基于Delphi的太阳能游览船无线监控管理系统

张春燕，俞万能

(集美大学轮机工程学院，福建厦门361021)

0 引言

游览船舶突发事故越来越多［1-2］，事故原因有设备故障，航速不稳，供电不足等.由于游览船舶较小，不能配备专门的技术人员，设备管理不到位，不能及时处理船舶使用过程中出现的问题，所以无线监控管理在内湖游览船舶中有极其重要的作用［3-5］.由于GPRS无线网络具有实时在线、传输速率高、按流量计费等特点，并且覆盖内湖区域，所以笔者选用GPRS无线网络，并采用GPRS DTU无线传输模块，以期实现内湖游览船舶的无线监控管理.

本文在Delphi开发软件、SQL Sever 2005数据库和无线通信技术的支持下，研发了一种基于Delphi的太阳能游览船舶无线监控管理系统，该系统能够实现太阳能游览船舶的岸与船的对话，并且进行信息的安全交流，通过对采集数据信息的分析与管理，可以对太阳能游览船舶进行监督管理、水上救助、提前维护、事故预警等.从而保证太阳能游览船舶航行安全，提高船舶管理水平，减少船舶事故发生［6］.

1 船舶无线监控管理系统结构分析

无线监控管理系统由上位机 (基于Delphi语言的监控中心)、下位机 (基于PLC和现场总线的数据采集系统)和无线传输设备 (基于GPRS DTU的无线数据传输)构成.上位机主要功能是对系统信息进行集中管理，对采集的数据进行分析和整理，同时对下位机进行实时控制.下位机主要功能是采集太阳能游览船舶上的动力、电力等终端设备的信息，将所采集到的数据信息上传给上位机并接受上位机的控制指令.上位机与下位机通过GPRS DTU无线传输设备进行无线数据的通讯.其中，下位机主要由数据监控设备PLC、数据采集现场总线两部分组成，现场总线负责将各个监控设备节点的数据采集上传，通过AnyBus协议转换模块将数据传给PLC，PLC根据接受的数据按照既定的控制策略执行数据的监控管理.GPRS DTU传输设备作为上位机和下位机通讯的中间设备，主要负责接受数据采集设备采集到的数据，并将数据上传到上位机，同时接受上位机系统的控制指令，并把该指令下发给相应的数据采集设备，控制设备的运行与中断［7］.如图1为无线监控管理系统结构图.

图1 无线监控管理系统结构图Fig.1 The structure of wireless monitoring management system

2 无线监控管理系统

2.1 功能分析

监控中心的主要功能是实时监测太阳能游览船舶各种设备的运行状态，并控制相应的设备，管理整个上位机的运行并对采集的数据进行分析处理.其中的主要模块包括实时数据监控、设备运行控制、数据报警、权限管理和数据管理等［7］.

1)实时数据监控模块以动态的形式实时反映太阳能游览船舶监控设备的数据状态，显示太阳能船舶左右机的航速、主机转速、总电压、最低单体电压、最高单体电压、充电电流、放电电流和电池温度等.

2)设备运行控制模块控制太阳能游览船舶监控管理系统的启动、停止和运行.

3)数据报警模块对监控界面接受到的船舶设备数据进行分析.如果数据值超出安全范围，则启动报警，即在监控界面上显示红色危险;如果数据值在安全范围内，则显示绿色正常.

4)数据管理模块将监控系统采集的船舶设备数据存入数据库，以便随时调用和查看，为日后船舶设备维护作参数对比.

5)权限管理模块设定操作员操作系统时所具有的权限，在本管理系统中操作员分为系统管理人员、一般管理人员、一般操作人员三种类型.其中，系统管理人员具有最高的管理权限，可以对本系统的所有信息进行操作;一般管理员具有部分使用权限，具有一定的增加、删除、修改、更新等权限;一般操作员则主要负责日常操作系统的使用权限.

2.2 基于PLC和现场总线的数据采集系统

数据采集系统主要是针对太阳能游览船舶动力设备和配电设备的数据进行采集和控制，下位机主要有蓄电池管理系统 (BMU)、CAN总线、Anybus网关和PLC组成.蓄电池管理系统主要是对电池进行电量控制、能量均衡以及充放电管理等;采用CAN总线来实现整个控制监控信号采集的数据通信，CAN总线连接主要的电力系统和主要负载，系统包括:太阳能发电系统 (太阳能电池板、太阳能输出控制器等)、直流变换器控制信号、生活娱乐用电设备、蓄电池管理系统 (单体信息、箱电压/流)、负载信息等;CAN通信末端采用Anybus转换模块将总线数据转换为DP格式向主控制器PLC发送;主控制器PLC与上位机监控屏幕通过GPRS DTU进行通信和模式选择 (如图2所示).

图2 数据采集结构图Fig.2 The structure of data collection

2.3 GPRS DTU无线通信

GPRS DTU (Data Transfer Unit，数据传输单元)利用GPRS网络为用户提供高速、永远在线、TCP/UDP透明数据传输的工业级无线终端设备.它以实时操作系统为软件平台，内嵌TCP/IP协议栈，为用户提供高速，稳定可靠，数据终端永远在线，多种协议转换、虚拟专用网络的系统应用.DTU系统有X86架构RDC处理器、32KB SDRAM＆512KB Flash和高性能工业级无线模块三大部分组成.DTU工作原理如图3所示.

