組態(tài)軟件在船舶監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

笪月君

(鎮(zhèn)江四洋電器有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

組態(tài)軟件最突出的特點(diǎn)是實(shí)時(shí)多任務(wù)，數(shù)據(jù)采集與輸出、數(shù)據(jù)處理與算法實(shí)現(xiàn)、圖形顯示及人機(jī)對(duì)話、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、檢索管理、實(shí)時(shí)通訊等多個(gè)任務(wù)可在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上同時(shí)運(yùn)行。自動(dòng)化工程設(shè)計(jì)技術(shù)人員在組態(tài)軟件中只需填寫(xiě)一些事先設(shè)計(jì)的表格，再利用圖形功能把被控對(duì)象，如:溫度表、電機(jī)、趨勢(shì)曲線、轉(zhuǎn)速儀表、報(bào)表等形象地畫(huà)出來(lái)，通過(guò)內(nèi)部數(shù)據(jù)連接把被控對(duì)象的屬性與I/O設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯連接。當(dāng)由組態(tài)軟件生成的應(yīng)用系統(tǒng)投入運(yùn)行后，與被控對(duì)象相連的I/O設(shè)備數(shù)據(jù)發(fā)生變化后直接會(huì)帶動(dòng)被控對(duì)象的屬性發(fā)生變化。若要對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行修改，也十分方便，這就是組態(tài)軟件的方便性。本系統(tǒng)就是基于iFIX組態(tài)而設(shè)計(jì)的船舶機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)組成與硬件配置

圖1為系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖。系統(tǒng)由2臺(tái)上位機(jī)服務(wù)器、2臺(tái)客戶機(jī)、1只2 kW的不間斷電源、模擬量、熱電阻和開(kāi)關(guān)量輸入、輸出數(shù)據(jù)采集模塊、Modicon M340 BMX P342020內(nèi)置以太網(wǎng)絡(luò)/USB網(wǎng)絡(luò)通訊接口、8口集線器(HUB)和打印機(jī)等組成。每臺(tái)計(jì)算機(jī)連成1個(gè)局域網(wǎng)，可以互通信息和網(wǎng)絡(luò)打印。

2 控制系統(tǒng)通訊接口連接和設(shè)置

系統(tǒng)采用近幾年已經(jīng)非常成熟的以太網(wǎng)絡(luò)(Ethernet)/USB網(wǎng)絡(luò)通訊網(wǎng)關(guān)以及8口集線器(HUB)組成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可運(yùn)行于基于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的網(wǎng)上，能夠?qū)崿F(xiàn)上、下位機(jī)以及更高層次的廠級(jí)連網(wǎng)。上位機(jī)作為服務(wù)器可以和以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的其他計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，共同完成整個(gè)船舶航行的信息管理系統(tǒng)(MIS)。TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議還提供了在不同硬件體系結(jié)構(gòu)和操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)組成的網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行通信的能力。服務(wù)器通過(guò)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議可以和多個(gè)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)(即遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn))進(jìn)行通訊。下端采用遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模塊完成各種參量的采集，為減小信號(hào)損耗，數(shù)據(jù)采集模塊可放在現(xiàn)場(chǎng)。各個(gè)模塊到上位機(jī)只有1根屏蔽雙絞線，并且布線距離可達(dá)幾公里。上位機(jī)的人機(jī)界面，采用圖形界面，支持分布式歷史數(shù)據(jù)庫(kù)和分布式報(bào)警系統(tǒng)。本系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是一種柔性結(jié)構(gòu)，可以將整個(gè)應(yīng)用程序分配給多個(gè)服務(wù)器，如指定報(bào)警服務(wù)器和歷史數(shù)據(jù)記錄服務(wù)器，這樣可以提高項(xiàng)目的整體容量結(jié)構(gòu)并改善系統(tǒng)的性能。

