船舶设备管控一体化系统结构及其实现方法

船舶设备管控一体化系统结构及其实现方法

祁晓楠

黑龙江省航道局

摘要：在现代的大型船舶中，一般都会配备很多设备，这些设备的组成为船舶的安全航海提供了保障。但是前提是要对船舶的设备实现有效管理。由于设备较多，且设备的组成较为复杂，要想全面做好船舶设备管理，必须要实现自动化和智能化管理，这就需要建立一套船舶设备管控一体化系统。现本文就简单探讨了该系统的结构及其实现方法，仅供参考。

关键词：船舶；管控一体化；系统结构；实现

随着信息技术和自动化技术的不断发展，船舶已经逐渐实现了自动化系统，半个世纪前就已经开始使用第一代过程控制系统（PCS）对船舶设备进行自动化控制，发展到今天，船舶设备的自动化管理系统更加完善。但是要想进一步实现统一管控，还需要建设一个更加健全的管控系统。技术人员借鉴企业管理中的管控一体化概念，对船舶设备管控一体化系统的开发进行了研究，这一系统的使用将大大提升船舶设备管理水平，降低船舶管理人员的劳动强度，提高了船舶运行的安全性，尤其是通过数据共享，最终可实现船舶远程维护。可以说，实现船舶设备管控一体化具有重大意义。

一、系统结构

船舶设备管控一体化系统结构如图1所示，由管理层和监控层2层构成。监控层由智能传感器、智能执行器件、PLC、单片机、嵌入式工控机等智能设备和工业总线共同构成，执行对船舶设备运行参数采集和对船舶设备控制的功能。管理层由计算机、管理软件和网络构成，对监控层采集的参数和执行指令参数进行处理、存储和报表制作等，通过工业以太或总线实现数据全船共享，甚至陆上计算机也能共享。2层数据无缝链接，实现船舶设备管控一体化。

从管控一体化机构来看，其关键技术是设备与计算机之间双向数据传输网络。传统的DCS结构，其专利型的网络和模拟信号传输，把机舱设备之间隔离成信息不能互相交换的孤岛，注定无法实现管控一体化。近几年发展起来的现场总线控制系统(FCS)为管控一体化提供了信息互相交换的通道。

二、关键性技术问题

实现管控一体化除网络结构采用的总线方式外，还有几个关键性的技术问题：智能化电测和电控、智能处理设备、软件等。

1、智能化的电测和电控器件

智能化的电测和电控器件，是管控一体化系统的最底层器件，分别承担信息采集和执行上位机指令，也就是通常所说的传感器和执行器。适合管控一体化的智能化传感器和执行器最基本结构是以现场总线技术为基础，微处理器为核心的模块化结构，并具有以下功能：①共用一条总线传递信息，具有多种计算处理及控制功能，从而减少主机的负担;②全数字化信号传输，增强信号的抗干扰能力;③采用统一的网络化协议，成为FCS的节点，实现传感器与执行器之间信息交换;④具有在系统编程功能，系统可对之进行校验、组态、测试，从而改善系统的可靠性和灵活性。

2、智能化的处理设备

尽管智能传感器和执行器已经具备信号处理功能，一些智能化的处理设备，如PLC、嵌入式工控机、单片机、液晶触摸等仍然不可缺少。这些专门的信息处理设备其通用性和标准的通信接口、强大的处理功能、丰富的附加设备(显示、输入输出模块等)和可靠性都是智能传感器和执行器的微处理芯片所不能比的。更重要的是诸多传感器和执行器需要一个运行策略管理层，来谐调它们之间的逻辑关系。

3、管控一体化系统软件

硬件上以标准的通信网络架构的管控一体化系统结构，是管控一体化系统的基础，但管控一体化系统的主要体现形式还是在软件上。管控一体化系统软件有3个功能各异的层面：①负责信号采集和处理的底层程序;②通信接口程序，负责智能传感器和执行器与计算机之间的通信;③高端管理程序，对进入计算机的大量数据按要求显示和制作报表等。

管控一体化系统软件的总体要求是：①从数据采集、处理到显示、报表要具有实时性;②底层采集的数据和高端数据管理无缝链接，不要在中间采用通过数据转换的方式来传递数据;③良好的人机交互界面;④可扩展性。增加功能和新设备，不需要通过对现有的软件进行重新编译的方式实现;⑤稳定性要好。管控一体化系统管理软件关键的技术是数据接口和组态。接口软件解决底层采集的数据和高端管理软件之间的数据传输问题，是核心问题。它取决于底层的智能传感器和执行器，通常的做法是采用动态链接库方式，它是将功能定义成函数，编译成动态链接库＊.dll方式。

组态实际上是近几年发展起来能实现现场数据采集处理、虚拟动画显示、过程可视化、报警处理、流程控制和报表输出等多种方式的高性能工业自动化软件的开发环境，通过几年的发展，其功能大大扩展，尤其是实时数据库成为组态软件数据处理的核心，为管控一体化提供了极大的方便。它提供的基于Windows浏览器风格的数据库浏览窗口，可直观地查询并在线修改数据库中的数据内容。利用OLE技术和函数接口(API)进行更深层次的开发应用。支持第三方软件，如SQLServer。这些都是管控一体化系统中所不可缺少的。

一旦数据进入数据库中，其数据共享将得到彻底的解决，采用B/S数据库结构可以实现全球数据共享，只要物理上提供信息传输通道，船舶机舱数据可以传送到地球的任何一个角落，其船舶管控一体化概念也将大大扩展。

三、系统实现

以船舶电站作为对象，图2所示的是在组态环境下生成的监控层人机界面，真实的“虚拟”出船舶电站主要参数的监控过程，通过人机界面可以采集到发电机端电压(V)、母线电压(V)、线电流(A)、频率(Hz)、总功率(kW)、总排气温度(°)、滑油压力(MPa)等主要参数，同时可以通过智能阀和智能开关对设备进行控制，显示设备的工作状态，且直观、便捷。

四、结束语

总之，船舶设备管控一体化系统具有一般船舶设备自动化系统所不具备的特点，其属于多网络、多技术集成，并且可以实现全数字化，具有全开放性和风险分散性，不但可以减轻系统的负担，还能提高系统的可靠性。可以说，船舶设备管控一体化系统提高了船舶自动化系统的水平，提高了轮机管理的效率和减轻船员的劳动强度。从系统的结构、提出的解决方案和具体实施过程来看，技术上可行，实施起来比传统的DCS系统结构简单可靠，代表船舶自动化系统的发展方向，非常值得推广使用。

参考文献

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[3]邵巍.基于异构网络的船舶设备远程监测系统研究[D].武汉理工大学，2008.