第五章 监视与报警系统
第一节 概述
第二节 机舱中常用的传感器
第三节 曲柄箱油雾浓度监视报警器
第四节 报警控制单元及报警的延伸
第五节 微型计算机控制的巡回监视系统
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第一节 概述
机舱集中监视与报警系统是轮机自动化的一
个重要内容，它的作用是准确可靠地监测机舱内
各种动力设备的运行状态及其参数，一旦运行设
备发生故障，自动发出声、光报警信号。它可以
改善轮机管理人员的工作条件，减轻劳动强度，
及时发现设备的运行故障，而且也是实现无人机
舱的基本条件。
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监视与报警系统的：
功能 故障报警、参数显示、打印记录、报警延
时、报警闭锁、警报延伸、失职报警、值
班召唤、功能试验和自检等。
种类 根据其监视方式不同，可分为连续监视式
报警系统和巡回监视式报警系统
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仪
表或监视屏；
（ 3）安装在驾驶台、公共场所、轮机长和
轮机员居室的延伸报警箱。
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第二节 机舱中常用的传感器
传感器的功能：
将机舱中各种设备的运行状态和参数转换
成便于报警装置处理的标准信号。
一,温度传感器
二,压力传感器
三,转速传感器
四,流量传感器
五,火警探测器
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一、温度传感器
常用的温度传感器有热电阻式、热电偶式及热敏
电阻式三种 。
1,热电阻式温度传感器
2,热电偶式温度传感器
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1、热电阻式温度传感器
原理,热电阻材料的电阻率随温度的增加而增加
构造, 铜丝或铂丝双线并绕在绝缘骨架上，然后
插入护套内而制成
测温范围,铜热电阻 － 50℃ ～＋ 150℃
铂热电阻 － 200℃ ～＋ 650℃
接线方法,三线制接法（ 图 5-2-1）
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2．热电偶式温度传感器
原理,两种不同的金属导体把其端点焊接在一起。
若热、冷两端温度不同，则在热电偶回路中
产生热电势 e。
构造,两种不同的金属导体把其端点焊接在一起，
并插入护套制成的。焊接端称为热端，与导
线连接端称为冷端。热端插入需要测温的测
量点，冷端置于室温中 。
测量范围,适用于检测高温,1300℃ ～ 1800℃
接线方法, 图 5-2-2
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二、压力传感器
1．电阻式压力传感器
结构、工作原理及接线见 图 5-2-3
2．金属应变片式压力传感器
原理：当测量压力增大时，应变片要弯曲变形，
栅状金属丝被拉长，使其电阻值增大 。
结构及接线见 图 5-2-4
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三、转速传感器
转速传感器主要用来检测主机的转速和转向、
发电机的原动机转速等。常用的转速传感器有测
速发电机和磁脉冲式转速传感器。
1,测速发电机
2,磁脉冲式转速传感器
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1．测速发电机
原理,利用导体切割磁力线所产生的感应电势与转
速成比例的原理，把转速变换成相应的感应
电势。测速发电机有直流和交流两种形式。
直流测速发电机, U = k·n,k为比例系数。 U的大
小反映了主机转速的高低,U的极性反映了主
机的转向。缺点：存在电刷等部件易引起故障
交流测速发电机,需对交变电压进行相敏整流和滤
波，变成直流电压信号。作为控制系统中的转速
反馈和转速逻辑鉴别信号，因不能使用负电压的
转速信号，故必须经过整流把倒车负极性电压信
号转换成正极性电压信号，如 图 5-2-5所示。
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2．磁脉冲式转速传感器
原理,飞轮转动时，齿顶和齿谷交替经过，引起线
圈内的磁通交替变化，使线圈感应出一系列
脉冲信号。脉冲频率 f取决于齿数 Z和转速 n，
即 f = Z·n /60（ Hz）。
结构,见 图 5-2-6
信号处理,转速信号 通过 整形放大电路及频率／电
压转换电路,使 U∝ n
转向信号 见 图 5-2-7
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四、流量传感器
流量传感器有容积式、电磁式和差压式等
1．容积式流量传感器
主要用来检测油流体的流量
图 5-2-8
2．电磁式流量传感器
只适用于测量导电液体的流量
图 5-2-9
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五、火警探测器
根据火灾前兆的物理现象, 有热效应式和感烟式两类
1,热效应式火警探测器
也称感温式火警探测器, 主要用于住室、走廊、控制
室等 舱室较小的场所 。 有定温式和温升式两种 。
