基于力控組態的船廠防臺監控預警系統

林明沖

（江門航通船業有限公司，江門 529145）

1 前言

臺風是一種災害性天氣，破壞力極大，是船廠的一種主要潛在危害：（1）風暴潮增水疊加高潮，往往造成船廠和碼頭因潮水倒灌而受災，導致施工設備、庫存材料及設備被淹損壞；（2）連續的強降雨導致船艙進水、船舶傾斜，在暴風侵襲中愈加危險；（3）臺風的超強風暴使碼頭機械(吊機)在沒有采取有效防臺措施情況下被刮倒，傷及停靠船舶或人員；（4）超強風暴可能撕斷船舶加固的纜繩，使船舶像脫韁之馬隨浪漂浮，造成船體、槳葉、舵葉及碼頭的損壞、危及航道上的橋梁橋墩，甚至會使船舶被拋向堤岸造成擱淺或艙底破損而沉沒。

傳統的防臺值班方式，需要大量的值班人員冒雨按預案線路進行巡查，不僅效率較低，而且工作強度及危險性較大。因此，根據多年的防臺經驗和總結，設計了一套基于力控組態的防臺監控預警系統，該系統組成如圖1 所示。

圖1 防臺監控預警系統總圖

2 防臺監控預警系統的硬件組成

（1）碼頭環境檢測設備

為動態了解臺風的強度及影響，對海面水位、風速、風向等環境因素進行檢測：

① 碼頭處裝有投入式水位測量傳感器，測量現場水深與碼頭的標尺對比，通過上位機的力控軟件程序進行差值運算并轉換為海平面標高與潮汐表對比，判斷船舶是否存在擱淺等；

② 在碼頭空曠高處裝設風速風向儀，檢測風速、風向信號；

③ 水位傳感器、風速儀具有標準MODBUS 接口，接入控制柜內的串口服務器，轉為TCP/IP 協議接入集匯交換機。

（2）廠區內浸水點監測設備

在能反應廠區浸水情況的地方安裝液位測量傳感器[1]進行動態監控。由于浸水點分散且部分檢測點位置離控制站比較遠，若單獨敷設通訊光纜成本比較高，而且受路面、障礙物影響難以施工。為此，采用GSR-780 信號采集模塊，使用無線數據傳輸技術進行數據的傳輸。該4G /GPRS DTU 模塊具備串口串行通信接口，實現RS232/485 轉4G 雙向透傳功能，支持自動斷線續傳，可保持永久在線狀態。

當廠區內的浸水監測點超過警戒水位時，通過點擊組態軟件對應的排洪泵開啟按鈕，指令通過網絡下達至泵啟動箱啟動防洪泵。為了確認泵組是否已成功遠程遙控啟動，防洪泵的泵出口管路上安裝壓力傳感器，壓力信號接入變頻器的模擬輸入點，通過變頻器的MOUDBUS 接口整體讀取泵的運行狀態、泵出口壓力、運行電流、電壓等信息，并在值班中心上位機組態軟件顯示。

（3）起重機防臺設備

由于碼頭上的起重機結構龐大、受風面積大，風力大時容易滑動甚至碰到止擋板而傾倒。為了防止起重機司機未按下防風錨定裝置直接下班離崗，通過安裝限位開關檢測錨定器是否上鎖到位、撥桿上安裝的傾角傳感器檢測當前拔桿的角度。在系統進入臺風布防時，如果錨定器未上鎖到位、拔桿末端不下放倒至地面，異常信息將通過GPRS 網絡傳至監控中心。

（4）碼頭船舶實時動態視頻監視設備

船舶傾斜度、船間碰撞、纜繩狀態等是船廠防臺關注的重中之重，實時的動態視頻監視尤其重要。綜合考慮覆蓋面、成本、施工便利等因素，在船舶碼頭上立高塔，使用大廣角及帶云臺控制的攝像頭，實現較少攝像頭完成高覆蓋面，且安裝有投光燈補光使成像更清晰。選購與上位機力控軟件兼容較好的海康威視攝像機，值班人員可以按需要進行攝像機旋轉、變焦操作，在投光燈補光下清晰監控碼頭船舶、纜繩等實時狀態，當有異常時，及時通知防臺小組人員到場處理。

