船舶自動化系統(tǒng)平臺的構(gòu)建及功能設(shè)計

　隨著計算機技術(shù)的高度發(fā)展和船舶自動化水平的不斷提高，船舶自動化技術(shù)不斷向全船綜合自動化階段發(fā)展，各類導(dǎo)航、監(jiān)控、管理系統(tǒng)都被運用于船舶中。

　　在船舶自動化中，機艙自動化尤為重要，其中的主機、發(fā)電機組、舵漿、離合器、空壓機等重要設(shè)備對船舶的正常航行有著非常重要的作用。目前，對船舶自動化的要求已不僅僅局限于局部的、單一的、獨立的監(jiān)控和管理，而是對大范圍、多層次、集中式的監(jiān)控系統(tǒng)提出了更高的要求，其中船舶機艙監(jiān)控系統(tǒng)和電站管理系統(tǒng)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)以及船、岸通訊系統(tǒng)的融合，是船舶機艙自動化未來發(fā)展的趨勢。

　　如圖1所示，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由兩部分組成：岸上部分和船上部分。由于船上物理環(huán)境惡劣，震動大、溫度高、濕度高，為保證網(wǎng)絡(luò)的可靠性，需采用有線網(wǎng)絡(luò)連接方式組成一個局域網(wǎng)，組網(wǎng)方式為以太網(wǎng)。岸上部分也組成一個網(wǎng)絡(luò)，并和互聯(lián)網(wǎng)相連，可供遠端客戶瀏覽查看。

　　系統(tǒng)處理結(jié)構(gòu)是分布式的，通過基于子系統(tǒng)的平等接入方式進行系統(tǒng)集成。其核心思想是提供一個開放的平臺，在該平臺上可以運行各種應(yīng)用系統(tǒng)。系統(tǒng)由上層的管理網(wǎng)和下層的現(xiàn)場控制網(wǎng)組成。下層現(xiàn)場控制網(wǎng)的各個設(shè)備子系統(tǒng)以平等的方式接入。上層管理網(wǎng)絡(luò)運行高性能的系統(tǒng)集成、數(shù)據(jù)庫和各種應(yīng)用系統(tǒng)。各設(shè)備子系統(tǒng)的實時運行數(shù)據(jù)通過下層現(xiàn)場控制網(wǎng)傳輸?shù)綄?yīng)的網(wǎng)關(guān)，由該網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)處理/轉(zhuǎn)換后發(fā)送到上層的管理網(wǎng)絡(luò)，然后存儲在系統(tǒng)集成共享數(shù)據(jù)庫中。管理網(wǎng)絡(luò)通過裝有系統(tǒng)核心調(diào)度程序的多功能工作站對各子系統(tǒng)實現(xiàn)統(tǒng)一管理、監(jiān)控及信息交換。應(yīng)用子系統(tǒng)包括對船舶內(nèi)各種設(shè)備機電設(shè)備的自動化監(jiān)控，如火警、消防、液位、閥門狀態(tài)、動力、照明和航行等，同時提供網(wǎng)絡(luò)支持能力，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)、語言、圖形、圖像等信息的接收和發(fā)送。

　　為保證整個監(jiān)控系統(tǒng)的安全性和可靠性，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)采用實時交互方案。為保證整個系統(tǒng)的可維護性和可擴展性，系統(tǒng)采用如圖2所示的分布式結(jié)構(gòu)。

　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計包括網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)、通信協(xié)議、網(wǎng)關(guān)的軟硬件設(shè)計等各個方面。在進行系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)充分考慮各子系統(tǒng)的集成問題，從系統(tǒng)的可擴展性出發(fā)，用國際標準化的Ethernet和CAN總線組成雙層網(wǎng)絡(luò)，并在這兩種網(wǎng)絡(luò)中分別加入冗余設(shè)計，形成一種雙冗余的網(wǎng)絡(luò)信息平臺。在船舶上設(shè)置網(wǎng)絡(luò)時應(yīng)首先考慮環(huán)境特點，由于船舶具有振動、搖擺等特點，在設(shè)計時要突出可靠性，環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時仍能自行重構(gòu)，保證系統(tǒng)安全可靠。由于光纖傳輸?shù)氖枪庑盘?，兩端的電源相對隔離，有效地解決了光纖兩端電源和地線對設(shè)備可能造成的嚴重威脅，同時傳輸光纖具有對電磁和射頻干擾抑制能力，信號在傳輸過程中不受電磁和射頻噪聲的影響。

　　系統(tǒng)功能實現(xiàn)

　　系統(tǒng)要求實現(xiàn)：船舶機艙各設(shè)備的實時監(jiān)控及故障報警功能。分布式數(shù)據(jù)庫查詢和存儲。利用數(shù)據(jù)融合技術(shù)實現(xiàn)智能故障診斷。有線網(wǎng)絡(luò)與無線網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合。無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)監(jiān)控數(shù)據(jù)以及視頻圖像和語音的大數(shù)據(jù)量信息傳輸。

　　根據(jù)系統(tǒng)功能要求，將功能實現(xiàn)分為如圖3所示的多個模塊。各模塊功能如下：

　　數(shù)據(jù)采集模塊：負責(zé)信號的采集、轉(zhuǎn)換以及信號的輸入/輸出，經(jīng)由局域網(wǎng)與計算機通信，最后經(jīng)過初次處理存入實時數(shù)據(jù)庫。

　　數(shù)據(jù)查詢模塊：主要根據(jù)查詢項目和查詢時間，動態(tài)提供各重要參數(shù)的歷史值查詢。

　　實時監(jiān)控模塊：不停地從實時數(shù)據(jù)庫中取得實時數(shù)據(jù)，動態(tài)顯示各設(shè)備的運行參數(shù)，通過監(jiān)控界面，實時了解各設(shè)備的運行狀況。

　　管理功能模塊：管理授權(quán)用戶的登錄，高級權(quán)限的用戶擁有一般用戶所沒有的權(quán)限，如進行報警參數(shù)的設(shè)定操作等，從而保證了系統(tǒng)的保密性和安全性。

　　趨勢圖查看模塊：根據(jù)所選日期和時間段，動態(tài)顯示任意時間內(nèi)的趨勢曲線，使得操作人員對于機艙參數(shù)的變化情況一目了然。

　　故障診斷模塊：實時檢測機艙各部件發(fā)生的故障，并對故障原因、故障頻率和故障的危害程度進行分析、判斷，并給出必要的解決措施。

　　其它功能模塊：包括報表的生成和打印、對數(shù)據(jù)庫管理、幫助等信息。