贾智琪 杨凯悦 王文标

（1.海军驻大连四二六厂军事代表室，辽宁 大连116001；2.大连海事大学信息科学技术学院，辽宁 大连116026）

0 引言

化石燃料油是船舶必需的动力燃料，具有含沥青质和胶质较多、黏度较大等特性，且在常温下易于凝固，不利于在运输过程中存储。因此提供燃油供应的货船需要对其存储的货油进行加热，而货油的温度关系到供油船舶油品供应的及时性，所以对船舶热油系统的监控引起了航运公司的重视。

本课题选用了亚控科技6.53版本组态王，其灵活多变的组态方式为系统提供了良好的人机界面，且支持微软视窗操作系统，能够实现OPC通信兼容PLC实时数据采集以测遥控。现场操作人员可以通过计算机界面对系统行全程监控。

本文依托物联网技术，利用组态王软件设计了供油船舶热油监控系统，满足了现代化造船技术的发展需要，降低了操作人员的作业强度，能够为用户提供快速构建人机交互界面的功能，实现了供油船舶加温热油实时在线监控，包括实时数据监测、历史报表、历史曲线以及统计分析等功能，能为企业提供信息化服务［1］，提高了供油船舶运输过程中的经济性和安全性。

1 船舶热油系统工艺流程

1.1 燃料油的特性及运输条件

燃料油多用作船舶锅炉及大部分生产现场的工业用锅炉的燃料，它主要成分是石油经过蒸馏直馏后的残渣油，是原油精炼过程中的最后产品［2］。按照加工的不同工艺可将燃料油分为减压重油、常压重油和混合重油，按照用途可分为炉用燃料油和内燃机燃料油，具有黏度大、含有较多非烃化合物和胶质等特性。当温度低于45℃时燃料油物理特性会发生较大变化，逐渐变成黏稠状，流动性变差，将影响供油船舶的卸货作业，所以对凝点较高的燃料油在装卸和运输过程中需进行充分的加热保温，保持货油温度高于50℃，使其保持良好的流动性。

船舶燃料油在远程运输过程中由于其倾点和凝固点较高，容易造成管路堵塞，延误航期，一般都需要通过对其加温来减小黏度、降低输送阻力，同时保证燃料油温度高于凝固点，但也要控制加温过程，不能使油温过高而造成蒸发过多有害含硫气体，降低油品质量。

1.2 导热油加热系统工作原理

供油船导热油锅炉热源来自燃油加热或利用柴油机废气，锅炉运行过程中利用导热油代替水蒸气作为中间传热介质，从锅炉炉膛或柴油机尾气中吸收热量、升高温度，经导热油循环泵输送到待加热货油处进行换热，实现对船用燃油的加热和保温［3］。如图1所示，机舱内设置了2台导热油锅炉，当燃料油保温时启用1台锅炉，升温时2台同时启用。热油锅炉的负荷为1 000kW，设置燃料油加热回路和机舱加热回路，且设置旁通阀用于平衡回路中的热量不均匀问题，进出口热油温度为210℃和260℃，为增加传热面积加温管呈蛇形排列，位于货油舱底部。

图1 热油系统工艺流程图

整个系统是一整套由导热锅炉、膨胀油柜、集油柜、热油循环泵、油气分离器、过滤器、用热设备组合而成的封闭系统［3］，周而复始，实现热量的连续传递，满足设备的使用要求。导热油系统相比蒸汽加热具有工作压力低、控制精确度高、设备维护简单等优点。

2 监控系统的网络结构

热油监控系统本着“分布采集、集中管理、分类评价、指导改进”的理念设计，采用三级架构，包括船舶自动化系统级、过程管理级和直接测控级。通过B／S的体系设计结构，上位机服务器与下位机的监控计算机通信，监控计算机作为PLC的操作层与PLC进行有线通信和管理。通过以太网服务器与中转站连接，将客户机的变量采集存储到应用层服务器的SQL Server数据库中。将设备的监控数据汇集到中转站，借助局域网通信网络上传至实时监测数据中心实现远程数据的采集。再通过数据库实现实时数据更新、历史数据查询以及对数据的整理、统计和分析。

监控平台采用微软公司的.net集成开发环境，服务器由主机和SQL Server 2005数据库平台组成，用于数据的存储及统计，并采用面向对象的可视化编程技术，平台界面采用Java Script脚本语言及AJAX设计。整个系统采用模块化设计，包括基础服务平台和各类应用子模块，并用Web发布水晶报表编辑器生成的报表。系统可根据不同角色权限实现多用户切入和不同层面的人机交互。组态王通过OPC通信经由PLC对油舱温度、湿度信号进行采集，数据通过OPC服务器软件转换协议后传给服务器［4］。

3 上位监控系统的设计与实现

组态王是亚控科技开发的一款能够实现功能扩展并提供标准化接口的组态软件开发平台，本课题选用亚控科技组态王6.53版本，能够集成多款PLC硬件驱动，多线程、多任务适应Windows操作系统。由工程管理、画面制作系统、报警和事件系统、报表系统以及OPC通信等组成，支持Windows标准的Active X控件，很大程度地方便了用户调用已有控件实现复杂任务。组态王6.53全面支持OPC标准，它本身也能作为OPC服务器向控制系统传输数据［4］。支持远程拨号和使用DTU的GPRS设备通信，并增设分级分区双重保护，以实现用户组和安全区的管理，并记录操作过程。

