液貨船貨艙監(jiān)控系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

(武漢理工大學(xué) 能源與動(dòng)力工程學(xué)院，武漢 430063)

液化石油氣是一種可燃性氣體，這一特點(diǎn)決定了液貨船的安全性至關(guān)重要。液貨船液貨監(jiān)控系統(tǒng)是保證船舶安全的重要手段，承擔(dān)著對(duì)液貨系統(tǒng)中液貨艙液化氣的主要參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和越限報(bào)警的任務(wù)[1]。利用Visual C++6.0進(jìn)行程序編寫(xiě)，完成該系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

1 系統(tǒng)監(jiān)測(cè)參數(shù)

貨艙的液體溫度、氣體溫度、壓力和液位等參數(shù)對(duì)船舶安全航行至關(guān)重要，當(dāng)某些參數(shù)越限以后要產(chǎn)生報(bào)警。

1) 液位。液位≥95%貨艙滿載液位時(shí)，高位報(bào)警；液位≥98%貨艙滿載液位時(shí)，高高位報(bào)警。

2) 液相溫度。液相溫度≥32℃時(shí)，高溫報(bào)警；液相溫度≥45℃時(shí)，高高溫報(bào)警。

3) 汽相溫度。汽相溫度≥32℃時(shí)，高溫報(bào)警；汽相溫度≥45℃時(shí)，高高溫報(bào)警。

4) 壓力。壓力≤0.05 MPa時(shí)，低壓報(bào)警；壓力≥1.45 MPa時(shí)，高壓報(bào)警。

2 軟件中物理參數(shù)值計(jì)算方法

利用接口函數(shù)從數(shù)據(jù)采集卡相應(yīng)通道地址中獲取各通道模擬量實(shí)測(cè)電壓值，各通道數(shù)據(jù)1 s取8次計(jì)算平均值，通過(guò)算法規(guī)則將此數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為界面中顯示的各實(shí)際值。當(dāng)實(shí)測(cè)換算所得參數(shù)值大于設(shè)定報(bào)警值時(shí)，軟件即分別在屏幕顯示界面和監(jiān)控機(jī)箱面板發(fā)出報(bào)警信號(hào)。電壓值換算為物理參數(shù)實(shí)際值的計(jì)算模型及報(bào)警設(shè)定值舉例說(shuō)明如下：

實(shí)時(shí)運(yùn)行貨艙液位高度顯示值計(jì)算模型：

LHI=(VLHI2.00)×(H0I/VLHFI)

式中：H0I——實(shí)船不同貨艙的設(shè)計(jì)裝載滿量程液位高度;

LHI——各船不同貨艙的實(shí)時(shí)裝載顯示液位高度，由傳感器實(shí)時(shí)運(yùn)行測(cè)量所得與程序運(yùn)算結(jié)果顯示；

VLHI——各船不同貨艙的液位傳感器實(shí)時(shí)運(yùn)行實(shí)測(cè)電壓值。

VLHFI=VLmax-VLmin

其中:VLmax，VLmin——實(shí)船各不同貨艙液位傳感器采集實(shí)測(cè)最大、最小電壓標(biāo)示值。

由于任何傳感器的最小電壓測(cè)量值是2V，所以在此換算公式中VLHI要減去2.00V。液位報(bào)警值設(shè)定：高報(bào)警LHHI=95%貨艙滿載液位高度，高高報(bào)警LHHHI=98%貨艙滿載液位高度。

3 數(shù)據(jù)庫(kù)及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)類(lèi)型

下位機(jī)報(bào)警歷史數(shù)據(jù)存入到access數(shù)據(jù)庫(kù)dioaio.mdb的dioaio表中供用戶(hù)查詢(xún)[2]。數(shù)據(jù)庫(kù)中各子段名稱(chēng)、數(shù)據(jù)類(lèi)型及含義見(jiàn)表1。

