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摘要：随着我国海洋事业逐渐走向深蓝，船舶航行的性能也越来越重要。其中液位测量原先一直采用人工标尺测量法，这种测量方法比较原始，费时费工且测量效率低，船员不能在短时间内获得液货舱装载数据，在加油、加水时，易发生舱满外溢的情况。近年来，随着船舶总体技术水平的提高，液位遥测系统应需而生。液位遥测替代人工测量可大幅减轻船员的体力劳动，提高测量效率;而且它具有显示直观、操作简便、可设置液位报警信息等优点。基于此，本文主要对船舶液位遥测系统进行了简单的探讨，以其为相关人员提供参考。
关键词：船舶;液位遥测系统中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：（2020）-07-081
1、液位遥测系统的构成
1.1、机械部分
（1）压力传感器，压力传感器有很多种类和用途，有用于测量舱室液位的压力传感器，有用于测量气压的大气压力传感器，有用于测量船舶吃水的压力传感器和测量管路及舱内气体压力的传感器等。
（2）接线盒，接线盒的主要用途就是把传感器的信号和信号控制单元连接起来。因为传感器的自带线路长度有限，而且为了方便更换维修及保证船舶安全区域和危险区域的隔离，所以根据各舱室的布置需要通过甲板接线盒和公共接线盒来进行连接。
1.2、电气部分
（1）信号控制单元（SCU），信号控制单元是液位遥测系统最重要的组成部分，通过一个可编程控制器PLC对系统内各传感器和雷达的信号进行监测和处理，并把结果传送到中央处理单元及其他系统。
（2）电源，信号控制单元内的电气元件及各传感器使用的都是24V直流电源，所以需要一个能将船用220V交流电转换成24V直流电的电源模块，在进行稳压隔离滤波之后对系统提供电力供应。
（3）中央处理单元（CCU），中央处理单元是通过一个基于电脑操作系统上的应用软件把SCU传输过来的信号进行直观的界面显示和测量参数的修正等，具有数据处理、显示、打印、报警等功能。
2、液位遥测系统功能特点
液位遥测系统功能特点如下：（1）可以对船舶船舱进行遥测，能够监测液体体积、油液密度、重量、液位、温度、气体压力等状态数据。（2）能够独立测量液位，还可以配合配载仪系统计算船舶在不同装载状态下的船舶排水量、船舶船体重心、稳心以及船舶吃水等状态数据。（3）液位遥测系统在运行后会自行检查，不仅仅能在显示屏上显示每个舱室内的数据信息和报警信息，还能够检测系统中硬件电路和每个输入输出设备是否存在故障，以便发现故障后可以定位故障发生点，为船舶工作人员提供维护支持。
3、船舶常用液位测量装置
（1）吹泡式测量是在液舱中插入一根气管，气体经过滤和减压后，干净的气体再经过恒流器和气管吹入液舱。吹气流量由恒流器控制，气体经过恒流器沿气管吹入液舱中，压力传感器测量气管进液舱管路上的压力，当气管末端有连续微量气泡排出时，此时传感器测量的压力等于当前液位高度产生的压力。吹泡式测量的气管路布置较复杂且测量精度不高，往液舱吹气还可能会污染测量介质;因压力传感器不与测量介质直接接触，传感器使用寿命长，适应于测量精度要求不高、恶劣环境的液舱。
（2）静压式测量是靠水压作用在传感器端面的膜片上，膜片产生微小形变引起传感器内部微电路发生变化，传感器输出一个与压力大小成正比的电信号。静压式测量装置结构简单，传感器体积小，测量精度高;但传感器与介质直接接触，长期使用可能会损坏传感器膜片。
