某型船舶液位遥测系统软件的设计开发
史
辉
（西门子（中国）有限公司上海分公司，上海200082）
摘
要：分析了某型船舶液位遥测系统的市场需求和设计思路，包括详细的系统拓扑图、功能单元以及操作步骤，然后重点阐述了
某型船舶液位遥测系统软件的开发流程，包括硬件组态、软件代码、核心算法以及MIMIC 画面绘制。
关键词：船舶液位遥测系统；西门子PCS7平台；WinCC ；SCL ；CFC ；船舶自动化系统
1船舶液位遥测系统概述
目前船舶工业的自动化和数字化水平有了长足发展，特
别是一些电力推进船舶、海洋工业船舶以及特种作业船舶的自动化程度越来越高。船舶液位遥测系统作为船舶自动化系统的重要组成部分，在保持船舶稳定性、可靠性和安全性上发挥着关键作用，并且提高了船舶操控的实时性和船员工作的舒适性。对某些特殊船舶比如液货运输船来说，液位遥测系统还能通过精确测量和计算液货参数来提高船舶运营效益。
船舶液位遥测系统一般包括传感器和数据传输、可编程控制器PLC （Programmable Logical Controller ）计算模型以及人机界面HMI （Human Machine Interface ）监视报警等部分。总体
来说，船舶液位遥测系统的技术关键点如下：
第一，传感器部分。船舶液位遥测系统的传感器一般分为压电式液位变送器和吹气式液位变送器两大类，提高传感器的测量精度和可靠性能够直接提高船舶液位遥测系统的精确性和可靠性。
第二，PLC 计算模型部分。目前PLC 性能有了很大提升，特别是欧美一些主流PLC ，都能够用高级语言编写复杂的逻辑功能，这就为软件开发者提供了设计和编写复杂数学模型的可能。优化船舶液位遥测系统的计算模型是一种在不增加任何硬件投资或硬件修改的前提下，却能够显著提高系统准确性的方法。
第三，人机界面HMI 部分。通过优化界面和监视报警功能，能够提高船舶液位遥测系统的易用性和友好性。
2某型船舶液位遥测系统软件的构架和功能
本型船舶液位遥测系统主要侧重于PLC 计算模型的优化，选择西门子S7-400H 系列PLC ，编程环境使用西门子PCS7平台，本文主要讨论软件方面的架构和功能。2.1
某型船舶液位遥测系统软件的原理
船舶的液体舱室一般包括燃油舱、滑油舱、淡水舱、压载水舱、污水舱等，这些舱室液体的液位、体积、重量和温度等重要参数都需要实时反馈给操作人员并在异常情况下声光报警，这就是船舶液位遥测系统的软件功能。特别是对于半潜船，在下潜和上浮等装卸货过程中，压载水舱的重要参数更是需要准确并及时反馈给驾驶室操作人员以及阀门遥控和海水泵控制系统，因为这关系到半潜船舶作业安全和人员安全。
对于一个液体舱室（Tank ），一般安装两个测深管，一个传感器测深管用来安装液位传感器，一个手动测深管操作人员用来核实舱室液位。得到液位高度之后通过查询舱容表能够得到液体体积，其中远程舱容表（Remote sounding table ）用于船舶液位遥测系统的PLC 计算模型自动查询，手动舱容表（Manu
al sounding table ）用于操作人员人工查询。液体体积与液体密度的乘积就是液体重量。这个计算过程看似比较简单，但考虑到船舶舱室的不规则性以及船舶总体的横倾（Heel ）和纵倾（Trim ）角度，就需要一个比较复杂的数学模型来进行实时修正。船舱液位传感器安装示意图如图1所示。
2.2某型液位遥测软件的二维查表加横倾补偿模型
上位机软件开发培训
这是一种复杂但精确的液位遥测软件系统的计算模型，
需要耗费较多的PLC 资源，首先应用二维查表法根据舱容表得到相应纵倾角度下的船舱液体体积，再根据横倾角度舱容补偿表查表得出横倾船舱液体体积补偿值，然后求和得到最终的船舱液体体积，进而计算体积和密度的乘积就能够得到船舱液体重量。
船体设计三维建模之后会提供一份舱容表数据，一般舱容表的格式如图2所示。
通过液位传感器和倾角传感器可以得到船舱的液位和纵倾角度，PLC 首先检查纵倾角度的范围，从而决定使用哪一列的舱容数据，然后再根据液位得到相应的船舱舱容，进而计算舱容和密度的乘积就能够得到船舱液体重量。
3某型船舶液位遥测系统软件的程序开发
该型船舶液位遥测系统软件的开发是基于西门子
图1船舱液位传感器安装示意图
传感器安装管（液位遥测表）
手动测深管（手动测深表）
图2船舱纵倾舱容表示意图
yu Fenxi
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（SIEMENS ）PCS7平台，编程语言主要是SCL （Structure Control Language ）、CFC （Control Flow Chart ）等，另外需要WinCC 的配置以及脚本（Script ）编写，上位机操作站使用西门子WinCC 软件。下面按照程序的开发逻辑顺序进行分析。3.1
二维查表程序的编写
第一步，需要将液位传感器的压力值转换为高度值，首先液位传感器的压力值减去基准压力值，再乘以一个由转换单位决定的系数，然后除以重力加速度和密度的乘积，即可得到船舱液位高度。
第二步，应用二维查表法将船舱液位高度转换为船舱液体体积，这个过程需要复杂的SCL 语言实现，具体变量定义和程序如图3所示。
3.2逻辑控制功能的实现
用SCL 语言编写好二维查表等核心功能之后，就需要用
CFC 语言搭建船舱液位遥测软件系统的逻辑控制功能。首先是液位传感器压力信号转换为高度信号的逻辑，接着是应用二维查表法得到船舱舱容和重量的逻辑，然后是船舱液位、舱容以及重量等信号和其他参数上传到操作站的逻辑。3.3
上位机操作站功能的实现
上位机操作站是客户机服务器架构，即服务器主要负责与控制器交换数据，包括发送控制命令、接收反馈状态以及判断报警信息等，客户机主要与服务器交换数据并提供操作员界面等。
对于每个船舱来说，以数字和柱状图两种形式实时显示舱容数值和单位，当船舱液位高于预报警限值数字背景变为黄，当船舱液位高于报警限值数字背景变为红，同时预报警或者报警会显示在报警列表中。上位机操作站的操作界面如图4所示。
在上位机操作界面中，单击某个船舱液位的显示框即可弹出如图5所示面板，这个面板可以显示船舱液位、体积、重量等数值，还能够设置密度、范围等参数。
4结语
本软件系统在设计阶段就做了总体构架，比如考虑到软
件平台的通用性、硬件的可靠性、调试维护的易操作性等，另外，本系统还具有接口适应性好、功能完善、操作方便等特点。
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收稿日期：2019-10-31
作者简介：史辉（1982—），男，河北人，工程师，西门子（中国）有限公司上海分公司部门主管，研究方向：船舶自动化系统的软件设计和开发、项目的编程和调试
。
图3二维查表法程序代码示意图
图4上位机操作界面示意图
图5上位机船舱液位操作面板示意图
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