PLC综合监控系统数据通信技术分析

摘要:船舶综合监控系统位于船舶的机舱内，该系统通过采集船舶运行过程中的动力系统各类参数，确保船载设备的正常运行，并及时对船载设备的异常信号报警。本文研究方向是船舶综合监控系统的数据通信技术，通过介绍船舶综合监控系统的硬件组成，设计了一种基于PLC可编程逻辑控制器的监控系统通信技术，并对该通信技术的原理和工作流程进行了详细介绍。

关键词：综合监控系统；PLC；数据通信

引言

船舶的机舱中布置了大量的动力设备和各类管路，由于机舱的设备运行工况较恶劣，机舱中设备在运行过程中受到振动等附加作用力，可能会出现各种故障。此外，由于船舶主机和动力装置中含有大量的润滑油等易燃物质，一旦机舱出现火灾，后果将不堪设想。因此，建立船舶的综合监控系统，对船舶机舱中的设备进行实时的监控非常有必要。传统的船舶机舱监控技术主要依赖于各类探测器等硬件设备和人工监测，每个探测器相对独立的进行工作，这种监控模式不仅可靠性较低，硬件的维护和保养价值高，而且需要耗费大量的人力物力资源，监控系统内部的数据传输也非常不方便。针对传统船舶监控系统存在的问题，船舶领域进行了大量的优化，20世纪50年代，美国率先提出了船舶监控系统的软件通用性设计，提高监控系统的设备互换性。随着计算机与通信技术的不断发展，船舶综合监控系统也不断地进行技术革新。目前，基于现场总线技术的船舶综合监控系统已经获得了非常广泛的应用，成为船舶不可缺少的组成部分。本文研究方向是船舶综合监控系统的数据通信技术，由于目前机舱自动化概念获得了业内的广泛共识，本文将PLC可编程逻辑控制器应用于船舶综合监控系统中，在提高监控系统自动化、智能化的同时，提高系统的数据通信质量。

1船舶综合监控系统的整体设计

船舶综合监控系统的自动化包括设备的自动监测、机舱参数的自动调节、自动监控记录等，能够提高船舶工作人员的工作效率，确保船舶机舱的安全。船舶综合监控系统主要包括远程监控站、路由器、分布式处理单元、传感器、执行器、警报单元等，整体原理图如图1所示。船舶综合监控系统需要采集的参数主要包括以下几个：1）温度参数监控系统采用温度传感器和警报单元对机舱内的温度监控，通常，船舶机舱内主机和辅机的工作温度需要小于40℃，主机中排出气体的温度需要小于500℃，超过这一温度，主机工作时可能会过热，导致动力系统的零部件失效。机舱冷却系统中冷却液的温度需要控制在200℃～300℃，冷却液一旦出现温度异常，就会触发报警单元。2）压力参数监控系统的压力传感器对机舱中的燃油机压力、冷却液压力等进行实时监控，如果机舱中的管路压力过小，可能出现的故障是液压回路漏油，如果机舱中管路的压力过大，可能出现的故障是管路堵塞或者设备运行异常。3）液位参数主要是指船舶燃气轮机中的水位和燃油的液位，监控系统在进行液位监测的同时可以实现液位的自动控制，使容器的燃油和冷却液等液体保持正常的水位范围。4）机舱气体参数为了保障机舱工作人员的身体健康，自动监控系统的气体传感器会对有毒气体如CO、固体污染物的浓度进行监测。此外，当机舱出现火灾等事故时，机舱监控系统监测到气体和烟雾后会触发报警，从而确保机舱和船舶工作人员的安全。

2基于PLC的综合监控系统的数据通信技术研究

2.1可编程序控制器PLC的工作原理

为了提高船舶综合监控系统的自动化水平，使监控系统在数据通信方面具有更高的质量，本文将可编程序控制器PLC应用于综合监控系统的数据通信模块中。PLC结合微处理器、自动控制、通信技术等，具有编程简单、功能强、灵活性高等优点，目前已经成为工业自动化的关键组成部分，成为现代工业控制的重要基础。可编程序控制器PLC的工作模式是循环扫描模式，大致可分为内部处理、通信处理、输入扫描、用户程序执行和输出等工作阶段，PLC的工作流程如图2所示。

2.2基于PLC的综合监控系统的数据通信技术研究

本文利用OPC规范将PLC可编程逻辑控制器与监控系统的其他硬件设备相连，从而实现综合监控系统的通信功能。OPC规范是由自动化设备公司与微软共同制定的一种通信规范，实现了数据库、设备与用户之间的数据通信，提供了一个统一的接口。OPC规范定义了数据通信的COM接口，目前已经在工业领域中应用的规范包括OPC数据访问规范、OPC事件规范、历史数据访问规范、数据交换规范等，本文主要应用的OPC规范是数据访问规范。OPC数据访问规范包括自动化接口和定制接口2个方面，其中，自动化接口采用脚本编程语言开发，比如VisualBasic等编程语言，而定制接口采用高级编程语言开发，比如C++等，图3为OPC数据访问规范的原理图。由图可知，OPC数据访问规范主要包括OPC用户、opcserver、数据服务器以及其他应用程序等。在基于PLC的船舶综合监控系统中，应用程序对于数据库的访问方式有以下3种：1)异步访问方式监控系统的异步访问方式是指OPC服务器接收到来自PLC应用程序的信号后，将产生的数据暂时存储在系统的存储单元，并不立刻将产生的数据返回PLC。异步访问方式所需要的响应时间更长，且PLC应用程序在数据传输过程中可以同时进行其他程序的处理。2)同步访问方式同步访问方式是指OPC服务器把PLC应用程序所产生的需求直接返回至PLC，在此过程中应用程序处于等待状态，如图4所示。3)订阅访问方式船舶综合监控系统的数据访问方式除了同步和异步数据访问外，还具有一种订阅访问方式。这种方式的最大特点是不需要PLC应用程序发送访问需求，OPC服务器能够以一定的周期读取数据缓冲区的数值，并将数值的变化返回至PLC应用程序。

3结语

船舶综合监控系统能够实时监测船舶机舱的温度信息、压力参数、液位参数等关系到船舶安全运行的信号，及时对异常的机舱信号报警，从而保障了机舱的安全、高效运行。本文研究的重点是船舶综合监控系统的数据通信技术，结合PLC可编程逻辑控制器，研究了基于OPC数据访问规范的监控系统数据通信技术，对于改善传统监控系统的数据采集、传输有实际应用意义。

参考文献：

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作者：韩静 李通 单位：山西工程职业学院