宗鈺煬 周玉龍 周 密

（江蘇科技大學(xué) 船舶與海洋工程學(xué)院 鎮(zhèn)江 212003）

引 言

船舶的浮態(tài)及穩(wěn)性對(duì)船舶安全順利地完成其使命任務(wù)影響十分重大，因而實(shí)現(xiàn)船舶的浮態(tài)及穩(wěn)性的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)報(bào)警顯得尤為必要。

目前的監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)主要采用工業(yè)組態(tài)軟件，它相當(dāng)于一個(gè)“二次開(kāi)發(fā)平臺(tái)”，一般不需要自己編寫程序，使用起來(lái)方便快捷。其中西門子的WinCC組態(tài)軟件不僅能夠生成可視化監(jiān)控界面，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控對(duì)象的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)警，而且由于其具有強(qiáng)大的SQL2005數(shù)據(jù)庫(kù)，還可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)歸檔、報(bào)警記錄以及報(bào)表打印等功能。［1］通過(guò)WinCC組態(tài)軟件設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)界面可以直觀顯示船舶液艙的液溫液位數(shù)據(jù)，雖然缺乏對(duì)復(fù)雜數(shù)據(jù)的計(jì)算處理功能，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)液艙裝載及浮態(tài)穩(wěn)性數(shù)據(jù)的計(jì)算，然而VB可以很好地解決這一問(wèn)題。為了更好地發(fā)揮WinCC和VB軟件的優(yōu)勢(shì)，本文利用數(shù)據(jù)交換技術(shù)將WinCC液艙液位液溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和劉文艷學(xué)者采用VB編程軟件設(shè)計(jì)的“浮態(tài)調(diào)整輔助決策系統(tǒng)”［2］結(jié)合起來(lái)，從而獲得更為理想的結(jié)果。

目前，組態(tài)軟件和VB應(yīng)用程序主要采取DDE、OLE、OPC三種方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。［3］本文利用VB與WinCC組態(tài)軟件的功能互補(bǔ)性，采用DDE技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)交換，實(shí)現(xiàn)船舶液艙裝載及穩(wěn)性的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

1 DDE技術(shù)

動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換（Dynamic Data Exchange，簡(jiǎn)稱DDE），是一種在Windows操作系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間通信的技術(shù)。DDE使用系統(tǒng)共享內(nèi)存來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)程之間的數(shù)據(jù)交換，并通過(guò)DDE協(xié)議同步傳遞數(shù)據(jù)。使用DDE通訊需要有兩個(gè)Windows應(yīng)用程序，其中一方作為服務(wù)器處理信息，另一方作為客戶機(jī)獲得信息。［4-5］客戶機(jī)與服務(wù)器之間數(shù)據(jù)交換的方式稱為連接。DDE有三種連接方式:熱連接、溫連接、冷連接。［6］熱連接能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向通信，而溫連接與冷連接均不能實(shí)現(xiàn)。所以根據(jù)監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的需求，本文采用熱連接的方式進(jìn)行WinCC液位液溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件與“浮態(tài)輔助決策系統(tǒng)”（如圖1所示）之間數(shù)據(jù)交換。

圖1 “浮態(tài)輔助決策系統(tǒng)”界面

2 基于DDE的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

以某船為原型，對(duì)該船各類艙室的液位、液溫進(jìn)行監(jiān)測(cè)，共設(shè)置280個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)液艙艙深及液體性質(zhì)選擇相應(yīng)的壓力傳感器。但是由于液體密度的變化、電源電壓的波動(dòng)、信號(hào)的衰弱等均會(huì)使測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生較大誤差，因此，還應(yīng)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。例如根據(jù)壓力傳感器原理= ρgh，采用雙差壓法，即一個(gè)壓力傳感器測(cè)量已知液位下的壓差，另一個(gè)測(cè)量需測(cè)液位下的壓差，通過(guò)計(jì)算消除密度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。并確定電源電壓波動(dòng)、信號(hào)衰弱等與測(cè)量值和實(shí)際值之間的關(guān)系，通過(guò)相應(yīng)公式對(duì)這些影響進(jìn)行消弱或消除，最后在PLC中對(duì)這些計(jì)算公式進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)值的修正。將PLC與傳感器進(jìn)行正確連接，并通過(guò)PROFIBUS電纜與上位機(jī)進(jìn)行連接。在上位機(jī)中采用WinCC軟件對(duì)監(jiān)測(cè)界面、監(jiān)測(cè)變量、采集周期、歸檔周期、網(wǎng)絡(luò)傳輸速率等進(jìn)行組態(tài)設(shè)置，實(shí)現(xiàn)組態(tài)軟件WinCC對(duì)船舶液位、液溫的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