3.1 热油系统运行流程

系统运行前首先将导热油注入主循环回路，随后启动热油系统内的主循环泵，将热油送入加热炉内加热，加热后的导热油通过总管进入燃料油加热盘管以及船舱其余用热单元进行换热，最终经除气柜过滤后返回到主循环泵，如图2所示。需要注意的是，在给膨胀柜注油过程中需要给热油受热膨胀预留空间，且首次运行前需要对导热油进行预加热，以除去残留的水分。

图2 系统运行监控界面

依据船级社规范，系统主循环回路必须配备2台循环泵，一用一备，以防止循环泵出现故障时导热油温度迅速上升而变质结焦，给系统带来安全隐患。系统上电后首先检查联锁停炉按钮是否处于关闭状态，按下启动按钮启动循环泵，监控系统内对应指示灯亮，调节系统主循环泵管路阀门，使得导热油流量大于200L／h，若出口处热油流量低于该值系统启动报警；热油循环泵出口压力不能低于0.5MPa，否则系统报警并启动备用循环泵；膨胀槽液位也不能低于规定值。检查系统热油锅炉附属设备情况：燃烧机铰链是否处于合状态、燃烧机马达未过载、排烟温度不得高于450℃、热油锅炉出口温度不得高于200℃［5］。系统采用湿度传感器来监测导热油泄漏，启动前需对锅炉进行扫风，在启动锅炉风机时为保护电机低速运转允许短暂的低压报警。以上是系统启动联锁的必要条件，在运行过程中出现故障，系统自动停炉并发出报警。在货油舱内温度满足卸油温度时，系统启动停止加温程序和燃烧器运行，此时需维持风机延时运转一段时间以完成扫风工作；管道内导热油温度此时仍很高，循环泵需要延迟运行一段时间，直到出口油温低于80℃再停运。

当发生停电事故或双循环泵故障时，即使手动关闭燃烧器导热油也会因余热继续升温，严重时会导致热油结焦而管道爆裂，因此系统需配置冷油置换管路，膨胀柜中的冷油依靠静压进入油气分离器和主循环泵中，实现热油安全排入主储油罐。

3.2 热油系统数据分析

为了实时监测货油舱温度，在每个货油舱加装温度传感器，通过PLC采集温度数据，经由OPC通信到组态王平台，定义采集数据的变量，包括膨胀柜液位、导热油流量、出口温度、出口压力以及排烟温度，利用组态王自带工具箱和图库模拟该供油船舶货油舱。该公司供油船设有5个货油舱，每个货油舱分左右2个舱室，经PLC采集温度传感器中模拟量，将舱内温度传至组态王平台。在气温较低的冬季进行运输作业时，需掌握加温时间，可根据导热油温度监测的数据选择油温较高、靠中间舱室优先加热，因为其受外界因素影响小，能够很快加热到卸油温度，再通过散热作用对周围舱室进行辐射。

系统流程监控只能定性对各设备的运行状况进行监测，需要辅以实时数据、历史数据和历史曲线，以便提早发现设备运行过程中的异常现象。组态王6.53提供内嵌式报表系统，如图3所示，并可实现日报表、月报表、实时报表的组态。操作人员可以通过监控界面中设备当前运行数据与前一时刻数据作对比，并参考设备手册，判断工况是否正常。数据曲线能够直观表现一段时间内所监测数据的走势，并可调节时间范围和数据类别。

4 结语

供油船舶热油监控系统是船舶自动化系统的重要组成部分，然而国内很多大型供油船舶大都停留在以继电器为主的手动控制阶段，由于手动操作不便，热油温度过高而导致的恶性事故频频发生，给供油船舶的运输安全带来了严重隐患。本文以某公司新建供油船燃料油加热系统为背景，采用导热油锅炉加热保温燃料油，通过组态王组态软件的OPC接口与PLC采集的现场数据通信，建立了一整套有效的供油船舶热油监控系统，实现了系统的动画监控、故障报警、数据分析等功能，并用组态王提供的报表功能实现数据的分时分段统计分析，降低了操作人员作业强度，减少了系统运行的安全隐患，提高了供油船的装卸效率，在船舶的日常管理、设备维护等方面发挥了巨大作用，加大了该船舶公司的市场优势。

图3 实时数据监测报表

本文设计并实现了基于组态软件的供油船舶热油监控系统，并很好地运用于实际船舶中。下一步研究的重点是系统的故障自诊断以及基于数据驱动的系统自适应控制，对热油加热过程进行迭代优化，并可结合实时数据建立实时绩效考评体系，反映系统当前运行状况，从而进一步提高该系统的安全可靠性。本系统也可广泛应用于供热、电力、石油等其他行业。

［1］郑伟勇，李艳玮.节能型温室大棚群集中供热智能监控管理系统［J］.计算机测量与控制，2015，23（7）：2371－2373.

［2］韩超.论我国当前进口石油的运输能力［J］.价值工程，2011（18）：21.

［3］陈瑾，袁进.有机载热体（导热油）锅炉房设计简介［J］.能源研究与利用，1999（5）：6－8.

［4］蔡翔云，郑小虎，姜麟，等.OPC规范及开发应用［J］.昆明理工大学学报：理工版，2002，27（3）：1－7.

［5］祁国常，罗贵送.液态硫磺运输船硫磺罐导热油加热系统的研究［J］.中国水运，2010（6）：44－45.