船舶電氣設(shè)備智能評(píng)估系統(tǒng)底層設(shè)備搭建

楊義偉　林葉春

摘 要：近年來，不斷有人設(shè)計(jì)研究智能評(píng)估系統(tǒng)，像輪機(jī)模擬器智能評(píng)估系統(tǒng)、船舶輔鍋爐智能評(píng)估系統(tǒng)等，但很少有涉及到船舶電氣的智能評(píng)估。文章根據(jù)船舶電氣設(shè)備評(píng)估要求，描述了船舶電氣設(shè)備智能評(píng)估系統(tǒng)的基本組成結(jié)構(gòu)和功能，分析了系統(tǒng)的原理及操作流程，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)操作設(shè)備的人機(jī)界面、通信模塊及故障智能設(shè)置模塊。并以三速錨機(jī)的評(píng)估為例，用S7-200控制操作設(shè)備，用S7-300作為S7-200的上位機(jī)對(duì)各從站S7-200進(jìn)行監(jiān)控并匯總信息。其中S7-300與各從站S7-200采用MPI通信，S7-200與HMI采用PPI通信。文章在對(duì)S7-200連接的HMI設(shè)備的界面進(jìn)行設(shè)計(jì)的同時(shí)，還對(duì)S7-200根據(jù)故障代碼設(shè)置故障的程序進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：智能評(píng)估；HMI；通信

引言

目前，學(xué)員參加船員適任證書考試時(shí)，一般全部由監(jiān)考人員進(jìn)行評(píng)判打分，這種情況下不可避免的會(huì)摻雜考官個(gè)人主觀因素，受監(jiān)考人員自身知識(shí)儲(chǔ)備的影響。與傳統(tǒng)評(píng)估形式相比，智能評(píng)估系統(tǒng)效率更高。智能評(píng)估系統(tǒng)以相應(yīng)領(lǐng)域的專家理論為指導(dǎo)，綜合相應(yīng)領(lǐng)域的專家和技術(shù)人員的豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)為標(biāo)準(zhǔn)，使故障的設(shè)置更形象、更貼近實(shí)際。在此基礎(chǔ)上，與編程技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)考生的智能評(píng)估，這樣不僅提高了評(píng)估效率和公正性，節(jié)省大量人力物力，還使得評(píng)估考試更具實(shí)際意義。

近年來，智能評(píng)估的設(shè)計(jì)層出不窮。將模糊綜合評(píng)判法應(yīng)用于船舶輔鍋爐模擬器的開發(fā)，所開發(fā)的軟件系統(tǒng)，具有自動(dòng)考核功能；根據(jù)輪機(jī)模擬器考核評(píng)估的需求，設(shè)計(jì)智能評(píng)估系統(tǒng)基本組成和功能，結(jié)合專家系統(tǒng)理論和模糊綜合評(píng)判法設(shè)計(jì)了智能評(píng)估系統(tǒng)的評(píng)估算法，并以某模擬器為例具體介紹了智能評(píng)估系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。

然而，船舶電氣方面的智能評(píng)估系統(tǒng)卻很少有人研究，文章結(jié)合前人智能評(píng)估的經(jīng)驗(yàn)，以三速錨機(jī)為例具體設(shè)計(jì)了船舶電氣智能評(píng)估系統(tǒng)中設(shè)備之間及設(shè)備與模擬軟件之間的通信，開發(fā)了一套較為合理的人機(jī)界面，同時(shí)利用S7-200實(shí)現(xiàn)了設(shè)備根據(jù)故障代碼進(jìn)行故障智能設(shè)置。

（1）智能評(píng)估系統(tǒng)基本構(gòu)架及原理

智能評(píng)估系主要由計(jì)算機(jī)模擬軟件、考試監(jiān)控管理設(shè)備、操作設(shè)備組成。

其中，計(jì)算機(jī)模擬軟件包括：專家?guī)?、評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)及參數(shù)設(shè)置模塊、考生信息管理模塊和考試系統(tǒng)管理模塊。

