PLC綜合監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信技術(shù)分析

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摘要:船舶綜合監(jiān)控系統(tǒng)位于船舶的機(jī)艙內(nèi)，該系統(tǒng)通過采集船舶運(yùn)行過程中的動(dòng)力系統(tǒng)各類參數(shù)，確保船載設(shè)備的正常運(yùn)行，并及時(shí)對(duì)船載設(shè)備的異常信號(hào)報(bào)警。本文研究方向是船舶綜合監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信技術(shù)，通過介紹船舶綜合監(jiān)控系統(tǒng)的硬件組成，設(shè)計(jì)了一種基于plc可編程邏輯控制器的監(jiān)控系統(tǒng)通信技術(shù)，并對(duì)該通信技術(shù)的原理和工作流程進(jìn)行了詳細(xì)介紹。

關(guān)鍵詞：綜合監(jiān)控系統(tǒng)；PLC；數(shù)據(jù)通信

引言

船舶的機(jī)艙中布置了大量的動(dòng)力設(shè)備和各類管路，由于機(jī)艙的設(shè)備運(yùn)行工況較惡劣，機(jī)艙中設(shè)備在運(yùn)行過程中受到振動(dòng)等附加作用力，可能會(huì)出現(xiàn)各種故障。此外，由于船舶主機(jī)和動(dòng)力裝置中含有大量的潤滑油等易燃物質(zhì)，一旦機(jī)艙出現(xiàn)火災(zāi)，后果將不堪設(shè)想。因此，建立船舶的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)船舶機(jī)艙中的設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控非常有必要。傳統(tǒng)的船舶機(jī)艙監(jiān)控技術(shù)主要依賴于各類探測(cè)器等硬件設(shè)備和人工監(jiān)測(cè)，每個(gè)探測(cè)器相對(duì)獨(dú)立的進(jìn)行工作，這種監(jiān)控模式不僅可靠性較低，硬件的維護(hù)和保養(yǎng)價(jià)值高，而且需要耗費(fèi)大量的人力物力資源，監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸也非常不方便。針對(duì)傳統(tǒng)船舶監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題，船舶領(lǐng)域進(jìn)行了大量的優(yōu)化，20世紀(jì)50年代，美國率先提出了船舶監(jiān)控系統(tǒng)的軟件通用性設(shè)計(jì)，提高監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備互換性。隨著計(jì)算機(jī)與通信技術(shù)的不斷發(fā)展，船舶綜合監(jiān)控系統(tǒng)也不斷地進(jìn)行技術(shù)革新。目前，基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的船舶綜合監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)獲得了非常廣泛的應(yīng)用，成為船舶不可缺少的組成部分。本文研究方向是船舶綜合監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信技術(shù)，由于目前機(jī)艙自動(dòng)化概念獲得了業(yè)內(nèi)的廣泛共識(shí)，本文將PLC可編程邏輯控制器應(yīng)用于船舶綜合監(jiān)控系統(tǒng)中，在提高監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)化、智能化的同時(shí)，提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信質(zhì)量。

1船舶綜合監(jiān)控系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)

船舶綜合監(jiān)控系統(tǒng)的自動(dòng)化包括設(shè)備的自動(dòng)監(jiān)測(cè)、機(jī)艙參數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)、自動(dòng)監(jiān)控記錄等，能夠提高船舶工作人員的工作效率，確保船舶機(jī)艙的安全。船舶綜合監(jiān)控系統(tǒng)主要包括遠(yuǎn)程監(jiān)控站、路由器、分布式處理單元、傳感器、執(zhí)行器、警報(bào)單元等，整體原理圖如圖1所示。船舶綜合監(jiān)控系統(tǒng)需要采集的參數(shù)主要包括以下幾個(gè)：1）溫度參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)采用溫度傳感器和警報(bào)單元對(duì)機(jī)艙內(nèi)的溫度監(jiān)控，通常，船舶機(jī)艙內(nèi)主機(jī)和輔機(jī)的工作溫度需要小于40℃，主機(jī)中排出氣體的溫度需要小于500℃，超過這一溫度，主機(jī)工作時(shí)可能會(huì)過熱，導(dǎo)致動(dòng)力系統(tǒng)的零部件失效。機(jī)艙冷卻系統(tǒng)中冷卻液的溫度需要控制在200℃～300℃，冷卻液一旦出現(xiàn)溫度異常，就會(huì)觸發(fā)報(bào)警單元。2）壓力參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)的壓力傳感器對(duì)機(jī)艙中的燃油機(jī)壓力、冷卻液壓力等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，如果機(jī)艙中的管路壓力過小，可能出現(xiàn)的故障是液壓回路漏油，如果機(jī)艙中管路的壓力過大，可能出現(xiàn)的故障是管路堵塞或者設(shè)備運(yùn)行異常。3）液位參數(shù)主要是指船舶燃?xì)廨啓C(jī)中的水位和燃油的液位，監(jiān)控系統(tǒng)在進(jìn)行液位監(jiān)測(cè)的同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)液位的自動(dòng)控制，使容器的燃油和冷卻液等液體保持正常的水位范圍。4）機(jī)艙氣體參數(shù)為了保障機(jī)艙工作人員的身體健康，自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的氣體傳感器會(huì)對(duì)有毒氣體如CO、固體污染物的濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。此外，當(dāng)機(jī)艙出現(xiàn)火災(zāi)等事故時(shí)，機(jī)艙監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到氣體和煙霧后會(huì)觸發(fā)報(bào)警，從而確保機(jī)艙和船舶工作人員的安全。

