基于組態(tài)王的陸上海洋平臺(tái)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

李存軍 李德堂 厲梁 華軍 張祖國(guó) 鄭貞明

摘 ? 要：復(fù)雜的環(huán)境狀況對(duì)海洋工程平臺(tái)的安全性構(gòu)成極大威脅，針對(duì)自升式平臺(tái)缺少遠(yuǎn)程監(jiān)控的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了基于組態(tài)王的陸上模擬海洋遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。文章對(duì)陸上海洋模擬平臺(tái)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)各個(gè)部分進(jìn)行介紹，并對(duì)傳感器數(shù)據(jù)采集探頭進(jìn)行安裝調(diào)試，利用組態(tài)王軟件對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、繪制曲線并完成遠(yuǎn)程操控。通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了驗(yàn)證，為海洋平臺(tái)安全提供了保障。

關(guān)鍵詞：組態(tài)王;陸上海洋平臺(tái);遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

在海洋資源勘探開(kāi)發(fā)中，自升式平臺(tái)應(yīng)用量位居大型海洋工程裝備首位。特別是近年來(lái)我國(guó)著力推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，加大了海上風(fēng)電的開(kāi)發(fā)和利用，為了避免海上風(fēng)電場(chǎng)、風(fēng)浪流環(huán)境影響，滿足高精度、高可靠的風(fēng)電設(shè)施建造和安裝，幾乎全部采用自升式平臺(tái)為海上作業(yè)支撐。不穩(wěn)定的海樣環(huán)境會(huì)對(duì)平臺(tái)構(gòu)成巨大威脅，例如海底地基承載力不夠和海浪臺(tái)風(fēng)對(duì)平臺(tái)沖擊，樁腿可能會(huì)突然穿透上覆硬土層進(jìn)入下臥地層，形成刺穿，導(dǎo)致平臺(tái)結(jié)構(gòu)受損，造成重大經(jīng)濟(jì)損失[1-6]。

為了更好地保護(hù)研究人員安全，采取網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制技術(shù)對(duì)平臺(tái)進(jìn)行監(jiān)控，即利用一臺(tái)電腦遠(yuǎn)距離控制下位機(jī)，在控制過(guò)程中，將以太網(wǎng)傳輸控制協(xié)議/互聯(lián)協(xié)議（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP）網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信作為基礎(chǔ)，控制計(jì)算機(jī)與被控對(duì)象運(yùn)行，確保網(wǎng)絡(luò)通信等各項(xiàng)功能可以順利實(shí)現(xiàn)。通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)與陸控制中心對(duì)接，完成數(shù)據(jù)分析、緩存數(shù)據(jù)文件存儲(chǔ)、報(bào)警等功能，科學(xué)評(píng)價(jià)平臺(tái)安全工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)惡劣海況下平臺(tái)遠(yuǎn)程控制，實(shí)時(shí)保障平臺(tái)安全作業(yè)。

課題組在陸上海洋模擬平臺(tái)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)安裝調(diào)試，測(cè)試了在樁腳沉降工況下，組態(tài)王軟件對(duì)海洋平臺(tái)進(jìn)行遠(yuǎn)程升降監(jiān)控，如圖1所示。

1 ? ?遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 ?系統(tǒng)原理

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)分為4部分，主要是傳感器、監(jiān)測(cè)與控制、網(wǎng)絡(luò)通信、遠(yuǎn)程監(jiān)控終端。

第一部分為傳感器，包含平臺(tái)液壓系統(tǒng)內(nèi)部壓力與流量、平臺(tái)樁腳的位移與形變參數(shù)、平臺(tái)傾斜角度、平臺(tái)外部環(huán)境變化（波浪大小等）等探測(cè)器。

第二部分為監(jiān)測(cè)與控制，通過(guò)傳感器的數(shù)據(jù)采集，獲得的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊EM231，將4位模擬量轉(zhuǎn)化為PLC內(nèi)部處理的12位數(shù)字量。西門子S7-200是監(jiān)控器部分的核心部件，通過(guò)對(duì)S7-200控制器編程實(shí)現(xiàn)對(duì)平臺(tái)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與控制功能。