2,感烟式火警探测器
主要用于 大舱容 （如货舱）的火灾探测，有感烟管
式和离子感烟式两种 。
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1,热效应式火警探测器
（ 1）定温式火警探测器
温度 达到设定值时,触点动作,送出火警信号
图 5-2-10（ a）、（ b）
（ 2）温升式火警探测器
温度升高的 变化率 超过 5.5℃ ／ min时，探测器
动作，发出火警信号 。
图 5-2-10（ c）
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2．感烟式火警探测器
（ 1）感烟管式火警探测器
利用烟雾的遮光性质来测定集烟管内的烟雾密度。
主要元件是光电池。
图 5-2-11
（ 2） 离子感烟式火警探测器
利用同位素镅 241放射 α射线所产生的离子流随
烟雾密度增加而减小的特性来探测烟雾的 。
主要元件是同位素镅和电极 。
图 5-2-12
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第三节 曲柄箱油雾浓度监视报警器
在高温时滑油会产生油气，这些油气在曲柄
箱中与 70℃ 左右的较冷空气混合形成油雾，当油
雾浓度超过正常标准时，可能会引起曲柄箱的爆
炸事故。
曲柄箱油雾浓度监视报警器的 作用,检测曲
柄箱油雾浓度，浓度超标时，及时发出声光报警，
同时使主机自动降速或停车。
本节以目前在船上应用较多的 Graviner Mark5
型油雾浓度监视报警器为例，说明其工作原理。
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第三节 曲柄箱油雾浓度监视报警器
Graviner Mark5型油雾浓度监视报警器以单片机作为监
视报警的核心部件。
优点, 与用常规电路组成的油雾浓度监视器相比较，
它取消了许多机械旋转部件，提高了报警器的
可靠性。采样准确、执行速度快，并有较强的
自检功能 。
组成, 由采样切换电磁阀、油雾浓度测量单元、显示
报警单元及控制电路等部分组成 。
面板,见 图 5-3-1
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一,气样的采集与测量
工作原理：见 图 5-3-2
二、测量电路
作用,通过测量单元对各缸曲柄箱气样的油雾浓
度进行测量，并转换成相应的数字量输入
单片机。
工作原理：见 图 5-3-3
三、采样 电磁阀控制电路
作用：其输出使 10个采样电磁阀轮流通电动作，
以使每个缸曲柄箱气样流经测量室，并对
其油雾浓度进行测量，同时要定时使清洗
空气电磁阀通电，以便清洗测量单元 。
工作原理：见 图 5-3-4
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四、报警和显示电路
工作原理：见 图 5-3-5
五、系统测试电路
作用：①检查该监视报警器的各种功能，如报警
指示灯、声光报警等工作是否正常
② 检测抽风机工作是否正常
工作原理：见 图 5-3-6
六、报警设定值的调整
平均浓度报警（ AVERAGE ALARM）
偏差浓度报警（ DEVIATION ALARM）
通过调整相应的电位器来调整。
发生报警之前，系统会先用清洗空气清洗一次
测量单元，以确定该平均浓度值不是因光源或光
电池污染所引起的。 （ 图 5-3-7 图 5-3-8 ）
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第四节 报警控制单元及报警的延伸
报警控制单元是监视报警系统的核心部分，由它
来控制参数和故障报警。
一,报警控制单元的组成原理及功能
二,用继电器组成的报警控制单元
三,用逻辑回路和运算放大器组成的报警控制单元
四,报警的延伸
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一、报警控制单元的组成原理及功能
1．开关量报警控制单元
组成,输入回路、延时环节、逻辑判断环节
逻辑原理图, 图 5-4-1
2．模拟量报警控制单元
组成,测量回路、比较环节、延时环节和逻辑
判断环节
逻辑原理图, 图 5-4-2
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二、用继电器组成的报警控制单元
以继电器为基本元件，组成报警电路。
以 SMA一 02型报警控制单元为例：
1．报警控制
报警控制电路 图 5-4-3
2．功能试验和闭锁报警
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三,用逻辑回路和运算放大器组成的报警控制单元
以逻辑回路和运算放大器为基本元件
以 WE－ 2型报警监视系统为例
1.开关量报警控制单元
图 5-4-4
2.模拟量报警控制单元
图 5-4-5
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四、报警的延伸
作用,把机舱的故障报警信号通过分组后传送到驾驶
室、公共场所、轮机长和值班轮机员处的延伸
报警箱，以实现 分组延伸报警,并且还必须实
现 失职报警 和 值班召唤报警 。
值班选择装置,图 5-4-6
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第五节 微型计算机控制的巡回监视系统
