周劍敏

（浙江國(guó)際海運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江舟山 316000）

船舶自動(dòng)化系統(tǒng)是現(xiàn)代船舶操控技術(shù)發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)，船舶綜合自動(dòng)化集機(jī)艙自動(dòng)化、航行自動(dòng)化、信息一體化、裝載自動(dòng)化等于一體，在主控系統(tǒng)與各項(xiàng)設(shè)備之間采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行通訊，達(dá)到高效、可靠、安全的雙向數(shù)據(jù)采集、傳遞、處理、控制的目的。

隨著我國(guó)造船工業(yè)的不斷發(fā)展，出口船舶生產(chǎn)的日益增多和造船噸位的不斷增長(zhǎng)，造船企業(yè)所接訂單中，船型、噸位、自動(dòng)化程度等要求差異懸殊，如何面對(duì)復(fù)雜的用戶需求，完成船舶自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造和安裝，直接影響船舶的安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性，也直接影響船舶建造工期及經(jīng)濟(jì)效益。

高效、高質(zhì)的船舶自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)，離不開(kāi)現(xiàn)代化的輔助設(shè)計(jì)工具。目前基于組態(tài)和CAN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件在船舶自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造過(guò)程中廣泛應(yīng)用。船舶自動(dòng)化控制系統(tǒng)的部件極其復(fù)雜，其功能參數(shù)繁多、產(chǎn)地來(lái)源極廣，涉及到繁雜的電氣性能、數(shù)據(jù)類型等。如何在不同的船舶建造設(shè)計(jì)過(guò)程中根據(jù)船主的要求，選配合適的自動(dòng)化控制部件，設(shè)計(jì)建造出符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，是眾多造船企業(yè)、技術(shù)研究部門考慮較多的問(wèn)題。

目前，國(guó)內(nèi)各相關(guān)單位在船舶自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用較多的軟件有施耐德電氣公司的Concept工程師站組態(tài)軟件包、北京三維力控科技有限公司的工業(yè)監(jiān)控組態(tài)軟件、亞控科技發(fā)展有限公司的組態(tài)王、西門子的SIMATIC WinCC flexible、北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件公司開(kāi)發(fā)的MCGS等。從企業(yè)應(yīng)用情況來(lái)看，采用通用組態(tài)軟件可以大大提升船舶自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水平和設(shè)計(jì)效率，但是由于通用組態(tài)軟件在船用PLC設(shè)備、智能儀表、智能模塊方面沒(méi)有專門設(shè)計(jì)支持功能，用戶在船舶自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要花費(fèi)大量時(shí)間和精力進(jìn)行重復(fù)的設(shè)備模型腳本和參數(shù)設(shè)置，是船舶綜合自動(dòng)化設(shè)備制造企業(yè)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過(guò)程中的主要瓶頸之一。研制一個(gè)基于組態(tài)技術(shù)的船舶綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)平臺(tái)，為設(shè)計(jì)人員提供船舶自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)“模板”和“模板庫(kù)”，從而進(jìn)一步提高船舶自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)水平，提高船舶自動(dòng)化控制系統(tǒng)的可靠性和安全性，縮短船舶建造周期。

1 基于組態(tài)技術(shù)的船舶自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)平臺(tái)構(gòu)架

常用的組態(tài)軟件一般都包含有強(qiáng)大的畫(huà)面顯示組態(tài)功能、良好的開(kāi)放性、豐富的功能模塊、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)、可編程的命令語(yǔ)言、周密的系統(tǒng)安全防范以及仿真功能?？梢詫?shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)處理、報(bào)警和安全機(jī)制、流程控制、仿真動(dòng)畫(huà)顯示、趨勢(shì)曲線和報(bào)表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等應(yīng)用。

為了適應(yīng)船舶自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用需要，通用型的組態(tài)軟件需要在圖形動(dòng)畫(huà)庫(kù)、函數(shù)參數(shù)庫(kù)、控件庫(kù)等方面進(jìn)行強(qiáng)化，以方便在船舶自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)際應(yīng)用時(shí)，能高效率、模塊化地開(kāi)展工作，系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 船舶自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)平臺(tái)基本架構(gòu)

