珍珠港海军造船厂的“水魔法”：PcVue赋能造船心脏

导读

• 项目背景

• 干船坞运作与控制需求

• PcVue SCADA 系统的引入以及系统升级

• 项目成果

凭借更高的安全性，PcVue 对干船坞的充水和排水过程进行精准控制。

项目背景

珍珠港海军基地与希卡姆空军基地均依托这座历史悠久的港口而发展，该港口在夏威夷原住民中被称为“Wai Momi”（意为“盛产珍珠的水”），位于瓦胡岛南岸、檀香山附近。联合基地珍珠港-希卡姆内的珍珠港海军造船厂（PHNSY）不仅是海军水面舰艇和潜艇的一站式区域维护中心，也是中太平洋地区唯一具备潜艇中级维护能力的设施。

 干船坞运作与控制需求

珍珠港共有四座干船坞，其中1号、2号和3号干船坞位于受控工业区（CIA）内，主要承担核潜艇的维修与保养任务。

这些重力式干船坞由狭长的船坞盆地构成，并通过浮动闸门与深水区相连。以1号干船坞为例，其从闸门头部至浮箱的全长为1,001英尺（305米），底部宽度为114英尺（35米），顶部宽度为138英尺（42米），且从平均高潮水位至龙骨支撑块的深度为32英尺6英寸（10米）。

船舶进入干船坞的过程如下：首先，船舶被引导进入船坞，闸门被放置在靠海一侧，随后使用大型立式涡轮泵抽水，使船坞排水。当船坞的水排空后，海水对闸门的压力形成一个用水密封的封口，使船舶稳稳地停靠在干燥的平台上。

这一操作过程由干船坞操作员全程监控与管理，该过程称为“evolution”，由工程师、电工和操作员组成的团队确保设备运行和水流控制的安全，为船舶维护和修理提供良好条件。

 PcVue SCADA 系统的引入以及系统升级

珍珠港海军造船厂（Pearl Harbor Naval Shipyard ）的干船坞作业已使用 PcVue 公司的监控和数据采集系统（SCADA）实现了自动化。该监控和数据采集系统主要控制着利米托克（Limitorque）执行机构网络。这些执行机构安装在大型闸阀上，而这些组合装置被称为电动阀门（MOVs）。

SCADA系统通过冗余Modbus IP网络与冗余MasterStation网关进行通信。

同时利用Modbus串行485环路将执行器与MasterStation连接。每座干船坞由19个电动阀门控制，每个执行器监测和管理16个I/O点。该容错系统能够精确调节阀门开闭至特定百分比，并严格遵循干船坞操作阀门位置协议，以确保水流控制的绝对安全。

 业务目标

• 确保设备安全运行及水流精确控制

• 提升阀门控制系统的安全性、可靠性与性能

在操作上，SCADA系统禁止干船坞操作员进行阀门操作，直至系统发出“可操作”指令。该指令通过综合监控断电、超温、超扭矩、阀门卡滞及其他执行器报警等多个报警点后生成。同时，PcVue的历史事件记录功能持续记录所有控制操作，作为审计追踪的重要依据。

Triton Marine Construction Corp.（TMCC）作为海军设施工程（NAVFAC）的承包商，承担了海上多项建设任务（WMACC），并获得了对1号干船坞进行改进的任务订单，内容包括升级执行器及安装阀门控制系统。

2012年，PcVue被选中承担这一重任。1号干船坞是受控工业区内最后一个采用阀门控制SCADA系统的干船坞，此前2号和3号干船坞使用的另一SCADA平台，由于安全性、可靠性和性能均不令人满意，最终被停用，迫使操作员重新采用更为繁琐的手动操作方式。

在1号干船坞项目完成后，海军通过实际使用PcVue系统，确认了之前存在的可靠性和性能问题已得到解决。最重要的是，该系统消除了安全隐患。在任何作业过程中，安全性都至关重要，而在干船坞中，由于大量水流经多个腔室，如果未加以精确控制，将会对干船坞人员和造船厂工人都造成危险。

因此，造船厂决定对2号和3号干船坞进行SCADA系统改造升级。

为此，发布了一份请求提案（RFP），以便对现有控制系统进行故障排除和升级。系统集成商替换了SCADA系统，并利用PcVue的面向对象的可复用特性，通过重用在1号干船坞开发的通用对象，降低了投标成本。

2号和3号干船坞的SCADA系统翻新项目于2013年在数周内顺利完成。珍珠港海军造船厂（PHNSY）干船坞运营首席电工Russell Risch带领团队在2号干船坞安装了PcVue系统，并将其配置为与原有2号干船坞控制系统保持一致。这一决定至关重要，因为他们希望新系统能够忠实呈现经过认证的标准操作流程，而无需对操作流程进行任何调整。

Russell指出：“我们的图形界面完全符合操作习惯，因此几乎无需额外的操作员培训。相反，一旦因新设备和系统而需要更改工作流程，就可能导致技术人员的重新培训和认证，既昂贵又耗时。”

负责系统集成的工程师Jeff Hutchings表示：“PcVue的架构非常适合此应用场景。我们需要控制多个电动阀（MOV），而借助PcVue的应用项目结构器，通过运用符号与分支结构，大幅缩短了配置时间，并有效降低了人为配置错误的风险。”

在开发该应用时，他的团队充分利用了PcVue的面向对象的项目方法论，他们按照PHNSY标准开发了动画图形对象（在PcVue中称为符号和画面控件模板），确保了界面和导航的一致性。

Jeff还补充道：“我们利用PcVue的分支概念，减少了所需的画面控件数量，通过调用图形以及所有关联的变量和通讯变量，在MOV的控制环境下进行配置。这项工作在我们后续投标2号和3号干船坞项目时发挥了巨大作用，我们能够直接复用1号干船坞开发的配置对象，从而节省了大量时间和资金。”

Jeff继续说道：“所有人都对MOV控制系统的升级结果都非常满意。我们的目标不仅是满足项目技术规格要求，更是与干船坞的工作人员紧密合作，以真正满足他们的运营需求。举例来说，PcVue的应用程序灵活性极高，能够迅速响应干船坞人员的各种需求，每当提出改进建议时，系统都能在短时间内做出调整。”

Triton Marine Construction公司（夏威夷分部）总经理Steve Yuhl总结道：“我们始终致力于与造船厂运营部门保持紧密合作。依靠一支优秀且敬业的团队，与造船厂工程师和操作员的密切协作，我们顺利交付了这一控制系统项目，并赢得了客户的高度赞赏。尽管海军在系统验收方面要求极为严格，但PcVue控制系统最终顺利通过了所有审核。”

 成功的关键

• 在确保安全之前禁止操作阀门

• 当报警指示器亮起时，禁止操作阀门

• 遵守现有的美国海军干船坞阀门操作程序

• 配备完善的容错系统

• 为干船坞开发通用对象，实现标准接口

• 最大限度地简化图形界面，便于后续维护

 成果

• PcVue解决了安全性、可靠性和性能方面的问题 

• PcVue的解决方案中的操作员界沿用了以往系统的设计，从而免除了操作员重新认证的要求

• PcVue因全面满足干船坞操作要求而获得广泛赞誉