基于组态技术的船舶自动化控制系统设计平台的开发＊

周剑敏

（浙江国际海运职业技术学院，浙江舟山 316000）

船舶自动化系统是现代船舶操控技术发展的一个趋势，船舶综合自动化集机舱自动化、航行自动化、信息一体化、装载自动化等于一体，在主控系统与各项设备之间采用网络技术进行通讯，达到高效、可靠、安全的双向数据采集、传递、处理、控制的目的。

随着我国造船工业的不断发展，出口船舶生产的日益增多和造船吨位的不断增长，造船企业所接订单中，船型、吨位、自动化程度等要求差异悬殊，如何面对复杂的用户需求，完成船舶自动化控制系统的设计、制造和安装，直接影响船舶的安全性、可靠性、经济性，也直接影响船舶建造工期及经济效益。

高效、高质的船舶自动化控制系统的设计、生产，离不开现代化的辅助设计工具。目前基于组态和CAN网络技术的自动化控制系统设计软件在船舶自动化控制系统的设计、制造过程中广泛应用。船舶自动化控制系统的部件极其复杂，其功能参数繁多、产地来源极广，涉及到繁杂的电气性能、数据类型等。如何在不同的船舶建造设计过程中根据船主的要求，选配合适的自动化控制部件，设计建造出符合国际标准的自动化控制系统，是众多造船企业、技术研究部门考虑较多的问题。

目前，国内各相关单位在船舶自动化控制系统设计使用较多的软件有施耐德电气公司的Concept工程师站组态软件包、北京三维力控科技有限公司的工业监控组态软件、亚控科技发展有限公司的组态王、西门子的SIMATIC WinCC flexible、北京昆仑通态自动化软件公司开发的MCGS等。从企业应用情况来看，采用通用组态软件可以大大提升船舶自动化控制系统的设计水平和设计效率，但是由于通用组态软件在船用PLC设备、智能仪表、智能模块方面没有专门设计支持功能，用户在船舶自动控制系统设计过程中，需要花费大量时间和精力进行重复的设备模型脚本和参数设置，是船舶综合自动化设备制造企业设计、生产过程中的主要瓶颈之一。研制一个基于组态技术的船舶综合自动化系统设计平台，为设计人员提供船舶自动化控制系统设计“模板”和“模板库”，从而进一步提高船舶自动化系统设计效率和设计水平，提高船舶自动化控制系统的可靠性和安全性，缩短船舶建造周期。

1 基于组态技术的船舶自动控制系统设计平台构架

常用的组态软件一般都包含有强大的画面显示组态功能、良好的开放性、丰富的功能模块、强大的数据库、可编程的命令语言、周密的系统安全防范以及仿真功能。可以实现现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、仿真动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等应用。

为了适应船舶自动控制系统的设计与应用需要，通用型的组态软件需要在图形动画库、函数参数库、控件库等方面进行强化，以方便在船舶自动化控制系统的设计和实际应用时，能高效率、模块化地开展工作，系统架构如图1所示。

图1 船舶自动控制系统设计平台基本架构

2 专用图形界面库的建立和应用

船舶的航行，离不开主机、辅机及其他机电设备的协同运行。现代化的船舶配备了多种自动化的机电设备，降低劳动强度，创造高效轻松的工作环境，这些都需要能仿真显示设备运行状态的控制系统的支持。

组态软件通常提供了常用机电设备的组态图形库，但对于船舶专用机电设备来说还远远不够。

基于组态技术的自动化控制设计平台首先应解决的就是专用图形界面库的建立问题。组态图形库封装了船舶自动控制系统图形组态中可能使用的各种图元和动画连接，主程序利用图形库绘制各种图形。图形库由三部分组成：图元库、动画库和图形管理类。

图元库封装了绘制各种图形的实体，绘制的图形表征了现场的各种设备；动画库封装了各类动画，动画根据所连接的设备数据动态改变图元库中图元属性，从而使图元表现出不同的特征，以反映图元对应的现场设备运行工况，如各类仪表、舵机、螺旋桨等，如图2所示是艏侧推系统的动态运行状态界面。

图2 船舶艏侧推系统运行动态实时动画和参数显示

3 函数库和参数库的建立及应用

针对船舶自动化控制所需要的各种传感器和伺服器，组态软件提供了丰富的驱动程序，可以方便地予以支持。但是，如何逼真地在控制系统显示器的人机交互界面仿真显示机舱等机电设备的实时运行状态，并实现实时的报警预警机制，需要设计人员针对各种设备在船舶运行中的功能和需要，利用组态软件丰富的脚本语言，开发对应的程序代码，必要时可以采用高级语言，开发组态软件所能支持的控件，对组态系统数据分析能力进行强化和扩展，如图3所示是专用函数对所采集的数据分析运算后显示的结果界面。

图3 船舶主机运行状态实时显示及报警提示界面

4 组态扩展动态库的开发和应用

组态软件具有良好的开放性，集成有可编程命令语言、开放的通用数据库、可编辑的图库等，这为采用其他高级语言与组态软件进行数据交换，实现更广泛的自动控制应用提供了渠道。

由于组态软件内嵌的脚本命令相当简单，在处理复杂数据时不能完全满足开发者的需要，特别是在进行一些特殊算法的处理时，高级编程语言的优势是不可替代的。

高级语言与组态软件进行数据交换的方式很多，既可以通过数据库直接读写方式，还可以通过Winsock控件进行网络访问，或串口通讯方式，或采用DDE数据交换、XML封装数据交换等方式。在船舶自动化控制系统中，根据运行环境的特点，以上方式都可以使用，而由组态软件直接调用ActiceX控件的数据处理模式因安全可靠、扩展维护方便，更适合用于船舶环境。

组态动态扩展库就是将为了增强组态软件在船舶自动化操控系统中数据和图形等处理能力所开发的各种控件，采用数据库形式进行管理而建立的动态链接库，以便于在系统设计和应用时无须重复开发而直接引用，提高设计和应用的工作效率。图4是组态系统中控件库架构示意图。

图3 组态系统扩展控件库架构图

5 结 语

船舶操控自动化是信息技术和自动化技术发展的必然趋势。组态软件是自动化控制系统中应用最为广泛的控制平台系统，对组态软件在图形库、函数库、参数库、控件库等方面进行二次开发，或针对性地进行扩展，打造船舶自动化设计和制造的专用平台，可以使船舶自动化系统设计和制造过程效率大大提高。

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