现代船舶监测和报警系统的研究

大连海事大学硕士学位 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 现代船舶监测和报警系统的研究姓名：张圣弢申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：孙建波20100601摘要关键词：船舶推进系统；监测系统；报警系统；故障诊断；专家系统随着船舶自动化技术的不断进步和发展，船舶制造业发生了巨大的变化，船舶系统的自动化程度越来越高，无人化机舱系统的应用越来越广泛。高技术含量的集成系统的大量应用，使得船舶各系统更加高效，无人化程度也越来越高，与此同时也对船舶系统的可靠性提出了更高的要求。船舶监测和报警系统主要完成船舶动力装置的监测、预警、参数查询和打印等功能，是保证船舶动力装置安全、高效运行的重要组成部分。因此对于船舶监控系统的要求己不局限于以往单一的、局部性的监控系统，而是朝着模块化、集成化、智能化方向发展：可以预见现在船舶监测和报警系统的发展将会在计算机技术和系统集成技术的带动下朝着更高的方向发展。我国船舶制造业已经有了长足的进步，但是与国际先进水平相比仍有较大差距。我国目前的船用设备制造技术水平大致相当于技术先进国家20世纪80年代的水平，国产设备装船率还不到40％，目前我国制造的大型船舶使用的自动化设备主要依赖进口Ⅲ。中国的船舶工业要想健康成长，必须走自主创新的工业化道路。本文对现代船舶监测和报警系统进行了深入的研究。以当代最新船舶机舱监测和报警系统为研究对象，完成了船舶监测和报警系统的设计和建模，开发了机舱监测和报警软件系统，实现了机舱735个监测点的数据采集、数据显示、异常警报、报警处理、报警延伸、数据打印等功能。此外，考虑到现代监测和报警系统的功能扩展，建立了MANB&WMC柴油机故障诊断专家系统知识库，以及诊断推理机。使监测和报警系统在实现监测报警功能的同时，还能在出现故障时判断出故障的原因，为船员排除故障提供参考依据，弥补了当前监测和报警系统普遍没有柴油机故障诊断专家系统的不足。中文摘要marinemonitoringmadeautomatedmodemstudy,completedparameterThissystemssystems，Achievedtechnologyhighertechnology．imports．Todiagnosissystem．Withtremendousandthatefficiency．Therefore，thebebehindadvanced．China’SequjpmeritadvancedtheusemusttakeroadMarineextension,dataaddition,takingMANB&WMCjudgecurrentwords：Marinesystem；MonitoringAbstractnumbersystemmoreefficiency，atsametimetogreatMonitoringalarmroomprocessing，alarmotheraccountextensions，establishmentreasonsgeneralsystem；FuaR英文摘要advancesincomputerautomationhavetakenplace，vesselindustryundergonechanges．Unmannedwidelyapplied．High-techintegratedoflargeapplications，makingshiplevelreliabilityShipalarnliscompletepropulsionsystem,earlywarning，query,andprintingon．Thepowerplantsafetyrequirementsforvessellongerconfinedpast,asingle，localizedsystem,buttowardsmodular,integrated,intelligemdirectionCanexpectednOWdevelopmentwilltowardbyChinesehasstrides，butstilllagsinternationalmanufacturingtechnologicallyroughlyequivalentcentury20也80．Atpresent，China-madeshipsequipmentmainlyrelyhealthChina’Sshipbuildinggrowtll，weindependentinnovationindustrialization．in-depthresearch．ContemporaryNewEngineRoomdesignmodeling，developedsoftwareengine735cabindatacollection,datashowsabnormalalarm,ala／Tnfunctions．