基于SCADA的船舶电站远程监控系统的设计研究

王 勇，陈庭勋，童佳俊，季小刚

（浙江海洋学院 船舶与海洋工程学院，浙江舟山 316000）

基于SCADA的船舶电站远程监控系统的设计研究

王 勇，陈庭勋，童佳俊，季小刚

（浙江海洋学院 船舶与海洋工程学院，浙江舟山 316000）

船舶电站远程监控系统是一种保证船舶供电安全和稳定的重要控制系统。论文设计的是结合工业以太网通信技术并且基于数据采集与监视控制系统（SACDA）的船舶电站远程监控系统，运用先进的科学技术，实现船舶电站全天候、精准的监控，该系统还具有故障报警、数据采集、设备控制等功能。

船舶电站；远程监控系统；SCADA

0 引言

随着科学技术的发展，信息技术、控制技术以及自动化技术与船舶电站联系的更加紧密，在这种背景下，船舶电站远程监控发展迅速。而目前 SCADA系统在国内，尤其在船舶电站远程监控系统中的应用还不够广泛，我国的高校、科研院所对 SCADA系统技术的研究与应用尚处于起步阶段，导致 SCADA系统的技术在船舶应用上很少，应用与开发的技术并不成熟，在认识和经验上相对薄弱，在这方面的研究和实践还需要不断努力。本文基于 SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）设计了一种船舶电站远程监控系统。

1 SCADA概述

SCADA[1]系统，即数据采集与监视控制系统，通常与控制设备PLC（Programmable Logic Controller，可编程序逻辑控制器）组合使用，也可以接智能表、板卡等来使用。SCADA系统兼容性强，早期通常运行在DOS、UNIX、VMS系统中，现在多数运行在Windows操作系统中，只有少部分是运行在 Linux系统中。SCADA系统功能强大，它可以对现场运行的设备进行数据采集、控制及各类信号报警等。目前，很多行业都采用了 SCADA系统进行监控，比如电力、食品、科研、化工、医药等领域，尤其在电力行业，SCADA系统技术的应用最为成熟、广泛。当前对船舶电站监控的要求是可靠性高、安全性强、经济效益好，同时还要符合自动化与现代化要求，针对这些要求，SCADA系统对有着不可代替的作用。

2 船舶电站的组成

船舶电站系统包括电源装置、配电装置、电网和负载四部分[2]。

1）电源装置。电源装置是一种提供电能的装置，柴油机组和蓄电池组是船舶上比较常用的两种电源装置[3]。

2）配电装置。配电装置是对电源和负荷进行计量和控制的装置，通常配电装置设在发电厂或者变配电所处[3]。

3）电网。电网是全船电缆电线的总称，其作用是输送电能、分配电能[3]。

4）负载。负载主要包括船舶上的各种机械设备、电气设备、厨房用电设备以及其他用电设备[3]。

3 船舶电站远程监控系统的硬件设计

可编程控制器（PLC）是一种先进的控制设备，具有功能强、可靠性高、易操作等优点，在工业领域被广泛应用。论文船舶电站远程监控系统中采用的是服务器与工作站的形式。

工作站中采用的是某公司的AIMC-2100-00A1E工控机，如图1所示，每个工作站都有一个唯一的IP地址，除了工控机之外，还包括服务器、GPS、交换机、打印机，服务器使用的是戴尔Power Edge系列。

图1 系统诊断图

控制设备采用某公司的AC500PLC[4]，在硬件设备连接方式上 SCADA系统一般采用的是点到点方式连接到服务器上，或者采用总线方式。点到点方式的连接是通过串口（RS232）连接到服务器上，总线方式是通过RS485或以太网等方式连接到服务器上，最终实现服务器、控制器还有其他设备的连接。典型的硬件配置如图2所示。

船舶电站中用来闭合或开断电路的设备，一般工作在电压等级比较高的环境下，为保护船舶电站的正常工作，则需要电力开关作保护。此系统需要用到的电力开关包括断路器、隔离开关以及接地开关。断路器[5]在电力系统中常常被用到，它是一种隔离高电压大电流短路保护的开关。隔离开关是用来隔离带电装置或电源的一种开关电器，通常与断路器配合使用，在实际操作时它必须要先于断路器合闸，后于断路器分闸。接地开关也是一种重要的保护装置，它的作用是承载非正常条件下的电流，例如，短路电流。但是在电路正常工作的情况下不需要承载。上述提到的电力开关器件如图 3所示，这三种设备是起到保护所在回路正常使用及安全的作用。

图2 SCADA系统典型的硬件配置

以备用发电机监控界面为例，当船舶电站向电气设备供电时，B1盘和B4盘上的断路器、隔离开关及接地开关会相继开通，为电气设备供电。每个盘上都有电表和检测设备，实时监控硬件设备的数据信息。在各个监控界面上可对船舶电站上相应的硬件设备进行远程监控，实时的观察硬件设备的数据信息，当设备运行不正常，可以很清晰的在监控界面上看到故障的位置及报警的信息。当设备重新正常稳定的工作，监控界面将会正常显示。

