基于LabVIEW的船舶压载水监控系统研究

摘要

船舶配套业作为船舶工业的关键和支撑，其产业结构升级对于船舶工业至关重要。目前，国内一般采用人工压载估算船舶浮态的方式进行压载水的注排，存在着自动化程度低、劳动强度高、管系施工条件恶劣、压载效率低、安全隐患大等问题，制约了船舶配套产业的结构升级。因此，开展船舶压载水监控系统的研究，对促进船舶配套产业结构升级具有重要意义。
　　本文基于船舶压载水系统的压载特性，进行了上下位机硬件系统的参数分析与选型，开发了上下位机监控软件系统，基于三种船舶压载分布状况，对比分析了采用两种浮态算法计算获得的船舶浮态特性。本文的主要研究工作如下：
　　首先，进行了上下位机硬件系统的参数分析与选型。以某VLCC压载水系统为研究对象，在深入分析其压载特性的基础上，按照压载水监控系统的功能需求，规划了相应的工作流程，开展了监控系统硬件的总体设计，重点进行了上下位机硬件系统的参数分析与选型及下位机各模块的参数分析与选型，并进行了控制柜的设计。
　　其次，进行了上下位机监控软件的开发。依据模块化设计原理，采用LabVIEW系统，开发了压载系统装卸控制软件、浮态参数动态计算软件、压载系统阀门状态监控软件、报警模块等软件；构建了压载计算的数学模型，提出了将每厘米纵倾力矩浮态算法应用到压载监控软件的开发中，提高了监测船舶浮态特性的精度；应用PLC系统设计了下位机控制模块，从而执行上位机的指令；利用OPC和DataSocket技术实现了上下位机之间的实时通讯，并在轮机工程实验室进行了联调和测试，测试结果表明：系统运行可靠，能较好地实现压载过程远程数据传输和实时监控。
　　最后，基于三种船舶压载分布状况，对比分析了采用两种浮态算法计算获得的船舶浮态特性。结果显示：在小纵倾条件下，采用每厘米纵倾力矩法计算大型油船压载过程浮态特性时，所获得的浮态精度更高。在自动加载、自动卸载、手动调节三种模式下的某瞬时船舶压载状况，对于艏水尺处吃水，采用每厘米纵倾力矩法使误差分别减少60mm，60mm，40mm；对于舯水尺处吃水，采用每厘米纵倾力矩法使误差分别减少14.2mm，40mm，11.2mm；对于艉水尺处吃水，采用每厘米纵倾力矩法使误差分别减少60mm，23.6mm，41.6mm。

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第一章 绪论

1.1 课题的来源及应用背景

1.2 船舶压载监控系统的国内外研究现状

1.3 本文研究的目的和意义

1.4 本文主要研究内容

第二章 船舶压载水监控系统的总体设计

2.1 压载水系统的技术分析

2.2 压载水监控系统设计方案

2.3 本章小结

第三章 船舶压载水监控系统的硬件设计

3.1 监控系统硬件总体设计

3.2 上位机硬件系统参数分析与选型

3.3 下位机硬件系统参数分析与选型

3.4 监控系统控制柜设计

3.5 本章小结

第四章 船舶压载水监控系统的软件系统设计

4.1 压载计算数学模型建立

4.2 压载水监控系统软件的总体设计

4.3 基于LabVIEW的上位机程序设计

4.4 基于PLC的下位机控制模块设计

4.5 基于OPC技术的通讯实现

4.6 本章小结

第五章 基于每厘米纵倾力矩法的船舶浮态特性分析与研究

5.1 浮态特性对船舶安全的影响

5.2 基于传统方法的船舶浮态特性分析

5.3 基于每厘米纵倾力矩法的船舶浮态特性分析

5.4 数值结果对比分析

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文与参加的项目