InintofaultexpertEnablefunctionsachieve，butalsofailurecrewprovidereferencetroubleshooting，makeupabsencedeficiencies．Keysystem；Alarmdiagnosis；ExpertseteventaSOensurenoon学位论文作者签名：薹衄论文作者签名：弦曼弛导师签名：不保密∥(请在以上方框内打“4")日期：矽，汐年厂月27日大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明保密口在——年解密后适用本授权书。学位论文版权使用授权书原创性声明撰写成博／硕士学位论文．==理垡墅照鳖型塑拯警丕筮数巫塞：。除论文中已经本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体己经公开发表或未公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。本学位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、使用研究生学位论文的规定，即：大连海事大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。同意将本学位论文收录到《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》(中国学术期刊(光盘版)电子杂志社)、《中国学位论文全文数据库》(中国科学技术信息研究所)等数据库中，并以电子出版物形式出版发行和提供信息服务。保密的论文在解密后遵守此规定。本学位论文属于：第一章绪论帚一旱瑁比1．1课 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 研究的意义1．2国内外发展概况当前船舶自动化程度越来越高，自动化设备的经济附加值在船舶总造价中所占比重也越来越高。造船业的技术竞争已不仅仅集中在船体的制造技术上，而更多的体现在船舶自动化设备及相关配套设备的研发与制造上。而在这方面，我国还处在相对落后的位置上。远洋船舶的监测和报警系统是船舶自动化的重要组成部分，是船舶在远洋安全航行的必要保障。但我国大型船舶的监测和报警系统还主要依赖进口，国内也有众多科研、院校、工厂进行过研制工作乜w，但整体技术水平上与国外还有非常大的差距№]。监测和报警系统主要功能是实时监测机电设备的参数和运行状态，并进行监控、显示、报警、操作和记录。当监测报警系统探测到系统中某一参数超出设定值范围时，将会发出警报通知值班轮机员，做到有故障及早发现、及早排除。随着监测和报警系统的不断发展，仅仅监测异常已经不能满足现代船舶安全航行的需要。在发现系统异常的同时，如果能进行故障诊断并给出故障发生的原因及解决方法，将大大加快值班人员处理故障的速度，由此避免发生更大的事故。故障诊断专家系统就能很好的提供这方面的支持。有了故障诊断专家系统，监测和报警系统就不仅能够发现问题，而且还能够根据监测出来的故障信息，由专家系统诊断出故障的原因，使船员能够快速的处置故障，保障船舶的安全航行。因此在监测和报警系统中集成故障诊断专家系统将是未来的发展方向。本文将要在现代船舶监测和报警系统的设计实现上进行一些探索，希望能够对监测和报警系统的国产化作出有益的贡献，缩小与国外先进水平的差距。当前，新造船舶采用的检测和报警系统主要都是使用了多微机分层监控系统，这种监控系统的结构属于典型的集散式监控系统(DCS)‘们，一般采用三层结构：现代船舶监测和报警系统的研究数据i／o口、输入键盘、显示器和统一的下位机。在后来的系统升级中，美国海军将MHC251级舰的监控和报警系统进行了数字化改造。升级改造后的系统具有如和 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 化。4．监控功能、逻辑控制脱离硬件，改为以软件实现。这就大大增强了下层有若干个分站构成，每个分站均包含一个微处理器，某些分站承担数据采集和处理的任务，某些分站则作为控制器使用；中间层作为数据通信站和显示报警处理单元，把下层采集的数据传送到上层信息管理单元，并把报警信息送到报警处理单元；上层由信息管理单元和数据分析单元等组成。这种网络化监控系统功能齐全，能实现监控、显示、报警、历史数据存储等日常全部操作的要求，其分散控制，集中监视、操作和管理的系统结构，使监控系统的可靠性和安全性得到了提高，代表了船舶自动监控系统的发展方向。首先将多微机分层监控系统应用于实船的是加拿大海军。加拿大DDH2280级驱逐舰上安装了以三重数据总线为核心的多微机分布式总线机舱监控系统。这种设计方式为监测和警报系统开辟了新的思路。首先，模块化的结构有利于系统的系列化以及标准化，大大增强了系统的通用性，免去了为不同船型设计不同系统的麻烦，加快了研发周期，减少了调试时间。