基于力控组态的船厂防台监控预警系统

林明冲

（江门航通船业有限公司，江门 529145）

1 前言

台风是一种灾害性天气，破坏力极大，是船厂的一种主要潜在危害：（1）风暴潮增水叠加高潮，往往造成船厂和码头因潮水倒灌而受灾，导致施工设备、库存材料及设备被淹损坏；（2）连续的强降雨导致船舱进水、船舶倾斜，在暴风侵袭中愈加危险；（3）台风的超强风暴使码头机械(吊机)在没有采取有效防台措施情况下被刮倒，伤及停靠船舶或人员；（4）超强风暴可能撕断船舶加固的缆绳，使船舶像脱缰之马随浪漂浮，造成船体、桨叶、舵叶及码头的损坏、危及航道上的桥梁桥墩，甚至会使船舶被抛向堤岸造成搁浅或舱底破损而沉没。

传统的防台值班方式，需要大量的值班人员冒雨按预案线路进行巡查，不仅效率较低，而且工作强度及危险性较大。因此，根据多年的防台经验和总结，设计了一套基于力控组态的防台监控预警系统，该系统组成如图1 所示。

图1 防台监控预警系统总图

2 防台监控预警系统的硬件组成

（1）码头环境检测设备

为动态了解台风的强度及影响，对海面水位、风速、风向等环境因素进行检测：

① 码头处装有投入式水位测量传感器，测量现场水深与码头的标尺对比，通过上位机的力控软件程序进行差值运算并转换为海平面标高与潮汐表对比，判断船舶是否存在搁浅等；

② 在码头空旷高处装设风速风向仪，检测风速、风向信号；

③ 水位传感器、风速仪具有标准MODBUS 接口，接入控制柜内的串口服务器，转为TCP/IP 协议接入集汇交换机。

（2）厂区内浸水点监测设备

在能反应厂区浸水情况的地方安装液位测量传感器[1]进行动态监控。由于浸水点分散且部分检测点位置离控制站比较远，若单独敷设通讯光缆成本比较高，而且受路面、障碍物影响难以施工。为此，采用GSR-780 信号采集模块，使用无线数据传输技术进行数据的传输。该4G /GPRS DTU 模块具备串口串行通信接口，实现RS232/485 转4G 双向透传功能，支持自动断线续传，可保持永久在线状态。

当厂区内的浸水监测点超过警戒水位时，通过点击组态软件对应的排洪泵开启按钮，指令通过网络下达至泵启动箱启动防洪泵。为了确认泵组是否已成功远程遥控启动，防洪泵的泵出口管路上安装压力传感器，压力信号接入变频器的模拟输入点，通过变频器的MOUDBUS 接口整体读取泵的运行状态、泵出口压力、运行电流、电压等信息，并在值班中心上位机组态软件显示。

（3）起重机防台设备

由于码头上的起重机结构庞大、受风面积大，风力大时容易滑动甚至碰到止挡板而倾倒。为了防止起重机司机未按下防风锚定装置直接下班离岗，通过安装限位开关检测锚定器是否上锁到位、拨杆上安装的倾角传感器检测当前拔杆的角度。在系统进入台风布防时，如果锚定器未上锁到位、拔杆末端不下放倒至地面，异常信息将通过GPRS 网络传至监控中心。

（4）码头船舶实时动态视频监视设备

船舶倾斜度、船间碰撞、缆绳状态等是船厂防台关注的重中之重，实时的动态视频监视尤其重要。综合考虑覆盖面、成本、施工便利等因素，在船舶码头上立高塔，使用大广角及带云台控制的摄像头，实现较少摄像头完成高覆盖面，且安装有投光灯补光使成像更清晰。选购与上位机力控软件兼容较好的海康威视摄像机，值班人员可以按需要进行摄像机旋转、变焦操作，在投光灯补光下清晰监控码头船舶、缆绳等实时状态，当有异常时，及时通知防台小组人员到场处理。

