海上補(bǔ)給試驗(yàn)測(cè)試與監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

韓 旗

（海軍駐704所軍代表室， 上海 200031）

海上補(bǔ)給試驗(yàn)測(cè)試與監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

韓 旗

（海軍駐704所軍代表室， 上海 200031）

海上航行橫向補(bǔ)給為船舶編隊(duì)遠(yuǎn)洋的重要關(guān)鍵技術(shù)之一，也影響著國(guó)家海洋安全戰(zhàn)略。建立海上補(bǔ)給試驗(yàn)測(cè)試與監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)補(bǔ)給設(shè)備運(yùn)行的測(cè)試，有助于深入了解各設(shè)備的性能參數(shù)和運(yùn)行特性，這對(duì)我國(guó)補(bǔ)給設(shè)備及系統(tǒng)的發(fā)展具有重大戰(zhàn)略意義。

海上補(bǔ)給；數(shù)據(jù)采集；試驗(yàn)監(jiān)控；軟件設(shè)置

0 引言

海上補(bǔ)給是利用各種補(bǔ)給設(shè)備在海上對(duì)船舶實(shí)施物資補(bǔ)充的海上航行作業(yè)活動(dòng)。 由于海上航行船舶航程長(zhǎng)，或海上航行和海上活動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，而船舶本身攜帶的燃料、淡水、食物和備件等給養(yǎng)有限，需要由專(zhuān)門(mén)的船舶進(jìn)行補(bǔ)給[1-2]。通常是利用在海上航行和海上活動(dòng)的船舶進(jìn)行補(bǔ)給，供應(yīng)其他船舶所需的各種補(bǔ)給品。

海上補(bǔ)給是可增大船舶的航行半徑，延長(zhǎng)艦艇在海上的停留時(shí)間，減少船舶對(duì)岸地的直接依賴(lài)程度，提高遠(yuǎn)航船舶的生存能力。

本系統(tǒng)用于新型補(bǔ)給裝置測(cè)試系統(tǒng)，主要監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、數(shù)據(jù)，提供可靠實(shí)驗(yàn)分析數(shù)據(jù)和曲線，為分析補(bǔ)給設(shè)備、完善設(shè)計(jì)提供有力數(shù)據(jù)支持。

1 海上補(bǔ)給試驗(yàn)系統(tǒng)

海上補(bǔ)給試驗(yàn)系統(tǒng)是在陸地上模擬海上補(bǔ)給過(guò)程中，用于測(cè)試和驗(yàn)證船舶補(bǔ)給裝置運(yùn)行的可行性、安全性和可靠性的設(shè)備。

海上補(bǔ)給試驗(yàn)系統(tǒng)包括 1#測(cè)試系統(tǒng)，2#測(cè)試系統(tǒng)(圖1)。1#測(cè)試系統(tǒng)分為干貨測(cè)試系統(tǒng)和液貨測(cè)試系統(tǒng)。其中干貨測(cè)試系統(tǒng)包括干貨數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和干貨視頻監(jiān)控系統(tǒng)。液貨測(cè)試系統(tǒng)包括液貨數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和液貨視頻監(jiān)控系統(tǒng)。2#測(cè)試系統(tǒng)分為雙作用站數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和雙作用站視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

圖1 海上補(bǔ)給試驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由傳感器、測(cè)量模塊、總線數(shù)據(jù)采集器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和監(jiān)控主機(jī)組成。其中傳感器包括壓力傳感器、拉線式位移傳感器、軸銷(xiāo)式拉力傳感器和增量式旋轉(zhuǎn)編碼器。監(jiān)控系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)攝像頭、視頻管理服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)視頻存儲(chǔ)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)視頻解碼器和高清液晶顯示屏組成。

2 海上補(bǔ)給試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

海上補(bǔ)給試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)完成補(bǔ)給系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析功能，監(jiān)測(cè)裝置運(yùn)行狀態(tài)是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求[3]。動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為分析系統(tǒng)提供可靠實(shí)驗(yàn)分析數(shù)據(jù)。

傳感器內(nèi)部的敏感元件在實(shí)現(xiàn)把補(bǔ)給試驗(yàn)非電量信號(hào)轉(zhuǎn)換為微小的電量信號(hào)的功能，傳感器內(nèi)部的放大器把這個(gè)微小的電量信號(hào)線性放大到 4mA～20mA的電流信號(hào)[4]。由于傳感器安裝的位置遠(yuǎn)離控制室，如果把這個(gè)4mA～20 mA的模擬量電流信號(hào)直接傳送到控制室，較長(zhǎng)的傳輸線就類(lèi)似于天線，產(chǎn)生感應(yīng)出較大幅值的干擾信號(hào)，測(cè)量信號(hào)精度無(wú)法保證。所以這個(gè)4mA～20mA的模擬量電流信號(hào)可就近傳送到模擬量數(shù)據(jù)采集器。