其次，模块化的设计也为后期的维护提供了方便，因为不同的船型的系统所用零件都是通用的，所以减轻了后勤保障的压力，提高了维修的工作效率Ⅲ。美国海军为DDG251级驱逐舰设计安装的监测报警系统也是模块化、系列化的典型代表。该舰应用了一种以多通道数据总线为基础的分布式监测系统。所有的监控终端都与总控制室的中央数据库相连。并且预留冗余，为未来的系统升级改造提供接口。系统所使用的硬件设备都为统一的模块化设备，包括：微型计算机、下特点：1．系统采用分布式总线设计。所有的终端和中间结点都与总控制室的中央数据库相连。2．系统冗余大，具有开放结构可扩展性强。3．硬件实现了模块化系统的通用性，加快了研发周期，减少了调试时间。国内的学校及科研机构也开发出了符合现代船舶要求的监测和报警系统。大连海事大学研发的自动化机舱系统将主站设在机舱值班室，各监测点与控制站设在机舱各部位。机舱报警、柴油机工况监测、主机遥控以及锅炉控制、电站控制、第一章绪论一2一1．3课题研究的主要内容冷却水温度控制、燃油温度控制等系统的重要数据均可通过网络送至主站，并可通过主站传至上层网络，因此主站又兼任网桥。网络连接采用BITBUS现场总线结构。另外，交通部上海船舶运输科学研究所研制的STI-VC2100MA船舶监控系统是基于LonWorks现场总线，集采集、控制、通信于一体的高可靠、高性能的舰船监控报警系统。该系统与外部传感器探头相配合，可用于监测船舶主机、辅机、锅炉及电站等整个机舱的热工参数，测量液位和监视各种设备、系统的运行状态。STI-VC2100MA监测报警系统是按照标准化、模块化、系列化设计，各种输入输出模块(i／o模块)通过LonWorks网络与主微机联网，由输入模块完成现场数据的采集，并将采集的数据通过LonWorks网络传输到主微机进行显示报警及管理。系统产生的输出数据通过输出模块输出到控制对象，在需要的地方可设置显示终端、以显示测量参数。各测控模块可自由组合，以满足用户对系统不同的要求。虽然我国每年造船总吨位都呈上涨趋势，但一个不容忽视的问题是中国制造船舶的导航、通信、舱室、自动化设备以及电机、电器等关键部件大多还需要进口。目前中国国产设备装船率不足40％，远低于日、韩的85％以上。所以我们要立足于国内现有条件，借鉴、消化、吸收国外先进技术，开发适合我国国情的监测和报警系统。本文根据现代船舶动力装置报警和监测系统的特点和要求，全面地阐述船舶动力装置报警和监测系统的总体结构、工作原理，建立了报警和监控系统的数学模型，利用vC++编程语言完成系统的软件设计和编程。此外，针对现在监测和报警系统普遍没有具备准确可靠的故障诊断功能的现状，建立MANMC柴油机故障诊断专家知识库，设计诊断推理机，在监测和报警系统中引入故障诊断专家系统，使该系统成为集状态监测、故障报警和故障诊断于一体的现代船舶监测和报警系统。本文将主要完成以下内容：1．对现代船舶监测和报警系统的功能需求进行分析，设计报警和监控系统的总体框架，建立监测和报警系统的数学模型。现代船舶监测和报警系统的研究B&W一3一2．建立MANMC柴油机故障诊断专家知识库，设计诊断推理机，将专家诊断系统引入到监测和报警系统中。3．在上述基础上，使用VC++编程软件进行完成报警和监控系统的软件开发以及故障诊断专家系统的开发，该软件系统可满足模拟器训练的要求，进一步完善后可应用于实船。第一章绪论B&W一4一第二章监测和报警系统的总体设计2．1监测和报警系统的模块化设计当前监测和报警系统的设计思想普遍是采用了模块化的设计思想，可以根据不同的需要选择不同的子系统模块，不需要进行大规模的系统改造就能适应不同船型的需求。这种模块化的思想代表了当前监测和报警系统的主流发展方向。本文设计的监测和报警系统将同样采用模块化的设计思想，允许根据不同船型的要求灵活配置系统，满足从低复杂程度的报警系统到高度联合报警系统的要求。而模块化的设计思想同时体现在硬件设计和软件设计上。在硬件设计方面，将船舶上几大区域对监测和报警系统的使用需求进行分析，将不同区域的需求进行归纳整理，整合设计出几种硬件功能模块，每种模块能够安放在几种需求相似的区域中，满足该区域对监测报警系统应用的要求，这样的设计增强了模块的通用性，减少了模块种类的数量。根据这种设计思想，文本的监测报警系统由操作站(OperatorStation)、小型操作站(MidiOperatorStation)、驾驶室监测和报警操作单元(WatchUnit)、公共监测和报警操作单元(WatchUnit)、局域网和CAN网等功能模块成。图2．1给出了不同硬件功能模块在船舶上的使用区域示例。图2．1硬件功能模块使用区域示例F远．2．1m$onal现代船舶监测和报警系统的研究BridgeCabinExamplemodulesofhardw盯eusingin2．2监测和报警系统硬件功能模块设计在软件设计上，同样采用模块化的设计思想。这种设计方法是将监测报警系统的功能进行整理，划分出互相独立的软件功能，比如参数显示、报警处理、数据打印等，每种功能作为一种软件功能模块。