图3 备用发电机监控界面

4 船舶电站远程监控系统的软件设计

1）图形界面工具

监控界面软件采用 SCADA设计。在工具箱里运行画面编辑器对界面进行编辑，图形界面中每个对象作为独立的单元，都有各自的状态，可以通过对象的属性进行设置。根据 SCADA系统需要实现的具体功能，此设计实现了系统诊断图、一号和二号发电机、备用发电机监控界面、开关跳脱记录、报表、趋势图和温度监控的功能。例如，用画面编辑器对一号发电机和二号发电机监控界面进行编辑，所得的图形如图4所示。界面的最下面是系统的各个不同监控界面，点击即可进入相应的界面。从图中可以看到电气设备的电流和功率参数，点击进入即可查看更详细的数据。考虑到船舶航行的复杂性，当一号和二号发电机出现故障，系统将调用备用发电机，备用发电机的监控界面图如图 3所示。其功能与两台常用发电机一样，供电以带动电动机、照明设备和其他用电设备，多余的电能储存在蓄电池中。

图4 一号和二号发电机监控界面

2）数据库系统

数据库系统[6]包括实时数据库和历史数据库。

SCADA系统内部的实时数据库不受现场设备的制约，它能够记录实时过程的历史数据，在系统运行时将过程存档，并能够查询历史数据，还能够对产生的事故进行分析等。SCADA系统的历史数据库工作原理是将实时数据库中的内容以某种方式转成历史记录，在查看历史数据时则需要通过数据库处理获得，例如此设计中开关跳脱记录、报表、趋势图和温度监视四个子界面中的数据信息。

3）事件及报警

为了提高整个系统的安全性，系统对各盘的温度进行了监控，当电气设备的温度过高时将会报警。报警模块能够提供实时、准确的报警信息提示操作人员，报警模块从实时数据库读取数据，将处理的结果以事件方式写入历史报警记录。例如温度监视界面如图5所示。

图5 温度监视图

事件处理功能可以记录系统中各种状态的变化和其他活动情况，例如用户登陆、注销、站点启动、参数修改等。

监控界面包括 9个子界面，分别是系统诊断图、一号发电机、二号发电机、备用发电机、开关跳脱记录、报表、趋势图和温度监视。点击按钮即可进入相应的界面，当点击开关跳脱记录按钮，即可查看相应的开关通断情况。开关跳脱记录界面如图6所示。

图6 开关跳脱记录

5 总结

论文对 SCADA系统进行了详细的介绍，包括SCADA系统的技术应用背景、概述、船舶电站结构组成，系统硬件和软件设计。重点介绍了SCADA系统的监控界面，整个界面由系统诊断图、一号发电机、二号发电机、备用发电机、开关跳脱记录、报表、趋势图和温度监视组成。SCADA系统在电站监控中具有独特的优势，其数据采集范围的距离很远；数据采集站点数量多；实时性高；硬件介质兼容能力强；现场模块（RTU）灵活，且适用于恶劣环境。综合考虑多方面的因素，论文设计的SCADA系统对船舶电站供电的安全性、可靠性及稳定性具有很好的实际应用效果。

[1] 颜志斌. 基于 SCADA的宿迁中油运河油库罐区监控系统设计[D]. 四川: 电子科技大学, 2011.

[2] 罗文锋. 基于LabVIEW与PLC的船舶电站监控系统的研究[D]. 武汉: 武汉理工大学, 2009.

[3] 刘国平. 船舶电气与通信[M]. 北京: 海洋出版社,2010.

[4] 袁任光. 可编程控制器选用手册[M]. 北京: 机械出版社, 2002.

[5] 电力开关的职能和分类[OL]. 成套电气论坛,www.59ct.cn, 2013.

[6] 宋新航. SCADA系统设计与实现[D]. 天津: 天津大学, 2007.

Design of the Remote Monitoring of Marine Power Station Based on SCADA

WANG Yong, CHEN Ting-xun, TONG Jia-jun, JI Xiao-gang
(Naval Architecture and Ocean Engineering, Zhejiang Ocean University, Zhejiang Zhoushan 316000,China)

The remote monitoring system of marine power station is an important system that it is to keep the security and stability. The thesis has designed a marine power automation system based on supervisory control and data acquisition (SCADA) that combining Ethernet network-communication.Using advanced science technology, the system is not only to monitor and control the work of marine power station on real-time and accurately, but also to have such functions as fault alarm, data acquisition, device control and so on.

marine power station; remote monitoring system; SCADA

U665.12

A

10.16443/j.cnki.31-1420.2015.06.022

王勇（1990-），男，硕士研究生在读，从事船舶电气与自动化研究。