PLC綜合監控系統數據通信技術分析
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摘要:船舶綜合監控系統位于船舶的機艙內，該系統通過采集船舶運行過程中的動力系統各類參數，確保船載設備的正常運行，并及時對船載設備的異常信號報警。本文研究方向是船舶綜合監控系統的數據通信技術，通過介紹船舶綜合監控系統的硬件組成，設計了一種基于plc可編程邏輯控制器的監控系統通信技術，并對該通信技術的原理和工作流程進行了詳細介紹。
引言
船舶的機艙中布置了大量的動力設備和各類管路，由于機艙的設備運行工況較惡劣，機艙中設備在運行過程中受到振動等附加作用力，可能會出現各種故障。此外，由于船舶主機和動力裝置中含有大量的潤滑油等易燃物質，一旦機艙出現火災，后果將不堪設想。因此，建立船舶的綜合監控系統，對船舶機艙中的設備進行實時的監控非常有必要。傳統的船舶機艙監控技術主要依賴于各類探測器等硬件設備和人工監測，每個探測器相對獨立的進行工作，這種監控模式不僅可靠性較低，硬件的維護和保養價值高，而且需要耗費大量的人力物力資源，監控系統內部的數據傳輸也非常不方便。針對傳統船舶監控系統存在的問題，船舶領域進行了大量的優化，20世紀50年代，美國率先提出了船舶監控系統的軟件通用性設計，提高監控系統的設備互換性。隨著計算機與通信技術的不斷發展，船舶綜合監控系統也不斷地進行技術革新。目前，基于現場總線技術的船舶綜合監控系統已經獲得了非常廣泛的應用，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控系統的數據通信技術，由于目前機艙自動化概念獲得了業內的廣泛共識，本文將PLC可編程邏輯控制器應用于船舶綜合監控系統中，在提高監控系統自動化、智能化的同時，提高系統的數據通信質量。
1船舶綜合監控系統的整體設計
船舶綜合監控系統的自動化包括設備的自動監測、機艙參數的自動調節、自動監控記錄等，能夠提高船舶工作人員的工作效率，確保船舶機艙的安全。船舶綜合監控系統主要包括遠程監控站、路由器、分布式處理單元、傳感器、執行器、警報單元等，整體原理圖如圖1所示。船舶綜合監控系統需要采集的參數主要包括以下幾個：1）溫度參數監控系統采用溫度傳感器和警報單元對機艙內的溫度監控，通常，船舶機艙內主機和輔機的工作溫度需要小于40℃，主機中排出氣體的溫度需要小于500℃，超過這一溫度，主機工作時可能會過熱，導致動力系統的零部件失效。機艙冷卻系統中冷卻液的溫度需要控制在200℃～300℃，冷卻液一旦出現溫度異常，就會觸發報警單元。2）壓力參數監控系統的壓力傳感器對機艙中的燃油機壓力、冷卻液壓力等進行實時監控，如果機艙中的管路壓力過小，可能出現的故障是液壓回路漏油，如果機艙中管路的壓力過大，可能出現的故障是管路堵塞或者設備運行異常。3）液位參數主要是指船舶燃氣輪機中的水位和燃油的液位，監控系統在進行液位監測的同時可以實現液位的自動控制，使容器的燃油和冷卻液等液體保持正常的水位范圍。4）機艙氣體參數為了保障機艙工作人員的身體健康，自動監控系統的氣體傳感器會對有毒氣體如CO、固體污染物的濃度進行監測。此外，當機艙出現火災等事故時，機艙監控系統監測到氣體和煙霧后會觸發報警，從而確保機艙和船舶工作人員的安全。
2基于PLC的綜合監控系統的數據通信技術研究
2.1可編程序控制器PLC的工作原理
為了提高船舶綜合監控系統的自動化水平，使監控系統在數據通信方面具有更高的質量，本文將可編程序控制器PLC應用于綜合監控系統的數據通信模塊中。PLC結合微處理器、自動控制、通信技術等，具有編程簡單、功能強、靈活性高等優點，目前已經成為工業自動化的關鍵組成部分，成為現代工業控制的重要基礎。可編程序控制器PLC的工作模式是循環掃描模式，大致可分為內部處理、通信處理、輸入掃描、用戶程序執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的綜合監控系統的數據通信技術研究
本文利用OPC規范將PLC可編程邏輯控制器與監控系統的其他硬件設備相連，從而實現綜合監控系統的通信功能。OPC規范是由自動化設備公司與微軟共同制定的一種通信規范，實現了數據庫、設備與用戶之間的數據通信，提供了一個統一的接口。OPC規范定義了數據通信的COM接口，目前已經在工業領域中應用的規范包括OPC數據訪問規范、OPC事件規范、歷史數據訪問規范、數據交換規范等，本文主要應用的OPC規范是數據訪問規范。OPC數據訪問規范包括自動化接口和定制接口2個方面，其中，自動化接口采用腳本編程語言開發，比如VisualBasic等編程語言，而定制接口采用高級編程語言開發，比如C++等，圖3為OPC數據訪問規范的原理圖。由圖可知，OPC數據訪問規范主要包括OPC用戶、opcserver、數據服務器以及其他應用程序等。在基于PLC的船舶綜合監控系統中，應用程序對于數據庫的訪問方式有以下3種：1)異步訪問方式監控系統的異步訪問方式是指OPC服務器接收到來自PLC應用程序的信號后，將產生的數據暫時存儲在系統的存儲單元，并不立刻將產生的數據返回PLC。異步訪問方式所需要的響應時間更長，且PLC應用程序在數據傳輸過程中可以同時進行其他程序的處理。2)同步訪問方式同步訪問方式是指OPC服務器把PLC應用程序所產生的需求直接返回至PLC，在此過程中應用程序處于等待狀態，如圖4所示。3)訂閱訪問方式船舶綜合監控系統的數據訪問方式除了同步和異步數據訪問外，還具有一種訂閱訪問方式。這種方式的最大特點是不需要PLC應用程序發送訪問需求，OPC服務器能夠以一定的周期讀取數據緩沖區的數值，并將數值的變化返回至PLC應用程序。
3結語
船舶綜合監控系統能夠實時監測船舶機艙的溫度信息、壓力參數、液位參數等關系到船舶安全運行的信號，及時對異常的機艙信號報警，從而保障了機艙的安全、高效運行。本文研究的重點是船舶綜合監控系統的數據通信技術，結合PLC可編程邏輯控制器，研究了基于OPC數據訪問規范的監控系統數據通信技術，對于改善傳統監控系統的數據采集、傳輸有實際應用意義。
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作者：韓靜 李通 單位：山西工程職業學院