船舶主配电板自动检测系统设计

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2024年5月6日发(作者：)

第３８卷第２期

２０２０年３月

ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＬＯＮＧＹＡＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ

龙　岩　学　院　学　报

Ｖｏｌ．３８Ｎｏ．２

Ｍａｒｃｈ２０２０

工业技术

船舶主配电板自动检测系统设计

郭家建

１

，徐轶群

２

（１．福建船政交通职业学院　福建福州　３５０００７；２．集美大学　福建厦门　３６１０２１）

摘要：船舶主配电板自动检测系统包含硬件系统和软件系统。检测系统利用测量仪表采集数

据，通过ＲＳ

－

４８５总线通讯方式与工业控制计算机相连。采用组态软件ＰＩＭＳ作为开发平台，设计

检测系统操作界面，实现人机交互。在组态软件ＰＩＭＳ中进行脚本程序的编写，检测系统对采集的

数据进行运算、分析和处理，实现对船舶主配电板进行相关检测的功能。检测系统具备检测数据

的保存、查询及打印功能，同时系统具备拓展性。

关键词：船舶；主配电板；组态软件

中图分类号：Ｕ６６５文献标识码：Ａ文章编号：１６７３

－

４６２９（２０２０）０２

－

００５３

－

０５

随着船舶自动化水平的不断提高，船上的电气设备不断增多，船舶电站在机舱中的地位进一步增

强

［１

－

２］

。船舶电站提供的电力的可靠性、连续性以及稳定性对船舶的经济效益以及航行安全都有着直接

的影响。船舶主配电板作为船舶电站的重要组成部分，控制船舶主电源所发的电力并对船舶所有的用电

设备进行配电，同时对船舶电网进行监视、控制与保护

［３］

。船舶主配电板由各种不同功能的控制屏组

成

［４］

。一般大型船舶的主配电板由发电机控制屏、并车屏、负载屏等组成。因此，船舶主配电板工作的安

全性和可靠性十分重要。为了确保船舶主配电板能够正常工作，就必须对其进行必要的检测。同时，这也

是船舶主配电板生产企业在产品出厂前必须进行的一项检测。

１　船舶主配电板自动检测系统简介

船舶主配电板自动检测系统的组成包含硬件系统和软件系统。硬件系统包含：各类测量仪表、电源装

置、控制台、工业控制计算机等等，检测系统硬件平台如图１所示。软件系统包含数据采集单元、数据存储

单元、数据查询单元、检测单元等等。船舶主配电板自动检测系统软件检测平台采用组态软件ＰＩＭＳ进行

设计，通过测量仪表采集数据，二者之间采用Ｍｏｄｂｕｓ

－

ＲＴＵ规范带光电隔离的ＲＳ

－

４８５总线通讯方式进行

连接。在组态软件ＰＩＭＳ上进行数据的分析与处理，从而实现检测系统相关的功能。

２　软件界面设计

船舶主配电板自动检测系统采用组态软件ＰＩＭＳ进行软件界面设计。组态软件ＰＩＭＳ是一套计算机

监控系统，方便创建各种的控制系统，采集现场数据；可以连接互联网，方便用户及时了解工作现场情况。

组态软件ＰＩＭＳ具有如下功能特点。

（１）具有丰富的图库，图库中包含大量的图形，例如仪表、开关、按钮等等，方便进行人机交互界面的

　收稿日期：２０１９

－

０５

－

２３　　　　　Ｄｏｉ：１０．１６８１３／ｊ．ｃｎｋｉ．ｃｎ３５

－

１２８６／ｇ４．２０２０．０２．０１２

技术。

通信作者：徐轶群，男，安徽桐城人，集美大学轮机工程学院教授，主要研究方向：船舶自动化、射频技术、计算机应用技术。

作者简介：郭家建，男，福建浦城人，福建船政交通职业学院轮机工程系讲师，主要研究方向：船舶电气自动化、虚拟仿真

５３

船舶主配电板自动检测系统设计

设计。

时把控制的信号传递给执行机构，实现控制功能。

工业技术

（２）数据通讯功能，通过传感器、测量仪表获取现场数据，并对数据进行加工，实现数据采集功能；同

（３）数据管理功能，对数据进行统计、分析、变换等深层次的加工。

（４）数据交互功能，把数据以特定的形式提交给不同的用户。

（５）动态显示功能，通过脚本编写可以实现画面的动态显示。

图１　检测系统硬件平台

利用组态软件ＰＩＭＳ中的自由报表设计船舶主配电板自动检测系统的检测界面。使用报表可以非常

方便地采集各种数据，同时可以显示相关的检测结果。自由报表提供了大量的功能函数，利用函数可以对

采集的数据进行分析和处理。自由报表可以实现与关系数据库之间的通讯。船舶主配电板自动检测系统

的检测界面如图２所示。检测界面中有五个按钮，分别为：打印预览、打印、重置、保存和返回。打印预览

按钮和打印按钮一起实现打印相关的功能；重置按钮可以将检测数据清除，为下一次检测做好准备；保存

按钮可以实现数据保存的功能；返回按钮用于返回登录界面。

利用组态软件ＰＩＭＳ中的画面组态功能设计系统登录界面和参数设置界面，其中参数设置界面主要包

括系统各检测项目的参数设置，例如：过流预报警中的电流值、长延时上限及下限的电流值等等。