2 專用圖形界面庫(kù)的建立和應(yīng)用

船舶的航行，離不開(kāi)主機(jī)、輔機(jī)及其他機(jī)電設(shè)備的協(xié)同運(yùn)行?，F(xiàn)代化的船舶配備了多種自動(dòng)化的機(jī)電設(shè)備，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，創(chuàng)造高效輕松的工作環(huán)境，這些都需要能仿真顯示設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的控制系統(tǒng)的支持。

組態(tài)軟件通常提供了常用機(jī)電設(shè)備的組態(tài)圖形庫(kù)，但對(duì)于船舶專用機(jī)電設(shè)備來(lái)說(shuō)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

基于組態(tài)技術(shù)的自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)平臺(tái)首先應(yīng)解決的就是專用圖形界面庫(kù)的建立問(wèn)題。組態(tài)圖形庫(kù)封裝了船舶自動(dòng)控制系統(tǒng)圖形組態(tài)中可能使用的各種圖元和動(dòng)畫(huà)連接，主程序利用圖形庫(kù)繪制各種圖形。圖形庫(kù)由三部分組成：圖元庫(kù)、動(dòng)畫(huà)庫(kù)和圖形管理類。

圖元庫(kù)封裝了繪制各種圖形的實(shí)體，繪制的圖形表征了現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備；動(dòng)畫(huà)庫(kù)封裝了各類動(dòng)畫(huà)，動(dòng)畫(huà)根據(jù)所連接的設(shè)備數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)改變圖元庫(kù)中圖元屬性，從而使圖元表現(xiàn)出不同的特征，以反映圖元對(duì)應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行工況，如各類儀表、舵機(jī)、螺旋槳等，如圖2所示是艏側(cè)推系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)界面。

圖2 船舶艏側(cè)推系統(tǒng)運(yùn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)動(dòng)畫(huà)和參數(shù)顯示

3 函數(shù)庫(kù)和參數(shù)庫(kù)的建立及應(yīng)用

針對(duì)船舶自動(dòng)化控制所需要的各種傳感器和伺服器，組態(tài)軟件提供了豐富的驅(qū)動(dòng)程序，可以方便地予以支持。但是，如何逼真地在控制系統(tǒng)顯示器的人機(jī)交互界面仿真顯示機(jī)艙等機(jī)電設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，并實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的報(bào)警預(yù)警機(jī)制，需要設(shè)計(jì)人員針對(duì)各種設(shè)備在船舶運(yùn)行中的功能和需要，利用組態(tài)軟件豐富的腳本語(yǔ)言，開(kāi)發(fā)對(duì)應(yīng)的程序代碼，必要時(shí)可以采用高級(jí)語(yǔ)言，開(kāi)發(fā)組態(tài)軟件所能支持的控件，對(duì)組態(tài)系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析能力進(jìn)行強(qiáng)化和擴(kuò)展，如圖3所示是專用函數(shù)對(duì)所采集的數(shù)據(jù)分析運(yùn)算后顯示的結(jié)果界面。

圖3 船舶主機(jī)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示及報(bào)警提示界面

4 組態(tài)擴(kuò)展動(dòng)態(tài)庫(kù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用

組態(tài)軟件具有良好的開(kāi)放性，集成有可編程命令語(yǔ)言、開(kāi)放的通用數(shù)據(jù)庫(kù)、可編輯的圖庫(kù)等，這為采用其他高級(jí)語(yǔ)言與組態(tài)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)更廣泛的自動(dòng)控制應(yīng)用提供了渠道。

由于組態(tài)軟件內(nèi)嵌的腳本命令相當(dāng)簡(jiǎn)單，在處理復(fù)雜數(shù)據(jù)時(shí)不能完全滿足開(kāi)發(fā)者的需要，特別是在進(jìn)行一些特殊算法的處理時(shí)，高級(jí)編程語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)是不可替代的。

