轮机系统微机状态监测技术

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1、轮机自动化系统微机应用技术讲义1第十讲第十讲 轮机系统微机状态监测技术轮机系统微机状态监测技术第五节微型计算机控制的巡回监视系统微机控制的巡回监视系统是 70 年代末发展起来的，目前已广泛应用于船舶。它与常规 的监视系统不同，微机控制的系统不是靠硬件电路而是靠软件来实现各种功能的。系统工作 时先 通过输入接口把被监测的参数采集到微机内部，然后根据程序对被测参数进行比较和处 理，再 通过输出接口控制外部设备实现声光报警、打印记录和 CRT 显示等。 微机控制的巡回监视系统的形式很多，有采用单微机或多微机的集中控制式监视系统， 也有采用多微机的分布式监视系统（集散型监控系统。各种系统所采用的微处理

2、器芯片和 接 口电路都不尽相同，但它们的报警原理是基本相同的。现以德 国 SIEMENS 公司的 SIMOS31S 型集中控制式监视系统为例来说明其工作原理。 一一、系系统统的的组组成成与与功功能能SIMOS31S 系统的组成框图如图 551 所示，它由三大部分组成（1）分布在机舱 各 监视点的传感器（2）安装在集中控制室内的控制柜和监视屏等（3）分布于驾驶室、轮 机长及 轮机员住室和公共场所的延伸报警箱（报警指示板控制柜是整个系统的核心部分，柜内装有两 套 210D 微型计算机系统主计算机系统 （也称上位机）和子计算机系统（也称下位机。子计算机系统一方面通过输入接口电路接 收 各种传感器送来

3、的现场信号，获取各监视点的参数及状态，另一 方面通过串行通讯接口把 现场 数据传送给主计算机系统。主计算机系统则通过多个串行接口分别与子计算机系统、键 盘、打印 机和 CRT 显示屏相连，其功能是读取和处理子计算机系统送来的数据，并对设备 的运行参 数和状态进行显示、报警和打印。同时，用户还可通过键盘与主计算机进行人机交 互。在系统投入工作后，首先由子计算机系统通过模拟量和开关量输入接口板将机舱内各监 视 点的参数及状态逐一采集到计算机内，并经预处理后通过串行通讯接口传送到主计算机系 统。 主计算机系统对子系统送来的数据进行进一步处理，如对模拟量参数进行量刚转换，通 过 CRT 显示屏按用户指

4、定的形式对设备参数和状态进行分组显示，将当前参数与对应监视 点的报警 值进行比较，在参数越限或状态异常的情况下发出报警等等。报警时，主计算机通 过开关量输 出接口使报警监视板上相应的报警指示灯闪亮，并使警报器发出声光报警；通过 报警记录打印 机对报警发生的时间、报警点序号、名称、参数值和上、下限值等内容进行打 印记录；同时还 使显示屏上对应的报警条目进行闪烁提示。在机舱无人值班的情况下，能将 报警信号分组后传 送到各延伸报警箱，实现分组延伸报警。 该系统由于采用计算机控制，因此与常规电路组成的监视 系统相比，除了完成基本的监 视和 报警功能之外，还具有许多附加功能。主要体现在用户界面上 （1）

5、借助 CRT 显示器， 各监视 点（或称采样点）的参数和状态得以通过文本的形式按页显示，便于管理人员进行监 视和查阅 （2）通过键盘上的功能健和数字键，可以方便地对各个监视点的名称和报警设定 值进行编辑或 修改（轮机长可通过钥匙开关禁止此功能（3）管理人员还可通过键盘操作 定时或不定时地对 数据进行制表打印（4）显示模式灵活多样，例如，可按参数的性质对温 度、压力、液位、电气 和转速等进行分类显示；也可按设备的性质对主机、辅机和其它 设备 进行分类显示；还可以值 班轮机员的需要，对当前最关心的监视点进行集中显示，等等。二二、开开关关量量输输入入接接口口电电路路 开关量输入接口电路在子计算机系统

