基于Web的机舱远程监控系统设计

姚 斌 庞之洋 梁述海

海军工程大学船舶与动力学院，湖北武汉430033

基于Web的机舱远程监控系统设计

姚 斌 庞之洋 梁述海

海军工程大学船舶与动力学院，湖北武汉430033

使用基于Web的监控技术实现机舱设备的远程监控与管理是当前船舶自动化发展的趋势。本文把基于Web的网络技术应用到船舶机舱设备远程监控和故障诊断领域，提出了利用LabVIEW的Web发布工具实现远程监控的系统方案，给出了该系统的基本结构、功能、硬件组成和利用LabVIEW实现Web发布的具体方法。远程用户通过Web浏览器可对现场监控机发出监控指令，获取机舱设备的状态参数。当出现异常数据本船无法判别时，可通过远程故障诊断系统进行在线诊断。

远程监控；远程故障诊断；LabVIEW；Web

1 引言

随着现代船舶制造业的快速发展，机舱监控系统性能和结构日趋复杂化，出于对船舶安全可靠运行和经济效益的考虑，及时准确和动态地掌握船舶系统的运行状态，并根据故障趋势分析预测存在的潜在故障以及进一步实现船岸一体化，提高船舶的安全性、可靠性和最大经济效益，这也是目前舰船集成平台管理系统（IPMS）中对船舶机舱监控系统研究的重要方面［1］。由于船员的故障维修能力有限，面对一些突发复杂故障，由于缺乏故障专家及时指导而造成故障进一步发展，尤其是一些具有特殊任务的船舶和一些远洋航运船舶对安全可靠性、时效性有更高的要求。而建立基于Web的船舶远程监控系统能有效地解决这些问题［2］：通过海事卫星或微波通信技术将船舶设备的运行参数，以及有关的设备图片实时地传回岸上公司，利用公司的专家或专家系统软件做出故障预测、判断和排除对策，并及时地传回船舶供船员参考，有利于及时有效地采取适当的应对措施。

LabVIEW作为一个优秀的虚拟仪器开发平台，为构建基于计算机网络的远程监控和故障诊断系统，提供了多种功能强大的工具和方便灵活的方法。LabVIEW是一个图形化编程工具［3］，它提供了一种全新的程序编写方法，使用这种G语言编程时，基本上不用编写程序代码，取而代之的是程序流程图。LabVIEW的网络功能主要建立在DataSocket技术 （数据套接技术）、Web服务器和TCP／IP协议这三个方面的基础上。本文采用LabVIEW的Web发布功能来实现船舶的远程监控功能，保证监控数据实时高效的传输。

2 系统组成及功能

本系统由船上部分和岸上部分组成。船舶内部物理环境恶劣，高湿度、高温度、高振动和高噪音等，且其它干扰因素多，为保证网络的实时可靠运行，采用有线网络组成局域网，组网方式为Ethernet方式；岸上部分也组成一个远程监控局域网，并和Internet相连，可供远程端客户查看、分析和调整参数等。船上部分和岸上部分通过无线网络相连。系统组成如图1所示。

系统主要由数据采集处理模块、数据库服务器、web服务器、客户端浏览器等组成。数据采集处理模块，一方面与分布在船上各设备部件上的传感器相连，采集各种工作参数，另一方面与需要调整的参数控制接口相连，可对运行参数进行调整设定。对采集来的信号进行相应处理、转换后经由网络与服务器通信，进行数据的交换并存储在数据库中，交由数据库服务器管理。

图1 基于Web远程监控系统结构图

本系统的操作是以数据库为基础，数据库服务器可以实现对实时数据、历史数据、预警和报警信息、趋势查询、故障诊断等信息的记录功能。数据库服务器负责各类数据库的管理，主要包括日常数据库，报警数据库、故障诊断库、标准参照库，运行阈值库和值班考勤库。每隔一定时间，机舱设备的运行参数将自动保存到数据库中，各数据库中存储机舱设备的各类工作参数及报警信息，并允许从客户端浏览器进行查询、打印等。数据库与和模块间的关系如图2所示。

图2 数据库与各模块间的关系图

3 硬件组成

本系统硬件由服务器、数据库、数据采集处理模块和专家体系模块组成。服务器及客户机选用可靠性高的工业控制计算机，可适应船舶在运行中存在的严重干扰和恶劣的工作环境。船舶内部Ethernet通过TP－LINK公司的8端口10 M／100 M交换机实现连接，数据采集模块采用研华公司的ADAM－5000／TCP系列［4］，该系列数据采集设备特别适合于网络连接，局域网中的计算机可以直接通过该设备上的以太网接口访问采集到的数据，而无需在网络与设备中间另外加上其它的转换器。