与常规的监视系统的区别,不是靠硬件电路而是
靠软件来实现各种功能
以德国 SIEMENS公司的 SIMOS－ 31S型集中控
制式监视系统为例
一,系统的组成与功能
二,开关量输入接口电路
三,模拟量输入接口电路
四,开关量输出接口电路
五,可编程串行通讯接口电路
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一、系统的组成与功能
组成,（ 1）分布在机舱各监视点的 传感器 ；
（ 2）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）
功能,（ 1）基本的监视和报警功能 ；
（ 2）丰富灵活的用户界面
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二、开关量输入接口电路
开关量输入接口电路在子计算机系统中用于输
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。
原理：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。
电路,图 5-5-2（ a） 和 图 5-5-2 （ b）
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三、模拟量输入接口电路
原理：先通过模拟量传感器和信号变换电路将被检测
的物理量转为电压信号，并经模 /数（ A/D）转
换器转换成数字量后，再由计算机读入系统。
电路,图 5-5-3 （ a） 和 图 5-5-3 （ b）
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四、开关量输出接口电路
功能,在计算机对输入接口电路读入的数据进行分
析和处理后，使当前系统状态通过指示灯进
行指示，产生报警时并输出报警信息。
组成：总线驱动器 D6、输出锁存器 D9和 D10、光电
耦合器、输出运算放大器、地址译码器等。
电路,图 5-5-4
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五、可编程串行通讯接口电路
通讯电路用于实现主计算机与子计算机、显示
器、打印机和键盘之间进行数据传送，其通讯方式为
串行通讯。
1.串行通讯基本原理 图 5-5-5
2.串行通讯接口电路 图 5-5-6
地址的分配及用途见 表 5-5-1
3.接口电路的初始化 图 5-5-7
4.通讯过程
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第一节 概述
第二节 机舱中常用的传感器
第三节 曲柄箱油雾浓度监视报警器
第四节 报警控制单元及报警的延伸
第五节 微型计算机控制的巡回监视系统
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第一节 概述
机舱集中监视与报警系统是轮机自动化的一
个重要内容，它的作用是准确可靠地监测机舱内
各种动力设备的运行状态及其参数，一旦运行设
备发生故障，自动发出声、光报警信号。它可以
改善轮机管理人员的工作条件，减轻劳动强度，
及时发现设备的运行故障，而且也是实现无人机
舱的基本条件。
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监视与报警系统的：
功能 故障报警、参数显示、打印记录、报警延
时、报警闭锁、警报延伸、失职报警、值
班召唤、功能试验和自检等。
种类 根据其监视方式不同，可分为连续监视式
报警系统和巡回监视式报警系统
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仪
表或监视屏；
（ 3）安装在驾驶台、公共场所、轮机长和
轮机员居室的延伸报警箱。
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第二节 机舱中常用的传感器
传感器的功能：
将机舱中各种设备的运行状态和参数转换
成便于报警装置处理的标准信号。
一,温度传感器
二,压力传感器
三,转速传感器
四,流量传感器
五,火警探测器
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一、温度传感器
常用的温度传感器有热电阻式、热电偶式及热敏
电阻式三种 。
1,热电阻式温度传感器
2,热电偶式温度传感器
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1、热电阻式温度传感器
原理,热电阻材料的电阻率随温度的增加而增加
构造, 铜丝或铂丝双线并绕在绝缘骨架上，然后
插入护套内而制成
测温范围,铜热电阻 － 50℃ ～＋ 150℃
铂热电阻 － 200℃ ～＋ 650℃
接线方法,三线制接法（ 图 5-2-1）
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2．热电偶式温度传感器
原理,两种不同的金属导体把其端点焊接在一起。
若热、冷两端温度不同，则在热电偶回路中
产生热电势 e。
构造,两种不同的金属导体把其端点焊接在一起，
并插入护套制成的。焊接端称为热端，与导
线连接端称为冷端。热端插入需要测温的测
量点，冷端置于室温中 。