6、中用于输入被监视点的开关量状态信号，它一 方 面与现场的开关量传感器相连，另一方面与计算机的系统总线相连。由于开关量只有两个状 态， 转换成电平信号后就是二进制数“0”或“1” ，因此可以将某个开关量信号通过转换后 送至 计算机的某个字节位中，计算机通过判断该字节位是 “0”或是“1”就可以识别其开关 状态。轮机自动化系统微机应用技术讲义2这就是开关量输入的基本原理。轮机自动化系统微机应用技术讲义3本系统共有 5 块开关量输入接口电路板，每块电路板可输入 32 个开关量，因此最多可监视 160 个开关量采样点。每块电路板的结构和工作原理完全相同，其电路原理如图 5-5-2（a） 和 （b）所示

7、，图（a）和（b）组成该电路板的完整电路图。(a)D3(b)图图 5-5-25-5-2开开关关量量输输入入接接口口电电路路原原理理图图轮机自动化系统微机应用技术讲义4从图 5-5-2（a）可以看出，来自现场的 32 路开关量信号被分成 4 组，每组 8 路，经光 电隔离和反相驱动后分别送至 4 个 74LS373 锁存器 D31D34 的输入端。 D31D34 的输入 允许控制端片脚 11 均已接至高电平，其输入端的状态直接送至锁存器内部，当其输出控制 端片脚1 为低电平时从输出端输出而锁存器的输出则通过74LS245 双向缓冲器D22 由CPU 读 入数据总线。由于每个锁存器可锁存 8 个状

8、态，而 8085 是 8 位计算机，因此一个锁存器 的 内容正好构成计算机的一个字节。在监视点参数正常时，开关闭合，传感器触点接通+24V 电源， 通过二极管 V1、电阻 R1 和常闭触点 K2 使光电隔离管导通，经放大器反相输出“l” 信号送入 锁存器。如果某个监视点参数超限，开关断开，传感器触点与电源+24V 断开，光 电隔离管 截止，放大器输出“0”信号送入锁存器。计算机读入锁存器的内容后，就能判断 每个通道号 所对应的设备或参数是正常。因此，计算机对开关量的输入和监视过程实际上就 是不断读取各 个锁存器的内容，并判断所读取的字节中各位的状态。CPU 与该电路板所进行的所有数据通讯，都是

9、通过 74LS245 双向缓冲器 D22 进行的。 它有两个控制片脚， 分别是片选端 19 和方向控制端 1， 当片选端 19 为低电平时芯片被选中， 处 于工作状态，然后由 1 端决定数据的传递方向，1 端为高电平时数据从左向右传递，即 CPU 从接口电路板读数据，为低电平时数据从右向左传递，即 CPU 向接口电路板写数据。 因此 CPU 读取锁存器内容时首先应使 D22 的 19 端为低电平， 1 端为高电平。其次，还要使 相 应 373 锁存器的输出控制端片脚1 为低电平，才能使锁存器的内容输出到数据线上。但这 块电 路板上有 4 个锁存器 D31D34，为保证数据读取的正确性，同一时刻

10、只允许一个锁存 器的内容 输出到数据线上，为此必须通过地址译码的办法进行区分。由 于4 个锁存器需要 4 个地址，因 此图（a）中采用了 AB1 和 AB0 两根地址线进行译码，当这两根线的状态为 00、 01、10 和 11 时分别选中 D31、D32、D33 和 D34。图中，D16 也是 373 锁存器，已被接成 直通状态；而虚框里的电路相当于一个 24 译码器，其原理可自行分析，只不过其译码输 出受到或门 D12 的控制，只有当号线为低电平而将或门打开时才允许译码输出。至于 这 4 个 锁存器的具体地址则由图（b）所示的译码电路决定。 在这个系统中，输入输出接口和存贮器是统一编址的，为

11、确保外部设备地址的唯一性， 必须对 8085CPU 的 16 根地址线进行完全译码。由于上面提到的地址译码电路只用了 AB1 和 AB0，因此还需再对 AB15AB2 进行译码，其原理如图 5-5-2（b）所示。图中，地址线 AB11AB2 分别接到 10 个异或非门（集成在 D3 中）的一个输入端， 而 AB15AB12 已通过 与 门合并成一根线 PESP，并经两次反相接到锁存器 D16 的输入端 7。假定 D16 的输入端 7 为高 电平，则由于 D16 已被接成直通状态，其输出端 6 也为高电平。该高电平通过 D15 反 相，使 号线为低电平，选中该板的双向缓冲器 D22，标志着 CP