第三部分網(wǎng)絡(luò)通信，S7-200可編程控制器具有網(wǎng)絡(luò)連接模塊，本系統(tǒng)配置CP243-1以太網(wǎng)模塊，以便將S7-200plc與以太網(wǎng)連接，以太網(wǎng)基于IEEE02.3標(biāo)準(zhǔn)，其通信協(xié)議基于ISO和TCP/IP技術(shù)。CP243-1模塊高達(dá)100 Mbit/s的速度由網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，并最多同時(shí)支持8個(gè)連接。

第四部分遠(yuǎn)程監(jiān)控終端，監(jiān)測(cè)終端由計(jì)算機(jī)處理，提供圖形化的呈現(xiàn)效果（見(jiàn)圖2）。安裝遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件，數(shù)據(jù)信息經(jīng)過(guò)無(wú)線傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)接收，數(shù)字信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)化、數(shù)據(jù)濾波、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示保存、數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)。安全評(píng)判軟件進(jìn)行安全性分析并得出平臺(tái)的安全狀態(tài)，發(fā)生故障及時(shí)報(bào)警。

1.2 ?組態(tài)王監(jiān)控系統(tǒng)界面

組態(tài)王是亞控科技根據(jù)當(dāng)前自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，面向自動(dòng)化市場(chǎng)的應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)企業(yè)一體化為目標(biāo)開(kāi)發(fā)的一套產(chǎn)品。該產(chǎn)品以搭建戰(zhàn)略性工業(yè)應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)為目標(biāo)，集成了對(duì)亞控科技自主研發(fā)的工業(yè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的支持，為企業(yè)提供一個(gè)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)流程進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總、分析及管理的有效平臺(tái)，使企業(yè)能夠及時(shí)、有效地獲取信息，并做出反應(yīng)，以獲得最優(yōu)化的結(jié)果。

2 ? ?組態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用

圖5為模擬海洋平臺(tái)在樁腿突然刺穿地基而突然下沉?xí)r的地基壓力變化實(shí)時(shí)曲線。

在陸上模擬地基沉降工況測(cè)試。首先，運(yùn)用樁腿齒輪傳動(dòng)將模擬海洋平臺(tái)4條樁腿升高至離地面，其次，將4個(gè)對(duì)應(yīng)地基逐步提升至完全承受平臺(tái)自身重力，根據(jù)平臺(tái)雙傾角傳感器，調(diào)整平臺(tái)傾斜角小于0.1°。

曲線開(kāi)始時(shí)，壓力較為穩(wěn)定，范圍在110～140 Bar，14時(shí)31分后樁腿突然下沉，地基壓力出現(xiàn)波動(dòng)，報(bào)警系統(tǒng)開(kāi)始預(yù)警;14時(shí)35分后地基壓力變化范圍為114～280Bar，特別不穩(wěn)定。此時(shí)遠(yuǎn)程操作平臺(tái)完成樁腿的升降及時(shí)撤離危險(xiǎn)環(huán)境，警報(bào)解除。

3 ? ?結(jié)語(yǔ)

本文闡述了基于組態(tài)軟件對(duì)海洋平臺(tái)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)原理，設(shè)計(jì)了監(jiān)控軟件數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)界面和控制界面，并進(jìn)行了海洋平臺(tái)樁腿沉降對(duì)地基壓力變化數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)。驗(yàn)證了本系統(tǒng)的可靠性與可行性。

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Abstract：The complicated environment poses a great threat to the safety of the offshore engineering platform. Aiming at the problem that the jack-up platform lacks remote monitoring， a land-based simulated offshore remote monitoring system based on kingview is designed. This paper introduces various parts of the remote monitoring system of the land and ocean simulation platform， installs and debugs the sensor data acquisition probe， and uses kingview software to collect， store， draw curves and complete remote control. The monitoring system is verified by experiments， which provides a guarantee for the safety of the offshore platform.

Key words：kingview; land and ocean platform; remote monitoring system