2基于PLC的綜合監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信技術(shù)研究

2.1可編程序控制器PLC的工作原理

為了提高船舶綜合監(jiān)控系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，使監(jiān)控系統(tǒng)在數(shù)據(jù)通信方面具有更高的質(zhì)量，本文將可編程序控制器PLC應(yīng)用于綜合監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信模塊中。PLC結(jié)合微處理器、自動(dòng)控制、通信技術(shù)等，具有編程簡單、功能強(qiáng)、靈活性高等優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)成為工業(yè)自動(dòng)化的關(guān)鍵組成部分，成為現(xiàn)代工業(yè)控制的重要基礎(chǔ)。可編程序控制器PLC的工作模式是循環(huán)掃描模式，大致可分為內(nèi)部處理、通信處理、輸入掃描、用戶程序執(zhí)行和輸出等工作階段，PLC的工作流程如圖2所示。

2.2基于PLC的綜合監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信技術(shù)研究

本文利用OPC規(guī)范將PLC可編程邏輯控制器與監(jiān)控系統(tǒng)的其他硬件設(shè)備相連，從而實(shí)現(xiàn)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的通信功能。OPC規(guī)范是由自動(dòng)化設(shè)備公司與微軟共同制定的一種通信規(guī)范，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫、設(shè)備與用戶之間的數(shù)據(jù)通信，提供了一個(gè)統(tǒng)一的接口。OPC規(guī)范定義了數(shù)據(jù)通信的COM接口，目前已經(jīng)在工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用的規(guī)范包括OPC數(shù)據(jù)訪問規(guī)范、OPC事件規(guī)范、歷史數(shù)據(jù)訪問規(guī)范、數(shù)據(jù)交換規(guī)范等，本文主要應(yīng)用的OPC規(guī)范是數(shù)據(jù)訪問規(guī)范。OPC數(shù)據(jù)訪問規(guī)范包括自動(dòng)化接口和定制接口2個(gè)方面，其中，自動(dòng)化接口采用腳本編程語言開發(fā)，比如VisualBasic等編程語言，而定制接口采用高級(jí)編程語言開發(fā)，比如C++等，圖3為OPC數(shù)據(jù)訪問規(guī)范的原理圖。由圖可知，OPC數(shù)據(jù)訪問規(guī)范主要包括OPC用戶、opcserver、數(shù)據(jù)服務(wù)器以及其他應(yīng)用程序等。在基于PLC的船舶綜合監(jiān)控系統(tǒng)中，應(yīng)用程序?qū)τ跀?shù)據(jù)庫的訪問方式有以下3種：1)異步訪問方式監(jiān)控系統(tǒng)的異步訪問方式是指OPC服務(wù)器接收到來自PLC應(yīng)用程序的信號(hào)后，將產(chǎn)生的數(shù)據(jù)暫時(shí)存儲(chǔ)在系統(tǒng)的存儲(chǔ)單元，并不立刻將產(chǎn)生的數(shù)據(jù)返回PLC。異步訪問方式所需要的響應(yīng)時(shí)間更長，且PLC應(yīng)用程序在數(shù)據(jù)傳輸過程中可以同時(shí)進(jìn)行其他程序的處理。2)同步訪問方式同步訪問方式是指OPC服務(wù)器把PLC應(yīng)用程序所產(chǎn)生的需求直接返回至PLC，在此過程中應(yīng)用程序處于等待狀態(tài)，如圖4所示。3)訂閱訪問方式船舶綜合監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)訪問方式除了同步和異步數(shù)據(jù)訪問外，還具有一種訂閱訪問方式。這種方式的最大特點(diǎn)是不需要PLC應(yīng)用程序發(fā)送訪問需求，OPC服務(wù)器能夠以一定的周期讀取數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的數(shù)值，并將數(shù)值的變化返回至PLC應(yīng)用程序。

3結(jié)語

船舶綜合監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)船舶機(jī)艙的溫度信息、壓力參數(shù)、液位參數(shù)等關(guān)系到船舶安全運(yùn)行的信號(hào)，及時(shí)對(duì)異常的機(jī)艙信號(hào)報(bào)警，從而保障了機(jī)艙的安全、高效運(yùn)行。本文研究的重點(diǎn)是船舶綜合監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信技術(shù)，結(jié)合PLC可編程邏輯控制器，研究了基于OPC數(shù)據(jù)訪問規(guī)范的監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信技術(shù)，對(duì)于改善傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、傳輸有實(shí)際應(yīng)用意義。

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作者：韓靜 李通 單位：山西工程職業(yè)學(xué)院