摘 要

船用碟式分离机作为船舶运行中重要的机械设备，它的功能主要是清除船用柴油机等机械设备的燃油与滑油中的杂质以及水分。这不但能使机械设备工作效率更高，还能减轻机械设备的不必要磨损以及延长它们的寿命。以往船用分离机运行状态和参数是轮机员通过观察记录并依据个人经验来进行检测和判断的。但随着自动化程度的提高，轮机人员越来越难以依靠个人经验去判断分离机运行状态和参数，因此新一代碟式分离机船岸一体化船载软件的设计就显得尤为重要。

先进的船载软件设计不仅可以及时改善分离机现场的工作环境，而且可以使船上的工作人员的工作大大减轻。因此，分离机船载软件设计不仅可以提高轮机员的效率，而且在节能环保方面也有较为重要的意义。

本文以工业和信息化部高技术船舶科研项目《新一代碟式分离机质量品牌提升》为依托，开展碟式分离机在船上运行过程中的监测、传输和数据管理。船用数据的实时监测、记录、存储和管理至关重要，本文通过对船用碟式分离机测点数据的获取及通讯的分析，掌握了分离机实船运行的采集数据的测点信息（传感器和测点分布）。在此基础上建立了一套国产的实时的碟式分离机船岸一体化系统，完成了采集数据获取与存储管理，集控台和驾驶台的数据的实时通讯等。本文完成的具体工作如下：

1）通过对船用碟式分离机的数据获取与传感器的分析，以及不同的通讯方案的比较分析，完成碟式分离机实船工作过程的采集数据测点分析、同集控台计算机通讯程序设计等工作。

2）结合数据库技术、动态链接库技术以及Visual Studio开发平台等多种信息化技术，设计碟式分离机船岸一体化数据库，建立分离机实船的采集与报警数据的数据库、监测和报警人机界面程序设计。其中数据库包括以下四个：碟式分离机测点实时数据库、碟式分离机运行状态数据库、碟式分离机报警限制数据库、碟式分离机报警数据库。

3）以碟式分离机的每个运行参数为基础，单独分析每个参数的变化原理以及趋势预测，分析每个参数渐加、渐减、突加、突减的原因和故障检修的措施。运用神经网络的知识完成分离机实测数据的辅助决策和预警程序设计。

4）分析集控室与驾驶台的网络通讯模块有关信息，设计传输速度控制方案以及数据压缩、解压方案，选出合适的通讯模块以及交换机。完成集控室和驾驶台局域网网络通讯协议和传输程序设计。

关键词：碟式分离机；船岸一体化；数据库；软件设计

Abstract

As an important mechanical equipment in ship operation, the function of marine dish separator is mainly to remove impurities and moisture in fuel and lubricating oil of marine diesel engine and other mechanical equipment. This not only makes the mechanical equipment work more efficiently, but also reduces the unnecessary wear and tear of the mechanical equipment and prolongs their life. In the past, the operation status and parameters of marine separators were detected and judged by the crew through observing and recording and according to their personal experience. However, with the improvement of automation, it is more and more difficult for marine engineers to judge the operation status and parameters of the separator by personal experience. Therefore, the design of ship-shore integrated ship-borne software for the new generation of disc separator is particularly important.

Advanced ship-borne software design can not only improve the working environment of the separator in time, but also greatly reduce the work of the staff on board. Therefore, the ship-borne software design of the separator can not only improve the efficiency of the crew, but also have more important significance in energy saving and environmental protection.

Based on the Ministry of Industry and Information Technology's high-tech ship research project "Quality Brand Promotion of New Generation Disk Separator", this paper carries out the monitoring, transmission and data management of Disk Separator in the process of operation on board. Real-time monitoring, recording, storage and management of marine data are very important. Through the analysis of acquisition and communication of measuring point data of marine disc separator, the information of measuring point (sensor and distribution of measuring point) of collecting data of real ship operation of the separator is mastered. On this basis, a domestic real-time ship-shore integrated system of disc separator is established, and the acquisition and storage of data, real-time communication of data between the central console and the bridge are completed. The specific work done in this paper is as follows:

1) Through the analysis of data acquisition and sensor of marine dish separator, and the comparison of different communication schemes, the work of data acquisition and measurement point analysis of the working process of the dish separator on board, and the design of communication program with the computer of the central console are completed.