模擬量數(shù)據(jù)采集器先通過(guò)內(nèi)部的模擬/數(shù)字量轉(zhuǎn)換器，把4mA～20mA的模擬量電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號(hào)。轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號(hào)后不論長(zhǎng)距離傳輸還是多次復(fù)制都不會(huì)使信號(hào)失真了。然后模擬量數(shù)據(jù)采集器再把數(shù)字量信號(hào)上傳到CAN總線。以上工作原理如圖2所示。

圖2 海上補(bǔ)給數(shù)據(jù)采集工作原理

海上補(bǔ)給試驗(yàn)數(shù)據(jù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸采用CAN總線傳輸?shù)姆绞?，CAN總線傳輸?shù)奈锢磔d體是一根屏蔽雙絞線，但CAN總線的傳輸協(xié)議可使多路信號(hào)分時(shí)復(fù)用此根雙絞線[5]。CAN總線信號(hào)通過(guò)總線數(shù)據(jù)采集器轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議，經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)上傳到監(jiān)控主機(jī)(圖3)。

圖3 海上補(bǔ)給試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

海上補(bǔ)給試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的技術(shù)要求和參數(shù)如下：

1)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)模擬量測(cè)量通道63個(gè)，頻率測(cè)量通道14個(gè)。

2)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集模塊通道測(cè)量電壓、電流精度要求：±0.04%滿量程。

3)模塊工作溫度：-40℃~+85℃。

4)位移傳感器測(cè)量精度：±0.05%滿量程。

5)拉力傳感器測(cè)量精度：±0. 5%滿量程。

6)旋轉(zhuǎn)編碼器測(cè)量精度：±0. 36°。

7)壓力傳感器測(cè)量精度：±1%滿量程。

8)數(shù)據(jù)采集模塊每通道采樣率達(dá)到1000赫茲。

9)數(shù)據(jù)采集模塊通道測(cè)量范圍：電壓：±60V，電流：±100 mA。

10)流量傳感器測(cè)量精度：±1%滿量程。

11)采用分布式數(shù)據(jù)采集模塊。

12)測(cè)量數(shù)據(jù)同步。

3 海上補(bǔ)給試驗(yàn)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)攝像頭安裝在現(xiàn)場(chǎng)，用于監(jiān)視各絞車(chē)、液壓機(jī)組、高架索和貨物傳輸過(guò)程的狀態(tài)，視頻信號(hào)經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)攝像頭轉(zhuǎn)換為工業(yè)級(jí)以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議數(shù)據(jù)，安裝在測(cè)試控制臺(tái)的視頻管理服務(wù)器、硬盤(pán)錄像機(jī)、網(wǎng)絡(luò)視頻解碼器從以太網(wǎng)獲取數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)視頻解碼器從網(wǎng)絡(luò)上獲取壓縮視頻數(shù)據(jù)流，將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換還原為模擬信號(hào)，輸出到高清液晶屏[6]。

監(jiān)視設(shè)備實(shí)現(xiàn)整個(gè)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地的視頻信息監(jiān)視、記錄、回放顯示等功能；網(wǎng)絡(luò)攝像頭實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)視頻信號(hào)的數(shù)字量轉(zhuǎn)換并上傳到網(wǎng)絡(luò)；網(wǎng)絡(luò)視頻路由器實(shí)現(xiàn)視頻網(wǎng)絡(luò)信息交換和控制；視頻管理服務(wù)器負(fù)責(zé)中心配置視頻信息訪問(wèn)管理權(quán)限；硬盤(pán)錄像機(jī)負(fù)責(zé)錄像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；顯示屏顯示圖像信息，如圖4所示。

圖4 視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

海上補(bǔ)給試驗(yàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的技術(shù)要求和參數(shù)如下：

1)視頻監(jiān)控系統(tǒng)16個(gè)攝像頭。

2)攝像頭每秒采集圖像24幀。

3)所有視頻存儲(chǔ)容量60 d。

4)圖像解析度：600TVL。

5)攝像頭網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：TCP/IP，HTTP，SNMP，UDP，NTP。