图3 DTU工作原理图Fig.3 The schematic diagram of DTU

GPRS DTU工作时，首先是给GPRS DTU上电，之后，读出内部FLASH中保存的工作参数(GPRS拨号参数，数据中心IP地址，串口波特率和端口号，这些参数都是事先配置好的)，然后GPRS DTU登陆GPRS网络，进行GPRS PPP拨号.拨号成功后，GPRS DTU将获得一个由移动随机分配的内部IP地址.此时，GPRS DTU处于移动内网中，而且其内网IP地址通常是不固定的，随着每次拨号而变化.因此，只能由GPRS DTU主动连接监控中心，而不能由监控中心主动连接GPRS DTU.这就要求监控中心具备固定的公网IP地址或固定的域名.用主控调度中心的公网IP地址或固定的域名作为参数存储在GPRS DTU内，以便GPRS DTU一旦上电拨号成功，就可以主动连接到监控中心.

2.4 数据中心管理系统与GPRS DTU通信的实现

监控中心运行监控系统，上位机Delphi通信程序与GPRS DTU之间通信的实现采用Socket套接字编程，下位机采集到的数据上传在网络上，发送和接受的数据都通过Socket接口实现，Winsocket库函数都包含在DLL动态链接库中，动态链接库实现网络应用程序和TCP/IP协议的通信.Socket实际在计算机中提供了一个通信端口，通过这个端口可以实现与计算机通信.Inprise在Delphi中对Windows socket进行了有效的封装，使得编写网络应用程序更加方便.Delphi界面将来自GPRS DTU的数据放入数据接受缓冲区，通过调用动态链接库DLL将接受到的数据放入Delphi界面的指定位置，实现船舶设备无线监控［8-10］.GPRS DTU通信模块与监控中心通信程序流程图如图4所示.

图4 GPRS DTU通信模块与监控中心通信程序流程图Fig.4 The communication program flowchart of GPRS DTU communication module and monitoring center

3 实验研究

本文通过基于Delphi的太阳能游览船舶无线监控管理系统研发实验，搭建太阳能游览船舶实验平台，完成了太阳能游览船舶无线监控管理系统的整体设计，实验证明了基于Delphi的太阳能游览船舶无线监控管理系统能实现船舶的信息化管理.设备实时监控与报警状态显示如图5所示.

操作员通过使用正确的用户名和密码才能访问无线监控管理系统，保证了系统使用的安全性.船舶登录状态界面，通过设置端口号和启动服务实现监控中心与数据采集系统的无线通信，并将监测到的船舶状态 (DTU ID号、登录时间、登录状态等)显示在监控界面中，方便用户观察监控船舶信息.设备实时监控与报警状态图，直观地显示了监控中心所监控的设备数据信息和设备运行状态，必要时可进行报警.

图5 设备实时监控与报警状态图Fig.5 The variational diagram of real-time monitoring and alarm of equipments

4 结论

基于Delphi的太阳能游览船舶无线监控管理系统，能够方便岸上管理人员远程监控太阳能游览船舶各种设备的运行状况，减少驾驶人员的工作量，也节约了维护船舶设备的成本，提高了驾驶人员的工作效率.实践证明，对太阳能游览船舶运行设备的实时数据采集与监控，能够提高船舶设备的运行安全，将太阳能游览船舶的售后维修变为主动维护，能够提前预警，减少船舶维修成本，提高船舶使用效率.该系统实现了太阳能游览船舶管理的安全化、智能化、经济化.

［1］张晨，林章林.我国水上旅游业的发展现状与对策研究 ［J］.经济问题探索，2009(6):121-125.

［2］高迪驹，沈爱弟，康伟.内河船舶无线远程监测嵌入式控制器研制 ［J］.中国造船，2010，51(3):207-212.

［3］ ANDERSSON C.GPRS and 3G wireless applications［M］. ［S.l.］:John Wiley＆ Sons，Inc，2001:29-27.

［4］ DEBIN FAN.The Design and Implementation of a Wireless Remote Image Monitoring System Based on the ARM and GPRS［J］.Procedia Engineering，2011，24:83-89.

［5］ HAKAN INANOGHLU，JOHN REECE，MURAT BILGIC.General Packet Radio Service(GPRS)［J］.Wireless Network Deployments，2002，558:197-213.

［6］朱运利，厉彦峰.船舶智能监控系统的研究与实现 ［J］.计算机测量与控制，2009，17(5):893-896.

［7］黄学飞，李兆飞.基于DELPHI的实训车间设备监控管理信息系统 ［J］.机电工程技术，2012，41(9):42-45.

［8］文龙，张自辉，胡开胜.SQL Sever 2005中文版入门与提高［M］.北京:清华大学出版社，2007.

［9］许洁舟，林伟鹏，林盛雄，等.Delphi7程序设计与实例［M］.北京:冶金工业出版社，2003.

［10］SOLID QUALITY LEARNING，SQL SEVER.2005从入门到精通 (数据库基础)［M］.文瑞，欧阳炜宸，译.北京:清华大学出版社，2007.