原有的“浮態(tài)輔助決策系統(tǒng)”需要人工（手動(dòng)）輸入現(xiàn)場(chǎng)液艙液位數(shù)據(jù)后才能進(jìn)行液艙數(shù)據(jù)及浮態(tài)穩(wěn)性數(shù)據(jù)的計(jì)算，其系統(tǒng)界面如圖1所示。采用人工輸入不僅會(huì)造成輸入誤差，而且從采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)到人工輸入數(shù)據(jù)也產(chǎn)生了相應(yīng)的時(shí)間誤差，工作繁瑣，不符合現(xiàn)代化船舶監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的要求。本文通過(guò)DDE數(shù)據(jù)交換機(jī)制，將WinCC液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與“浮態(tài)輔助決策系統(tǒng)”完美結(jié)合，并實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)交換。

系統(tǒng)運(yùn)行的具體過(guò)程如下:組態(tài)軟件WinCC通過(guò)PLC和傳感器實(shí)時(shí)獲取現(xiàn)場(chǎng)液位、液溫的采集數(shù)據(jù)；通過(guò)DDE通訊機(jī)制，將液位數(shù)據(jù)傳遞給VB應(yīng)用程序“浮態(tài)輔助決策系統(tǒng)”；在VB應(yīng)用程序中完成液艙相關(guān)數(shù)據(jù)（液艙液重、重量的垂向坐標(biāo)、重量的縱向坐標(biāo)等）以及船舶浮態(tài)穩(wěn)性數(shù)據(jù)的計(jì)算，實(shí)現(xiàn)VB系統(tǒng)對(duì)船舶液艙裝載及穩(wěn)性狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；將VB應(yīng)用程序計(jì)算得出的重要穩(wěn)性數(shù)據(jù)通過(guò)DDE傳遞給WinCC，實(shí)現(xiàn)WinCC系統(tǒng)對(duì)船舶裝載及穩(wěn)性狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖2。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.2 以VB作為DDE客戶端的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

當(dāng)WinCC軟件中的變量通過(guò)傳感器和PLC獲取到現(xiàn)場(chǎng)液位數(shù)據(jù)后，該系統(tǒng)并不能進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理計(jì)算，這就需要“浮態(tài)輔助決策系統(tǒng)”來(lái)解決這一問(wèn)題。以WinCC液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作為DDE服務(wù)器，VB應(yīng)用程序“浮態(tài)輔助決策系統(tǒng)”作為DDE客戶機(jī)，通過(guò)DDE服務(wù)器將監(jiān)測(cè)到的實(shí)時(shí)液位值傳遞給DDE客戶機(jī)。

為實(shí)現(xiàn)兩個(gè)系統(tǒng)軟件對(duì)DDE的支持，以WinCC系統(tǒng)作為服務(wù)器，VB應(yīng)用程序作為客戶機(jī)，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要作如下所示設(shè)置:

（1）在WinCC項(xiàng)目的WinCC Explorer中的“計(jì)算機(jī)屬性->啟動(dòng)”中添加應(yīng)用程序DdeServ.exe，同時(shí)添加命令行參數(shù):/v/n；

（2）在VB應(yīng)用程序“浮態(tài)輔助決策系統(tǒng)”的窗體上添加140個(gè)文本控件用來(lái)讀取船舶的140個(gè)液艙液位值，并對(duì)這些控件進(jìn)行如下的屬性設(shè)置:Visible=False；LinkTopic=WinCC︱﹨PC-201305161509﹨zyy﹨zyy.mcp；LinkItem=1號(hào)燃油艙液位（各個(gè)文本控件需要讀取WinCC中的對(duì)應(yīng)變量名）；LinkMode=Automatic。

當(dāng)WinCC系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)PLC以及傳感器連接正確后，激活WinCC系統(tǒng)，同時(shí)運(yùn)行“浮態(tài)輔助決策系統(tǒng)”。此時(shí)，通過(guò)液位傳感器采集到的液位信號(hào)，通過(guò)PLC的轉(zhuǎn)換為數(shù)值信息，傳遞給WinCC中設(shè)置的相應(yīng)變量。通過(guò)以上兩個(gè)步驟的設(shè)置，此時(shí)作為DDE服務(wù)器的WinCC就會(huì)根據(jù)作為DDE客戶機(jī)的“浮態(tài)輔助決策系統(tǒng)”的要求，實(shí)時(shí)傳遞數(shù)據(jù)。由步驟（2）中的設(shè)置可知，WinCC中讀取液位數(shù)據(jù)的相關(guān)變量就會(huì)實(shí)時(shí)的將液位數(shù)值更新給中添加的對(duì)應(yīng)的文本控件。例如，當(dāng)文本控件的LinkMode屬性設(shè)置為“1號(hào)燃油艙液位”時(shí)變量名為“1號(hào)燃油艙”的變量就會(huì)將自己變量數(shù)值實(shí)時(shí)更新給該文本控件。

