基于DeviceNet的渔轮SCADA解决方案

渔轮，尤其是海洋渔轮，工作环境相当恶劣、风浪、振动和海上长时间的孤独，甲板上和舱内的传统技术同样面临着挑战。据航海电工Fred Hansford说，船上的电气系统会经受到真正意义上的考验。曾经有位航海电器工程师这样说过：“如果您想在恶劣环境中试验什么，那么，就到渔轮上来吧！” 就在这样充满挑战的环境中，新西兰的Simunovich渔业公司成功地采用罗克韦尔自动化的技术，在它迄今为止最先进的渔轮——海洋和风号上装备了基于DeviceNet的SCADA和分布式人机界面（HMI）系统。 Simunovich渔业公司有着长期的创新传统。它成立于1960年，是新西兰海洋捕捞业的创始人之一。今天，Simunovich运作着新西兰最大的私营渔轮队，是重要的日本市场鲜鱼的重点供应商。 海洋捕捞业与其他产业一样，都具有其固有的传统习惯，一开始并不对PLC /DeviceNet/ SCADA技术表现出特别的兴趣，因此，技术在全球捕鱼业的甲板/机场控制中并不流行PLC/DeviceNet/SCADA 的监控模式。在过去的五年里，Simunovich渔业公司的电气工程师John Wright和他的小组改变了这一趋势，他们将PLC——常见的Allen-Bradley SLC系列小型逻辑控制器用在了Simunovich的渔轮甲板上，进行范围较广的控制和监视。他说，“就我们所见，Allen-Bradley拥有我们所需要的最好的软硬件组合。我们已经发现，采用SLC进行控制事实上可以使机器变得更加可靠。SLC控制器本身从未出过故障。” 海洋带来的挑战 Wright指出了出海渔轮电气系统所面临的无数挑战。它们包括粗调发电机和蓄电池供电、湿度、以及渔轮航行在汹涌浪涛中时所要经历的强烈的振动和撞击力。最重要的是，深海捕捞操作要求一种全新水平的可靠性。象海洋和风号这样的渔轮要离岸几千公里，为期几个星期、甚至几个月，而出海的船员们却没有太多的电气自动化知识。船员们的主要目标是保证船上捕鱼的质量。当船上捕到了价值上百万美元的水产时，系统如冷冻压缩机的协调运行就成了保证水产品在到达目的地时仍能保持其良好状态的极其重要的一环。尽可能减少系统停机时间也是极为重要的。以海洋和风号来说，它在大约三个星期的捕捞周期内能够装载800吨水产，每吨水产价值1300至390美元，因此，每天的停机费用将高达15000美元。这样的渔轮轻易不能停机。 船舱里的火灾 Simunovich渔业公司于1998年收购了海洋和风号，这艘渔轮给Simunovich渔业公司带来了前所未有的挑战。公司买来这艘61米长的渔轮时，它还是一场大火之后的残骸，需要进行大修。Simunovich渔业公司花费三百九十万美元、历时九个月才将这艘船整修好。发生在海洋和风号上的大火是由于海水进入了V16柴油内燃机的排气系统而引起的。大火迅速蔓延到机舱，并扩展到后甲板，烧毁了包括价值四十三万美元的尼龙渔网在内的后舱的所有东西。为了保证将来不再发生这样的灾难，Wright试图在渔轮重建其电气系统的时候针对这个问题引入一个监控/报警方案。所面临的挑战是要开发一套合适的对海洋作业来说是非常宝贵的信息收集和分布式HMI系统。在传统的海上船只上都可以看到采用了硬接线的数字式警报器系统。而Wright发现这种方法有它的局限。他认为：“报警器占用了大量空间，只能监视一个地方，且不能监视模拟量。要能够知道排气温度，必须监视绝对的模拟量数据。船上需要监视的远不止是驾驶舱一处，另外，需要从机舱、制冷系统、火警系统等地方采集大量的数据——既有模拟量，又有数字量。” 分布式I/O系统 在任何船只上的接线系统都远比陆地上的硬接线系统贵得多和难得多。连接到多个监控位置的几百个硬接线点对于海洋和风号来说显然是不现实的，也是非常昂贵的。Wright与FHE电气公司的Fred Hansford一道，开发出了他所设想的能够支持船上信息系统的创新的分布式I/O网络。由八个Allen-Bradley FLEX I/O框架所组成的网络分布于船上各处，由此提供了与船上系统相关的模拟量I/O的本地连接。