2) Combining database technology, dynamic link library technology and Visual Studio development platform and other information technology, the ship-shore integrated database of disc separator is designed, and the database of data acquisition and alarm of real ship of separator is established, and the program design of man-machine interface for monitoring and alarming is also established. Among them, the database includes the following four: the real-time database of the measuring points of the disc separator, the database of the running state of the disc separator, the database of the alarm limit of the disc separator and the database of the alarm of the disc separator.

3) On the basis of each operating parameter of the disc separator, the changing principle and trend prediction of each parameter are analyzed separately, and the causes of each parameter increasing, decreasing, increasing and decreasing and the measures of troubleshooting are analyzed. The knowledge of neural network is used to complete the assistant decision-making and early warning program design of the measured data of the separator.

4) Analyze the information about the network communication module between the central control room and the bridge, design the transmission speed control scheme, data compression and decompression scheme, and select the appropriate communication module and switch. Complete the communication protocol and transmission program design of the central control room and the bridge LAN.

Key words: Disc separator; Ship-shore integration; Database; Software design

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 碟式分离机船载软件的国内发展现状 1

1.2.2 碟式分离机船载软件的国外发展现状 2

1.3 本课题研究技术路线 2

第2章 碟式分离机船载数据获取及通讯模块设计 4

2.1 分离机实船工作过程的采集数据测点分析 6

2.1.1 碟式分离机的结构简介 6

2.1.2 碟式分离机的具体测点分析 7

2.2 同集控台计算机的通讯模块设计 7

2.2.1 CAN总线 8

2.2.2 PROFIBUS总线 10

2.2.3 二者的比较 11

第3章 碟式分离机船载监测报警模块设计 13

3.1 分离机船载监测报警模块数据库的建立 13

3.1.1 碟式分离机测点实时数据库设计 13

3.1.2 碟式分离机运行状态数据库设计 14

3.1.3 碟式分离机报警限制数据库设计 15

3.1.4 碟式分离机报警数据库设计 18

3.2 碟式分离机船载监测报警模块界面的设计 19

3.2.1 Visual Studio软件说明 19

3.2.2 碟式分离机船载端软件界面界面的设计 20

第4章 碟式分离机船载端故障辅助决策模块设计 23

4.1 船舶碟式分离机故障树分析 23

4.1.1 FTA故障树分析法 23

4.1.2 建立分离机故障树 23

4.2 船舶分离机的SOM神经网络诊断决策 25

4.2.1 SOM神经网络模型 25

4.2.2 应用SOM神经网络进行分离机诊断决策 26

第5章 碟式分离机集控台及驾控台网络通讯模块设计 29

5.1 交换机组建局域网 29

5.2 TCP/IP网络通讯协议 29

5.2.1 TCP/IP四层模型 29

5.2.2 TCP/IP数据发送封装与解封 31

5.2.3 TCP/IP流量控制与拥塞控制 32

第6章 结论 33

参考文献 34

致 谢 37

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

船用蝶式分离机作为船舶运行中重要的机械设备，它的功能主要是清除船用柴油机等机械设备的燃油与滑油中的杂质以及水分。这不但能使机械设备工作效率更高，还能减轻机械设备的不必要磨损以及延长它们的寿命。以往船用分离机运行状态和参数是轮机员通过观察记录并依据个人经验来进行检测和判断的。但随着自动化程度的提高，轮机人员越来越难以依靠个人经验去判断分离机运行状态和参数，因此新一代碟式分离机船岸一体化船载软件的设计就显得尤为重要^[1]。先进的船载软件设计不仅可以及时改善分离机现场的工作环境，也可以使轮机员的工作大大减轻。因此，分离机船载软件设计不仅可以提高轮机员的效率，而且在节能环保方面也有较为重要的意义。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 碟式分离机船载软件的国内发展现状