在整个系统中将数据库做为基础，软件功能模块的运行都是围绕数据库进行的。所有软件功能模块的运行都是建立在不断对数据库进行读写上的，不同的模块之间没有直接联系，相互之间的工作配合都是通过数据库完成的。本系统的软件功能结构如图2．2所示。不同的硬件模块根据需要具有几种软件模块。比如操作站具有了数据读写、查询、显示、打印等软件功能模块，而公共监测和报警操作单元因为需要不同则不具备打印功能模块。这种软硬件同时使用模块化结构的优点是在系统运行时也可以方便的增删硬件模块，而不影响整个系统的运行。并且在增删硬件模块后也无需更改其他模块的连接与设置，增强了系统的可扩容性和易维护性。2．2．1操作站(0S)操作站以标准的PC电脑为硬件基础，连接一个彩色的显示器和一台打印机。可以通过操作一个标准的电脑键盘或是特别设计的操作面板，方便的访图2．2监测和报警系统的软件设计框图Monitoring第二章监测和报警系统的总体设计systemFig．2．2andalarmingsoftwareflowchart·监测点模拟量、数字量的读入。·所有数据的显示、查询、修改。·通过集成的专用键盘及屏幕进行输入输出操作。问到不同的软件系统。操作站可以配备一台打印机用于报警打印、日志打印。操作站可以进行以下操作：·对数据库进行数据更新及维护。·显示所有的报警信息，以及进行报警延伸、阻塞等报警处理。·可以通过列表显示、趋势图显示、过程控制图显示等方法对数据进行显示。·对报警记录进行打印。·使用故障诊断专家系统对故障进行故障诊断。2．2．2小型操作站(MOS)小型操作站是一种简化的操作站，目的是可以将小型操作站放置在船上的任何位置，包括甲板等位置。为此要在体积上进行小型化，将彩色显示器替代为小型液晶屏，输入键盘则改为同屏幕一体化的专用键盘。打印机根据小型操作站被安装位置的不同酌情安装。对于小型船舶报警系统，它可以是唯一的操作站。小型操作站可以进行以下操作：2．2．3驾驶室监测和报警操作单元(WBU)驾驶室监测和报警操作单元是用来安放在驾驶台的任意位置，平时用来查询监测点状态，出现故障时进行报警，召集值班人员进行报警处理等功能。驾驶室监测和报警操作单元主要用途有：·显示负责监控区域的情况。现代船舶监测和报警系统的研究2．3监测和报警系统的总线设计·显示当前值班人员。·当有警报发生时发出声音报警及报警确认。·将报警延伸至公共监测和报警操作单元。·召集值班人员或其他人员。2．2．4公共监测和报警操作单元(WCU)公共监测和报警操作单元通常是安放在休息区、船员居住舱等非工作环境等地方，用来在发生报警的时候来召集值班人员。公共监测和报警操作单元主要用途有：·显示值班人员。·显示当前报警状态。·显示被呼叫人员。·出现报警时进行声音报警。根据国际电工委员会(IEC)和美国仪表协会(ISA)的定义，现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、串行和多点通信的数据总线。它将自动化最底层的现场控制器和现场智能仪表设备互连成为实时控制通信网络，该控制通信网络可以更方便地与高层的管理信息层联系。比较典型的现场总线有：Fieldbus，基金会现场总线)。Tranducer，可寻址远程传感器数据通路)。控制局域网络)。(5)LonWorks(LONSystem局部操作系统)。其中CAN总线是ISO国际标准化的串行通信协议。CAN总线具有通信速率快、可靠性好、灵活易用、容错性强和链接方便等优点。CAN总线还是国际船用标准，因此本文的监测和报警系统的总线就以CAN总线为总线标准。(1)FF(Foundation(2)Profibus(ProcessFicldbus)。(3)HART(HighwayRemote(4)CAN(Controller第二章监测和报警系统的总体设计AddressableAreaNetwork，LocalOperating．8．CAN总线采用的是一种叫做“载波监测，多主掌控／冲突避免"(CS姒／CA)CAN总线设计CAN属于现场总线的范畴，基于ISO／OSI标准建立，模型结构分为三层：物理层、数据链路层和应用层。对于物理层的传输介质可以是双绞线、同轴电缆或光纤。的通信模式。这种通信模式能够很有效的解决报文冲突问题。它允许总线上的任何一个设备都有机会取得总线的控制权并向外发送数据。当有两个或更多设备同时要求发送数据，就会产生总线冲突，CAN总线就要检测信息中的标识符，通过比较标识符的大小，让优先级最高的信息不受任何影响的最先发送出去。当总线处于空闲状态时呈隐性电平，此时任何节点都可以向总线发送显性电平作为帧的开始。如果2个或2个以上同时发送就会产生竞争。CAN总线解决竞争的方法如图2．3所示。CAN网仲裁方法现代船舶监测和报警系统的研究2．3．1图2．3Fis．2．3CANArbitrationht疵e2．