然而在“浮態(tài)輔助決策系統(tǒng)”中實(shí)時(shí)顯示液位數(shù)據(jù)并不能達(dá)到實(shí)時(shí)計(jì)算船舶裝載及穩(wěn)性數(shù)據(jù)的目的，因?yàn)樵撓到y(tǒng)中液位數(shù)據(jù)是在DataGrid網(wǎng)格控件中顯示并非文本控件。由于VB中只有文本控件、圖片控件等支持DDE通訊而DataGrid控件并不支持DDE通訊，所以采用的文本控件僅僅是作為中間對(duì)象來(lái)獲取液位的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，還需要對(duì)“浮態(tài)輔助決策系統(tǒng)”中相關(guān)程序進(jìn)行添加修改將其獲取的數(shù)據(jù)賦值給相應(yīng)的網(wǎng)格控件。其中添加的文本控件僅僅是作為中間量用來(lái)對(duì)實(shí)時(shí)液位的讀取，并不需要在系統(tǒng)運(yùn)行界面顯示，所以將這些文本控件均設(shè)置為不可見(jiàn)并置于最底層。

在系統(tǒng)程序中將各類液艙的液位所對(duì)應(yīng)的文本控件數(shù)值賦值給相應(yīng)的液艙數(shù)組，例如燃油艙數(shù)組在VB程序中定義為ranyou（12），在程序中對(duì)1號(hào)燃油艙進(jìn)行賦值:ranyou（1）=Text2.Text，其他液艙相同，再將這些數(shù)組值賦值給相應(yīng)的網(wǎng)格控件列。其部分程序如下:

在該程序中液位數(shù)組均除以1000是為了使單位保持一致，在VB程序中液位的單位為“米”。

文本控件的液位數(shù)值是根據(jù)WinCC服務(wù)器端的數(shù)據(jù)的改變而實(shí)時(shí)變化的，但“浮態(tài)輔助決策系統(tǒng)”中的其他數(shù)據(jù)并不能實(shí)時(shí)變化，這就需要對(duì)其中程序進(jìn)行一些修改。為此在系統(tǒng)中添加了8個(gè)Timer控件，時(shí)間間隔設(shè)置為2 s（時(shí)間可調(diào)），并分別將源程序中液艙數(shù)據(jù)計(jì)算、初穩(wěn)性數(shù)據(jù)計(jì)算、大傾角穩(wěn)性數(shù)據(jù)計(jì)算、穩(wěn)性曲線繪制、穩(wěn)性計(jì)算按鈕等相關(guān)程序添加到各個(gè)Timer事件中，根據(jù)系統(tǒng)目的進(jìn)行一定的修改。最終實(shí)現(xiàn)了“浮態(tài)輔助決策系統(tǒng)”液位的實(shí)時(shí)變化以及相關(guān)數(shù)據(jù)的自動(dòng)計(jì)算。

當(dāng)WinCC液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)被激活運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行“浮態(tài)輔助決策系統(tǒng)”液位列則自動(dòng)更新顯示當(dāng)前的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)液位，各類液艙的數(shù)據(jù)在網(wǎng)格控件中以5 s的速度輪換顯示，并且系統(tǒng)還能自動(dòng)計(jì)算出相應(yīng)液位下的 液艙各類數(shù)值，以及船舶的浮態(tài)穩(wěn)性數(shù)據(jù)。圖3為該系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的界面，由圖中可知目前網(wǎng)格控件中顯示的是壓載水艙的相關(guān)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)界面中還設(shè)置了手動(dòng)操作按鈕和自動(dòng)計(jì)算按鈕，當(dāng)不需要系統(tǒng)實(shí)時(shí)計(jì)算穩(wěn)性數(shù)據(jù)時(shí)可以按下手動(dòng)操作按鈕，節(jié)約了系統(tǒng)資源，提高了系統(tǒng)利用率。

2.3 以WinCC作為DDE客戶端的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

將WinCC監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作為DDE客戶端，VB應(yīng)用程序“浮態(tài)輔助決策系統(tǒng)”作為DDE服務(wù)器。由服務(wù)器向WinCC客戶端傳遞船舶液艙實(shí)時(shí)液量值以及初穩(wěn)心高、極限風(fēng)速等相關(guān)數(shù)據(jù)。

WinCC作為客戶端的具體設(shè)置如下:

（1）將VB應(yīng)用程序“浮態(tài)輔助決策系統(tǒng)”窗口按照下頁(yè)表1中的VB作為服務(wù)器進(jìn)行設(shè)置，LinkMode屬性設(shè)置為1-source，LinkTopic設(shè)置為Form1。