我国的船舶软件设计距离现代有四十多年的开发历史，和国外相比，我国的船舶软件设计起步要更晚，在碟式分离机的船载软件设计上也是如此。分离机的软件设计和控制系统的形成息息相关，只有控制系统成型才可更好的获取数据、传输数据，这样用软件来分析分离机的运行状态才有意义。分离机的排渣方式从最开始的人工排渣逐渐发展为手控自动排渣，再到最后的全自动排渣。其中人工排渣相对繁琐，每隔一段时间管理人员就必须去停车，然后拆下分离筒以便于清除掉在分离筒上汇集在一起的淤渣。人工排渣具有劳动强度大、分油效率低的缺点^[2]。另一个方式手控自动排渣通过设置手动控制阀将分油机所经历的进程都转变为操纵控制，它可以通过控制分离筒的开启和密封来实现完成排渣。时序控制系统可以帮助分离机完成正常的排渣、停车等工作。

分离机的软件应当能呈现出它的控制时序，由于自动控制技术在二十世纪六十年代得到了极大的发展，致使分离机控制也实现了一定的跨越。其中有许多关于分离机控制系统的应用出世了，例如多回路继电器控制器系统以及凸轮时序控制器。它的最核心的原件是凸轮时序控制开关，再加上一些其他的重要部件就完成了分离机控制系统的构成。但是船上环境复杂恶劣，振动噪声大、湿度温度高等因素都会导致控制系统出现一系列问题。再加上使用时间长久线路容易老化、触点容易氧化腐蚀甚至是机械变形。这就严重影响分离机的运行，严重甚至造成事故。这些技术不但非常可靠、抗干扰能力强大，而且不是非常复杂难学，可以轻松上手。在可编程控制器日益发展的基础上人们对分离机的掌控也越加娴熟，这也使分离机软件得以发展。

1.2.2 碟式分离机船载软件的国外发展现状

船舶的软件与仿真设计在国际发展中也是一段长河，从国外二十世纪三十年代至今，它触及造船、航天等许多领域得到了不断的发展。尤其是七十年代以后计算机这一新兴产物的出现使得物理模型越来越精准，程序设计越来越精良，从而大大加速了计算机仿真技术以及相关软件设计在各个领域的飞速发展。由于各个领域有可能存在的信息独立闭塞的情况，建模与仿真总体规划应运而生。它由美国国防部发布，目的是把各方面的力量团结在一起共同解决建模与仿真、软件设计的相关难题。随着时代的发展，计算机技术越来越成熟，有关船舶监控软件大量产生，碟式分离机的相关设计也得到了长足的发展。

1.3 本课题研究技术路线

（1）CAN总线

CAN即控制器局域网络（Controller Area Network），它是在全球使用量最多的现场总线之一。CAN是由德国的BOSCH公司研发的，它在机械以及电子行业起到了非常的作用。CAN总线协议甚至在西欧以及北美已经发展为嵌入式工业控制局域网以及一些行业的计算机控制系统的标准总线^[3]。CAN总线可以为分布式控制系统在各个节点之间有效、实时的传输数据提供有成效的技术支持。CAN总线可用于机舱与集控室之间的通讯连接。

（2）PROFIBUS总线

PROFIBUS的全称是Process Field BUS，即程序总线网络，它是一个现场总线协议标准，常用在自动化技术上^[4]。PROFIBUS自发布以来就吸引了众多的关注，它在各个领域都发挥了至关重要的作用。在全球使用情况上，PROFIBU的占有率超过了百分四十，应用非常广泛。PROFIBUS总线可用于机舱与集控室之间的通讯连接。

（3）SOM神经网络

SOM（Self Organizing Map）神经网络是二十世纪八十年代芬兰神经网络教授T.Kohonen发明的一种机器学习方法。SOM神经网络模仿的是人脑神经元的工作方式，即处于不同位置的神经细胞各自的反应不同、功能不同的工作机制，而这一工作机制的形成是不受人为调控自动形成的^[5]。SOM神经网络可用于碟式分离机的故障辅助决策分析。

（4）Microsoft Visual Studio

以上是毕业论文大纲或资料介绍，该课题完整毕业论文、开题报告、任务书、程序设计、图纸设计等资料请添加微信获取，微信号：bysjorg。

相关图片展示：