6)攝像頭網(wǎng)絡(luò)接口：RJ-45，10M/100M Base-T自適應(yīng)。

4 海上補(bǔ)給試驗(yàn)系統(tǒng)軟件功能

海上補(bǔ)給試驗(yàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件功能，操控軟件穩(wěn)定可靠、淺顯易懂。傳感器信號(hào)即插即量，無(wú)需編程。中文人機(jī)界面友好，使用簡(jiǎn)便、可靠性高，允許用戶(hù)手動(dòng)設(shè)定和保存全部測(cè)量參數(shù)。同時(shí)可以進(jìn)行自動(dòng)實(shí)時(shí)分析和反饋，進(jìn)行資料顯示、完成報(bào)告和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等。系統(tǒng)可設(shè)置和測(cè)試數(shù)據(jù)可同時(shí)保存在計(jì)算機(jī)內(nèi)或者設(shè)備的存儲(chǔ)卡里面。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)無(wú)需計(jì)算機(jī)也可以自行上電開(kāi)機(jī)運(yùn)行。軟件可顯示多種數(shù)據(jù)曲線，顯示模式為：時(shí)間曲線、柱型顯示、數(shù)據(jù)顯示、三維顯示。對(duì)應(yīng)于復(fù)雜的通道功能設(shè)定，可實(shí)現(xiàn)不同通道的相同設(shè)置一次設(shè)定。對(duì)于不經(jīng)常使用的通道設(shè)定功能可以設(shè)置為隱藏，使設(shè)定界面更簡(jiǎn)潔。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可同時(shí)存儲(chǔ) 512路模擬量信號(hào)和數(shù)字量信號(hào)，信號(hào)(通道)采樣率：1kHz，軟件啟動(dòng)時(shí)間 2s；同時(shí)可顯示所有數(shù)據(jù)曲線，同時(shí)存儲(chǔ)采集數(shù)據(jù)。

可執(zhí)行程序不需要編譯環(huán)境，分為測(cè)量功能設(shè)定模塊、運(yùn)行控制模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。

功能設(shè)定模塊主要完成測(cè)量通道測(cè)量范圍設(shè)定、測(cè)量通道采樣率設(shè)定、定義通道名稱(chēng)、線性轉(zhuǎn)換斜率設(shè)定、定義測(cè)量物理量單位等功能。運(yùn)行控制模塊實(shí)現(xiàn)采集過(guò)程開(kāi)始、停止功能，同時(shí)具有試驗(yàn)配置信息管理功能。數(shù)據(jù)顯示模塊主要功能顯示采集數(shù)據(jù)。包括設(shè)定顯示模式、設(shè)定顯示窗體數(shù)、數(shù)據(jù)特征獲取功能。顯示模式包括時(shí)間曲線、數(shù)字顯示、三維顯示和柱狀圖顯示等。數(shù)據(jù)特征獲取功能包括數(shù)據(jù)間隔時(shí)間、斜率和幅值等。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊功能包括：設(shè)定數(shù)據(jù)傳輸緩沖區(qū)大小、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)物理位置、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)目錄位置等，如圖5所示。

圖5 軟件設(shè)置界面

5 結(jié)論

在海上補(bǔ)給試驗(yàn)測(cè)試與監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)中，設(shè)計(jì)與研制了補(bǔ)給設(shè)備的測(cè)試系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)。這有助于設(shè)計(jì)人員對(duì)于新型設(shè)備的性能參數(shù)，補(bǔ)給系統(tǒng)運(yùn)行特性的深入分析和總結(jié)，對(duì)我國(guó)海上船舶航行中的橫向干貨和液貨補(bǔ)給系統(tǒng)的發(fā)展具有重要戰(zhàn)略意義。

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[4] 俞志根. 傳感器與檢測(cè)技術(shù)[M]. 北京: 科學(xué)出版社,2007.

[5] 鄔寬明. CAN現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M]. 北京:北京航空航天大學(xué)出版社, 2002.

[6] 張少軍. 網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2010.

運(yùn)輸需求表現(xiàn)平淡 多條航線運(yùn)力收縮

近日，中國(guó)出口集裝箱運(yùn)輸市場(chǎng)總體需求表現(xiàn)平淡，為緩解市場(chǎng)供求矛盾，航商在多條航線上加大淡季運(yùn)力收縮力度。分航線市場(chǎng)表現(xiàn)出現(xiàn)分化。11月15日，上海航運(yùn)交易所發(fā)布的中國(guó)出口集裝箱綜合運(yùn)價(jià)指數(shù)為1043.77點(diǎn)，較上周上漲3.0%。11月15日，上海出口集裝箱運(yùn)價(jià)指數(shù)為1089.3歐洲航線，隨著傳統(tǒng)運(yùn)輸?shù)镜闹鸩絹?lái)臨，本周貨量延續(xù)月初以來(lái)的低迷態(tài)勢(shì)，盡管船公司采取了較大規(guī)模的運(yùn)力收縮措施，但供大于求的狀態(tài)仍有所加劇，船舶平均艙位利用率下降至九成左右。多數(shù)船公司為攬取貨源加深了跌價(jià)幅度，部分航次最低運(yùn)價(jià)降至1000美元/TEU左右。11月15日，上海出口至歐洲基本港市場(chǎng)運(yùn)價(jià)（海運(yùn)及海運(yùn)附加費(fèi)）為1213美元/TEU，較上周下跌8.1%。地中海航線，傳統(tǒng)淡季貨量明顯下降，部分船公司以并班、撤線的方式削減運(yùn)力，但供求關(guān)系總體未見(jiàn)明顯向好，船舶平均艙位利用率下滑至85%左右，部分航次裝載甚至不足八成。多數(shù)航次訂艙價(jià)格繼續(xù)下跌。11月15日，上海出口至地中?；靖凼袌?chǎng)運(yùn)價(jià)（海運(yùn)及海運(yùn)附加費(fèi)）為1308美元/TEU，較上周下跌5.4%。業(yè)內(nèi)人士表示，鑒于近期歐洲、地中海航線運(yùn)價(jià)持續(xù)下滑，航商有意推出新一輪的漲價(jià)計(jì)劃，據(jù)悉，部分航商已經(jīng)宣布將于12月15日再度調(diào)漲，幅度在750美元/TEU左右。

