基于力控組態(tài)的船廠防臺監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)

林明沖

（江門航通船業(yè)有限公司，江門 529145）

1 前言

臺風(fēng)是一種災(zāi)害性天氣，破壞力極大，是船廠的一種主要潛在危害：（1）風(fēng)暴潮增水疊加高潮，往往造成船廠和碼頭因潮水倒灌而受災(zāi)，導(dǎo)致施工設(shè)備、庫存材料及設(shè)備被淹損壞；（2）連續(xù)的強降雨導(dǎo)致船艙進水、船舶傾斜，在暴風(fēng)侵襲中愈加危險；（3）臺風(fēng)的超強風(fēng)暴使碼頭機械(吊機)在沒有采取有效防臺措施情況下被刮倒，傷及?？看盎蛉藛T；（4）超強風(fēng)暴可能撕斷船舶加固的纜繩，使船舶像脫韁之馬隨浪漂浮，造成船體、槳葉、舵葉及碼頭的損壞、危及航道上的橋梁橋墩，甚至?xí)勾氨粧佅虻贪对斐蓴R淺或艙底破損而沉沒。

傳統(tǒng)的防臺值班方式，需要大量的值班人員冒雨按預(yù)案線路進行巡查，不僅效率較低，而且工作強度及危險性較大。因此，根據(jù)多年的防臺經(jīng)驗和總結(jié)，設(shè)計了一套基于力控組態(tài)的防臺監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)組成如圖1 所示。

圖1 防臺監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)總圖

2 防臺監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)的硬件組成

（1）碼頭環(huán)境檢測設(shè)備

為動態(tài)了解臺風(fēng)的強度及影響，對海面水位、風(fēng)速、風(fēng)向等環(huán)境因素進行檢測：

① 碼頭處裝有投入式水位測量傳感器，測量現(xiàn)場水深與碼頭的標尺對比，通過上位機的力控軟件程序進行差值運算并轉(zhuǎn)換為海平面標高與潮汐表對比，判斷船舶是否存在擱淺等；

② 在碼頭空曠高處裝設(shè)風(fēng)速風(fēng)向儀，檢測風(fēng)速、風(fēng)向信號；

③ 水位傳感器、風(fēng)速儀具有標準MODBUS 接口，接入控制柜內(nèi)的串口服務(wù)器，轉(zhuǎn)為TCP/IP 協(xié)議接入集匯交換機。

（2）廠區(qū)內(nèi)浸水點監(jiān)測設(shè)備

在能反應(yīng)廠區(qū)浸水情況的地方安裝液位測量傳感器[1]進行動態(tài)監(jiān)控。由于浸水點分散且部分檢測點位置離控制站比較遠，若單獨敷設(shè)通訊光纜成本比較高，而且受路面、障礙物影響難以施工。為此，采用GSR-780 信號采集模塊，使用無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)進行數(shù)據(jù)的傳輸。該4G /GPRS DTU 模塊具備串口串行通信接口，實現(xiàn)RS232/485 轉(zhuǎn)4G 雙向透傳功能，支持自動斷線續(xù)傳，可保持永久在線狀態(tài)。

當廠區(qū)內(nèi)的浸水監(jiān)測點超過警戒水位時，通過點擊組態(tài)軟件對應(yīng)的排洪泵開啟按鈕，指令通過網(wǎng)絡(luò)下達至泵啟動箱啟動防洪泵。為了確認泵組是否已成功遠程遙控啟動，防洪泵的泵出口管路上安裝壓力傳感器，壓力信號接入變頻器的模擬輸入點，通過變頻器的MOUDBUS 接口整體讀取泵的運行狀態(tài)、泵出口壓力、運行電流、電壓等信息，并在值班中心上位機組態(tài)軟件顯示。

（3）起重機防臺設(shè)備

由于碼頭上的起重機結(jié)構(gòu)龐大、受風(fēng)面積大，風(fēng)力大時容易滑動甚至碰到止擋板而傾倒。為了防止起重機司機未按下防風(fēng)錨定裝置直接下班離崗，通過安裝限位開關(guān)檢測錨定器是否上鎖到位、撥桿上安裝的傾角傳感器檢測當前拔桿的角度。在系統(tǒng)進入臺風(fēng)布防時，如果錨定器未上鎖到位、拔桿末端不下放倒至地面，異常信息將通過GPRS 網(wǎng)絡(luò)傳至監(jiān)控中心。

（4）碼頭船舶實時動態(tài)視頻監(jiān)視設(shè)備

船舶傾斜度、船間碰撞、纜繩狀態(tài)等是船廠防臺關(guān)注的重中之重，實時的動態(tài)視頻監(jiān)視尤其重要。綜合考慮覆蓋面、成本、施工便利等因素，在船舶碼頭上立高塔，使用大廣角及帶云臺控制的攝像頭，實現(xiàn)較少攝像頭完成高覆蓋面，且安裝有投光燈補光使成像更清晰。選購與上位機力控軟件兼容較好的?？低晹z像機，值班人員可以按需要進行攝像機旋轉(zhuǎn)、變焦操作，在投光燈補光下清晰監(jiān)控碼頭船舶、纜繩等實時狀態(tài)，當有異常時，及時通知防臺小組人員到場處理。

