組態軟件在船舶監控系統中的應用

笪月君

(鎮江四洋電器有限公司，江蘇 鎮江 212003)

組態軟件最突出的特點是實時多任務，數據采集與輸出、數據處理與算法實現、圖形顯示及人機對話、實時數據的存儲、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、轉速儀表、報表等形象地畫出來，通過內部數據連接把被控對象的屬性與I/O設備的實時數據進行邏輯連接。當由組態軟件生成的應用系統投入運行后，與被控對象相連的I/O設備數據發生變化后直接會帶動被控對象的屬性發生變化。若要對應用系統進行修改，也十分方便，這就是組態軟件的方便性。本系統就是基于iFIX組態而設計的船舶機艙監控系統。

1 系統組成與硬件配置

圖1為系統總體結構框圖。系統由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、輸出數據采集模塊、Modicon M340 BMX P342020內置以太網絡/USB網絡通訊接口、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，可以互通信息和網絡打印。

2 控制系統通訊接口連接和設置

系統采用近幾年已經非常成熟的以太網絡(Ethernet)/USB網絡通訊網關以及8口集線器(HUB)組成的網絡系統，可運行于基于TCP/IP網絡協議的網上，能夠實現上、下位機以及更高層次的廠級連網。上位機作為服務器可以和以太網網絡系統的其他計算機進行數據交換，共同完成整個船舶航行的信息管理系統(MIS)。TCP/IP網絡協議還提供了在不同硬件體系結構和操作系統的計算機組成的網絡上進行通信的能力。服務器通過TCP/IP網絡協議可以和多個遠程計算機(即遠程節點)進行通訊。下端采用遠程數據采集模塊完成各種參量的采集，為減小信號損耗，數據采集模塊可放在現場。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，支持分布式歷史數據庫和分布式報警系統。本系統的網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據記錄服務器，這樣可以提高項目的整體容量結構并改善系統的性能。

圖1 控制系統示意圖

3 數據采集系統與外圍接線圖

圖2為模擬量數據采集單元(部分案例)與系統的接線圖。本系統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射器配合使用，可執行監控、測量和連續過程控制等功能，可實現－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行電流輸入，其精度為16位。同樣系統中還大量使用了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網絡協議網絡的數據采集和控制模塊，通過Modicon M340 BMX P342020內置以太網絡，每臺計算機經8口HUB與模塊相連，由命令實現遠程控制。

圖2 模擬量采集模塊與接線

4 數據采集的工作過程及監控參數

監測報警系統監視主機、輔機等系統的熱工參數，測量液位和監視各種設備、系統的運行狀態。該系統由輸入模塊完成現場數據的采集，并將數據通過數據以太網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值顯示、名稱顯示。系統通訊口狀態顯示，輸出口狀態顯示。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。應急記錄數據存檔于監視臺平板電腦硬盤中，正常數據10 min存1次，記錄了全部歷史數據，可方便檢索。該系統具有即時打印、選擇打印、報警自動打印功能。當出現新的報警點時，屏幕上立即自動顯示所有未經確認的報警點。具體過程示意圖如圖3和圖4所示。

圖3 運行時的畫面

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

5 結語

在本監控系統中，畫面開發應用程序時大幅縮短開發時間并減少工作量。另外，VBA可靈活運用、搜索和修改iFIX應用程序的數據，iFIX組態軟件與局域網得到了完善結合，監控數據得到共享，只需對VB語言有一些基本了解，無需編寫大量程序，節省了開發時間。系統經測試和運行表明，該系統能夠準確實時地傳遞數據，同時能將現場數據以Excel報表形式直觀給出，系統運行穩定可靠，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.