12、U 可以与该电路板进行数 据通讯。 若此时 CPU 进行读操作，即 MEMR =0，则经反相后号线为高电平，D22 的方向 控制端 1 为高电平，其数据传递方向为从左到右。同时，与非 门 D17 输出低电平， 使号线 为低电平， 打开 AB1 和 AB0 的译码输出， 相应 373 锁存器的内容送至输出端， 经 D22 由 CPU 读入。这就意味着 只要 D16 的输入端 7 为高电平，CPU 就可以从接口电路板读取数据。那 么， 在什么情况下， D16 的输入端 7 才为高电平呢？显然， 唯一的情况是 PESP=1， 且 AB11 AB2 的状态与跨接线开 关 S 的状态完全一至。例如，当所

13、有跨接线开关全断开时，只有当 AB15 AB14 AB13 AB12 ，AB11AB10 AB9 AB8 ，AB7 AB6 AB5 AB4 ，AB3 AB2 AB1 AB0 的地址信息 为 1111 ，1111 ，1111，11B 时，D16 的输入端 7 才为高电平。由于 AB1 和 AB0 未参加此电 路译码，因此可以为任意值。这样，跨接线开关 S 的状态就决定了这块接口电路板的地址 范围，即为 FFFCHFFFFH。再如，当所有跨接线开关全部短接时，地址范围就变成 了 F000CHF003H。正因为如此，跨接线开关 S 又称为地址开关，在许多计算机系统的输入 输出接口板上均有类似的地址开

14、关。地址开关不可随意改动，而必须根据软件系统所分配的 地 址范围进行正确设定。在 SIMOS31S 系统中，分配给外围设备的地址范围是 F000H轮机自动化系统微机应用技术讲义5FF0FH，我们假定该电路板的地址为 FF04HFF07H。关于此时的地址开关应如何设定，读 者 可以自行分析。 每块接口电路板都有自检功能，可以定期检查本身工作是否正常。自检电路主要由锁存 器 D21 及其输出端所控制的继电器 K1、K2 和 4 个发光二极管组成。当 CPU 对该电路板自 检时，首 先向 D21 写出一个自检控制字，使继电器 K1 得电，其常开触点 K1 闭合，光电隔 离管全部导 通，然后对 D31

15、D34 进行一次读操作，正确的结果应该都 是 FFH，若不是，则 说明与相应锁存器 所对应的输入通道有故障；接着，再使继电器 K2 得电，其常闭触点 K2 断开，所有光电隔离 管均截止，再读 D31D34，正确结果应是 00H。如果发现哪一个锁存 器所对应的通道有故障， 则向 D21 写出一个字节，使对应的指示灯亮，指出故障所在。 下面主要说明 CPU 是怎样把自 检控制字写到 D21 的。同样 ， CPU 在向外围设备写数据 时也需要地址，以确定写向目标。若该 电路板的地址为 FF04HFF07 H，则当 CPU 执行写 操作时，首先要向地址线发出一个地址信息， 该地址必然使图 5-5-2（

16、b）中 D16 的输出端 6 为高电平， 经 D15 反相后，通过选中 D22。由 于 CPU 处在写周期，因此MEMR =1，反相后， 为 0，使 D22 的数据传递方向为从右到左。同时MEMW =0，反相后送至与非门 D20，此时 D20 的两个输入均为 1，输 出0，再经反相后 使D21 的输入允许控制端 11 为高电平。 而 D21 的输 出控制端 1 已接地， 所以 CPU 向数据总线释放的字节内容通过 D22 直接送至 D21 的输 出端， 进行相应的自检操作。在此过程中，由于与非 门 D17 的输出，即号线为 1，封锁了 或门 D12，D31D34 处于高阻抗状态而不能输出信息，使得写到 D21 的数据只能是来自 CPU 数据总线的内容。从地址译码电路可以发现，D21 与地址线 AB1 和 AB0 无关。所以， CPU 向FF04 HFF07 H