基于PLC通讯网络的绞吸式挖泥船集成监视与控制系统

　　摘要：本文以广州文冲船厂有限责任公司建造3 500 m3/h绞吸式挖泥船“新海豚”号的疏浚集成监视与控制系统为例，详细地介绍绞吸式挖泥船控制系统，指出了需要进一步研究和改进的问题。
　　关键词：DISCS（疏浚集成与控制系统）；SCADA（数据采集与传输系统）；AMS（机舱监测与报警系统）； DTPS（疏浚轨迹显示系统）
　　
　　Integrated Supervisory and Control System based on PLC Communication Network for Cutter Suction Dredger
　　LONG Honggang,LIANG Chaoyu
　　(Guangzhou Wenchong Shipyard CO., Ltd. Guangzhou 510527)
　　Abstract: This paper presents the integrated supervisory and control system for dredgerswith the example of 3 500 m3 cutter suction dredge "Xin Hai Tun" built by Guangzhou Wenchong Shipyard and indicates some items to be further researched and improved.
　　Key words: DISCS( Dredger Integrated Supervisory and Control System);SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition);AMS(Alarm and Monitoring System);DTPS(Dredge Track Presentation System)
　　1引言
　　挖泥船的自动控制系统是计算机网络技术、PLC技术、现场总线技术和工业以太网技术的综合应用系统，随着这些技术的进一步深入发展，促进了挖泥船自动控制系统结构和控制方式的变革，逐步形成了以网络为集成平台的新型控制系统，文冲船厂3 500 m3/h绞吸挖泥船的集成监视和控制系统是这种新型控制系统实际应用的典型范例。
　　
　　2 绞吸式挖泥船集成监视与控制系统的构成
　　“新海豚”号绞吸式挖泥船的集成监视与控制技术涵盖了电气、轮机、液压、机械等不同专业学科技术，综合了对配电系统、挖泥机械、疏浚仪器仪表、辅助机械等多领域设备的监控、管理和控制。从功能上分本监视和控制系统大致可分为DTPS系统、SCADA系统、AMS系统等三个子系统。三个子系统分别由各自的数据采集模块和控制设备构成相对独立的子系统，再以以太网为依托，通过网络和Profibus总线传递信息，协调工作，达到监视各类施工设备，手动或自动控制疏浚过程以及采集信号输出报警等功能。现分别对这三个系统进行简单介绍。
　　2.1DTPS系统（疏浚轨迹与剖面显示系统）
　　DTPS系统用于船舶疏浚施工过程的精确定位和疏浚轨迹显示，为疏浚作业人员提供船舶在等深电子地图或DTM（数字地形模型）电子地图上的船位实时更新，显示船舶的平面位置、水深背景、航道设计文件、实时断面等信息，也能记录所有相关数据并且能远距离实时显示同样的水利疏浚数据和图像，主页面如图1所示。借助DTPS 的功能，作业人员可以在设计要求的水深和实际水深之间进行比较并给予相应的操纵控制。
　　DTPS系统需获取的采集信息如下：
　　·船舶位置信息
　　·船舶动态信息
　　·回声测深仪信息
　　·潮位仪信息
　　·绞刀位置信息
　　·船舶平均吃水数据
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　图1疏浚轨迹与剖面显示系统主页面
　　2.2SCADA系统
　　SCADA是Supervisory Control And Data Acquisition的英文缩写，从字面上理解SCADA不是完整的控制系统，而是位于控制设备之上，侧重于操作、显示、管理的纯软件。SCADA所连接的控制设备通常是PLC，也可以是智能表，板卡等。本船，所连接的是PLC1-PLC10，所连接的介质为光缆。
　　本船SCADA系统分为两个层面，即客户/服务器体系结构（C/S结构）。服务器与现场硬件设备（PLC）通信，进行数据处理和运算。而客户（通常是工作站，如：SCADA工作站）用于人机交互，如：用文字、动画显示现场的状态，并可以对现场的开关、阀门及其他设备进行操作。在一个系统中可以只有一个服务器，也可以有多个，客户也可以一个或多个。本船设置两个互为冗余备用的服务器，及8个客户端工作站。
　　SCADA由很多子系统组成，每个子系统完成特定的功能，如：液压系统控制、闸阀控制、蝶阀控制、泥泵机组监控、电站系统监视、故障诊断等。系统由一个或多个服务器负责数据采集、数据处理（如：量程转换、滤波、报警检查、计算、事件记录、历史存储、执行用户脚本等），服务器间可以相互通讯。
　　SCADA系统主要用于采集和监测疏浚、液压设备的工作情况，并对疏浚、液压设备进行控制。新海豚疏浚操作总览页面如图2所示。
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　图2新海豚疏浚操作总览页面
　　疏浚操作总览页面提供了施工过程中较为常用的一些数据。例如：绞刀深度、转速、水下泵转速与排压、甲板泵转速与排压，流速、浓度等。
　　左侧的绞刀深度曲线显示了1小时的深度变化趋势。
　　左侧的浓度、流速表曲线显示了10分钟内的浓度与流速变化趋势。
　　绞刀头将随着绞刀深度和横移距离的变化在图中实时显示出来。
　　横移距离和横移角度标尺会随着相关数据的变化而填充不同的刻度值。
　　2.3AMS系统（机舱报警监测系统）
　　机舱报警监测系统是计算机网络系统的一部分，但独立成体系，提供整船的设备安全报警和设备状态监测。本船的AMS系统提供泵机、发电机、液压泵站和机舱辅助设备的状态监测和安全报警（AMS系统主页面如图3所示）。AMS完成对泵机、发电机、液压泵站、机舱辅助设备的状态信号进行采集、处理、传输、报警、显示、必要的安全保护处理功能，同时AMS系统将信号要送至上述船舶与疏浚控制系统。
　　2.3.1报警系统具备功能
　　彩色模拟图形显示
　　·彩色柱状图形显示
　　·模拟指针仪表式显示
　　·常规参数列表显示
　　·船厂自定义列表显示
　　·重要报警实时弹出
　　·实时报警列表
　　·报警速显窗口，自动实时显示出现和报警内容
　　·参数走势图
　　·当天及历史记录。
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　图3新海豚AMS系统主页面
　　2.3.2AMS系统打印功能
　　打印用户自定义列表内容
　　选择列表打印
　　当天报警及历史报警存档内容打印。
　　
　　3 系统的网络结构
　　新海豚绞吸式挖泥船的集成监视与控制系统以以太网和现场总线为系统的网络核心，构成一种混合控制网络结构，见图4所示。
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　图4新海豚系统网络结构图
　　3. 1系统的结构
　　该系统有4层结构，由上到下分为：
　　·上位机及控制台（计算机、软件、DCC、ECC）