（3）雷达式测量是通过雷达传感器的天线系统朝介质的方向发射能量很低且极短的微波脉冲，微波被介质表面反射并被天线系统重新接收，微波脉冲以光速运行，从发射到接收，雷达脉冲所需的运行时间和舱内液高成函数关系。雷达传感器测量精度高，信号抗干扰能力强，因雷达传感器不与测量介质接触，不污染介质且使用寿命较长;导波雷达传感器安装前需增加导波管，防止测量过程中微波遇到干扰物，干扰物作为虚假反射信号源影响测量结果，雷达传感器成本较高，建议使用在测量精度要求较高的油舱。
4、某型船舶液位遥测系统软件的构架和功能
本型船舶液位遥测系统主要侧重于PLC计算模型的优化，选择西门子S7-400H系列PLC，编程环境使用西门子PCS7平台，本文主要讨论软件方面的架构和功能。
4.1、某型船舶液位遥测系统软件的原理
船舶的液体舱室一般包括燃油舱、滑油舱、淡水舱、压载水舱、污水舱等，这些舱室液体的液位、体积、重量和温度等重要参数都需要实时反馈给操作人员并在异常情况下声光报警，这就是船舶液位遥测系统的软件功能。特别是对于半潜船，在下潜和上浮等装卸货过程中，压载水舱的重要参数更是需要准确并及时反馈给驾驶室操作人员以及阀门遥控和海水泵控制系统，因为这关系到半潜船舶作业安全和人员安全。
对于一个液体舱室（Tank），一般安装两个测深管，一个传感器测深管用来安装液位传感器，一个手动测深管操作人员用来核实舱室液位。得到液位高度之后通过查询舱容表能够得到液体体积，其中远程舱容表用于船舶液位遥测系统的PLC计算模型自动查询，手动舱容表用于操作人员人工查询。液体体积与液体密度的乘积就是液体重量。
4.2某型液位遥测软件的二维查表加横倾补偿模型
这是一种复杂但精确的液位遥测软件系统的计算模型，需要耗费较多的PLC资源，首先应用二维查表法根据舱容表得到相应纵倾角度下的船舱液体体积，再根据横倾角度舱容补偿表查表得出横倾船舱液体体积补偿值，然后求和得到最终的船舱液体体积，进而计算体积和密度的乘积就能够得到船舱液体重量。通过液位传感器和倾角传感器可以得到船舱的液位和纵倾角度，PLC首先检查纵倾角度的范围，从而决定使用哪一列的舱容数据，然后再根据液位得到相应的船舱舱容，进而计算舱容和密度的乘积就能够得到船舱液体重量。
4.3某型船舶液位遥测系统软件的程序开发
该型船舶液位遥测系统软件的开发是基于西门子（SIEMENS）PCS7平台，编程语言主要是SCL、CFC等，另外需要WinCC的配置以及脚本编写，上位机操作站使用西门子WinCC软件。下面按照程序的开发逻辑顺序进行分析。
（1）二维查表程序的编写：第一步，需要将液位传感器的压力值转换为高度值，首先液位传感器的压力值减去基准压力值，再乘以一个由转换单位决定的系数，然后除以重力加速度和密度的乘积，即可得到船舱液位高度。第二步，应用二维查表法将船舱液位高度转换为船舱液体体积，这个过程需要复杂的SCL语言实现。
（2）逻辑控制功能的实现：用SCL语言编写好二维查表等核心功能之后，就需要用CFC语言搭建船舱液位遥测软件系统的逻辑控制功能。首先是液位传感器压力信号转换为高度信号的逻辑，接着是应用二维查表法得到船舱舱容和重量的逻辑，然后是船舱液位、舱容以及重量等信号和其他参数上传到操作站的逻辑。
（3）上位机操作站功能的实现：上位机操作站是客户机服务器架构，即服务器主要负责与控制器交换数据，包括发送控制命令、接收反馈状态以及判断报警信息等，客户机主要与服务器交换数据并提供操作员界面等。
总而言之，本软件系统在设计阶段就做了总体构架，比如考虑到软件平台的通用性、硬件的可靠性、调试维护的易操作性等，另外，本系统还具有接口适应性好、功能完善、操作方便等特点。
参考文献
[1]罗农，陈小玉，李常青.3D船舶閥门遥控和液位遥测系统[J].机电设备，2018，35（05）：14-17.