（5）通信網絡系統設備

系統基于Modbus 總線并采用CRC 校驗（即循環冗余校驗），確保數據交換速度以及控制指令傳達的可靠性。系統遵循標準的Modbus 協議設計，支持Modbus 控制協議的儀表、設備都可以通過簡單組態編程接入總線，而智能儀表普遍帶有RS485 接口，設計具有較強的通用性。

整個通信網絡采用TCP/IP 協議組網，新增的采集模塊全部采用標準的MODBUS/TCP 協議，而原有的設備自帶MODBUS/RTU 協議總線接口，通過串口服務器轉為TCP/IP 協議。監控攝像頭的硬盤刻錄機，采用標準的TCP/IP 協議，匯入監控中心的集聚交換機。系統網絡拓撲圖，參見圖1。

3 防臺監控預警系統的軟件實現

本系統上位機軟件基于北京三維力控Forcecontrol開發。Forcecontrol 支持B/S 和C/S 兩種訪問方式，支持GPRS 等移動通訊功能；支持網絡冗余及故障切換；提供多重冗余結構、GSM 手機短信報警管理系統；內置區域實時數據庫完成數據處理，可實現累計、統計、控制、線形化、PID 控制、各種運算等多種功能[2]。

遠程監控中心是整個系統的核心部件，具備以下功能：

（1）實時數據處理及存儲

獲取各個通信模塊節點的數據，下達控制指令信號，實時處理上傳的數據，并以圖文并茂的方式進行展示，提供實時顯示、趨勢曲線、上下限報警、報表查詢、打印等功能，工作人員可隨時了解當前的環境參數、各設備的工作狀態、系統報警信息；通過調用海康威視攝像頭專用力控官方組件，獲取實時監控碼頭信息，通過編寫云臺控制、攝像頭變焦、圖片保存等運行腳本程序[3]，除具備視頻數據實時采集功能外，還具備云臺旋轉控制、變焦控制等功能，使得整個碼頭邊的船舶動態、纜繩狀態盡在掌握中。

配備有獨立關系數據庫進行數據存儲，包括：用戶名、密碼、交班事項、歷史報警信息、值班推送手機號碼、系統參數等。

（2）短信模塊聯動

碼頭水位高、水浸點水位高、風力超限、吊機未錨定到位等關鍵異常情況的簡要信息，通過短信模塊借助中國移動GSM 網絡發送至防臺值班人員手機。系統采用siemens tc35 短信發送模塊，具體的配置操作如下：

在力控組態軟件中的IO 設備里選擇短信模塊siemens tc35，定義短信貓連接串口；數據庫變量定義好發送啟動標志符、手機號和短信內容進行短信推送。

建立一個按鈕，左鍵動作如下即可；

SendSW.DESC="1"; //啟動發送開關，置1 啟動，發送完成后延時置0 停止

photo.DESC="+86189XXXXXXXX"; //目標電話號碼

text.DESC="報警內容"; //發送內容

為防止同一報警被多次發送，采用同一報警僅觸發時發送。

（3）聯網查看

為了便于網絡訪問當前的所有監控、報警信息，使用力控開發軟件的WEB 發布功能。配置企業出口主路由的端口映射，用于遠程客戶瀏覽。

（4）權限管理

系統需憑用戶、密碼登錄后，方可修改用戶名、密碼、分配控制權限、屏蔽異常傳感器、推送信息接收者的電話號碼增減、交班注意事項登記管理等；重要修改將修改人、修改時間等信息記入運行日志。

系統運行實踐表明，各項指標達到預期效果。系統具有組網方式靈活、對原有設備改造小、低成本、高可靠、易擴展、畫面顯示生動逼真、控制響應靈活等優點；同時采用B/S 構架，可隨時聯網登錄查看，具有較高的實際應用價值。

4 結束語

我司位于臺風區域，防臺減災是企業的重要工作。結合當前新興的物聯網技術實現高效、安全的臺風預警，以傳感器代替人工監測，控制中心電腦集中顯示，不但可以最大限度提高防臺工作的精準性、降低作業風險，而且體現了企業“以人為本、本質安全”的持續發展理念。