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船舶主配电板自动检测系统设计工业技术

图２　检测界面

３　数据通信

船舶主配电板自动检测系统的核心内容就是采集相关的数据，并对数据进行分析和处理，最终得到检

测结果。显然数据的采集和通信是关键。系统需要采集的数据包含：三相电压、三相电流、直流电流、频率

等等。

系统的测量仪表为青岛青智仪表，测量仪表采用符合Ｍｏｄｂｕｓ

－

ＲＴＵ规范带光电隔离的ＲＳ

－

４８５总线

通讯方式。可与ＰＬＣ、ＤＣＳ系统或具有Ｍｏｄｂｕｓ兼容协议的监控系统之间进行数据通讯。ＰＩＭＳ组态软件

支持Ｍｏｄｂｕｓ通信协议，可以实现与测量仪表之间的数据通信。

ＲＳ

－

４８５通讯采用总线型结构的网络，理论上一条总线上最多连接３２台仪表。通过两根双绞线通讯

电缆将多个仪表连接起来，然后通过ＲＳ２３２／４８５转换器与工业控制计算机的ＲＳ２３２接口相连，实现数据通

信。检测系统通讯网络连接方法如图３所示。系统采用符合Ｍｏｄｂｕｓ

－

ＲＴＵ规范带光电隔离的ＲＳ

－

４８５总

线通讯方式，布线少、兼容性好、实时性高、可靠性强

［５

－

６］

。

图３　系统通讯网络连接示意图

Ｍｏｄｂｕｓ规约ＲＴＵ模式的数据格式。字节格式：共１０位，第一位是起始位（０），最后一位是停止位

（１），中间８位是有效数据位。其传输序列如图４所示，数据从低位开始传。通讯数据格式：通讯时数据以

字（ＷＯＲＤ—２字节）的形式回送，高字节在前，低字节在后；如果２个字连续回送（如：浮点型或长整

型），则高字在前，低字在后。

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船舶主配电板自动检测系统设计工业技术

图４　字节格式传输序列图

要实现数据的采集，还需要在ＰＩＭＳ组态软件上做相应的设置。首先，ＰＩＭＳ组态软件中对每一个测量

仪表进行Ｉ／Ｏ设备定义。以电压数据采集为例，设置好数据更新时间为１００ｍｓ，设备地址设置为１，通信

端口ｃｏｍ９，通讯波特率设置为９６００等等。然后，测量仪表上也要进行相应的设置，包括设备地址、通讯波

特率、电压倍率等等。最后，利用ＰＩＭＳ中的点组态数据库定义变量，将变量通过数据连接的方式与定义的

Ｉ／Ｏ设备相连接，设置好数据的格式、偏置值等等。偏置值是用于指定要访问设备的指定内存区域中线圈

或寄存器的地址，通过查询测量仪表的通讯协议可获得寄存器的地址，将偏置值设定为此地址。内存区选

择ＨＲ保持寄存器，数据格式选择３２位整数。数据连接方式的设置如图５所示。采集上来的数据无法直

接使用，需要进行数据变换。

图５　数据连接方式设置图

４　功能实现

在完成软件界面设计和实现数据采集功能的基础上，通过程序的编写，实

现船舶主配电板自动检测系统的功能。船舶主配电板自动检测系统的检测项

目包含：过流预报警、长延时、短延时、欠压。

ＰＩＭＳ中程序的编写通过其脚本系统来完成。检测系统功能的实现，主要

依靠脚本程序的编写。以长延时检测项目为例：检测系统起动，选择长延时检

测项目，系统实时监测电流值，当电流值为１．２５至１．３５倍的额定电流时，系统

６所示。在程序流程图的基础上，完成脚本程序的编写，从而实现检测项目相

关的功能。长延时检测项目的部分程序如下所示：

ＸＡＢ．ＰＶ

＝

ＡＢ．ＰＶ／１０００；／／采集电流数据

ＩＦＣＹＳＡ１１Ｃ．ＰＶ

＝＝

１ＴＨＥＮ／／判断是否点击长延时测试按钮

ＴＨＥＮ／／判断电流Ｉ是否满足１．２５Ｉｎ＜Ｉ＜１．３５Ｉｎ

ＣＹＳＡ１１．ＰＶ

＝

ＸＡＢ．ＰＶ；

ＥＮＤＩＦ

ＥＮＤＩＦ

……

５６

图６　程序流程图

ＣＹＳＳ１１．ＰＶ

＝

ＣＹＳＳ１１．ＰＶ

＋

０．１１；

开始自动计时，当主开关跳闸时停止计时，检测项目完成，其程序流程图如图

ＩＦＸＡＢ．ＰＶ＞

＝

ＣＹＸＸ．ＰＶ∗ＡＮ１１．ＰＶ＆＆ＸＡＢ．ＰＶ＜

＝

ＣＹＳＸ．ＰＶ∗ＡＮ１１．ＰＶ

船舶主配电板自动检测系统设计工业技术

５　数据管理

ＰＩＭＳ中的点组态数据库，可以实现对数据变量的实时查询；利用ＰＩＭＳ中的自由报表，可以显示相关参数

的检测值及项目的检测结果。系统每次项目检测完成后，会产生相应的数据，可以实时打印检测结果。同

时系统可以保存项目的检测结果，方便用户将来查阅历史数据。

船舶主配电板自动检测系统在使用过程中会产生大量的数据，必须对数据进行有效的管理。通过

６　结束语

船舶主配电板自动检测系统操作方便，可以进行多个项目的检测。检测系统具备对检测数据的实时

打印和历史查询功能。检测系统是一个开放的系统，通过完善还可以对船舶应急配电板、船舶的充放电

板、船舶岸电箱等设备进行检测，具有较好的应用前景。

参考文献：

［１］宋强．船舶电站绝缘监测系统的原理研究与硬件设计［Ｊ］．舰船科学技术，２０１８，４１（２Ａ）：７０

－

７２．

［２］李凯，秦俊峰．船舶中压电站模拟器系统的研制［Ｊ］．钦州学院学报，２０１５，３０（１１）：１

－

５．