4故障诊断专家系统本系统中，采集模块将采集到的数据或信号通过CAN总线进入CAN智能接口卡中，在接口卡内完成对数据的分析和处理，再将结果通过PC机上的ISA总线插槽传到PC机上显示出来。因此，在这里CAN接口卡作为一个承上启下的部件，具有特别重要的作用。它是整个系统的核心，结构如图2．4所示。CAN智能接口卡(也称CAN网卡)的关键部件是CPU和一块双口RAM芯片。汇编程序固化在与CPU相接的EPROM中，双口RAM的作用是可以双向接收和传输来自CAN总线和PC机ISA总线的数据或信号。船舶柴油机是一类典型的综合性复杂系统，其组成结构和工作原理的复杂性导致了它的故障症状复杂，故障与故障原因之间的关系复杂，故障信号检测困难。因此，长期以来船舶柴油机的故障诊断一直是个棘手的问题阳1。故障诊断带来的好处是显而易见的。它能为实现无人机舱提供安全保障，减少判断故障原因时间，加快解决故障时间。因此，本文提出在船舶监测和报警系统的基础上加入故障诊断专家系统。随着柴油机故障诊断越来越受到重视，研究程度也在不断加深，研究方向和研究成果不断涌现，主要有如下方面n∞：1．基于故障机理的研究，如基于机理的振动诊断方法研究。故障特征提取方法。用一些新的方法分析各参数间的关系，以找到更准确更简练的故障描述参量，分析出故障发生的主要原因。3．充分利用仿真手段。仿真不仅可以开发模拟器等产品，而且可以结合实验图2．4CAN网接口卡第二章监测和报警系统的总体设计2．Fig．2．4CANCard数据不断修正诊断算法，具有投入少，周期短等优点。4．采用分层诊断策略。利用监测参数，对整机性能进行监测，诊断整机有无故障；在此基础上，对故障进行定位及量化分析，即确定多缸柴油机的故障缸、故障部位，乃至劣化程度；查明最大可能的故障原因，使监测与控制形成良好循环。基于人工神经网络的故障诊断系统的研究取得了很大进展，但应用到柴油机故障诊断中还很不成熟。大量的知识获取，以及系统的可靠性还需要进行更深入的研究。与此同时，专家系统作为人工智能应用的一个成功典范，在设备故障诊断中的应用越来越受到人们的重视。专家系统是指利用研究相应领域专家的专业知识进行推理，去解决高难度的专业实际问题的智能系统。故障诊断专家系统作为专家系统中的一个分支，是根据人们长期的实践经验和大量的故障信息知识设计出的一种智能计算机程序系统，以解决难以用数学模型来精确描述的系统故障诊断问题。故障诊断专家系统大多都是基于知识的故障诊断系统，即以领域专家和操作者的启发性经验知识为核心，通过演绎推理或产生推理来获取诊断结果，具有知识表达直观、形式统一、模块性强、逻辑清晰等特点。专家系统的核心主要包括以下几部分：知识库、知识获取部分、推理机、解释部分。在知识表达方面，大多数诊断性专家系统都是以生产式规则和框架进行知识表达的。同时专家系统可不受检修人员的变动的影响，还可用于检修人员的培训。检修人员在长期的使用和维修实践中得以积累丰富的柴油机故障诊断经验，对这些经验进行总结并进行理论充实与完善，综合目前应用和发展中的诊断技术，建立相应的诊断专家系统，对解决目前柴油机故障诊断困难问题无疑是一个有效地途径‘7一盯。2．4．1故障诊断专家系统模块设计本故障诊断专家系统的模块结构图如图2．5所示。现代船舶监测和报警系统的研究解释 翻译 阿房宫赋翻译下载德汉翻译pdf阿房宫赋翻译下载阿房宫赋翻译下载翻译理论.doc 机卜}》—剖输入智能翻译机卜鼍}》lk》l知识获取接口《一山．1JI，1．人机界面。计算机与操作人员交流的平台，通过人机界面进行故障输入，以及诊断后的解释输出。2．输入智能翻译机。它将输入的文字转变为统一的标准知识代码，并智能识别是否有输入错误。确认后将知识代码输入推理机。3．知识库。包括知识库管理系统，它存放了专家知识和经验知识，提供给推理机进行处理。4．嵌入知识库。它存放了专家系统的扩充知识，即本系统的故障处理措施库和故障详细解释库。它从知识库的嵌人口与知识库结为一体。5．推理机。本故障诊断专家系统的推理机采用基于产生式的推理模式。6．翻译解释机。翻译解释机将动态知识库中的知识代码翻译成文字，并经过解释后输出到人机界面，与用户交流。7．知识获取接口。本接口采用了数据库操作系统，通过它领域专家可以很方便地修改和扩充知识库。2．4．2故障诊断专家系统功能设计故障诊断专家系统具有如下几大功能：故障诊断功能。进入故障诊断专家系统后，操作人员根据故障情况给出发生故障的部件的位置名称，以及故障的状态。推理机根据这两点，从专家知识库中找出符合现象的所有故障，以及所有导致故障的可能的故障，全部显示出来-->图2．5专家系统结构图第二章监测和报警系统的总体设计知人识专家知识库用机推理机《户嵌界入面system1．Fig．2．5Expertstructurer供操作人员根据现场情况进行选择。当选定一个故障时，如果该故障是可推导的则继续如上环节，直至出现不可推导的最终结论。2．故障解释功能。向轮机员解释本故障的产生原因，一步步的解释症状是如何产生的。这可以很好的提高轮机员故障诊断和分析能力。3．故障处理功能。针对本次故障诊断结果，告知轮机员应该采取何种措施来维修设备。