高級(jí)語(yǔ)言與組態(tài)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的方式很多，既可以通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)直接讀寫(xiě)方式，還可以通過(guò)Winsock控件進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)，或串口通訊方式，或采用DDE數(shù)據(jù)交換、XML封裝數(shù)據(jù)交換等方式。在船舶自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，根據(jù)運(yùn)行環(huán)境的特點(diǎn)，以上方式都可以使用，而由組態(tài)軟件直接調(diào)用ActiceX控件的數(shù)據(jù)處理模式因安全可靠、擴(kuò)展維護(hù)方便，更適合用于船舶環(huán)境。

組態(tài)動(dòng)態(tài)擴(kuò)展庫(kù)就是將為了增強(qiáng)組態(tài)軟件在船舶自動(dòng)化操控系統(tǒng)中數(shù)據(jù)和圖形等處理能力所開(kāi)發(fā)的各種控件，采用數(shù)據(jù)庫(kù)形式進(jìn)行管理而建立的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，以便于在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用時(shí)無(wú)須重復(fù)開(kāi)發(fā)而直接引用，提高設(shè)計(jì)和應(yīng)用的工作效率。圖4是組態(tài)系統(tǒng)中控件庫(kù)架構(gòu)示意圖。

圖3 組態(tài)系統(tǒng)擴(kuò)展控件庫(kù)架構(gòu)圖

5 結(jié) 語(yǔ)

船舶操控自動(dòng)化是信息技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。組態(tài)軟件是自動(dòng)化控制系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的控制平臺(tái)系統(tǒng)，對(duì)組態(tài)軟件在圖形庫(kù)、函數(shù)庫(kù)、參數(shù)庫(kù)、控件庫(kù)等方面進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，或針對(duì)性地進(jìn)行擴(kuò)展，打造船舶自動(dòng)化設(shè)計(jì)和制造的專用平臺(tái)，可以使船舶自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)和制造過(guò)程效率大大提高。

1 盧曉春，葉翠安，吳 晶，王海松，梁海洲.基于CAN總線的機(jī)艙數(shù)據(jù)組態(tài)監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)［J］.船海工程，2010，39（3）：81～86

2 吳修國(guó)，賈智平，工控組態(tài)軟件中圖形組態(tài)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2001，14（7）：31～33

3 孫旭霞，李生民，張維娜.工業(yè)自動(dòng)化通用組態(tài)軟件—組態(tài)王的功能分析及應(yīng)用［J］.儀器儀表用戶，2001，8（4）：29～31

4 閆明，趙殿禮，張春來(lái).基于PLC和組態(tài)王的船舶輔鍋爐燃燒器的設(shè)計(jì)［J］.大連海事大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，34（6）：81～85

5 張帆.基于VB編寫(xiě)的ActiveX控件在組態(tài)軟件中的應(yīng)用技術(shù)研究［J］.信息技術(shù)，2009，38（2）：28～29

6 李大尉，段大偉.基于組態(tài)軟件的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2009，28（5）：93～95

7 任子暉，李建剛，張閣.基于組態(tài)王的船艙綜合監(jiān)控系統(tǒng)［J］.儀表技術(shù)與傳感器，2010（8）：54～56

8 蘇 云，潘豐，肖應(yīng)旺.基于組態(tài)王與PLC的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)［J］.電氣自動(dòng)化，2004，26（6）：39～40

9 邵 英，夏 立，楊宜仿，卜樂(lè)平.利用組態(tài)軟件設(shè)計(jì)的一種船舶電站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)［J］，船電技術(shù)，2000（4）：39～42

10 劉 耀，李超良.組態(tài)軟件架構(gòu)的研究與設(shè)計(jì)［J］.微計(jì)算機(jī)信息，2005，21（8）：86～87

11 俞新華，陶維宵，劉家軍.組態(tài)軟件圖形庫(kù)模型的研究［J］.微計(jì)算機(jī)信息，2003，19（4）：61～62

12 黃天戍，劉奇志，任清珍，等.組態(tài)軟件在工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)中的二次開(kāi)發(fā)［J］.武漢水利電力大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，32（2）：77～79