（5）通信网络系统设备

系统基于Modbus 总线并采用CRC 校验（即循环冗余校验），确保数据交换速度以及控制指令传达的可靠性。系统遵循标准的Modbus 协议设计，支持Modbus 控制协议的仪表、设备都可以通过简单组态编程接入总线，而智能仪表普遍带有RS485 接口，设计具有较强的通用性。

整个通信网络采用TCP/IP 协议组网，新增的采集模块全部采用标准的MODBUS/TCP 协议，而原有的设备自带MODBUS/RTU 协议总线接口，通过串口服务器转为TCP/IP 协议。监控摄像头的硬盘刻录机，采用标准的TCP/IP 协议，汇入监控中心的集聚交换机。系统网络拓扑图，参见图1。

3 防台监控预警系统的软件实现

本系统上位机软件基于北京三维力控Forcecontrol开发。Forcecontrol 支持B/S 和C/S 两种访问方式，支持GPRS 等移动通讯功能；支持网络冗余及故障切换；提供多重冗余结构、GSM 手机短信报警管理系统；内置区域实时数据库完成数据处理，可实现累计、统计、控制、线形化、PID 控制、各种运算等多种功能[2]。

远程监控中心是整个系统的核心部件，具备以下功能：

（1）实时数据处理及存储

获取各个通信模块节点的数据，下达控制指令信号，实时处理上传的数据，并以图文并茂的方式进行展示，提供实时显示、趋势曲线、上下限报警、报表查询、打印等功能，工作人员可随时了解当前的环境参数、各设备的工作状态、系统报警信息；通过调用海康威视摄像头专用力控官方组件，获取实时监控码头信息，通过编写云台控制、摄像头变焦、图片保存等运行脚本程序[3]，除具备视频数据实时采集功能外，还具备云台旋转控制、变焦控制等功能，使得整个码头边的船舶动态、缆绳状态尽在掌握中。

配备有独立关系数据库进行数据存储，包括：用户名、密码、交班事项、历史报警信息、值班推送手机号码、系统参数等。

（2）短信模块联动

码头水位高、水浸点水位高、风力超限、吊机未锚定到位等关键异常情况的简要信息，通过短信模块借助中国移动GSM 网络发送至防台值班人员手机。系统采用siemens tc35 短信发送模块，具体的配置操作如下：

在力控组态软件中的IO 设备里选择短信模块siemens tc35，定义短信猫连接串口；数据库变量定义好发送启动标志符、手机号和短信内容进行短信推送。

建立一个按钮，左键动作如下即可；

SendSW.DESC="1"; //启动发送开关，置1 启动，发送完成后延时置0 停止

photo.DESC="+86189XXXXXXXX"; //目标电话号码

text.DESC="报警内容"; //发送内容

为防止同一报警被多次发送，采用同一报警仅触发时发送。

（3）联网查看

为了便于网络访问当前的所有监控、报警信息，使用力控开发软件的WEB 发布功能。配置企业出口主路由的端口映射，用于远程客户浏览。

（4）权限管理

系统需凭用户、密码登录后，方可修改用户名、密码、分配控制权限、屏蔽异常传感器、推送信息接收者的电话号码增减、交班注意事项登记管理等；重要修改将修改人、修改时间等信息记入运行日志。

系统运行实践表明，各项指标达到预期效果。系统具有组网方式灵活、对原有设备改造小、低成本、高可靠、易扩展、画面显示生动逼真、控制响应灵活等优点；同时采用B/S 构架，可随时联网登录查看，具有较高的实际应用价值。

4 结束语

我司位于台风区域，防台减灾是企业的重要工作。结合当前新兴的物联网技术实现高效、安全的台风预警，以传感器代替人工监测，控制中心电脑集中显示，不但可以最大限度提高防台工作的精准性、降低作业风险，而且体现了企业“以人为本、本质安全”的持续发展理念。