对于内河船舶与码头之间的无线网络通信是通过D－LINK公司的RG－1000无线网关实现连接，其内置的V.90Moden无线网卡可以同时支持多个无线设备的数据通信服务。在该网络硬件中采用双网卡系统增加了系统的可扩展性和冗余性。正常工作时，通过默认网卡通路进行数据的传送，另一路备用；当网路出现故障时将自动转化到备用通路继续进行数据的传送。另外，对于远海船舶与岸台之间的数据传输，可考虑海事卫星通信Inmarsat系统［5］，该系统是国际海事卫星组织对海上航行船舶提供全球范围内移动通信服务的系统，可以提供各种数据业务，其卫星通信网络是目前运行最为稳定的全球覆盖、全天候卫星通信网络，可以满足对水上的移动卫星通信终端（远洋船舶）进行远程监控并提供视频、语音、传真、数据通信等业务。

传感器设备是各种测量和整个监控系统的关键［6］，本系统根据所测数据类型的不同，支持多种传感器，其中包括测量电压、电流、频率、功率以及各种气压、油压等传感器，它们所提供的4~20 mA工业标准电流信号；另外还包括采集各种温度、转速、热电阻、热电耦、振动传感器等。这些传感器所输出的模拟量经过32位的A／D转换写入特定寄存器中，局域网中的工控机可以通过调用模块所提供的动态链接库（DLL）程序访问模块的接口，按一定顺序读取所需数据。对于开关量的数据，本模块支持开关量的输入／输出，数据的读取与输出同样可以通过调用动态链接库程序实现。

4 远程故障诊断的系统分析及结构

基于TCP／IP协议的网络环境的远程故障诊断系统由数据采集处理单元、实时监控单元、本地故障诊断系统单元及远程故障诊断单元4部分组成。基于TCP／IP协议的网络环境的远程故障诊断系统通过采用客户机／服务器（Client／Sever）体系结构，设备现场监控采集系统和远程故障诊断系统可以互为服务器，本文将远程诊断中心设为服务器，设备现场监控采集系统为客户机，那么设备现场的工作人员将对设备状态信息数据进行上传，远程诊断中心得到数据后对设备的故障分析评估后，提出修理意见和方案，并将诊断结果反馈给现场。

考虑船舶机舱设备监控系统的实际情况，利用基于LabVIEW的Web技术实现设备远程故障诊断系统的C／S体系结构如图3所示。远程故障诊断中心是由各相关模块组成，各个模块独立分布，功能单元封装，便于管理和维修。本系统中数据采集方属客户机方 （用于船舶机舱设备监控主机），将监测所得各类数据信息、状态描述、工况参数及一些相关信息发送给远程故障诊断中心 （科研院所等）服务器，以便专家和各类工程人员进行故障分析、问题求解、信息查询、技术查询等服务。

5 利用LabVIEW实现网络监控

5.1LabVIEW的Web功能实现网络监控

使用LabVIEW实现网络监控概括起来有3种方法：使用DataSocket技术进行网络监控；现场实时发布监控程序的网页（Web发布），异地使用浏览器（如Internet Explore，Netscape Communicator等）进行监控；使用底层传输协议（TCP／IP，UDP，DDE或PPC）编程进行网络监控。

图3 基于Internet／Ethernet的远程故障诊断

使用DataSocket技术进行远程监控，其优点是DataSocket定义了一个监控数据传输协议，它摒除了较为复杂的TCP／IP底层编程，克服了传输速率较慢的缺点，大大简化了Internet网上监控数据交换的编程。从而利用这种方法可以达到很高的数据传输效率，实时性能相当好。缺点是必须在客户端和服务器都安装LabVIEW程序，并需要单独编写各自的收、发端应用程序，所以客户端的控制功能太弱。若服务器端的程序进行了修改调整，所有的远程客户端也必须进行相应的调整才能正常使用。

利用LabVIEW进行Web发布就是把VI（虚拟仪器）的前面板直接嵌入到Web网页中，而且还可以自动更新。优点是只在服务器端运行VI程序，客户端不需要单独编写接收端程序，并且可在未安装LabVIEW的客户端通过Web服务器直接打开发布的Web网页看到服务器端运行的VI.，也就是说在远程客户端看到的是一个动态的实时画面，就像是该VI运行在客户端一样，而且，客户端获得授权后还可以对前面板进行远程控制。

