船舶自動(dòng)化系統(tǒng)平臺(tái)的構(gòu)建

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

　　在船舶自動(dòng)化中，機(jī)艙自動(dòng)化尤為重要，其中的主機(jī)、發(fā)電機(jī)組、舵漿、離合器、空壓機(jī)等重要設(shè)備對(duì)船舶的正常航行有著非常重要的作用。目前，對(duì)船舶自動(dòng)化的要求已不僅僅局限于局部的、單一的、獨(dú)立的監(jiān)控和管理，而是對(duì)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(jī)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(jī)艙自動(dòng)化未來發(fā)展的趨勢(shì)。

　　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(dòng)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(gè)局域網(wǎng)，組網(wǎng)方式為以太網(wǎng)。岸上部分也組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，并和互聯(lián)網(wǎng)相連，可供遠(yuǎn)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(jìn)行系統(tǒng)集成。其核心思想是提供一個(gè)開放的平臺(tái)，在該平臺(tái)上可以運(yùn)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(chǎng)控制網(wǎng)組成。下層現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)的各個(gè)設(shè)備子系統(tǒng)以平等的方式接入。上層管理網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行高性能的系統(tǒng)集成、數(shù)據(jù)庫(kù)和各種應(yīng)用系統(tǒng)。各設(shè)備子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)通過下層現(xiàn)場(chǎng)控制網(wǎng)傳輸?shù)綄?duì)應(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(chǔ)在系統(tǒng)集成共享數(shù)據(jù)庫(kù)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(duì)各子系統(tǒng)實(shí)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(duì)船舶內(nèi)各種設(shè)備機(jī)電設(shè)備的自動(dòng)化監(jiān)控，如火警、消防、液位、閥門狀態(tài)、動(dòng)力、照明和航行等，同時(shí)提供網(wǎng)絡(luò)支持能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(gè)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(shí)時(shí)交互方案。為保證整個(gè)系統(tǒng)的可維護(hù)性和可擴(kuò)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(jì)包括網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、通信協(xié)議、網(wǎng)關(guān)的軟硬件設(shè)計(jì)等各個(gè)方面。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮各子系統(tǒng)的集成問題，從系統(tǒng)的可擴(kuò)展性出發(fā)，用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)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(jì)，形成一種雙冗余的網(wǎng)絡(luò)信息平臺(tái)。在船舶上設(shè)置網(wǎng)絡(luò)時(shí)應(yīng)首先考慮環(huán)境特點(diǎn)，由于船舶具有振動(dòng)、搖擺等特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)時(shí)要突出可靠性，環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)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?hào)，兩端的電源相對(duì)隔離，有效地解決了光纖兩端電源和地線對(duì)設(shè)備可能造成的嚴(yán)重威脅，同時(shí)傳輸光纖具有對(duì)電磁和射頻干擾抑制能力，信號(hào)在傳輸過程中不受電磁和射頻噪聲的影響。

　　系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

　　系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)：船舶機(jī)艙各設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控及故障報(bào)警功能。分布式數(shù)據(jù)庫(kù)查詢和存儲(chǔ)。利用數(shù)據(jù)融合技術(shù)實(shí)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(shí)現(xiàn)監(jiān)控?cái)?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(shí)現(xiàn)分為如圖3所示的多個(gè)模塊。各模塊功能如下：

　　數(shù)據(jù)采集模塊：負(fù)責(zé)信號(hào)的采集、轉(zhuǎn)換以及信號(hào)的輸入/輸出，經(jīng)由局域網(wǎng)與計(jì)算機(jī)通信，最后經(jīng)過初次處理存入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。

　　數(shù)據(jù)查詢模塊：主要根據(jù)查詢項(xiàng)目和查詢時(shí)間，動(dòng)態(tài)提供各重要參數(shù)的歷史值查詢。

　　實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊：不停地從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中取得實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)顯示各設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，通過監(jiān)控界面，實(shí)時(shí)了解各設(shè)備的運(yùn)行狀況。

　　管理功能模塊：管理授權(quán)用戶的登錄，高級(jí)權(quán)限的用戶擁有一般用戶所沒有的權(quán)限，如進(jìn)行報(bào)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(shì)圖查看模塊：根據(jù)所選日期和時(shí)間段，動(dòng)態(tài)顯示任意時(shí)間內(nèi)的趨勢(shì)曲線，使得操作人員對(duì)于機(jī)艙參數(shù)的變化情況一目了然。

　　故障診斷模塊：實(shí)時(shí)檢測(cè)機(jī)艙各部件發(fā)生的故障，并對(duì)故障原因、故障頻率和故障的危害程度進(jìn)行分析、判斷，并給出必要的解決措施。

　　其它功能模塊：包括報(bào)表的生成和打印、對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)管理、幫助等信息。

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