組態(tài)軟件在船舶監(jiān)控系統(tǒng)中的應用

笪月君

(鎮(zhèn)江四洋電器有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

組態(tài)軟件最突出的特點是實時多任務，數(shù)據(jù)采集與輸出、數(shù)據(jù)處理與算法實現(xiàn)、圖形顯示及人機對話、實時數(shù)據(jù)的存儲、檢索管理、實時通訊等多個任務可在同一臺計算機上同時運行。自動化工程設計技術人員在組態(tài)軟件中只需填寫一些事先設計的表格，再利用圖形功能把被控對象，如:溫度表、電機、趨勢曲線、轉(zhuǎn)速儀表、報表等形象地畫出來，通過內(nèi)部數(shù)據(jù)連接把被控對象的屬性與I/O設備的實時數(shù)據(jù)進行邏輯連接。當由組態(tài)軟件生成的應用系統(tǒng)投入運行后，與被控對象相連的I/O設備數(shù)據(jù)發(fā)生變化后直接會帶動被控對象的屬性發(fā)生變化。若要對應用系統(tǒng)進行修改，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)而設計的船舶機艙監(jiān)控系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)組成與硬件配置

圖1為系統(tǒng)總體結構框圖。系統(tǒng)由2臺上位機服務器、2臺客戶機、1只2 kW的不間斷電源、模擬量、熱電阻和開關量輸入、輸出數(shù)據(jù)采集模塊、Modicon M340 BMX P342020內(nèi)置以太網(wǎng)絡/USB網(wǎng)絡通訊接口、8口集線器(HUB)和打印機等組成。每臺計算機連成1個局域網(wǎng)，可以互通信息和網(wǎng)絡打印。

2 控制系統(tǒng)通訊接口連接和設置

系統(tǒng)采用近幾年已經(jīng)非常成熟的以太網(wǎng)絡(Ethernet)/USB網(wǎng)絡通訊網(wǎng)關以及8口集線器(HUB)組成的網(wǎng)絡系統(tǒng)，可運行于基于TCP/IP網(wǎng)絡協(xié)議的網(wǎng)上，能夠?qū)崿F(xiàn)上、下位機以及更高層次的廠級連網(wǎng)。上位機作為服務器可以和以太網(wǎng)網(wǎng)絡系統(tǒng)的其他計算機進行數(shù)據(jù)交換，共同完成整個船舶航行的信息管理系統(tǒng)(MIS)。TCP/IP網(wǎng)絡協(xié)議還提供了在不同硬件體系結構和操作系統(tǒng)的計算機組成的網(wǎng)絡上進行通信的能力。服務器通過TCP/IP網(wǎng)絡協(xié)議可以和多個遠程計算機(即遠程節(jié)點)進行通訊。下端采用遠程數(shù)據(jù)采集模塊完成各種參量的采集，為減小信號損耗，數(shù)據(jù)采集模塊可放在現(xiàn)場。各個模塊到上位機只有1根屏蔽雙絞線，并且布線距離可達幾公里。上位機的人機界面，采用圖形界面，支持分布式歷史數(shù)據(jù)庫和分布式報警系統(tǒng)。本系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構是一種柔性結構，可以將整個應用程序分配給多個服務器，如指定報警服務器和歷史數(shù)據(jù)記錄服務器，這樣可以提高項目的整體容量結構并改善系統(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，圖中，ART－0414模塊是M340系列一個帶有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、測量和連續(xù)過程控制等功能，可實現(xiàn)－20mA～+20mA、－5V～+5V的測量范圍。AMI－0410模塊在電壓輸入下工作，包含4個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路輸入通道的開關量信號采集模塊DDI3202K，用于對船舶鍋爐水位、舵機失電、舵機斷相、舵機過濾器堵塞、機艙污水井水位高等124個開關量信號的采集;使用了繼電器輸出模塊DRA1605，用于對18個繼電器進行控制;使用了4通道熱電阻輸入模塊ART－0414，對4個熱源溫度信號進行采集。

這些模塊都是基于TCP/IP網(wǎng)絡協(xié)議網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)采集和控制模塊，通過Modicon M340 BMX P342020內(nèi)置以太網(wǎng)絡，每臺計算機經(jīng)8口HUB與模塊相連，由命令實現(xiàn)遠程控制。

圖2 模擬量采集模塊與接線

4 數(shù)據(jù)采集的工作過程及監(jiān)控參數(shù)

監(jiān)測報警系統(tǒng)監(jiān)視主機、輔機等系統(tǒng)的熱工參數(shù)，測量液位和監(jiān)視各種設備、系統(tǒng)的運行狀態(tài)。該系統(tǒng)由輸入模塊完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集，并將數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)以太網(wǎng)通信送至主微機進行顯示報警。屏幕上顯示每個測點的編號、名稱、設定值、單位及實際測量值，若超過上下限報警時，即以紅色指示燈閃光顯示并配以聲響，以示報警。應答(消音)后平光顯示報警。實測值在屏幕上動態(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，儀表的下方有該測點的具體數(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。報警歷史自動存檔于硬盤中。在設計過程中，船東對界面有其他要求時應按要求更改。應急記錄數(shù)據(jù)存檔于監(jiān)視臺平板電腦硬盤中，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)具有即時打印、選擇打印、報警自動打印功能。當出現(xiàn)新的報警點時，屏幕上立即自動顯示所有未經(jīng)確認的報警點。具體過程示意圖如圖3和圖4所示。

圖3 運行時的畫面

iFIX組態(tài)軟件帶有Modbus Ethernet I/O驅(qū)動程序，iFIX軟件通過I/O驅(qū)動程序從配置了IP地址的RTU組件Modicon M340 BMX P342020中，將現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集到驅(qū)動器映像表(DIT)的指定地址，掃描報警控制(SAC)讀入從DIT來的數(shù)據(jù)，進行處理并且將其送入過程數(shù)據(jù)庫(PDB)。內(nèi)部數(shù)據(jù)庫從PDB中讀取數(shù)據(jù)并且傳輸給要求數(shù)據(jù)的應用軟件。

5 結語

在本監(jiān)控系統(tǒng)中，畫面開發(fā)應用程序時大幅縮短開發(fā)時間并減少工作量。另外，VBA可靈活運用、搜索和修改iFIX應用程序的數(shù)據(jù)，iFIX組態(tài)軟件與局域網(wǎng)得到了完善結合，監(jiān)控數(shù)據(jù)得到共享，只需對VB語言有一些基本了解，無需編寫大量程序，節(jié)省了開發(fā)時間。系統(tǒng)經(jīng)測試和運行表明，該系統(tǒng)能夠準確實時地傳遞數(shù)據(jù)，同時能將現(xiàn)場數(shù)據(jù)以Excel報表形式直觀給出，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強，操作方便。

［1］宋伯生.可編程控制及編程［M］.北京:中國電力出版社，2008.

［2］阮友得.電氣控制與PLC實訓教材［M］.北京:人民郵電出版社，2006.