[2]何国强.船舶液位遥测系统误差分析[J].中国水运，2014（08）：48-49.
（扬州中远海运重工有限公司 江苏扬州 225200）
关键词：船舶;液位遥测系统中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：（2020）-07-081
1、液位遥测系统的构成
1.1、机械部分
（1）压力传感器，压力传感器有很多种类和用途，有用于测量舱室液位的压力传感器，有用于测量气压的大气压力传感器，有用于测量船舶吃水的压力传感器和测量管路及舱内气体压力的传感器等。
（2）接线盒，接线盒的主要用途就是把传感器的信号和信号控制单元连接起来。因为传感器的自带线路长度有限，而且为了方便更换维修及保证船舶安全区域和危险区域的隔离，所以根据各舱室的布置需要通过甲板接线盒和公共接线盒来进行连接。
1.2、电气部分
（1）信号控制单元（SCU），信号控制单元是液位遥测系统最重要的组成部分，通过一个可编程控制器PLC对系统内各传感器和雷达的信号进行监测和处理，并把结果传送到中央处理单元及其他系统。
（2）电源，信号控制单元内的电气元件及各传感器使用的都是24V直流电源，所以需要一个能将船用220V交流电转换成24V直流电的电源模块，在进行稳压隔离滤波之后对系统提供电力供应。
（3）中央处理单元（CCU），中央处理单元是通过一个基于电脑操作系统上的应用软件把SCU传输过来的信号进行直观的界面显示和测量参数的修正等，具有数据处理、显示、打印、报警等功能。
2、液位遥测系统功能特点
液位遥测系统功能特点如下：（1）可以对船舶船舱进行遥测，能够监测液体体积、油液密度、重量、液位、温度、气体压力等状态数据。（2）能够独立测量液位，还可以配合配载仪系统计算船舶在不同装载状态下的船舶排水量、船舶船体重心、稳心以及船舶吃水等状态数据。（3）液位遥测系统在运行后会自行检查，不仅仅能在显示屏上显示每个舱室内的数据信息和报警信息，还能够检测系统中硬件电路和每个输入输出设备是否存在故障，以便发现故障后可以定位故障发生点，为船舶工作人员提供维护支持。
3、船舶常用液位测量装置
（1）吹泡式测量是在液舱中插入一根气管，气体经过滤和减压后，干净的气体再经过恒流器和气管吹入液舱。吹气流量由恒流器控制，气体经过恒流器沿气管吹入液舱中，压力传感器测量气管进液舱管路上的压力，当气管末端有连续微量气泡排出时，此时传感器测量的压力等于当前液位高度产生的压力。吹泡式测量的气管路布置较复杂且测量精度不高，往液舱吹气还可能会污染测量介质;因压力传感器不与测量介质直接接触，传感器使用寿命长，适应于测量精度要求不高、恶劣环境的液舱。
（2）静压式测量是靠水压作用在传感器端面的膜片上，膜片产生微小形变引起传感器内部微电路发生变化，传感器输出一个与压力大小成正比的电信号。静压式测量装置结构简单，传感器体积小，测量精度高;但传感器与介质直接接触，长期使用可能会损坏传感器膜片。
（3）雷达式测量是通过雷达传感器的天线系统朝介质的方向发射能量很低且极短的微波脉冲，微波被介质表面反射并被天线系统重新接收，微波脉冲以光速运行，从发射到接收，雷达脉冲所需的运行时间和舱内液高成函数关系。雷达传感器测量精度高，信号抗干扰能力强，因雷达传感器不与测量介质接触，不污染介质且使用寿命较长;导波雷达传感器安装前需增加导波管，防止测量过程中微波遇到干扰物，干扰物作为虚假反射信号源影响测量结果，雷达传感器成本较高，建议使用在测量精度要求较高的油舱。
