陳 明，陳 靜，杜智慧，朱慧敏

應(yīng)用研究

綜合平臺管理系統(tǒng)的應(yīng)用及改進

陳 明1，陳 靜2，杜智慧3，朱慧敏3

（1. 海裝駐廣州地區(qū)第一軍事代表室，廣州 510715；2.廣州海關(guān)，廣州 511457；3.中船黃埔文沖船舶有限公司，廣州 510715）

本文介紹了綜合平臺管理系統(tǒng)及船舶綜合管理系統(tǒng)的應(yīng)用情況，以及國外知名綜合管理系統(tǒng)的功能特點。結(jié)合分析國內(nèi)平臺管理系統(tǒng)與國外船舶自動化系統(tǒng)的差距，為下一步國內(nèi)綜合平臺管理系統(tǒng)的發(fā)展提出了一些建議。

綜合平臺管理系統(tǒng) 信息網(wǎng)絡(luò) 監(jiān)測報警 在線訓(xùn)練

0 引言

目前世界各國都在競相發(fā)展及應(yīng)用綜合平臺管理系統(tǒng)，綜合平臺管理系統(tǒng)（IPMS）就是通過計算機網(wǎng)絡(luò)，對艦船平臺系統(tǒng)進行集中監(jiān)視、控制和管理的自動化系統(tǒng)[1]，包括綜合艦橋系統(tǒng)、標準監(jiān)視和控制系統(tǒng)、綜合狀態(tài)評估子系統(tǒng)和損管系統(tǒng)[2]。目前能提供綜合平臺管理系統(tǒng)的集成商主要有ABB、Konsberg及L3-MAPPS公司等。挪威kongsberg海事公司的K-Chief700船舶管理系統(tǒng)，具有報警、監(jiān)測、控制系統(tǒng)、管理及模擬和訓(xùn)練等功能，是目前遠洋運輸船舶及工程船配置最廣泛的船舶信息管理系統(tǒng)。我國已開始裝備應(yīng)用綜合平臺管理系統(tǒng)，但和國外同類型的產(chǎn)品相比，還存在一定的差距。有必要對比分析國內(nèi)外綜合平臺管理系統(tǒng)的功能特點差異，提出改進建議，加快推進國內(nèi)綜合平臺管理系統(tǒng)的性能提升。

1 國外綜合平臺管理系統(tǒng)的應(yīng)用分析

1.1 國外綜合平臺管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

L3-MAPPS公司的綜合平臺管理系統(tǒng)是采用分層基本結(jié)構(gòu)和分布式體系結(jié)構(gòu)。信息基礎(chǔ)層是綜合平臺管理系統(tǒng)信息傳輸、處理和數(shù)據(jù)存儲的核心。主要包括綜合信息網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心和信息安全防護設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)采用以太網(wǎng)，選用雙冗余結(jié)構(gòu)，支持TCP/IP通信協(xié)議，拓撲結(jié)構(gòu)為環(huán)型。采集控制層處理由各設(shè)備傳感器采集的信息，通過現(xiàn)場總線（Fieldbus）、串行連接，并對采集的信息進行綜合，控制執(zhí)行機構(gòu)完成各設(shè)備的監(jiān)控，同時完成信息交換的任務(wù)[3]。

挪威kongsberg 海事公司的K-Chief700船舶管理系統(tǒng)，具有報警、監(jiān)測、控制系統(tǒng)、管理及模擬和訓(xùn)練等功能。該系統(tǒng)是一個采用共用技術(shù)，具有開放式與通用化體系結(jié)構(gòu)，基于模塊化軟硬件的分布式控制與監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)的核心是下層的模塊化智能分布式處理單元（DPUs、遠程I/O），由其完成所有監(jiān)測和自動化控制功能；系統(tǒng)的上層是集中的人機交互操作站；中間層是連接分布式處理單元與操作站的雙冗余處理總線和通信網(wǎng)絡(luò)[4]。系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 K-Chief700系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖

1.2 K-Chief700船舶管理系統(tǒng)主要功能及特點

1.2.1操作及顯示功能

K-Chief700系統(tǒng)是基于分布式的數(shù)據(jù)采集和處理模塊，由這些模塊組成的相對獨立的子系統(tǒng)相應(yīng)控制船上的不同設(shè)備，通過冗余系統(tǒng)和遠程通信構(gòu)建了分布式和開放式的系統(tǒng)。K-Chief700系統(tǒng)提供了安全、統(tǒng)一和直觀的用戶界面，減少了誤操作的風(fēng)險，提高了工作效率。每一個操作站都是自成一體并且具有獨立處理能力。設(shè)置有從只有監(jiān)測功能到允許對所有系統(tǒng)控制、維護和配置的操作權(quán)限和功能級別權(quán)限。

1.2.2故障診斷功能

K-Chief700系統(tǒng)考慮了系統(tǒng)的安全性和可靠性。它確保所有層面的冗余，包括工作站，通訊連接，進程控制器、輸入輸出模塊及供電。內(nèi)置的自我診斷功能監(jiān)測所有系統(tǒng)的組成部分和內(nèi)部通訊，如果發(fā)現(xiàn)有故障，將會報警并且自動執(zhí)行例如故障安全機制等糾錯行為，在系統(tǒng)部件出現(xiàn)故障時也會啟動自我診斷功能。多功能的I/O單元具有各信號的線路故障探測，以及內(nèi)置的接地監(jiān)測功能。

1.2.3在線用戶手冊支持功能

設(shè)置有在線用戶手冊，以幫助操作人員進行系統(tǒng)操作，并對維護和解決問題時起指導(dǎo)作用。如圖2所示。

圖2 在線用戶手冊視圖

1.2.4 輔助系統(tǒng)的監(jiān)控功能

除具有推進監(jiān)控、電站監(jiān)控等常規(guī)的功能外還具有飲用水系統(tǒng)、閥門遙控、液位遙測、壓載控制、鍋爐、壓縮空氣系統(tǒng)及泵、空調(diào)通風(fēng)等輔助機械的監(jiān)控功能?？蛇b控起停泵浦，進行單速或雙速控制，并對備用泵控制，可設(shè)置全船失電后的順序起動，可進行運行時間統(tǒng)計?？蓪νL(fēng)機進行遙控及速度控制，可設(shè)置全船失電后的順序起動并進行運行時間計算。典型界面見圖3所示。

圖3 輔助系統(tǒng)監(jiān)測控制界面

1.2.5 強大的報警監(jiān)測功能

K-Chief700監(jiān)測報警系模擬量報警信號有4個可設(shè)定的報警限制（高/低和高高/低低），報警可設(shè)定延時?？梢孕薷娜魏螆缶c的設(shè)定值以及臨時抑制某一報警點（密碼保護）。報警信號可以顯示傳感器信號異常報警（短路、開路、傳感器故障），可以設(shè)置指定目標和控制區(qū)域的報警信息。具有報警打印功能，可以設(shè)置成打印全部報警信息或事件，或選擇部分的報警和事件。具有報警記錄功能，操作者可以隨時查找一段特定時間和特定控制區(qū)域或設(shè)備的報警和事件歷史。系統(tǒng)內(nèi)的趨勢記錄系統(tǒng)允許用戶定義合適的趨勢記錄視圖，視圖可組合任何報警點、范圍、時間間隔和其它平均值等參數(shù)。趨勢記錄系可用于設(shè)備維護和控制優(yōu)化。

圖4 趨勢圖界面

設(shè)置有報告系統(tǒng)，可提供定期報告、日志報告、時報告、艙容報告、機械性能報告等。報告可以打印、顯示或者存在適當?shù)挠脖P上，可以以多種格式保存（如text、MS Excel、 HTML等）也可以傳送到外部計算機器系統(tǒng)。

2 國內(nèi)綜合平臺管理系統(tǒng)組成及功能特點分析

國內(nèi)綜合平臺管理系統(tǒng)主要包含推進監(jiān)控分系統(tǒng)、電站監(jiān)控分系統(tǒng)、損管綜合監(jiān)控分系統(tǒng)、綜合保障管理與決策等分系統(tǒng)及公共網(wǎng)絡(luò)組成。公共網(wǎng)絡(luò)即平臺綜合信息傳輸網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)類型采用以太網(wǎng)，選用雙冗余結(jié)構(gòu)。