由于LabVIEW内嵌了Web服务器的功能，所以不必再开发Web服务应用程序，只需要通过简单的设置就可以将原来单机式的监控系统升级为基于Web的网络监控系统，大大降低了开发远程监控系统的难度，减少了开发的工作量，缩短了开发周期。

鉴于此，本系统利用LabVIEW内嵌的Web服务器功能，将需要进行网络监控的任意VI进行Web发布，从而也可以实现对机舱主要参数的网络监控。

5.2 使用Web功能发布远程监控网页

在将程序发布到网络上前要做好程序的相关网络设置，包括Web服务器、浏览器访问设置、程序显现设置等。Web服务器设置主要是对根目录、HTTP端口及超时等设置；浏览器访问设置用来设置允许或不允许访问Web服务器的计算机IP地址及其查看和控制的权限，增强网络安全性；程序显现设置是用来设置允许用户通过Web浏览的VI。

例如，将如图4所示的利用LabVIEW编写的“机舱主要参数监控界面.vi”进行Web发布的对话框如图5所示。按“下一步”进行“选择HTML输出”（文档标题、页眉、页脚）的设定。继续“下一步”保存新发布的Web网页（包括保存根目录、文件名和URL建立）。

在服务器（192.168.0.2）上运行“机舱监控界面设计.vi”，在接入网络中的另一客户机上运行浏览器 IE进行远程监控，打开网址 http：／／192.168.0.2／机舱主要参数监控界面.html，实时网页如图6所示。这样就可以实现远程客户端多用户同时登陆监控页面，对同一设备参数进行实时监控，但每次只能有一个用户对VI进行控制，当服务器段交出控制权时，按申请控制权的先后次序进行控制，服务器端可以随时收回控制权。

图4 远程监控界面

6 结束语

本系统采用可视化的LabVIEW图形编程方法，避免了传统开发语言的繁琐要求，具有直观、形象、开发周期短的效果。本文主要讨论了利用LabVIEW实现基于Web的机舱远程监控系统结构和功能。利用LabVIEW的Web网络发布，避免了传统网络传输协议中较为复杂的TCP／IP底层编程，避免为服务器端和客户端编写独立的收、发端VI程序，只需要将服务器端的VI进行Web发布，就可方便地实现网络的远程监控，而且大大简化了基于Web的网络远程监控程序的编程。本系统具有操作直观简便、性能稳定、易于网络升级的特点，将大大提高我国船舶机舱设备基于网络的机舱设备远程监控水平和远程故障诊断水平，具有广阔的应用前景。

图5 Web发布工具对话框

图6 使用Web浏览器进行远程监控网页

［1］ 刘沿阳，邵昱.舰船综合自动化系统的现状与发展趋势［J］.船舶工程，2006，28（2）：63－66.

［2］ 杨自勇，张均东.基于Web的远程监测技术在机舱监控系统中的应用 ［J］.大连海事大学学报 （自然科学版），2005，31（1）：45－47.

［3］ 王磊，陶梅.精通LabVIEW8.0［M］.北京：电子工业出版社，2007.

［4］ ADAM－5000／TCP Distributed DA＆C System Based on Ethernet［Z］ShangHai：Advantech Co Ltd，2001.

［5］ 崔海深.船舶远程图像监控系统的研究与设计［D］.大连海事大学，2006.

［6］ 宗阳，王建华，刘维亭.基于无线以太网的船舶机舱自动化监控系统的设计［J］.华东船舶工业学院学报（自然科学版），2004，18（1）：27－31.

Design of Remote Monitoring System of Ship's Engine Room Based on Web

Yao Bin Pang Zhi－yang Liang Shu－hai
College of Naval Architecture and Power，Naval University of Engineering，Wuhan 430033，China

The trend of development of marine automation is to integrate the Web－based remote monitoring system and management of the instruments and equipments in ship＇s engine room.This paper applies the web technology to monitor and diagnosis the equipments in the ship＇s engine room，uses the Lab-VIEW－＂Web Publishing Tool＂－for system development as well as describes the system architecture，functions，hardware，and the details to achieve the goal.The remote client，through an internet navigator，can send a command to the monitoring computer on site and acquire the running data of the equipments.In case the abnormal data appears that the shipman cannot handle it，the system can take place to diagnosis the remote fault online.

remote monitoring；remote faults diagnosis；LabVIEW；Web

TP273.5

A

1673－3185（2009）03－66－04

2008-12-22

姚 斌（1982－），男，硕士研究生。研究方向：机舱自动化及计算机仿真。E-mail：yaobinyao＠126.com

庞之洋（1963－），男，副教授，硕士生导师。研究方向：舰船动力装置。E-mail：pzy＠mailme.cn