（2）將VB應(yīng)用程序生成可執(zhí)行文件JCXT.exe，其文件名稱與工程名JCXT.vbp相同。

（3）在WinCC變量管理器下添加新的驅(qū)動(dòng)程序Windows DDE，在DDE通道下新建連接，并設(shè)置其相關(guān)屬性，應(yīng)用程序?yàn)镴CXT，主題為Form1。

圖3 VB系統(tǒng)運(yùn)行界面

表1 VB的DDE屬性設(shè)置

（4）本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)對(duì)象為35個(gè)液艙，故有35個(gè)與之相應(yīng)的液重?cái)?shù)據(jù)，還有由VB應(yīng)用程序計(jì)算的實(shí)時(shí)初穩(wěn)性高、極限風(fēng)速等相關(guān)數(shù)據(jù)。在（3）中新建的連接下建立如上所述的相應(yīng)變量，并對(duì)其相關(guān)屬性進(jìn)行設(shè)置。圖4為1號(hào)燃油艙液重所對(duì)應(yīng)的變量的屬性設(shè)置，單擊圖中的選擇按鈕，設(shè)置條目名稱為Text5（文本控件名應(yīng)與VB中相對(duì)應(yīng)），數(shù)據(jù)類型為浮點(diǎn)數(shù)。其他變量設(shè)置與此相同。

圖4 變量屬性

（5）在WinCC監(jiān)測(cè)畫(huà)面中對(duì)畫(huà)面進(jìn)行設(shè)置，添加新的I/O域，設(shè)置為與DDE下的變量進(jìn)行動(dòng)態(tài)連接，觸發(fā)為一旦改變，輸出格式根據(jù)具體連接變量確定。

（6）在“浮態(tài)輔助決策系統(tǒng)”中添加39個(gè)文本控件，均設(shè)置為不可見(jiàn)且置于底層。由于需要從VB服務(wù)器讀取的數(shù)據(jù)均在網(wǎng)格控件當(dāng)中，網(wǎng)格控件并不支持DDE通訊，所以添加的39個(gè)文本控件仍是作為中間量的，這就需要先將網(wǎng)格控件中的相關(guān)數(shù)據(jù)賦值給對(duì)應(yīng)的文本控件。在對(duì)液艙數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算的時(shí)間事件程序中添加的部分程序如下:

在計(jì)算穩(wěn)性數(shù)據(jù)的相應(yīng)時(shí)間事件下插入如下程序語(yǔ)句 :Text22.Text = .TextMatrix（4， 2）用來(lái)讀取極限風(fēng)速值；Text20.Text = lbl_udg.Caption用來(lái)判斷極限風(fēng)速是否滿足軍規(guī)要求；Text21.Text = .TextMatrix（7， 2）用來(lái)讀取修正后的初穩(wěn)心高值；Text19.Text = lbl_hdg用來(lái)判斷初穩(wěn)心高是否滿足軍規(guī)要求。

通過(guò)以上程序修改，將液重、初穩(wěn)心高、極限風(fēng)速等相關(guān)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)賦值給相應(yīng)的文本控件，通過(guò)VB設(shè)置的DDE服務(wù)器傳遞給WinCC客戶機(jī)中相應(yīng)的變量中，其運(yùn)行界面如圖5所示。由圖中可以看到，WinCC系統(tǒng)界面中也能夠?qū)崟r(shí)顯示液重、初穩(wěn)心高、極限風(fēng)速等數(shù)據(jù)。

圖5 WinCC運(yùn)行界面

3 結(jié) 論

本文主要介紹了DDE動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換技術(shù)，并利用其實(shí)現(xiàn)了VB應(yīng)用軟件及WinCC組態(tài)軟件程序之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換。通過(guò)DDE技術(shù)將WinCC監(jiān)測(cè)的液位數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新到“浮態(tài)輔助決策系統(tǒng)”中，將原來(lái)的手動(dòng)液位輸入變成了實(shí)時(shí)自動(dòng)更新，并實(shí)現(xiàn)了“浮態(tài)輔助決策系統(tǒng)”對(duì)船舶液艙裝載狀態(tài)及穩(wěn)性的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。同時(shí)通過(guò)DDE技術(shù)將計(jì)算的穩(wěn)性數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳遞給WinCC軟件，實(shí)現(xiàn)了WinCC軟件對(duì)船舶液艙裝載狀態(tài)及穩(wěn)性的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通過(guò)該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了不同軟件之間功能的互補(bǔ)，提高了系統(tǒng)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的程度。該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還具有一定的通用性，通過(guò)更改相關(guān)船舶資料，可以將其應(yīng)用到其他船舶上，對(duì)其他船舶監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。

［1］趙鵬飛，周玉龍，趙鵬，等.基于組態(tài)軟件WinCC的船舶監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究［J］.船舶，2013（1）:66-69.

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