测量范围,适用于检测高温,1300℃ ～ 1800℃
接线方法, 图 5-2-2
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二、压力传感器
1．电阻式压力传感器
结构、工作原理及接线见 图 5-2-3
2．金属应变片式压力传感器
原理：当测量压力增大时，应变片要弯曲变形，
栅状金属丝被拉长，使其电阻值增大 。
结构及接线见 图 5-2-4
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三、转速传感器
转速传感器主要用来检测主机的转速和转向、
发电机的原动机转速等。常用的转速传感器有测
速发电机和磁脉冲式转速传感器。
1,测速发电机
2,磁脉冲式转速传感器
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1．测速发电机
原理,利用导体切割磁力线所产生的感应电势与转
速成比例的原理，把转速变换成相应的感应
电势。测速发电机有直流和交流两种形式。
直流测速发电机, U = k·n,k为比例系数。 U的大
小反映了主机转速的高低,U的极性反映了主
机的转向。缺点：存在电刷等部件易引起故障
交流测速发电机,需对交变电压进行相敏整流和滤
波，变成直流电压信号。作为控制系统中的转速
反馈和转速逻辑鉴别信号，因不能使用负电压的
转速信号，故必须经过整流把倒车负极性电压信
号转换成正极性电压信号，如 图 5-2-5所示。
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2．磁脉冲式转速传感器
原理,飞轮转动时，齿顶和齿谷交替经过，引起线
圈内的磁通交替变化，使线圈感应出一系列
脉冲信号。脉冲频率 f取决于齿数 Z和转速 n，
即 f = Z·n /60（ Hz）。
结构,见 图 5-2-6
信号处理,转速信号 通过 整形放大电路及频率／电
压转换电路,使 U∝ n
转向信号 见 图 5-2-7
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四、流量传感器
流量传感器有容积式、电磁式和差压式等
1．容积式流量传感器
主要用来检测油流体的流量
图 5-2-8
2．电磁式流量传感器
只适用于测量导电液体的流量
图 5-2-9
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五、火警探测器
根据火灾前兆的物理现象, 有热效应式和感烟式两类
1,热效应式火警探测器
也称感温式火警探测器, 主要用于住室、走廊、控制
室等 舱室较小的场所 。 有定温式和温升式两种 。
2,感烟式火警探测器
主要用于 大舱容 （如货舱）的火灾探测，有感烟管
式和离子感烟式两种 。
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1,热效应式火警探测器
（ 1）定温式火警探测器
温度 达到设定值时,触点动作,送出火警信号
图 5-2-10（ a）、（ b）
（ 2）温升式火警探测器
温度升高的 变化率 超过 5.5℃ ／ min时，探测器
动作，发出火警信号 。
图 5-2-10（ c）
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2．感烟式火警探测器
（ 1）感烟管式火警探测器
利用烟雾的遮光性质来测定集烟管内的烟雾密度。
主要元件是光电池。
图 5-2-11
（ 2） 离子感烟式火警探测器
利用同位素镅 241放射 α射线所产生的离子流随
烟雾密度增加而减小的特性来探测烟雾的 。
主要元件是同位素镅和电极 。
图 5-2-12
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第三节 曲柄箱油雾浓度监视报警器
在高温时滑油会产生油气，这些油气在曲柄
箱中与 70℃ 左右的较冷空气混合形成油雾，当油
雾浓度超过正常标准时，可能会引起曲柄箱的爆
炸事故。
曲柄箱油雾浓度监视报警器的 作用,检测曲
柄箱油雾浓度，浓度超标时，及时发出声光报警，
同时使主机自动降速或停车。
本节以目前在船上应用较多的 Graviner Mark5
型油雾浓度监视报警器为例，说明其工作原理。
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第三节 曲柄箱油雾浓度监视报警器
Graviner Mark5型油雾浓度监视报警器以单片机作为监
视报警的核心部件。
优点, 与用常规电路组成的油雾浓度监视器相比较，
它取消了许多机械旋转部件，提高了报警器的
可靠性。采样准确、执行速度快，并有较强的
自检功能 。
组成, 由采样切换电磁阀、油雾浓度测量单元、显示
报警单元及控制电路等部分组成 。
面板,见 图 5-3-1
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一,气样的采集与测量
工作原理：见 图 5-3-2
二、测量电路
作用,通过测量单元对各缸曲柄箱气样的油雾浓
度进行测量，并转换成相应的数字量输入
单片机。
工作原理：见 图 5-3-3
三、采样 电磁阀控制电路
作用：其输出使 10个采样电磁阀轮流通电动作，
以使每个缸曲柄箱气样流经测量室，并对
其油雾浓度进行测量，同时要定时使清洗
空气电磁阀通电，以便清洗测量单元 。