4、某型船舶液位遥测系统软件的构架和功能
本型船舶液位遥测系统主要侧重于PLC计算模型的优化，选择西门子S7-400H系列PLC，编程环境使用西门子PCS7平台，本文主要讨论软件方面的架构和功能。
4.1、某型船舶液位遥测系统软件的原理
船舶的液体舱室一般包括燃油舱、滑油舱、淡水舱、压载水舱、污水舱等，这些舱室液体的液位、体积、重量和温度等重要参数都需要实时反馈给操作人员并在异常情况下声光报警，这就是船舶液位遥测系统的软件功能。特别是对于半潜船，在下潜和上浮等装卸货过程中，压载水舱的重要参数更是需要准确并及时反馈给驾驶室操作人员以及阀门遥控和海水泵控制系统，因为这关系到半潜船舶作业安全和人员安全。
对于一个液体舱室（Tank），一般安装两个测深管，一个传感器测深管用来安装液位传感器，一个手动测深管操作人员用来核实舱室液位。得到液位高度之后通过查询舱容表能够得到液体体积，其中远程舱容表用于船舶液位遥测系统的PLC计算模型自动查询，手动舱容表用于操作人员人工查询。液体体积与液体密度的乘积就是液体重量。
4.2某型液位遥测软件的二维查表加横倾补偿模型
这是一种复杂但精确的液位遥测软件系统的计算模型，需要耗费较多的PLC资源，首先应用二维查表法根据舱容表得到相应纵倾角度下的船舱液体体积，再根据横倾角度舱容补偿表查表得出横倾船舱液体体积补偿值，然后求和得到最终的船舱液体体积，进而计算体积和密度的乘积就能够得到船舱液体重量。通过液位传感器和倾角传感器可以得到船舱的液位和纵倾角度，PLC首先检查纵倾角度的范围，从而决定使用哪一列的舱容数据，然后再根据液位得到相应的船舱舱容，进而计算舱容和密度的乘积就能够得到船舱液体重量。
4.3某型船舶液位遥测系统软件的程序开发
该型船舶液位遥测系统软件的开发是基于西门子（SIEMENS）PCS7平台，编程语言主要是SCL、CFC等，另外需要WinCC的配置以及脚本编写，上位机操作站使用西门子WinCC软件。下面按照程序的开发逻辑顺序进行分析。
（1）二维查表程序的编写：第一步，需要将液位传感器的压力值转换为高度值，首先液位传感器的压力值减去基准压力值，再乘以一个由转换单位决定的系数，然后除以重力加速度和密度的乘积，即可得到船舱液位高度。第二步，应用二维查表法将船舱液位高度转换为船舱液体体积，这个过程需要复杂的SCL语言实现。
（2）逻辑控制功能的实现：用SCL语言编写好二维查表等核心功能之后，就需要用CFC语言搭建船舱液位遥测软件系统的逻辑控制功能。首先是液位传感器压力信号转换为高度信号的逻辑，接着是应用二维查表法得到船舱舱容和重量的逻辑，然后是船舱液位、舱容以及重量等信号和其他参数上传到操作站的逻辑。
（3）上位机操作站功能的实现：上位机操作站是客户机服务器架构，即服务器主要负责与控制器交换数据，包括发送控制命令、接收反馈状态以及判断报警信息等，客户机主要与服务器交换数据并提供操作员界面等。
总而言之，本软件系统在设计阶段就做了总体构架，比如考虑到软件平台的通用性、硬件的可靠性、调试维护的易操作性等，另外，本系统还具有接口适应性好、功能完善、操作方便等特点。
参考文献
[1]罗农，陈小玉，李常青.3D船舶閥门遥控和液位遥测系统[J].机电设备，2018，35（05）：14-17.
[2]何国强.船舶液位遥测系统误差分析[J].中国水运，2014（08）：48-49.
（扬州中远海运重工有限公司 江苏扬州 225200）