在全球倡导低碳、环保、节能的绿色能源发展理念下，液化天燃气（LNG）作为一种清洁高效的燃料在海上运输业中扮演了重要的角色，但同时也带来了许多船舶航行的安全性问题。顺应当代船舶自动化要求日益严格的趋势，设计合理的LNG双燃料船舶机舱为核心的安全监控系统，开发机舱内重要的LNG动力设备如主机（主发动机）、副机（发电机组）等故障诊断功能，对船舶安全航行有重要的意义。
本文在基于CCS颁布《天然气燃料动力船舶规范》等相关指导文件要求下，对LNG船舶安全监控系统的基本功能进行了设计。通过分析已有功能中缺少对LNG/柴油发电机组安全性监控的缺点，选取一种以定子电流诊断副机单缸失火故障的方法进行探究，以完善监控功能、丰富监控范围。为探究发电机定子电流与原动机单缸失火之间的关系，对三相交流同步电机的状态方程进行简化假设，推导出由单缸失火、转速小振荡造成的发电机定子电流振荡方程。结合电流的振荡方程为理论依据，利用同步发电机Simulink仿真模型为平台模拟各工况下的定子电流波形，从实验角度对比不同工况下的电流的变化规律。采用频谱分析法提取其特征参数、判别标准，确定了以定子电流基频对称轴两端高低频幅值差为故障诊断依据，以及安全监控系统副机单缸失火的故障诊断策略。
为满足安全监控系统功能要求，设计了合理的系统硬件结构。本文选择西门子S7-200 PLC为安全监控系统的控制单元核心，在船舶机舱、集控室分别选择触摸屏、工控机为上位机，使信号处理保持高效率。为保持数据采集传输实时性，选择各种传感器的同时，加入以主机通讯模块、ADAM-4117模拟量通讯模块主的通信模块。选取一种FPGA高速数据采集卡作为LNG/柴油副机故障诊断模块的核心硬件，分析其性能特点确定了故障诊断方案。规划I/O电信号的通道，提出控制逻辑中存在的气动阀波动问题并进行改进，如气动阀的报警设定、报警延时、人工排气功能。确定以MODBUS为核心的通讯网络，运用组态王、Easybuilder组态软件分别对位于集控室、机舱的人机交互界面进行开发。
通过一系列现场试验的方式验证后证明，本套系统具有良好的风险监测、故障报警、信息传输、人机交互等功能。
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