这可以很好的提高轮机员工作技能，减少船舶维修费用。现代船舶监测和报警系统的研究一13—第三章监测和报警系统的软件设计3．1软件功能的划分3．2数据库的建立及操作本文设计的现代船舶监测和报警系统的软件部分以PC机为硬件平台，因为PC机应用广泛，以Pc机为硬件平台可以增大软件的适用范围，减少硬件使用维护成本。软件设计平台以VC++6．0为设计环境，vC++具有代码简洁，程序执行效率高，不易发生故障，程序界面友好等优点。根据前文所述将软件的功能总结如图3．1所示，总体分为监测功能、报警功能、查询功能、专家系统、系统设置等五大类，数据比较、报警阻塞、趋势图显示等20小项。在本文设计的监测和报警系统中，将监测点参数数据库、实时监测数据库、监测点报警数据库、报警历史数据库作为系统运行基础，将操作站作为数据交换图3．1软件功能模块modulesFig．3．1Software．14．节点，WBU、WCU等功能模块为人机交互终端。整个系统的运行都是围绕着上述一个监测点所包含的参数有名称、D号、描述、输入输出通道、阀值、延迟时间后顺序进行排序，内容包括参数名称、m号、通道号、报警时间、当前参数值、4个数据库进行的。根据系统的功能和设计要求，数据库为关系数据库，数据库的结构见表3．1n引。NUMBER为索引号，是每个监测点的唯一标识。STATUSLIST为监测点当前状态，即表明了该监测点是正常、报警还是消音等状态。ALARMLEVEL为模拟量监测点的高低限，超出高限或底限即视为出现不正常。DELAYTIME为延迟报警时间。ALARMSIGLE为监测点报警阻塞。作为整个系统的运行基础的4个数据库，程序在运行时实时的查询、更新数据库中的各项数据，能够为监测报警系统提供及时有效地数据流支持。(1)监测点参数数据库监测点参数数据库是用于存储监测点各项参数值的数据库。数据库中包含了所有可以监测到的监测点。本系统的数据库包含了735个监测点。数据库中每等参数。其中监测点名称是系统区分监测点的重要参数；输入输出通道则使用户可以灵活的连接传感器；报警延时则是根据具体监测点情况，设置延迟报警的时间，经过一定的时间再进行报警。报警上下限值也是储存在此数据库中，可以随时通过终端设备来更改参数值、报警上下限及延迟时间。(2)实时监测数据库实时监测数据库包含了所有监测点的当前数据，以及一段时间之内的所有历史数据。系统运行时，采集来的数据由系统记录到实时监测数据库。其他的功能模块可以按需访问该数据库，比如趋势图显示时需要调用当前及以前的参数值。由于参数点数量众多，长时间运行时所有点的数据总量也快速增长，为了防止数据库容量剧增，减慢系统运行速度，数据库按一定时间间隔进行删减过期数据记录。(3)监测点报警数据库监测点报警数据库记录了完整的报警信息。监测点报警数据库是以时间的先现代船舶监测和报警系统的研究INDEXHIGHLEVEL、ALARMLOWREPOSEGROUP舳ERStmca鹏札ARM表3．1数据库的结构MJ硒ER整型索引号参数通道号监测点标识分组号子组号文本型组名称监测点当前状态蹦￡f理浮点型监测点当前值(模拟量)NA舾仿真子系统变量名称监测点的量程单位报警高限(模拟量)报警低限(模拟量)延迟报警时间延伸报警组(8组延伸报警)报警阻塞组1(最大24点)AI．A跚REPOSE报警阻塞组2(最大24点)REPOSE监测点报警阻塞标识通讯输入状态标识oF脏ASUREING监测点输入的地址自由显示组号(用户添加，最大8组)趋向图显示组(最大8组)LOG薄打印标识报警打印标识DETECT(UNDER)传感器故障探测标识DETEcT(0vER)第三章监测和报警系统的软件设计Tab．3．1DatabaseINDEXCH^NNELNUMBERITEMNAMESUBGROUPS1ATUSLISTVARIABLERANGEUNITALARMHIGHLEVELLOWDELAYTIMEEXTENSIoNGROUPlGROUP2AI．ARMSIGLECOM根INICATIoNINPUTADDRESSSIGNALFl也EDISPUWTRENDDISPLAYLoGPRINTINGPRINGTINGSENSORTROUBLE．16．历史记录数据库保存了所有监测点报警数据库中的历史值，它是监测点报警数据库的一个全集，同样的包含了参数名称、D号、通道号、报警时间、当前参监测数据库。如果需要显示趋势图，则从实时监测数据库读取某一参数在一段时的信息，可以用记事本等文本工具打开。优点是查询速度快，读取迅速，无需很报警类别等。当系统检测到有参数超出设定值范围时，监控系统在发出声光报警的同时，将该报警的监测点作为一条记录写入监测点报警数据库。(4)报警历史数据库数值、报警类别等参数，但是多出了一个取消报警的时间参数。当程序开始运行时，系统接收采集来的数据，数据进行量程转换后写入到实时间内的参数值进行显示。采集到的数据同时，将当前数值与设定上下限值进行比较，判断是否超出范围。