［４］包斌．基于分布式采集技术的船舶配电监控系统［Ｊ］．江苏船舶，２０１８，３５（５）：３２

－

３４．

［３］赵洁，茅云生．基于ＣＡＮ总线的船舶配电监测系统研究［Ｊ］．船海工程，２０１１，４０（２）：３２

－

３５．

［５］陈伟，王亚刚．基于ＬａｂＶＩＥＷ和Ｍｏｄｂｕｓ的蒸汽发生器半实物仿真［Ｊ］．电子科技，２０１９，３２（２）：７５

－

７９．

［６］周颖，谢明．基于Ｍｏｄｂｕｓ的船舶配电监控系统的设计［Ｊ］．制造业自动化，２０１６，３８（１２）：１２１

－

１２５．

〔责任编辑：巫永萍〕

ＤｅｓｉｇｎｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｃＤｅｔｅｃｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍｆｏｒＳｈｉｐ＇ｓＭａｉｎＳｗｉｔｃｈｂｏａｒｄ

（１．ＦｕｊｉａｎＣｈｕａｎｚｈｅｎｇＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＣｏｌｌｅｇｅ，Ｆｕｚｈｏｕ，Ｆｕｊｉａｎ３５０００７，Ｃｈｉｎａ；

ｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｕｓｅｓｔｈｅｍｅａｓｕｒｉｎｇｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｔｏｃｏｌｌｅｃｔｄａｔａａｎｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔｅｄｔｏｔｈｅｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｃｏｎｔｒｏｌｃｏｍｐｕｔｅｒｔｈｒｏｕｇｈＲＳ

－

４８５ｂｕｓ

ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ．ＴｈｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓｏｆｔｗａｒｅＰＩＭＳｉｓｕｓｅｄａｓｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｐｌａｔｆｏｒｍｔｏｄｅｓｉｇｎｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｏｐｅｒａｔｉｏｎｉｎｔｅｒｆａｃｅ

ｐｅｒｆｏｒｍｓｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｏｎｔｈｅｃｏｌｌｅｃｔｅｄｄａｔａｔｏｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｄｅｔｅｃｔｉｎｇｔｈｅｍａｉｎｓｗｉｔｃｈｂｏａｒｄｏｆｔｈｅ

ｓｈｉｐ．Ｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｈａｓｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓｏｆｓａｖｉｎｇ，ｉｎｑｕｉｒｉｎｇａｎｄｐｒｉｎｔｉｎｇｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｄａｔａ，ａｎｄｔｈｅｓｙｓｔｅｍｈａｓｅｘｐａｎｄａｂｉｌｉｔｙ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｈｉｐ；ｍａｉｎｓｗｉｔｃｈｂｏａｒｄ；ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓｏｆｔｗａｒｅ

ｔｏｒｅａｌｉｚｅｈｕｍａｎ

－

ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ．ＴｈｅｓｃｒｉｐｔｐｒｏｇｒａｍｉｓｗｒｉｔｔｅｎｉｎｔｈｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓｏｆｔｗａｒｅＰＩＭＳ，ａｎｄｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｓｈｉｐ＇ｓｍａｉｎｓｗｉｔｃｈｂｏａｒｄａｕｔｏｍａｔｉｃｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｃｏｎｓｉｓｔｓｏｆａｈａｒｄｗａｒｅｓｙｓｔｅｍａｎｄａｓｏｆｔｗａｒｅｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ

ＧＵＯＪｉａｊｉａｎ

１

，ＸＵＹｉｑｕｎ

２

２．ＪｉｍｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉａｍｅｎ，Ｆｕｊｉａｎ３６１０２１，Ｃｈｉｎａ）

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