專家?guī)焓窃u(píng)估系統(tǒng)的核心，是以專家理論為指導(dǎo)，結(jié)合專家專業(yè)知識(shí)及相關(guān)技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)所組成的設(shè)備故障庫，包括各個(gè)設(shè)備的故障類型、相應(yīng)的解決方案及故障代碼等。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)及參數(shù)設(shè)置模塊，根據(jù)相應(yīng)的評(píng)分算法對(duì)考生的操作進(jìn)行打分?？忌畔⒐芾砟K由考生學(xué)號(hào)、姓名、身份證號(hào)碼和成績等個(gè)人信息組成?？梢栽谀M軟件中增加、刪除、修改、查詢考生基本個(gè)人信息?？荚囅到y(tǒng)管理模塊主要是通信模塊，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)、調(diào)度模擬軟件中各模塊與考試監(jiān)控管理設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信及數(shù)據(jù)的暫時(shí)保存。

考試監(jiān)控管理設(shè)備用于監(jiān)控、匯總各從站操作設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，連接操作設(shè)備與模擬軟件的數(shù)據(jù)通信。同時(shí)，在監(jiān)控管理設(shè)備上也可以顯示考生信息、考試成績及所監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。在考試過程中，如果考生因操作不當(dāng)做出可能損壞設(shè)備的錯(cuò)誤，考試監(jiān)控管理設(shè)備中可自動(dòng)強(qiáng)行停止該設(shè)備的運(yùn)行以保護(hù)設(shè)備不受損壞。

操作設(shè)備即為考生考試設(shè)備，由考生直接操作。

智能評(píng)估系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

（2）操作流程

考生在S7-200的HMI上操作，首先啟動(dòng)系統(tǒng)，輸入自己的學(xué)號(hào)進(jìn)行登錄，S7-200把考生學(xué)號(hào)通過S7-300發(fā)送到模擬仿真軟件的考試系統(tǒng)管理模塊并在S7-300的HMI上顯示，考試系統(tǒng)管理模塊接收考生學(xué)號(hào)并在考生信息管理模塊中查找該考生信息，同時(shí)把考生信息管理模塊中相應(yīng)考生的姓名、身份證號(hào)碼發(fā)送到S7-300，S7-300記錄考生信息并在自己的HMI上顯示，然后把信息發(fā)送到S7-200的HMI供考生進(jìn)行個(gè)人信息的確認(rèn)。若信息不正確，考生返回前一界面重新輸入學(xué)號(hào)；若信息正確，考生確認(rèn)信息，S7-300接收此信息并發(fā)送給考試系統(tǒng)管理模塊，考試系統(tǒng)管理模塊收到確認(rèn)信息后，從專家?guī)熘须S機(jī)發(fā)送一份考題代碼到S7-200，由S7-200自己設(shè)置故障。然后，考生即可看到自己的考試要求并開始考試。考生完成考試要求或者考試時(shí)間到時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)結(jié)束考試。S7-300在考試期間實(shí)時(shí)監(jiān)控、存儲(chǔ)S7-200考試信息，考試結(jié)束時(shí)發(fā)送給考試系統(tǒng)管理模塊，由考試系統(tǒng)管理模塊把數(shù)據(jù)傳送到評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)及參數(shù)設(shè)置模塊進(jìn)行成績的判定。然后考生信息管理系統(tǒng)存儲(chǔ)考試成績并通過考試系統(tǒng)管理模塊發(fā)送到S7-300的HMI上。在S7-300的HMI上可以隨時(shí)查看考生的相應(yīng)考試信息?？荚嚵鞒虉D如圖2所示。

