OPC技术在船舶机舱测控系统中的应用研究

2010-07-03吴晶叶翠安卢晓春

船电技术 2010年7期

吴晶叶翠安卢晓春

（广东交通职业技术学院，广州 510800）

1 引言

船舶机舱为典型的恶劣环境下的复杂系统，机舱内设施众多，信号数据量大，可变因素较多，过程控制的程度复杂。实现机舱内设施动态技术参数的自动测控对于安全航行有着重要意义，也是实现船舶自动化，无人机舱的保障。

目前控制网络的底层设备，不同厂家的设备具有不同的通信机制，底层通信模块接口复杂，不具有开放性、通用性，不利于先进技术的集成及先进控制技术在船舶中的应用。文中采用OPC技术，客户端应用软件作为 OPC Client，通过OPC规范接口来读写现场的信息，使得测控系统的设计易于技术集成，显著降低集成难度，开发工作量减少，降低了系统的开发成本。

随着现代工业的发展，工业现场采用的自动化的仪器仪表种类越来越多，工业现场的数据也逐渐要求从车间级汇入到整个企业信息系统中，与企业的上层管理系统结合到一起。OPC （Ole for Proccess Control）是在此背景下产生与发展起来的[1]。

OPC是一套在基于 Windows操作平台的工业应用程序之间提供高效的信息集成和多功能的组件对象模型接口标准，它以微软的组件对象模型COM/DCOM/COM+技术为技术基础采用客户/服务器模式（c/s）[1]。OPC标准优点是：①高速的数据传输性能；②节省多种采用服务器、硬件驱动的昂贵开销，降低了开发成本；③具有开放性，互联性，总之，OPC最主要的目标就是实现灵活、高效、方便地获取数据，易于掌握和实施、即插即用。船舶机舱OPC技术测控系统的基本结构如图1所示。

图1 OPC客户/服务器关系图

机舱集中测控系统是机舱内必不可少的设备，是机舱各设备可靠、安全运行的保证，是机舱自动化的基础。船舶机舱中测量点有时可以高达几百个，有各种各样的物理量，如温度、压力、转速、粘度、流量、水中含油量、油雾浓度、湿度、有功功率、频率、相位以及各种的开关量。既有非电量，又有电量，有很多模拟量，也有不少开关量。测控系统除了要对众多参数进行测量显示外、还应进行自动控制、调整、管理等功能，即应具备对数据的进行累计、统计、线形化、各种运算等，对过程的状态、成分、浓度等自动控制，对设备的管理，报警与事件追忆，打印等功能。

2 系统硬件设计

2.1 测控系统的基本结构组成

测控系统的总体设计中，采用目前的新技术和标准，整体上主要采用Client/Server结构。如图2所示，基于CAN现场总线的分布式数据采集及控制系统。操作站采用标准工控机（IPC），用可编程序控制器PLC做控制站，OPC服务器作现场设备，如传感器、阀门、执行器、PLC和操作站HMI软件间的网关，是用于将生产数据实时传送到操作站 HMI和其他显示客户端，构成了OPC技术的船舶机舱实时信息的集成，实现数据的共享，可以与航运企业MES、IPMS（integrated platfom management system）等信息化系统进行互连[3]。

图2 机舱测控系统原理图

2.2 传感器的选择

机舱设备层设备信号检测采用一体化二线制智能、数显型传感器，信号输出是4-20 mA标准信号。变送器采用优质环氧树酯封装，使用环境温度宽，耐腐蚀，耐振动，可靠性高，结构简化，安装方便；采用二线制传输标准信号，两根线既能供电又能同时传输信号，传输距离远，抗干扰能力强，不影响变送器的精度，可减少系统成本，可直接接到二次仪表上显示参数，特别适用于计算机多路数据采集、集中控制系统。

2.3 确定通道和类型及个数

依据船舶建造与入级规范的要求，确定测控系统的网络的规划，系统中数据采集控制点的个数，通道类型，测量变送输出的种类等，如表 1所示。

表1 网络的配置一览表

3 系统软件设计

3.1 测控系统管理软件平台的建立

系统的软件平台和开发环境是利用北京力控科技公司的监控组态工具软件V6.0，是面向对象的设计环境，具有友好的开发环境、高效的数据处理能力、完善的用户安全管理、良好的开放性等特点。利用其灵活多样的组态方式，进行系统硬件、软件、网络的组态集成，实现界面显示，报警与事件，管理报表，信号处理，打印系统，设备管理。图3为系统总貌图，表2为各参数点的设置。

表2 各参数点的编制(部分)

3.2 系统冗余的处理

根据机舱监控过程比较复杂，对系统的安全性和容错性要求比较高的特点，由力控软件组成，设计了上位机单网双机冗余系统，设置两台控制上位机，正常情况一台控制，一台备用；备用机实时读取控制机的相关信息，保持程序、数据状态等和控制机保持一致；在控制机故障时，备用机实时切换到控制状态，此时备用机变为控制机，控制机恢复后作为备用机，主从热备机切换时间最小可以为2 s，确保系统安全运行。单网双机冗余的拓扑图见图2。