如果超出范围，则系统进行声光报警，并将此条信息写入监测点报警数据库，如需延时报警，则延时后写入监测点报警数据库以及历史记录数据库。如果没有超出设定则进行下一轮采样。3．2．1数据库的读取与保存一般的数据库软件都有将自己格式的数据文件转换成文本格式文件的功能，其中一种文本格式的扩展名就是．dat。这种文本是纯文本，没有数据属性结构方面复杂的查询语句。符合监测和报警系统这种短时间内需要大量数据查询比对的工作方式。所以本文的数据库文件就是采用这种格式。MyConnect为一个C++类，用来进行数据库的读写。具体实现如下：MyConnect：：ReadData(LPCTSTRFileName){1．Open(FileName，CFile：：modeRead]CFile：：typeBinary)；iIU／N)dative=sizeof(MyDataRes[0])；for(inti=0；i<735；i++)现代船舶监测和报警系统的研究boolCFilefilel；BOOLYN=fileintdatasize；i=0；i<735；i抖)}{1．Read(&MyDataRes[i]，datasize)；1．Close0；MyConnect：：WriteData(LPCTSTRFileName)filel．Open(FileName，CFile：：modeCreatelCFile：：modeWrite]CFile：：typeBinary)；iffYN)datasize=sizeof(MyDataRes[0])；for(intfilel．Write(&MyDataRes[i]，datasize)；／／&MyDataRes[i]缓冲区么，filel．CbseO；第三章监测和报警系统的软件设计elsefilefalse；boolCFilefilel；BOOLYNintdatasize；void掌lpBufreturntrue；．18．3．3报警的触发规则及实现在程序初始化时，运行构造函数的时候，将数据库文件读入。影响到本次的处理方式，比如上次循环周期内发生越限情况，已经触发报警并且}MyConnectMyConMyCon．ReadData(”database．dat")；在程序关闭之前，在析构函数中，将数据保存到数据库文件中。MyCon．WriteData(”database．dat”)；本监测和报警系统，一共包含了735个监测点，这些监测点在一个循环周期内都要读入、对比、处理一遍。每个监测点上一次的对比、处理后的状态直接会报警被消声，那么如果在这次周期内，但故障还没有恢复，程序不能再一次进行声光报警。所以要对735个监测点的上次处理后的状态进行记录，将上次的状态称为报警通道状态，状态设定内容如表3．2所示。3．3．1模拟量的处理监测点分为模拟量与数字量两大类，分别用不同的比较流程。对于模拟量的监测点，每个监测点都有如下的参数，如表3．3所示。表3．2报警通道状态报警通道状态解释无报警发生报警该通道报警被该通道报警未确认被确认但已恢复现代船舶监测和报警系统的研究false；AlarmmodereturnTab．3．2channel0123粼勰。P删tie㈣Kr=-a)PrValue>蝴)P．xValue锄I")IJ警确认，通道状态赋予1。如被确认，通道状态赋予2。在一个循环周期内，每个模拟量在读入时进入图3．2所示的流程。出心RT=-3当(PrValueHSET)&(ALMSORT=0)时，超过高低限，读入该通道的报警延时时间，并付与延时环节。当延时时间到达，进行报警，并等待报PrValue>HSET)&(ALMSORT=IlALMSORT=2)时，超过高低限且已经发生报警或该通道报警被确认，则不进入延时环节，如果报警被确认且恢复正常值时，通道状态赋予0；当(PrValue>LSETPrValueLSETIPrValue>ItSET)(Prv札ue>LsFrl毛^LIs0I玎=2)^L■：oR'F--．O&丘ALISOKr--OALIsoRT--O．勰镒桀：l进入图3．3所示的流程。当(PrValue=0)&(ALMSORT=3)时，已经恢复正常，不进入延时环节，如果报当(PrValue>LSETIPrValue 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 表达方法本系统所用到的领域知识就是根据以吴恒教授为首的专家系统开发组收集了8年的柴油机故障知识和经验知识。其中信息项8000余条、规则项1400余条、知识项8000余条。在知识库内容数量庞大，关键字众多的情况下，为了规范故障描述方法，增加搜索效率。本系统提供了故障部件标准词元433项，故障状态表达词元430项。以及设立了标准的语法表达句式，来规范故障描述方法。句法格式：其中：图3．6知识结构图K=(P，M)(3．1)现代船舶监测和报警系统的研究P=S1＆S2&S3Fig．3．5KnowledgeChart一27—P——故障部位词元，即故障发生在哪一个具体的部位：M——故障状态词元，即故障状态的描述；S——故障发生的部位，其中S为大系统，S1为子系统，S2为部件，S3为具体部件。