工作原理：见 图 5-3-4
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四、报警和显示电路
工作原理：见 图 5-3-5
五、系统测试电路
作用：①检查该监视报警器的各种功能，如报警
指示灯、声光报警等工作是否正常
② 检测抽风机工作是否正常
工作原理：见 图 5-3-6
六、报警设定值的调整
平均浓度报警（ AVERAGE ALARM）
偏差浓度报警（ DEVIATION ALARM）
通过调整相应的电位器来调整。
发生报警之前，系统会先用清洗空气清洗一次
测量单元，以确定该平均浓度值不是因光源或光
电池污染所引起的。 （ 图 5-3-7 图 5-3-8 ）
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第四节 报警控制单元及报警的延伸
报警控制单元是监视报警系统的核心部分，由它
来控制参数和故障报警。
一,报警控制单元的组成原理及功能
二,用继电器组成的报警控制单元
三,用逻辑回路和运算放大器组成的报警控制单元
四,报警的延伸
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一、报警控制单元的组成原理及功能
1．开关量报警控制单元
组成,输入回路、延时环节、逻辑判断环节
逻辑原理图, 图 5-4-1
2．模拟量报警控制单元
组成,测量回路、比较环节、延时环节和逻辑
判断环节
逻辑原理图, 图 5-4-2
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二、用继电器组成的报警控制单元
以继电器为基本元件，组成报警电路。
以 SMA一 02型报警控制单元为例：
1．报警控制
报警控制电路 图 5-4-3
2．功能试验和闭锁报警
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三,用逻辑回路和运算放大器组成的报警控制单元
以逻辑回路和运算放大器为基本元件
以 WE－ 2型报警监视系统为例
1.开关量报警控制单元
图 5-4-4
2.模拟量报警控制单元
图 5-4-5
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四、报警的延伸
作用,把机舱的故障报警信号通过分组后传送到驾驶
室、公共场所、轮机长和值班轮机员处的延伸
报警箱，以实现 分组延伸报警,并且还必须实
现 失职报警 和 值班召唤报警 。
值班选择装置,图 5-4-6
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第五节 微型计算机控制的巡回监视系统
与常规的监视系统的区别,不是靠硬件电路而是
靠软件来实现各种功能
以德国 SIEMENS公司的 SIMOS－ 31S型集中控
制式监视系统为例
一,系统的组成与功能
二,开关量输入接口电路
三,模拟量输入接口电路
四,开关量输出接口电路
五,可编程串行通讯接口电路
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一、系统的组成与功能
组成,（ 1）分布在机舱各监视点的 传感器 ；
（ 2）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）
功能,（ 1）基本的监视和报警功能 ；
（ 2）丰富灵活的用户界面
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二、开关量输入接口电路
开关量输入接口电路在子计算机系统中用于输
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。
原理：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。
电路,图 5-5-2（ a） 和 图 5-5-2 （ b）
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三、模拟量输入接口电路
原理：先通过模拟量传感器和信号变换电路将被检测
的物理量转为电压信号，并经模 /数（ A/D）转
换器转换成数字量后，再由计算机读入系统。
电路,图 5-5-3 （ a） 和 图 5-5-3 （ b）
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四、开关量输出接口电路
功能,在计算机对输入接口电路读入的数据进行分
析和处理后，使当前系统状态通过指示灯进
行指示，产生报警时并输出报警信息。
组成：总线驱动器 D6、输出锁存器 D9和 D10、光电
耦合器、输出运算放大器、地址译码器等。
电路,图 5-5-4
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五、可编程串行通讯接口电路
通讯电路用于实现主计算机与子计算机、显示
器、打印机和键盘之间进行数据传送，其通讯方式为
串行通讯。
1.串行通讯基本原理 图 5-5-5
2.串行通讯接口电路 图 5-5-6
地址的分配及用途见 表 5-5-1
3.接口电路的初始化 图 5-5-7
4.通讯过程
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