（5）通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)備

系統(tǒng)基于Modbus 總線并采用CRC 校驗（即循環(huán)冗余校驗），確保數(shù)據(jù)交換速度以及控制指令傳達的可靠性。系統(tǒng)遵循標準的Modbus 協(xié)議設(shè)計，支持Modbus 控制協(xié)議的儀表、設(shè)備都可以通過簡單組態(tài)編程接入總線，而智能儀表普遍帶有RS485 接口，設(shè)計具有較強的通用性。

整個通信網(wǎng)絡(luò)采用TCP/IP 協(xié)議組網(wǎng)，新增的采集模塊全部采用標準的MODBUS/TCP 協(xié)議，而原有的設(shè)備自帶MODBUS/RTU 協(xié)議總線接口，通過串口服務(wù)器轉(zhuǎn)為TCP/IP 協(xié)議。監(jiān)控攝像頭的硬盤刻錄機，采用標準的TCP/IP 協(xié)議，匯入監(jiān)控中心的集聚交換機。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖，參見圖1。

3 防臺監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)

本系統(tǒng)上位機軟件基于北京三維力控Forcecontrol開發(fā)。Forcecontrol 支持B/S 和C/S 兩種訪問方式，支持GPRS 等移動通訊功能；支持網(wǎng)絡(luò)冗余及故障切換；提供多重冗余結(jié)構(gòu)、GSM 手機短信報警管理系統(tǒng)；內(nèi)置區(qū)域?qū)崟r數(shù)據(jù)庫完成數(shù)據(jù)處理，可實現(xiàn)累計、統(tǒng)計、控制、線形化、PID 控制、各種運算等多種功能[2]。

遠程監(jiān)控中心是整個系統(tǒng)的核心部件，具備以下功能：

（1）實時數(shù)據(jù)處理及存儲

獲取各個通信模塊節(jié)點的數(shù)據(jù)，下達控制指令信號，實時處理上傳的數(shù)據(jù)，并以圖文并茂的方式進行展示，提供實時顯示、趨勢曲線、上下限報警、報表查詢、打印等功能，工作人員可隨時了解當前的環(huán)境參數(shù)、各設(shè)備的工作狀態(tài)、系統(tǒng)報警信息；通過調(diào)用?？低晹z像頭專用力控官方組件，獲取實時監(jiān)控碼頭信息，通過編寫云臺控制、攝像頭變焦、圖片保存等運行腳本程序[3]，除具備視頻數(shù)據(jù)實時采集功能外，還具備云臺旋轉(zhuǎn)控制、變焦控制等功能，使得整個碼頭邊的船舶動態(tài)、纜繩狀態(tài)盡在掌握中。

配備有獨立關(guān)系數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)存儲，包括：用戶名、密碼、交班事項、歷史報警信息、值班推送手機號碼、系統(tǒng)參數(shù)等。

（2）短信模塊聯(lián)動

碼頭水位高、水浸點水位高、風(fēng)力超限、吊機未錨定到位等關(guān)鍵異常情況的簡要信息，通過短信模塊借助中國移動GSM 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至防臺值班人員手機。系統(tǒng)采用siemens tc35 短信發(fā)送模塊，具體的配置操作如下：

在力控組態(tài)軟件中的IO 設(shè)備里選擇短信模塊siemens tc35，定義短信貓連接串口；數(shù)據(jù)庫變量定義好發(fā)送啟動標志符、手機號和短信內(nèi)容進行短信推送。

建立一個按鈕，左鍵動作如下即可；

SendSW.DESC="1"; //啟動發(fā)送開關(guān)，置1 啟動，發(fā)送完成后延時置0 停止

photo.DESC="+86189XXXXXXXX"; //目標電話號碼

text.DESC="報警內(nèi)容"; //發(fā)送內(nèi)容

為防止同一報警被多次發(fā)送，采用同一報警僅觸發(fā)時發(fā)送。

（3）聯(lián)網(wǎng)查看

為了便于網(wǎng)絡(luò)訪問當前的所有監(jiān)控、報警信息，使用力控開發(fā)軟件的WEB 發(fā)布功能。配置企業(yè)出口主路由的端口映射，用于遠程客戶瀏覽。

（4）權(quán)限管理

系統(tǒng)需憑用戶、密碼登錄后，方可修改用戶名、密碼、分配控制權(quán)限、屏蔽異常傳感器、推送信息接收者的電話號碼增減、交班注意事項登記管理等；重要修改將修改人、修改時間等信息記入運行日志。

系統(tǒng)運行實踐表明，各項指標達到預(yù)期效果。系統(tǒng)具有組網(wǎng)方式靈活、對原有設(shè)備改造小、低成本、高可靠、易擴展、畫面顯示生動逼真、控制響應(yīng)靈活等優(yōu)點；同時采用B/S 構(gòu)架，可隨時聯(lián)網(wǎng)登錄查看，具有較高的實際應(yīng)用價值。

4 結(jié)束語

我司位于臺風(fēng)區(qū)域，防臺減災(zāi)是企業(yè)的重要工作。結(jié)合當前新興的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)高效、安全的臺風(fēng)預(yù)警，以傳感器代替人工監(jiān)測，控制中心電腦集中顯示，不但可以最大限度提高防臺工作的精準性、降低作業(yè)風(fēng)險，而且體現(xiàn)了企業(yè)“以人為本、本質(zhì)安全”的持續(xù)發(fā)展理念。