推進監(jiān)控系統(tǒng)采用監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計為兩層雙冗余網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。上層為數(shù)據(jù)信息傳輸網(wǎng)，采用高速工業(yè)以太網(wǎng)，基于綜合平臺管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，主推進裝置控制監(jiān)測系統(tǒng)上層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通過交換機接入綜合平臺管理系統(tǒng)主干網(wǎng)，通過主干網(wǎng)實現(xiàn)各上網(wǎng)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。下層為實時數(shù)據(jù)采集網(wǎng)和實時控制網(wǎng)，采用CAN現(xiàn)場總線。上、下層網(wǎng)絡(luò)均采用雙冗余結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障切換或熱備份。安保、控制、監(jiān)測報警采用采用雙冗余CAN現(xiàn)場總線，通信協(xié)議以CAN2.0B規(guī)范為基礎(chǔ),采用標準化硬件設(shè)計要求規(guī)定的通信協(xié)議框架[2]。

電站監(jiān)控系統(tǒng)同樣采用兩層雙冗余的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架。電站監(jiān)控系統(tǒng)以太網(wǎng)通訊接口，提供整個電站系統(tǒng)的監(jiān)測參數(shù)和故障報警信息。電站控制工作站和機組控制器之間通過CAN2.0B雙網(wǎng)進行信息交互，電站控制工作站向控制主機發(fā)送操作控制指令，并接收控制主機的數(shù)據(jù)信息并加以圖文顯示。采用標準化硬件及雙冗余網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對電站分系統(tǒng)實施自動控制和管理、監(jiān)測、越限報警和安全保護功能。

損管監(jiān)控由損管監(jiān)控臺、信息顯示大屏，損管監(jiān)控箱、接線箱及各類傳感器等組成，以損管控制站為核心，構(gòu)成一個CANBUS現(xiàn)場總線，進行損管信息監(jiān)測報警及損管控制的監(jiān)控系統(tǒng)。

綜合管理與決策功能，利用平臺主干信息網(wǎng)和綜合平臺管理分系統(tǒng)交互數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)庫存儲和管理實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)以及其他非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，提供包括平臺綜合狀態(tài)顯示、事件總覽、系統(tǒng)報警、關(guān)聯(lián)事件分析與決策建議[5]。

3 國內(nèi)與國外綜合平臺管理系統(tǒng)對比及分析

綜合對比分析國內(nèi)與國外綜合信息管理系統(tǒng)的組成及功能特點，我們離國外先進的船舶信息管理系統(tǒng)還有一定的差距，主要區(qū)別差距見表1。

表1 國內(nèi)與國外綜合平臺管理系統(tǒng)對比與分析表

4 綜合平臺管理系統(tǒng)的改進建議

結(jié)合對比分析國內(nèi)IPMS系統(tǒng)和K-Chief700船舶管理系統(tǒng)的功能特點，國內(nèi)IPMS系統(tǒng)可以充分借鑒K-Chief700船舶管理系統(tǒng)的成功應(yīng)用經(jīng)驗在以下方面改進提高。

4.1 綜合保障能力改進

綜合保障系統(tǒng)軟件已設(shè)有備品備件、專用工具、儀器儀表等管理模塊，但軟件里面的數(shù)據(jù)信息仍是空白。應(yīng)該把保障數(shù)據(jù)信息輸入到軟件中去，實現(xiàn)保障管理功能的充分運用。

4.2 互聯(lián)互操的功能實現(xiàn)

目前機電集控室并排設(shè)置有損管監(jiān)控臺、綜合管理決策臺、主推進控制臺，還是按功能類別進行設(shè)置，每個控制臺只能執(zhí)行特定的任務(wù)，不能互聯(lián)互操。應(yīng)考慮在相同的標準平臺上，安裝統(tǒng)一的系統(tǒng)軟件實現(xiàn)互聯(lián)互操功能，可提高整個平臺管理系統(tǒng)的安全性和冗余性。

4.3 監(jiān)測控制功能拓展

應(yīng)實現(xiàn)對全平臺的監(jiān)測控制,應(yīng)考慮將閥門遙控、海水系統(tǒng)、淡水系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、鍋爐、泵浦、空調(diào)通風(fēng)等輔助機電設(shè)備納入綜合平臺監(jiān)控管理的對象，提高全船的信息化水平。

4.4 實現(xiàn)在線訓(xùn)練系統(tǒng)