上位機(jī)有兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，報(bào)警歷史數(shù)據(jù)庫(kù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。上位機(jī)報(bào)警歷史數(shù)據(jù)與下位機(jī)相同，上位機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在access數(shù)據(jù)moniter_system.mdb的cabin1表,cabin2表,cabin3表,cabin4表中， 4個(gè)表分別對(duì)應(yīng)1到4艙的數(shù)據(jù)。表2給出cabin1表中的字段名稱(chēng)，數(shù)據(jù)類(lèi)型及含義，其他表類(lèi)同。

表1 下位機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)

表2 上位機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)

4 程序功能框架

本監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用程序包括下位機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件和上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示軟件。上、下位機(jī)構(gòu)成客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器(C/S)工作模式。下位機(jī)為服務(wù)器，上位機(jī)為客戶(hù)機(jī)。上、下位機(jī)的程序功能見(jiàn)圖1。

圖1 上、下位機(jī)程序功能框圖

下位機(jī)通過(guò)所設(shè)計(jì)的模擬量數(shù)據(jù)采集卡采集到各個(gè)傳感器傳上來(lái)的電壓值，經(jīng)過(guò)算法處理以后得到各艙參數(shù)的物理值，并在主界面上顯示各個(gè)點(diǎn)的電壓值和物理實(shí)際值。通過(guò)按鍵來(lái)控制各種界面的顯示，當(dāng)按下某一按鍵后，就顯示相對(duì)應(yīng)的界面。并可以通過(guò)軟件控制DIO卡，對(duì)監(jiān)控機(jī)箱面板上的報(bào)警指示燈和報(bào)警聲音進(jìn)行控制。當(dāng)系統(tǒng)產(chǎn)生報(bào)警以后，報(bào)警的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)，報(bào)警顯示界面從數(shù)據(jù)庫(kù)讀出報(bào)警值，并在界面上進(jìn)行顯示，并可查詢(xún)歷史報(bào)警數(shù)據(jù)。通過(guò)TCP/IP協(xié)議通信模塊把各艙各參數(shù)的物理實(shí)際值傳送給上位機(jī)[3]。

同時(shí)通過(guò)所設(shè)計(jì)的DIO開(kāi)關(guān)量卡不斷掃描監(jiān)控機(jī)箱上的按鍵板，以實(shí)現(xiàn)管理人員對(duì)上述屏幕界面的選擇顯示；而且軟件也不斷診測(cè)各艙貨泵故障、艙底水高位等節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)信號(hào)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有相關(guān)故障信息發(fā)生時(shí)，使控制機(jī)箱面板發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警聲光信號(hào)。

上位機(jī)程序通過(guò)TCP/IP協(xié)議通信模塊接收下位機(jī)傳送過(guò)來(lái)的各艙各參數(shù)的物理實(shí)際值后，在主界面上進(jìn)行顯示，也可以通過(guò)主界面上的選擇按鈕，分別進(jìn)入各艙液位顯示界面、各艙液相溫度顯示界面、各艙汽相溫度顯示界面和各艙壓力顯示界面。上位機(jī)創(chuàng)建了兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，一個(gè)是存放的報(bào)警數(shù)據(jù)，報(bào)警顯示界面從數(shù)據(jù)庫(kù)讀出報(bào)警值，并在界面上進(jìn)行顯示，并可查詢(xún)歷史報(bào)警數(shù)據(jù)。另一個(gè)是存放的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線界面可以實(shí)時(shí)的顯示當(dāng)前物理參數(shù)值所生成的曲線，對(duì)當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。

用戶(hù)通過(guò)上位機(jī)主界面可以實(shí)時(shí)掌握液貨船各艙的液位、液相溫度、氣相溫度和壓力四種參數(shù)值。并且可以通過(guò)主界面上的按鈕進(jìn)入各個(gè)子界面。

[1] 吳 敏,李 景,王永驟.液化氣運(yùn)輸船液貨監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究[J].艦船電子工程,2002(6)：26-30.

[2] 徐紅梅.數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)及其發(fā)展趨勢(shì)[J].微型機(jī)與應(yīng)用,2006(10)：83-84.

[3] 朱寶亮,任長(zhǎng)明.嵌入式系統(tǒng)與TCP/IP協(xié)議棧的開(kāi)發(fā)[J].微處理機(jī),2009(1)：155-160.