顧雪晨

（海軍駐上海地區(qū)艦艇設(shè)計研究軍事代表室，上海 200011）

0 引言

電力推進系統(tǒng)以其卓越的優(yōu)勢已經(jīng)成為當(dāng)今世界船舶動力系統(tǒng)發(fā)展的一種主流趨勢，在軍用和民用領(lǐng)域已取得了成功應(yīng)用[1]。電力推進系統(tǒng)可統(tǒng)籌全船動力，滿足未來船舶對電力供應(yīng)及推進動力的需求，提高船舶運行的操縱性、可靠性、經(jīng)濟性，并可在電力推進監(jiān)控系統(tǒng)上實現(xiàn)整個系統(tǒng)的信息管理、顯示、故障診斷等，提高了電力推進系統(tǒng)的智能化、自動化水平。但對于船舶來說，船上除了電力推進系統(tǒng)外，還有其它系統(tǒng)，如輔助機械監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、消防監(jiān)控系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)與電力推進系統(tǒng)之間互相獨立，信息分散，不便于信息的集中管理與顯示。

全船信息化是指以通信、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)為基礎(chǔ)，把全船各設(shè)備參數(shù)匯總至數(shù)據(jù)庫，供特定人員工作、學(xué)習(xí)、輔助決策的一種技術(shù)[2]。對于電力推進船舶來說，全船信息化就是將電力推進船舶的電力推進監(jiān)控系統(tǒng)和船舶其它系統(tǒng)應(yīng)用通信設(shè)備連接成一個整體通信網(wǎng)絡(luò)，從而實現(xiàn)信息的集中管理，提高船舶運行的自動化水平。本文即對電力推進船舶的全船信息化系統(tǒng)的設(shè)計技術(shù)進行研究。

1 信息化系統(tǒng)的優(yōu)勢及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

1.1 信息化系統(tǒng)的優(yōu)勢

電力推進系統(tǒng)船舶采用全船信息化系統(tǒng)后，將具有如下優(yōu)勢：

1)提高運行效率，便于綜合分析

采用全船信息化系統(tǒng)后，全船數(shù)據(jù)實現(xiàn)集中管理，克服了各設(shè)備之間數(shù)據(jù)不能共享、不便于綜合分析的缺點，能提高運行效率，減輕操作人員的重復(fù)性勞動。

2)節(jié)省人力資源

采用全船信息化系統(tǒng)后，在機艙集控室就可實現(xiàn)電力推進系統(tǒng)各設(shè)備運行狀態(tài)的顯示及控制，可以減少操作人員的數(shù)量，節(jié)省人力資源。

3)提高船舶運行穩(wěn)定性、安全性

一方面，電力推進系統(tǒng)、輔助機械系統(tǒng)各設(shè)備運行參數(shù)集中管理后，可方便實現(xiàn)系統(tǒng)狀態(tài)評估、故障診斷等，從而可以有效的排除系統(tǒng)故障，提高船舶運行穩(wěn)定性；另一方面，視頻監(jiān)控系統(tǒng)、消防監(jiān)控系統(tǒng)等數(shù)據(jù)共享后，可更有效的發(fā)現(xiàn)險情，便于快速采取措施，提高船舶運行安全性。

4)可實現(xiàn)遠程控制

帶有遠程通信系統(tǒng)的全船信息化系統(tǒng)可將船舶的位置、速度、航向等航行數(shù)據(jù)、電力推進系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)等通過遠程通信系統(tǒng)傳送至岸基監(jiān)控臺，并在監(jiān)控臺顯示，專家可通過顯示數(shù)據(jù)進行指導(dǎo)或故障診斷，方便岸上人員實時掌握船舶航行情況，實現(xiàn)了船舶的遠程控制。

1.2 信息化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

目前應(yīng)用最多的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是信息層-控制層-設(shè)備層結(jié)構(gòu)[3]，如圖1所示。

圖1 工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

在設(shè)備層，基于各種現(xiàn)場總線的設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)可以通過單一纜線將不同廠家的底層設(shè)備與控制器連接，網(wǎng)絡(luò)具體極大的開放性；在控制層，連接PLC處理器、輸入輸出設(shè)備、工控機、操作器接口和其它智能設(shè)備，實現(xiàn)對設(shè)備層數(shù)據(jù)的顯示、處理及具體設(shè)備的控制；在信息層，通過采用TCP/IP協(xié)議的信息層網(wǎng)絡(luò)，高層的計算機系統(tǒng)可以直接獲取底層數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)如數(shù)據(jù)獲取、控制管理、編程管理、維護管理等功能。

