基于OPC的船舶机舱数据采集与监测系统的研究

论文摘要

船舶机舱数据采集与监测系统负责船舶系统中机舱内部众多设备运行状态数据的采集、处理,并通过较直观的方式将设备运行的状态显示供船舶相关人员实时查看,及时掌握机舱工作状况。本文基于OPC(OLE for Process Control)技术设计并实现一种船舶机舱数据采集与监测系统,该系统由三部分组成：船舶机舱底层数据采集卡硬件设备、中间层机舱OPC数据访问服务器和上层机舱监测OPC客户端。相较于以往传统的实现形式,本系统一方面实现了机舱数据采集卡检测点的最大化利用,节省了系统开发成本；另一方面,本系统克服了传统形式中机舱数据采集与监测软件系统对底层数据采集硬件设备的依赖性,较大地降低了系统的开发和维护难度。本文在分析当前船舶机舱数据采集与监测系统现状的基础上,提出自主开发机舱状态数据采集卡和应用OPC技术设计开发船舶机舱监测系统的方案。首先论述了应用于船舶机舱的数字量采集卡的设计原理,并且完成了该采集卡的硬件电路设计、PCB制作,以及软件驱动程序的开发。然后阐述了OPC技术的产生、发展及其技术基础,分析了OPC Data Access2.04规范,并在此基础上提出了基于OPC技术的船舶机舱数据访问服务器的设计方案及其编程实现。在实现OPC数据访问服务器的基础上,提出了基于OPC技术规范标准的船舶机舱监测系统的设计方案,并实现了采用异步通讯模式实现与OPC机舱数据访问服务器的交互。最后对整个系统进行了联合测试,包括数据采集卡的实时性、稳定性和可靠性测试；OPC船舶机舱数据访问服务器与底层状态数据采集设备的通讯测试；OPC船舶机舱数据访问服务器与上层OPC船舶机舱监测客户端的交互性测试。测试结果表明所研制数据采集卡工作可靠,与OPC船舶机舱数据访问服务器通讯稳定,OPC船舶机舱监测系统从OPC服务器获取状态数据准确,总体上达到了系统设计目标。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 船舶机舱数据采集与监测系统的现状
• 1.2 课题的研究意义及方案设计
• 1.2.1 课题的研究意义
• 1.2.2 系统总体方案设计
• 第2章 船舶机舱数据采集卡的设计与实现
• 2.1 船舶机舱数字量采集卡的硬件电路设计
• 2.1.1 船舶机舱数字量采集卡微控制器介绍
• 2.1.2 DC12～5V直流电源模块设计
• 2.1.3 设备工作模式与地址拨码选择模块电路设计
• 2.1.4 JTAG编程调试接口电路设计
• 2.1.5 RS-485串口通讯电路设计
• 2.1.6 数字量输入、输出电路设计
• 2.1.7 船舶机舱数字量采集卡实物图
• 2.2 船舶机舱数字量采集卡的驱动程序设计
• 2.2.1 系统硬件驱动程序开发环境介绍
• 2.2.2 RS-485通讯协议
• 2.2.3 数字量采集卡硬件驱动程序设计
• 2.3 船舶机舱模拟量采集卡
• 第3章 基于OPC的船舶机舱数据访问服务器设计与实现
• 3.1 OPC技术概述
• 3.1.1 OPC技术产生的历史背景
• 3.1.2 OPC技术的现状及发展
• 3.1.3 OPC技术的本质
• 3.2 OPC Data Access2.04规范分析
• 3.2.1 OPC数据访问服务器的对象组成
• 3.2.2 OPC Data Access2.04规范中对象接口的定义
• 3.2.3 OPC Data Access2.04规范中的通讯方式
• 3.3 OPC数据访问服务器的设计与实现
• 3.3.1 OPC数据访问服务器的开发方式
• 3.3.2 OPC数据访问服务器的方案设计
• 3.3.3 OPC数据访问服务器的对象类设计
• 3.3.4 OPC数据访问服务器的编程实现
• 第4章 基于OPC的船舶机舱监测系统的设计与实现
• 4.1 基于OPC的船舶机舱监测系统的方案设计
• 4.1.1 系统整体结构设计
• 4.1.2 系统主要模块的功能及其设计
• 4.2 基于OPC的船舶机舱监测系统的实现
• 4.2.1 系统的开发环境设置
• 4.2.2 系统的编程实现
• 4.3 系统整体测试
• 第5章 结论与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