(3)信息项的数字化处理同时为了使诊断规则及信息项能够输入到计算机进行推理，在推理运算过后，能够将输出结果为操作人员所理解。本文将所有的信息项进行了归纳整理，使每条信息项都拥有唯一的ID。在输入故障时，将故障转换为信息项ID，方便计算机推理运算。输出故障原因时，将信息项ID转换为自然语言，使操作人员能够理解。如图所示3．7所示。将每条信息项由唯一的9位字符串表示，0、1位为系统划分标志位，将总系统按子系统分为几个小的系统，并进行编码；2、3、4位为故障部位词元；5、6、7位为故障状态词元；8位为可推理标志位，为0时意味着不可继续推理，为1时意味着可以继续推理，此故障由另外的故障引发。(4)提高系统的透明性最后为了增加专家系统的透明性，能够解释本身的推理过程和回答用户提出的问题，以便让用户明白推理过程，提高对专家系统的信赖感。本系统的专家库对每条规则都提供了相应的解释和解决的措施。推理标志位故障描述标志位故障部位标志位系统划分标志位图3．7标志位示意图F塘．3．7第三章监测和报警系统的软件设计diagramFlag．28．3．5．2推理机的建立综上所述，知识库中的每条规则都如表3．5所示例子。故障症状措施解释故障ID症状ID气缸套咬缸加强活塞冷却其中故障与症状的内容都是信息项，相同的信息项在不同的规则中可能是故障也可能是症状。一故障ID是该条规则项中作为原因的信息项的ID，症状ID是该条规则项中作为症状的信息项的ID。解释针对该条规则项的原因解释，措施是系统提出的指导措施意见。推理机是专家系统中实现知识推理的部件，是基于知识的推理在计算机中的实现。因为知识库采用了产生式的表达方法，所以推理机的设计也应遵循基于产生式的推理模式。产生式的一般形式为：前件一>后件其中，前件就是前提，后件是结论或动作，前件和后件可以是由逻辑运算符AND、OR、NOT组成表达式。产生式规则的语义是：如果前提满足，则可得结论或者执行相应的动作，即后件由前件来触发。所以，前件是规则的执行条件，后件是规则体。所以，一个产生式规则就是一条知识。如在“压气机叶轮变形一>增压器转速下降’’这条知识中，“压气机叶轮变形’’为前提，“增压器转速下降"为结论。表3．5规则示例活塞组件冷却不良却不良，活塞过热变形，活塞头部裂纹，易拉缸咬缸现代船舶监测和报警系统的研究16104323611652693731Tab．3．5Exampleoftherule一29—㈣。卜<嘉翼毒推理机建立故障集K-————]由推理机在知识库中进行推理。将推理出的所有规则知识建立故障集，即所有可在故障诊断专家系统的实际诊断中，一个故障作为前提通常能得出不止一项知识，而所得的多个结论称为故障集。己知故障集中的所有故障并不是在诊断开始时一次获得的，而是在诊断过程中逐步得到的。因此，推理过程常常是一种“假设测试’’的循环推理过程，其推理过程为：首先根据己知的初始故障，产生一组可能的故障假设，这些假设能够解释这些初始故障，然后，对这些假设进行测试，并通过操作人员的输入获取更多的故障事实。再根据新获取的故障事实检验和修改原故障假设，并进而产生新的故障假设，然后再对这些新假设进行测试。如此往复，直到不再有新的症状出现为止。这时即可得到有关诊断问题的最优解释。推理过程如图3．8所示。将规则前提与故障匹配II取出结论部分以出现故障“增压器增压压力低”为例，将此故障输入到故障诊断专家系统，翻译机将会根据词元表，将输入的故障翻译为10位代码“1324134271’’。然后交能导致“增压器增压压力低"故障发的原因，如“废气涡轮径向间隙大"、“增压器轴承损坏"等。将故障集中的每项知识交由操作人员根据现场情况进行判断，图3．8推理机流程图第三章监测和报警系统的软件设计初始故障Fig．3．8Info-cnc冶朗agineflowchRrt．30．YES＼—赢翻矿丽赈增压器滑油油≤磊1j≥瓜增压器安装不当H结束觫一一觫一一艨一一缄一一躲一一觫一一躲一一觫一一躲一一缄一一艨■——————-]Y广一选择出符合实际情况的新的故障现象，再输入到推理机进行推理，如此反复，直至推理出最终的故障结果。详细的推理过程如图3．9所示。增压器轴承安装不当卜—-纠图3．9推理机推理示例现代船舶监测和报警系统的研究ji增压器滑油泵过度磨损卜-纠增压器滑油变质卜j纠结束开始诊断增压器增压压力低废气涡轮径向闯骧大增压器轴承损坏废气涡轮烟道堵塞废气涡轮喷嘴环变形废气涡轮喷嘴环脏堵废气涡轮叶片变形废气涡轮叶片断裂废气涡轮时片脏污高压油管漏泊排气溷定时滞后扫气箱漏气燃油含气废气涡轮轴封叶片损坏结束Fig．3．9Exampleofinferenceenginereasoning一31一NYY—Y一丫一r，第四章监测和报警系统软件的实现1操作站主显示界面通过对监测和报警系统的功能进行分析，分别将硬件和软件进行了模块化的设计和数学建模。在此基础上，本文应用vc什编程软件将此监测和报警系统进行模拟仿真，将监控功能、逻辑控制功能脱离硬件，