北美航線，盡管正值淡季，但受本月下半月漲價(jià)消息影響，運(yùn)輸需求穩(wěn)中有升。加上船公司“冬季停航計(jì)劃”效果較為顯著，多數(shù)航次船舶艙位利用率基本保持在九成以上，部分航次裝載率超過(guò)95%。鑒于市場(chǎng)基本面表現(xiàn)尚可，船公司陸續(xù)開(kāi)始執(zhí)行本輪的漲價(jià)計(jì)劃，本周多數(shù)航次訂艙價(jià)格出現(xiàn)上調(diào)。11月15日，上海出口至美西、美東基本港市場(chǎng)運(yùn)價(jià)（海運(yùn)及海運(yùn)附加費(fèi)）分別為1885美元/FEU、3184美元/FEU，分別較上周上漲9.7%、3.4%。

澳新航線，圣誕貨出運(yùn)已基本告罄，運(yùn)輸需求逐步顯現(xiàn)出疲軟跡象，但得益于亞澳運(yùn)價(jià)協(xié)定組織（AADA）較大力度的運(yùn)力削減計(jì)劃，船舶平均艙位利用率保持在95%以上，部分航次接近滿艙。本周多數(shù)航次訂艙價(jià)格出現(xiàn)上調(diào)，漲幅在50～200美元/TEU不等。11月15日，上海出口至澳新基本港市場(chǎng)運(yùn)價(jià)（海運(yùn)及海運(yùn)附加費(fèi)）為1093美元/TEU，較上周上漲10.5%。

波紅航線，本周貨量表現(xiàn)平淡。波斯灣航線船舶平均艙位利用率下滑至90%左右，市場(chǎng)平均運(yùn)價(jià)跌幅超過(guò)100美元/TEU；紅海航線由于運(yùn)力收縮幅度相對(duì)較小，船舶平均艙位利用率下滑至85%左右，市場(chǎng)平均運(yùn)價(jià)跌幅約為50美元/TEU。11月15日，中國(guó)出口至波紅航線運(yùn)價(jià)指數(shù)為909.39點(diǎn)，較上周下跌1.3%。

南美航線，本周貨量穩(wěn)中有升，加上近期陸續(xù)有船公司開(kāi)始實(shí)施運(yùn)力控制措施，供求關(guān)系有所改善，南美東航線船舶平均艙位利用率上升至95%左右，市場(chǎng)運(yùn)價(jià)持續(xù)上升，南美西航線裝載率也維持在九成以上，市場(chǎng)運(yùn)價(jià)基本穩(wěn)定。11月15日，中國(guó)出口至南美航線運(yùn)價(jià)指數(shù)為704.61點(diǎn)，較上周上漲10.3%。

日本航線，本周貨量基本穩(wěn)定，上海港船舶平均艙位利用率保持在80%左右，市場(chǎng)運(yùn)價(jià)小幅上升。11月15日，中國(guó)出口至日本航線運(yùn)價(jià)指數(shù)為820.48點(diǎn)，較上周上漲0.3%。

Design and Realization of Testing System and Monitor System Replenishment at Sea

HAN Qi
(Navy Representative Office Stationed at No. 704 Research Institute, Shanghai 200031, China)

Replenishment at sea is the important technology of ocean ships, which can affect the sea safety strategy. The paper establishes the test system and the monitor system of replenishment at sea, which can realize the test and monitor of replenishment equipments. It can help engineer understand the performance parameters and the work characteristic deeply. The equipment development of replenishment at sea has great strategic significance for China.

replenishment at sea; data collection; experimentation monitor; software setting

U665.13

A

韓旗（1970-），高級(jí)工程師，研究方向?yàn)榇皺C(jī)電設(shè)備的電氣自動(dòng)化控制。