1 以錨機(jī)為例詳細(xì)說明

1.1 S7-200的HMI界面設(shè)計(jì)

通過西門子觸摸屏組態(tài)軟件Wincc flexible設(shè)計(jì)出與S7-200相連接的觸摸屏的界面：

（1）首先進(jìn)入系統(tǒng)啟動(dòng)界面，點(diǎn)擊開始啟動(dòng)系統(tǒng)。

（2） 進(jìn)入系統(tǒng)啟動(dòng)后進(jìn)入登錄界面，輸入學(xué)號(hào)，點(diǎn)擊登錄。

（3）登陸后，系統(tǒng)發(fā)來對(duì)應(yīng)學(xué)號(hào)的考生姓名及身份證號(hào)碼供考生確認(rèn)。

（4）確認(rèn)信息后，系統(tǒng)隨機(jī)發(fā)來一份試題，如圖3所示，該界面還有HMI自帶的時(shí)鐘，以便考生把握時(shí)間。考生排除所有故障后，點(diǎn)擊測試設(shè)備按鈕測試故障是否排除。

1.2 通訊與故障設(shè)置

1.2.1 S7-200與HMI的通

開始時(shí)，HMI上點(diǎn)擊開始按鈕，S7-200中M2.0置1，M0.0自鎖。同時(shí)HMI切換到下一個(gè)畫面，輸入學(xué)號(hào)，學(xué)號(hào)保存在VW20區(qū)，點(diǎn)擊“登錄”按鈕，S7-200中M2.2為1，同時(shí)把保存學(xué)號(hào)的VW20中的內(nèi)容傳送到MW2中以供S7-300掃描。系統(tǒng)根據(jù)學(xué)號(hào)找到對(duì)應(yīng)的姓名和身份證號(hào)碼，發(fā)送給S7-200的MW20和MW10。并通過傳送指令分別把姓名和身份證號(hào)碼傳送到VW40和VW60中并在HMI上顯示?？忌贖MI上核對(duì)個(gè)人信息并點(diǎn)擊“開始考試”按鈕，此時(shí)進(jìn)入考試界面并開始計(jì)時(shí)。

1.2.2 S7-300與S7-200的通訊

S7-300與S7-200之間用MPI方式通信，MPI通信時(shí)，CPU可同時(shí)與多種設(shè)備建立通信聯(lián)系，即編程器、HMI設(shè)備和其他的PLC可以連接在一起并同時(shí)運(yùn)行。

S7-300通過SFC67指令讀取S7-200的“開始”、“學(xué)號(hào)”、“登錄”、“開始考試”、“故障代碼”、“檢測設(shè)備”和PLC輸出狀態(tài)等信號(hào)，通過SFC68指令把計(jì)算機(jī)傳送下來的試題代碼、身份證號(hào)碼和姓名信息寫到S7-200上。

1.2.3 S7-200故障設(shè)置

在錨機(jī)電路中的各種開關(guān)、按鈕、指示燈、控制箱、主令手柄、正反向及速度控制接觸器之前都加上小的繼電器用以PLC自己設(shè)置故障?，F(xiàn)假設(shè)故障代碼00對(duì)應(yīng)的故障為沒有電源、按下啟動(dòng)按鈕錨機(jī)不動(dòng)作、控制箱沒電、不能反向及低速運(yùn)轉(zhuǎn)。

2 結(jié)束語

智能評(píng)估系統(tǒng)對(duì)海員培訓(xùn)考試有重大作用，可以提高效率，保證考試的公正性。經(jīng)測試，文章設(shè)計(jì)的通訊系統(tǒng)工作良好，人機(jī)界面也比較合理，而設(shè)備也能根據(jù)故障代碼自己設(shè)置故障。智能評(píng)估系統(tǒng)涉及比較廣泛，文章僅舉例介紹了考試監(jiān)控設(shè)備（S7-300）與操作設(shè)備（S7-200）、操作設(shè)備（S7-200）與HMI的數(shù)據(jù)通信問題，HMI的界面設(shè)計(jì)及故障的智能設(shè)置問題。