一體化海洋監(jiān)測系統(tǒng)調(diào)試技術研究與應用

宋健輝，朱萬林，高 勛，田 偉，張 磊

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300452）

0 引言

一體化海洋監(jiān)測系統(tǒng)（Integrated Marine Monitoring System，IMMS）主要用于監(jiān)測、記錄和顯示海洋環(huán)境參數(shù)如氣隙、海流剖面、風速風向、波高波向和空氣溫度濕度壓力等信息，以及平臺的位置、6自由度運動等，同時，該系統(tǒng)還將與立管監(jiān)測系統(tǒng)、錨鏈監(jiān)測系統(tǒng)和壓載控制系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互。

1 系統(tǒng)構成

1.1 子系統(tǒng)

一體化海洋監(jiān)測系統(tǒng)子系統(tǒng)如下：

1）環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。

2）裝載管理程序。

3）系泊監(jiān)控系統(tǒng)界面。

4）SCR監(jiān)控系統(tǒng)界面。

5）壓載控制系統(tǒng)界面。

6）輔助靠泊系統(tǒng)界面。

1.2 硬件采集系統(tǒng)及盤柜

硬件采集系統(tǒng)以西門子S7-400H系列可編程邏輯控制器（PLC）為核心，分別采集具有開關量/模擬量IO的就地儀表、具備總線通信功能的智能儀表和具有獨立控制器的獨立系統(tǒng)3部分數(shù)據(jù)，并通過PROFINET上傳至上位機電腦，可供多臺電腦同時讀取[1]。系統(tǒng)主要結構見圖1。

圖1 系統(tǒng)構成

2 IMMS 系統(tǒng)調(diào)試

2.1 環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)調(diào)試

1）確定風速風向儀、溫濕度傳感器、大氣壓力傳感器、能見度傳感器、水溫和鹽度傳感器、波浪雷達、氣隙傳感器、聲學多普勒海流計、差分全球定位系統(tǒng)（GPS）、運動參考單元等傳感器和設備安裝完成。

2）傳感器通信測試，測試前對PLC采集系統(tǒng)和外部傳感器進行正常供電，安裝IMMS工作站、啟動IMMS系統(tǒng)軟件，檢查軟件中各傳感器采集數(shù)據(jù)是否正常顯示，見圖2[2]。

圖2 IMMS 系統(tǒng)各傳感器測試數(shù)據(jù)

圖2 IMMS 系統(tǒng)各傳感器測試數(shù)據(jù)（續(xù)）

2.2 裝載管理系統(tǒng)調(diào)試

裝載管理程序包括2臺專用的裝載計算機，可以實現(xiàn)以下功能：

1）質(zhì)量控制。根據(jù)當前壓載艙探測液位高度，甲板載荷以及系泊，立管載荷等報告實際裝載狀況。能夠通過手動輸入壓載艙液位高度，甲板載荷等手動模擬壓載狀態(tài)。輸出基本靜力學特性，并將實際垂向重心VCG（包括自由表面校正）與允許的VCG進行比較[4]。

2）穩(wěn)性計算。完整穩(wěn)性或者破艙穩(wěn)性進行計算，完整穩(wěn)性狀態(tài)下計算VCG并與允的許VCG比較。破艙穩(wěn)性狀態(tài)下，可以選擇破損艙室計算穩(wěn)性曲線并與規(guī)范校核。

3）壓載建議。根據(jù)平臺艙室裝載、甲板荷載、系泊和立管荷載及作業(yè)限制條件，提供實時的壓載建議。

4）輸出水動力特性以及4個立柱的吃水，包括排水量、可變荷載、吃水、縱傾/橫傾、VCG/靜穩(wěn)性力臂GM和自由表面修正、初穩(wěn)性高度Gz曲線等。

5）能夠跟蹤和記錄平臺質(zhì)量變化以及平臺修改情況[3]。

裝載管理軟件界面見圖3。

圖3 裝載管理軟件界面

2.3 其他系統(tǒng)交互數(shù)據(jù)調(diào)試

系統(tǒng)讀取壓載控制系統(tǒng)的艙室和液位、立管監(jiān)測系統(tǒng)的張力和角度、錨鏈監(jiān)測系統(tǒng)的張力和角度等數(shù)據(jù)進行總質(zhì)量、重心、可變質(zhì)量、船體穩(wěn)性、橫傾/縱傾等負載管理計算，見圖4[5]。

圖4 其他系統(tǒng)交互數(shù)據(jù)調(diào)試

圖4 其他系統(tǒng)交互數(shù)據(jù)調(diào)試（續(xù)）

3 結論

IMMS系統(tǒng)所有傳感器經(jīng)過測試，與控制系統(tǒng)之間的通信正常，各項數(shù)值可靠，實現(xiàn)了監(jiān)測、記錄和顯示海洋環(huán)境參數(shù)的任務目標。另外，平臺的位置、6自由度運動等數(shù)值顯示正常，為后續(xù)周邊開發(fā)提供可靠的海洋環(huán)境數(shù)據(jù)，并能夠?qū)λ写w壓載艙室的液位實時監(jiān)測，應用裝載計算機計算壓排載數(shù)據(jù)，成功實現(xiàn)了指導壓載系統(tǒng)操作，與其他各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互也測試成功，整體IMMS系統(tǒng)調(diào)試成功完成，并順利交付。