因為工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是目前應(yīng)用最多、技術(shù)最成熟的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，所以，全船信息化系統(tǒng)采用相同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；為了減少不同網(wǎng)絡(luò)之間進行匹配和轉(zhuǎn)換帶來的不可靠性，使網(wǎng)絡(luò)具有良好的可擴展性，除設(shè)備層的現(xiàn)場總線外，其它網(wǎng)絡(luò)層統(tǒng)一采用工業(yè)以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)傳輸；考慮信息化系統(tǒng)冗余性的要求，系統(tǒng)采用雙總線冗余網(wǎng)絡(luò)。綜上，全船信息化系統(tǒng)采用三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的雙總線冗余以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。

2 電力推進船舶的全船信息化系統(tǒng)設(shè)計

2.1 總體設(shè)計

全船信息化系統(tǒng)框圖如圖2所示。

由圖可知，全船信息化系統(tǒng)由電力推進監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、其它系統(tǒng)、綜合信息管理臺、延伸終端、岸基監(jiān)控臺等部分組成。

電力推進監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對船舶電力推進系統(tǒng)的監(jiān)視與控制，其主要由推進控制系統(tǒng)、功率管理系統(tǒng)、機艙監(jiān)測報警系統(tǒng)組成，主要設(shè)備分布在設(shè)備層和控制層。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)船舶重要部位的視頻監(jiān)控。

其它系統(tǒng)包括輔機監(jiān)控系統(tǒng)、消防監(jiān)控系統(tǒng)等。

電力推進監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)是兩個相對獨立的由各自設(shè)備層、控制層構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，這兩個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在信息層實現(xiàn)數(shù)據(jù)匯合。

綜合信息管理臺是信息化系統(tǒng)的核心，其負責(zé)收集全船重要設(shè)備的信息，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的綜合管理，包括存儲、傳輸（包括遠程傳輸）等，同時，可以執(zhí)行船舶信息管理、船務(wù)管理等。

延伸終端是將相關(guān)數(shù)據(jù)顯示在船舶的某些重要位置，如船長室、輪機長室等位置，便于相關(guān)人員及時掌握船舶運行數(shù)據(jù)。

岸基監(jiān)控臺通過遠程通信系統(tǒng)接收船上發(fā)送的數(shù)據(jù)，方便岸上人員實時掌握船舶航行情況。

2.2 詳細配置

全船信息化系統(tǒng)詳細配置圖見圖3。

其中，電力推進監(jiān)控系統(tǒng)由集控室監(jiān)控臺、現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集站、就地控制柜、功率管理系統(tǒng)（PMS）、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備等組成，信息在集控室監(jiān)控臺實現(xiàn)集中管理，并傳輸?shù)叫畔印?/p>

視頻監(jiān)控系統(tǒng)由若干攝像頭、視頻監(jiān)控臺、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備組成，視頻監(jiān)控臺實現(xiàn)信息集中管理，并傳輸?shù)叫畔印?/p>

綜合信息管理臺除了信息的綜合管理及遠程通信外，還提供與動力定位系統(tǒng)和航行記錄儀的接口。

2.3 系統(tǒng)的擴展性

圖3所示的全船信息化系統(tǒng)由于采用標(biāo)準(zhǔn)的三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)而具有良好的擴展性，可根據(jù)需要在任意一層上增加信息點，如以某科學(xué)考察船為例，將全船實驗儀器系統(tǒng)作為一個信息點增加到信息層，并增加一個實驗負責(zé)人延伸終端，也可以將視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為電力推進監(jiān)控系統(tǒng)的一部分而增加到電力推進監(jiān)控系統(tǒng)的控制層，如圖4所示。由此可見，全船信息化系統(tǒng)具有良好的擴展性，擴展方式可根據(jù)需要靈活選擇。

3 結(jié)束語

本文以電力推進船舶為研究對象，研究了電力推進船舶全船信息化系統(tǒng)的設(shè)計技術(shù)，提出了全船信息化系統(tǒng)的總體方案、詳細配置，并討論了全船信息化系統(tǒng)的擴展性。通過研究可知，電力推進船舶采用全船信息化系統(tǒng)后，具有運行穩(wěn)定、節(jié)省人力、運行效率高等優(yōu)勢，設(shè)計的全船信息化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡潔、擴展性高，對全船信息化系統(tǒng)的設(shè)計具有一定的指導(dǎo)意義。下一步應(yīng)討論信息化系統(tǒng)的詳細設(shè)計方法，包括各設(shè)備的選型、具體的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等。

圖2 全船信息化系統(tǒng)框圖

圖3 全船信息化系統(tǒng)詳細配置

圖4 擴展的全船信息化系統(tǒng)方案二

[1]尚安利，張達寬等.電力推進船舶功率管理系統(tǒng)綜述[J].船電技術(shù)，2011，31(10):1-5.

[2]常健，母繼元.信息化建設(shè)中的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)構(gòu)建分析[J].電子世界，2014，18:5-6.

[3]李卓.分布式計算機網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的分析與優(yōu)化[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2017，7:214-214.