸)。報(bào)警匯總表可以顯示這四種狀態(tài)的報(bào)警?？梢源蛴∵@些報(bào)警信息或把它們保存為一個(gè) .csv 文件，通過USB端口外接打印設(shè)備，可以打印以上信息，便于系統(tǒng)分析使用。

圖9 圖書館監(jiān)控圖

圖10 報(bào)警列表

4 結(jié)語

在船舶照明監(jiān)控系統(tǒng)中采用人機(jī)界面，簡單直觀，便于操作；提高了照明控制的可靠性以及交互性。組態(tài)軟件的使用，簡化了系統(tǒng)的開發(fā)過程，提高了開放性和可移植性，大大地縮短了開發(fā)周期。與PLC結(jié)合使用，使船舶照明監(jiān)控系統(tǒng)變得更加智能、簡便，有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。

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[1]王奮勇, 盛煥燁. 面向?qū)ο蟮娜藱C(jī)界面類庫研究[J].計(jì)算機(jī)工程, 1995, 12（4）: 22－27.

[2]李斌, 王喆, 許吉力, 等. 分布式溫室計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)[J]. 自動(dòng)化儀表, 2001, 22（10）: 41－42.

[3]施耐德電氣. Vijeo-Designer用戶指南[Z], 2009.

[4]金一鳴, 西門子K—TP 178 micro人機(jī)界面在煤礦生產(chǎn)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用. 甘肅水利水電技術(shù), 2009,10（10）: 41—42.