圖1 控制系統(tǒng)示意圖

3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與外圍接線圖

圖2為模擬量數(shù)據(jù)采集單元(部分案例)與系統(tǒng)的接線圖。本系統(tǒng)需采集壓縮機(jī)滑油壓力、掃氣室壓力、CPP艉軸軸承溫度、齒輪箱溫度等32路模擬信號(hào)，圖中，ART－0414模塊是M340系列一個(gè)帶有4路輸入的多范圍熱電阻輸入采集模塊，輸入類型為熱電阻，這些輸入之間相互隔離，模塊精度15位。AMI－0410模塊是M340系列一種高電平的4路差分模擬量輸入模塊，輸入類型為電流、電壓。該模塊與傳感器或發(fā)射器配合使用，可執(zhí)行監(jiān)控、測(cè)量和連續(xù)過(guò)程控制等功能，可實(shí)現(xiàn)－20mA～+20mA、－5V～+5V的測(cè)量范圍。AMI－0410模塊在電壓輸入下工作，包含4個(gè)讀取電阻器與端子連接以執(zhí)行電流輸入，其精度為16位。同樣系統(tǒng)中還大量使用了M340系列的其他模塊，如32路輸入通道的開(kāi)關(guān)量信號(hào)采集模塊DDI3202K，用于對(duì)船舶鍋爐水位、舵機(jī)失電、舵機(jī)斷相、舵機(jī)過(guò)濾器堵塞、機(jī)艙污水井水位高等124個(gè)開(kāi)關(guān)量信號(hào)的采集;使用了繼電器輸出模塊DRA1605，用于對(duì)18個(gè)繼電器進(jìn)行控制;使用了4通道熱電阻輸入模塊ART－0414，對(duì)4個(gè)熱源溫度信號(hào)進(jìn)行采集。

這些模塊都是基于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集和控制模塊，通過(guò)Modicon M340 BMX P342020內(nèi)置以太網(wǎng)絡(luò)，每臺(tái)計(jì)算機(jī)經(jīng)8口HUB與模塊相連，由命令實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

圖2 模擬量采集模塊與接線

4 數(shù)據(jù)采集的工作過(guò)程及監(jiān)控參數(shù)

監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)監(jiān)視主機(jī)、輔機(jī)等系統(tǒng)的熱工參數(shù)，測(cè)量液位和監(jiān)視各種設(shè)備、系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。該系統(tǒng)由輸入模塊完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集，并將數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)以太網(wǎng)通信送至主微機(jī)進(jìn)行顯示報(bào)警。屏幕上顯示每個(gè)測(cè)點(diǎn)的編號(hào)、名稱、設(shè)定值、單位及實(shí)際測(cè)量值，若超過(guò)上下限報(bào)警時(shí)，即以紅色指示燈閃光顯示并配以聲響，以示報(bào)警。應(yīng)答(消音)后平光顯示報(bào)警。實(shí)測(cè)值在屏幕上動(dòng)態(tài)刷新。模擬二次儀表顯示，可以把用戶需要的模擬量以表的形式顯示，儀表的下方有該測(cè)點(diǎn)的具體數(shù)值顯示、名稱顯示。系統(tǒng)通訊口狀態(tài)顯示，輸出口狀態(tài)顯示。報(bào)警歷史自動(dòng)存檔于硬盤(pán)中。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，船東對(duì)界面有其他要求時(shí)應(yīng)按要求更改。應(yīng)急記錄數(shù)據(jù)存檔于監(jiān)視臺(tái)平板電腦硬盤(pán)中，正常數(shù)據(jù)10 min存1次，記錄了全部歷史數(shù)據(jù)，可方便檢索。該系統(tǒng)具有即時(shí)打印、選擇打印、報(bào)警自動(dòng)打印功能。當(dāng)出現(xiàn)新的報(bào)警點(diǎn)時(shí)，屏幕上立即自動(dòng)顯示所有未經(jīng)確認(rèn)的報(bào)警點(diǎn)。具體過(guò)程示意圖如圖3和圖4所示。

圖3 運(yùn)行時(shí)的畫(huà)面

iFIX組態(tài)軟件帶有Modbus Ethernet I/O驅(qū)動(dòng)程序，iFIX軟件通過(guò)I/O驅(qū)動(dòng)程序從配置了IP地址的RTU組件Modicon M340 BMX P342020中，將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集到驅(qū)動(dòng)器映像表(DIT)的指定地址，掃描報(bào)警控制(SAC)讀入從DIT來(lái)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理并且將其送入過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)(PDB)。內(nèi)部數(shù)據(jù)庫(kù)從PDB中讀取數(shù)據(jù)并且傳輸給要求數(shù)據(jù)的應(yīng)用軟件。

5 結(jié)語(yǔ)

在本監(jiān)控系統(tǒng)中，畫(huà)面開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序時(shí)大幅縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間并減少工作量。另外，VBA可靈活運(yùn)用、搜索和修改iFIX應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)，iFIX組態(tài)軟件與局域網(wǎng)得到了完善結(jié)合，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)得到共享，只需對(duì)VB語(yǔ)言有一些基本了解，無(wú)需編寫(xiě)大量程序，節(jié)省了開(kāi)發(fā)時(shí)間。系統(tǒng)經(jīng)測(cè)試和運(yùn)行表明，該系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確實(shí)時(shí)地傳遞數(shù)據(jù)，同時(shí)能將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)以Excel報(bào)表形式直觀給出，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)，操作方便。

［1］宋伯生.可編程控制及編程［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2008.

［2］阮友得.電氣控制與PLC實(shí)訓(xùn)教材［M］.北京:人民郵電出版社，2006.