多功能控制系统——S-Max应用

船舶作为顶级的交通工具，没有任何一种运输工具能够像船舶这样，可以运送如此多的人员或货物。荷兰Reederei G, de Vries & Bruins公司的Emma号集装箱货轮上安装了现代化船舶监控系统，由船舶配件供应商El-Tec公司出品简称为eAMS监控系统。基于该系统的是Phoenix Contact公司研发生产的多功能控制系统——S-Max。

　　现代化船舶有着数不清的电力驱动装置及设备。其中，电动机的开关和控制阀的终点位置状态等采集的是数字式数据，而润滑油路的温度与压力、冷却系统、轴承温度、机械转速，以及机械功率等则采集的是模拟式数据。根据国内外航运主管当局的有关规定，船舶所有的仪器设备和机械状态数据都必须进行监控，所有的数据都要做好记录。

　　荷兰Kampen市的Werft Peters Shipyards B.V.公司生产制造各种类型的船舶，其中就包括沿海贸易船舶和货运集装箱船舶；所有的船只都配备了全新的监控及报警系统。2007年12月份，他们制造的集装箱运输船Emma号正式移交给了荷兰Reederei G, de Vries & Bruins公司（图1）。Emma号集装箱货轮具有IA级的破冰航行许可证，其相当于一艘破冰船。空载时的净载重吨为3650DWT（相当于2528总登记吨位净载重吨），长度为90m，宽度为12.5m，Emma号属于一艘大型集装箱货轮。

　　Emma号上的电气电子设备是由荷兰Hattem市El-Tec电子技术公司研发生产的。该公司共有60余名职工，是一家船舶制造业电子技术和自动化技术专业公司。El-Tec公司的电子研发领导人Herbert Peek先生（图2）介绍说：“为中央监控系统和所有电子设备的操作控制，我们研发了eAMS- El-Tec报警和监控系统。系统可对驱动状态与燃油量状态等进行集中管理，对船舶用泵或监控摄像机进行控制，并且记录GPS卫星定位数据。”

　　在机舱里用户可以看到eMAS的主要部件。传感器都已直接连接到位，接上供电电源。与以太网相比较，每个检测到的数据都会提供给驾驶室使用。基于当前最新获取的数据，船长能够迅速做出重要决断，并贯彻执行下去。由于能够对船舶出现的问题与可能出现的停机故障及时做出正确的反应，并采取相应措施，集装式货轮的利用率就提高了。另外，该系统所生成的数据还可以方便地传输给其他系统使用。

图3 Emma号上的控制系统配备了四个S-Max系统

　　S-Max系统的组成

　　从2005年起，El-Tec公司开始研发eAMS监控系统。在寻找多功能的控制装置时，公司决定采用Phoenix Contact公司研发生产的S-Max系统：这款由工业计算机、SPS可编程序控制器和现场总线主工作站组合在一起的复合系统。Peek先生说道：“利用S-Max我们能够为用户提供使用灵活的、可分级控制的自动化系统。SPS可编程序控制器与可视化装置集成在一起可明显地节省设计工作量，也可以节约成本费用。”

　　在该基本设置条件下，由一个S-Max即可构成一个利用内部总线接受模拟数据和数字化数据的eAMS系统。SPS控制程序的编制可用系统软件ProConOs来完成。操作界面的调整利用可视化软件ProVisit。所有的检测数据由在线工作站采集而成，并将模拟数据和数字化数据汇总到上一级模块中，其可作为自给自足的系统使用，最多能处理500条提示信息。所需的提示信息数量取决于硬件。软件采用参数赋值方式进行匹配，因此无需编写内部控制程序。

图4 S-Max 5006使eAMS系统的提示信息在驾驶控制室中实现了可视化

　　在Emma号货轮上共使用了4个S-Max系统（图3）。第1个型号为5012型，被安装于机舱中与一个在线工作站共同工作。Peek先生表示：“在此工作站中运行着SPS软件和可视化系统。从这里客户可对系统进行监控和操作。”平行的第2个S-Max系统是一个规格较小，为5006型，利用OPC服务器和以太网连接，安装在驾驶控制室中，只用于可视化操作（图4）。除了eMAS系统之外，Emma号货轮还有另外两个控制系统。与eMAS系统一起安装在轮机舱中的系统——MSB（主控制柜）系统，它是第3个S-Max系统；使用的型号为5012型，与大量在线工作站共同对仪器设备的工作状况进行控制及实现可视化（图5）。受其控制的仪器设备包括三台电动机、17个船舶泵及通风机的动力驱动装置。

　　图5 MSB系统控制着货轮上的机械设备和仪器仪表

　　所有由eAMS系统采集到的提示信息都传送到报警系统中，这些信号经输入及输出控制层进行耦合，不允许通过总线系统交换。还有一个5012型的S-Max系统，作为第4个S-Max系统，它被安装在指挥台中。通过这一系统可以操作指挥台中所有的仪器设备（图6），包括：照明、窗刷、雨刷装置、指挥台空调和摄像机等。最后经一个控制交换器将四个S-Max系统连接起来。OPC服务器在eMAS系统的5012型S-Max系统中运行。以太网连接采用的是铜质导线，只有交换器与指挥台5012型S-Max直接的连接采用的是HCS光纤，以避免电势差滞后带来的干扰。

图6 驾驶控制室中的S-Max 5012控制着所有的仪表

　　同时使用4个S-Max系统

Peek先生对此进行总结：“我们在20艘船舶上安装了采用Phoenix Contact元器件的eAMS系统。目前还有20艘船计划并正在四家船厂中制造。其中包括一条60m长的游艇。”下一步，现有系统中的SPS可编程序控制器部分将被自动化软件PC Worx所替代。同时，可视化系统也将升级到Visu+。另外，El-Tec公司正在努力研发基于两个S-Max仪器的新型监控和报警系统。这一新系统将利用Profinet-Ring进行冗余耦合。当一个仪器出现故障后，另一个S-Max将马上承担起所有的控制工作。在eAMS新一代的系统中，原先自给自足的三个系统将合为一体。