FLEX I/O框架构成从船头到船尾的DeviceNet串行网络主干线上的节点，而DeviceNet主干线则连接到位于控制室的Allen-Bradley的SLC主控制器。这种方法极大地减少和简化了船上的接线。基于CAN的DeviceNet可以连接大约100个模拟量I/O和300个数字量I/O——这些I/O点分别与船上的主引擎系统、给水系统和报警系统相关，由此在点到点I/O连线和硬件方面节省了数千美元。 功能强大的SLC控制器能够对船上的数据进行复杂的分析。例如，SLC可以将船上八处排气温度中的每一个与计算平均值进行比较。“如果有一个喷嘴发生故障，那么那个气缸的排气温度就会低于平均值，”Wright解释道，“我们关注温度是否高于或低于平均值，或是热电偶是否出了问题。这种方法实际上可以让我们监视引擎内部所发生的事情。”海洋和风号的DeviceNet信息主干线采用了Allen-Bradley的KwikLink连接系统，它通过扁平四芯电缆和绝缘置换连接器（IDC）提供了一个简单的、模块化的DeviceNet系统。该系统能明显减少在劳力和材料方面的开支，并可以在不切断主干线的情况下方便而又快捷地在海洋和风号的DeviceNet网络上添加新的节点和删除废弃节点。 甲板上的人机界面（HMI） 海洋和风号上的系统数据通过一个分布式的HMI系统显示出来，该系统包括四个各自独立的Allen-Bradley PanelView图形化操作员接口——分别位于渔轮的驾驶舱、控制室、工程师舱和助手舱。全组态屏幕提供了关于船上各处控制系统的完整“画面”，显示屏幕可自动切换以显示最高优先级的报警信号。DeviceNet可以将智能设备的诊断信息——如输入模块出现故障——快速地传递到各个PanelView终端。这样就可以将至关重要的运行信息快速地传遍整个海洋和风号。Wright说：“以前，问题不能这么迅速地发现，因此造成故障修复延迟，这样就有可能损坏船上的设备，而现在，报警信息可以在四个不同的地方看到——这就保证了快速响应。” PanelView HMI/分布式I/O系统使得Simunovich在扩展和开发SCADA和HMI系统方面拥有了几乎是无穷无尽的能力。这是一个非常重要的特性，因为船上信息的要求每周会有相应变化。自从该系统在1999年十二月完成之后，至今已经有包括引擎转速（RPM）和轴转速（RPM）测量数据在内的无数的数据点添加到了这个系统。这些变化又简单又方便，在新的I/O添加进来时只需要很少的连线，而数据显示情况的增加则只需要在组态屏幕时作些更改而已。信息共享也是既简单又直接。海洋和风号的海水监控系统能够提供主引擎冷却通风口处的海水的情况，它最初安装时出于工程目的，且只在机舱显示。后来，人们发现有关海水情况的数据对于舵手定位捕鱼目标来说是非常有用的环境数据。在屏幕上进行简单的重新组态之后，有关海水的数据就可以在驾驶舱内的HMI上显示了。 未来的前景 在整修完成以后一年多的时间里，海洋和风号没有错过任何一次运作机会。它的船上SCADA系统室的船员们始终了解渔轮的运行信息，将渔轮的停机（船）时间保持在最短。Wright说，“系统提供了百分之一百的可靠程度，这就相当于百分之一百的可用捕鱼时间，实现了百分之一百的潜在收益。”该系统也曾避免了至少一次大修。“我们注意到主引擎的排气温度高于它们应该的温度，”Wright解释说，“当时，有人表示怀疑，但是，我们用手持温度计检查了主引擎的排气温度。SCADA系统是正确的——我们正在超负荷运行。”一次快速的决策延长了引擎的寿命，并避免了价值十七万两千美元的引擎大修。Wright相信：“这标志着海洋和风号步入了信息化的未来，这也是Simunovich渔业公司根据渔轮情况进行主动维护的标志。维护管理是一件大事，以前常常是定期大修和停机维护，而现在，定期维护将成为历史，根据渔轮情况进行主动维护和库存管理是今后将采用的方法。” 海洋和风号的船上信息系统为这样的维护计划提供了全部的重要信息。一个关于系统情况的日益丰富的数据库将成为预见未来的理想基础，这将会使得海洋和风号只会偶尔出现在港口——其余时间都在海上，“正在捕鱼”！