國外的船舶自動化系統(tǒng)已設(shè)置在線訓(xùn)練系統(tǒng),系統(tǒng)可以從正常運行轉(zhuǎn)狀態(tài)切換到在艦訓(xùn)練狀態(tài)。在訓(xùn)練狀態(tài)，綜合平臺管理系統(tǒng)能自動生成各種實時數(shù)據(jù)，模擬各種狀態(tài)，而操作人員的操作與控制程序則與正常運行時完全一致。在線訓(xùn)練系統(tǒng)是實船訓(xùn)練，能幫助艦員迅速掌握艦船平臺設(shè)備的使用、維護，正確應(yīng)對各種突發(fā)情況，其訓(xùn)練效果是一般仿真系統(tǒng)無法比擬的。

4.5 拓展綜合狀態(tài)評估與維護系統(tǒng)

發(fā)展綜合狀態(tài)評估與維護系統(tǒng)，使系統(tǒng)能夠記錄艦船平臺設(shè)備的工作日志，能夠監(jiān)視、追蹤設(shè)備的運行狀態(tài)。提供使用維護、計劃維護建議。系統(tǒng)保存設(shè)備的各種故障模式，通過專家系統(tǒng)的智能推理，對設(shè)備運行的性能和趨勢進行評估，對故障進行定位，并為故障診斷和日常維修提供幫助。

4.6 設(shè)置在線用戶手冊

綜合平臺管理系統(tǒng)所有分系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置在線用戶手冊，以幫助艦員進行系統(tǒng)操作,提供綜合平臺管理系統(tǒng)的操作使用和維護建議。綜合平臺管理系統(tǒng)還應(yīng)設(shè)置圖紙文件管理功能，能對平臺設(shè)備隨機完工資料、培訓(xùn)教材（操作手冊）、維護保養(yǎng)手冊等資料管理以及查詢。

4.7 設(shè)置自我診斷功能

軟件設(shè)計上應(yīng)設(shè)置有自我診斷的功能，當發(fā)生故障時，可作出相應(yīng)的糾正措施；Kongsberg的自動化系統(tǒng)已經(jīng)具有報警信號自檢功能,可以顯示傳感器信號異常報警（短路、開路、傳感器故障）等,目前我們船上的綜合平臺管理系統(tǒng)還不具有此功能，應(yīng)考慮類似的智能報警監(jiān)測能力，對報警做出判斷和響應(yīng)，以輔助艦員處理操作過程中的報警。

5 結(jié)束語

綜合平臺管理系統(tǒng)的發(fā)展要以需求為牽引，充分吸收借鑒國內(nèi)外船舶自動化監(jiān)測系統(tǒng)的裝船應(yīng)用經(jīng)驗及用戶的意見，加強優(yōu)化改進，在綜合保障能力改進、互聯(lián)互操的功能實現(xiàn)、監(jiān)控控制功能提升拓展、在線訓(xùn)練系統(tǒng)實現(xiàn)、充實拓展綜合狀態(tài)評估與維護維修系統(tǒng)等方面進行完善改進，使綜合平臺管理系統(tǒng)更發(fā)揮更大的效益。

[1] 黃龍水. 艦艇綜合平臺管理系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)分析[J].艦船電子工程. 2004(6): 50-56.

[2] 袁偉. 艦船綜合平臺管理系統(tǒng)設(shè)計[J].艦船科學(xué)技術(shù). 2013(7): 145-138.

[3] L3 MAPPS. Integrated platform management system [EB/OL]. www.l3t.MAPPS.2022.

[4] Kongsberg. K-Chief 700 Integrated Control System ProductDescription[EB/OL].www.Kongsberg.com.

[5] 王征. 綜合平臺管理系統(tǒng)在綜合電力船舶中的應(yīng)用研究[J]. 裝備制造技術(shù). 2017(1): 109-111.

Application and improvement research of integrated platform management system

Chen Ming1, Chen Jing2，Du Zhihui3, Zhu Huimin3

(1. Nava No.1 military representative office in Guangzhou District, Guangzhou 510715;2.Guangzhou Custom, Guangzhou 511457; 3. CSSC Huangpu Wenchong Shipbuilding Company Limited, Guangzhou 510715)

U664

A

1003-4862（2022）07-0065-03

2022-04-11

陳明（1982-），男，工程師，研究方向：船舶電力系統(tǒng)及其控制技術(shù)。E-mail：13715034@qq.com