基于組態(tài)王的陸上海洋平臺遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計與應用

李存軍 李德堂 厲梁 華軍 張祖國 鄭貞明

摘 ? 要：復雜的環(huán)境狀況對海洋工程平臺的安全性構成極大威脅，針對自升式平臺缺少遠程監(jiān)控的問題，設計了基于組態(tài)王的陸上模擬海洋遠程監(jiān)控系統(tǒng)。文章對陸上海洋模擬平臺遠程監(jiān)測系統(tǒng)各個部分進行介紹，并對傳感器數(shù)據(jù)采集探頭進行安裝調(diào)試，利用組態(tài)王軟件對歷史數(shù)據(jù)進行采集、存儲、繪制曲線并完成遠程操控。通過實驗對監(jiān)控系統(tǒng)進行了驗證，為海洋平臺安全提供了保障。

關鍵詞：組態(tài)王;陸上海洋平臺;遠程監(jiān)控系統(tǒng)

在海洋資源勘探開發(fā)中，自升式平臺應用量位居大型海洋工程裝備首位。特別是近年來我國著力推動能源結構轉型，加大了海上風電的開發(fā)和利用，為了避免海上風電場、風浪流環(huán)境影響，滿足高精度、高可靠的風電設施建造和安裝，幾乎全部采用自升式平臺為海上作業(yè)支撐。不穩(wěn)定的海樣環(huán)境會對平臺構成巨大威脅，例如海底地基承載力不夠和海浪臺風對平臺沖擊，樁腿可能會突然穿透上覆硬土層進入下臥地層，形成刺穿，導致平臺結構受損，造成重大經(jīng)濟損失[1-6]。

為了更好地保護研究人員安全，采取網(wǎng)絡遠程控制技術對平臺進行監(jiān)控，即利用一臺電腦遠距離控制下位機，在控制過程中，將以太網(wǎng)傳輸控制協(xié)議/互聯(lián)協(xié)議（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP）網(wǎng)絡數(shù)據(jù)通信作為基礎，控制計算機與被控對象運行，確保網(wǎng)絡通信等各項功能可以順利實現(xiàn)。通過互聯(lián)網(wǎng)與陸控制中心對接，完成數(shù)據(jù)分析、緩存數(shù)據(jù)文件存儲、報警等功能，科學評價平臺安全工作狀態(tài)，實現(xiàn)惡劣海況下平臺遠程控制，實時保障平臺安全作業(yè)。

課題組在陸上海洋模擬平臺進行遠程監(jiān)控系統(tǒng)安裝調(diào)試，測試了在樁腳沉降工況下，組態(tài)王軟件對海洋平臺進行遠程升降監(jiān)控，如圖1所示。

1 ? ?遠程監(jiān)控系統(tǒng)設計

1.1 ?系統(tǒng)原理

遠程監(jiān)控系統(tǒng)分為4部分，主要是傳感器、監(jiān)測與控制、網(wǎng)絡通信、遠程監(jiān)控終端。

第一部分為傳感器，包含平臺液壓系統(tǒng)內(nèi)部壓力與流量、平臺樁腳的位移與形變參數(shù)、平臺傾斜角度、平臺外部環(huán)境變化（波浪大小等）等探測器。

第二部分為監(jiān)測與控制，通過傳感器的數(shù)據(jù)采集，獲得的實時數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)采集模塊EM231，將4位模擬量轉化為PLC內(nèi)部處理的12位數(shù)字量。西門子S7-200是監(jiān)控器部分的核心部件，通過對S7-200控制器編程實現(xiàn)對平臺數(shù)據(jù)監(jiān)測與控制功能。

第三部分網(wǎng)絡通信，S7-200可編程控制器具有網(wǎng)絡連接模塊，本系統(tǒng)配置CP243-1以太網(wǎng)模塊，以便將S7-200plc與以太網(wǎng)連接，以太網(wǎng)基于IEEE02.3標準，其通信協(xié)議基于ISO和TCP/IP技術。CP243-1模塊高達100 Mbit/s的速度由網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)傳輸，并最多同時支持8個連接。

第四部分遠程監(jiān)控終端，監(jiān)測終端由計算機處理，提供圖形化的呈現(xiàn)效果（見圖2）。安裝遠程監(jiān)控軟件，數(shù)據(jù)信息經(jīng)過無線傳輸?shù)接嬎銠C，通過對數(shù)據(jù)接收，數(shù)字信號進行轉化、數(shù)據(jù)濾波、數(shù)據(jù)實時顯示保存、數(shù)據(jù)的預測。安全評判軟件進行安全性分析并得出平臺的安全狀態(tài)，發(fā)生故障及時報警。

1.2 ?組態(tài)王監(jiān)控系統(tǒng)界面

組態(tài)王是亞控科技根據(jù)當前自動化技術的發(fā)展趨勢，面向自動化市場的應用，以實現(xiàn)企業(yè)一體化為目標開發(fā)的一套產(chǎn)品。該產(chǎn)品以搭建戰(zhàn)略性工業(yè)應用服務平臺為目標，集成了對亞控科技自主研發(fā)的工業(yè)實時數(shù)據(jù)庫的支持，為企業(yè)提供一個對整個生產(chǎn)流程進行數(shù)據(jù)匯總、分析及管理的有效平臺，使企業(yè)能夠及時、有效地獲取信息，并做出反應，以獲得最優(yōu)化的結果。

2 ? ?組態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)應用

圖5為模擬海洋平臺在樁腿突然刺穿地基而突然下沉時的地基壓力變化實時曲線。

在陸上模擬地基沉降工況測試。首先，運用樁腿齒輪傳動將模擬海洋平臺4條樁腿升高至離地面，其次，將4個對應地基逐步提升至完全承受平臺自身重力，根據(jù)平臺雙傾角傳感器，調(diào)整平臺傾斜角小于0.1°。

曲線開始時，壓力較為穩(wěn)定，范圍在110～140 Bar，14時31分后樁腿突然下沉，地基壓力出現(xiàn)波動，報警系統(tǒng)開始預警;14時35分后地基壓力變化范圍為114～280Bar，特別不穩(wěn)定。此時遠程操作平臺完成樁腿的升降及時撤離危險環(huán)境，警報解除。

3 ? ?結語

本文闡述了基于組態(tài)軟件對海洋平臺遠程控制系統(tǒng)原理，設計了監(jiān)控軟件數(shù)據(jù)監(jiān)測界面和控制界面，并進行了海洋平臺樁腿沉降對地基壓力變化數(shù)據(jù)采集實驗。驗證了本系統(tǒng)的可靠性與可行性。

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Abstract：The complicated environment poses a great threat to the safety of the offshore engineering platform. Aiming at the problem that the jack-up platform lacks remote monitoring， a land-based simulated offshore remote monitoring system based on kingview is designed. This paper introduces various parts of the remote monitoring system of the land and ocean simulation platform， installs and debugs the sensor data acquisition probe， and uses kingview software to collect， store， draw curves and complete remote control. The monitoring system is verified by experiments， which provides a guarantee for the safety of the offshore platform.

Key words：kingview; land and ocean platform; remote monitoring system