浅析船舶自动化技术现状

浅析船舶自动化技术现状

吉铁龙李学明

关键词：船舶自动化技术；现状；展望

1船舶自动化历史

船舶自动化发展历史分为三个阶段：单元装置自动化、机舱自动化以及全船综合自动化。

1.1单元装置自动化时期

单元装置自动化时期处于船舶自动化萌芽时期，这个时期的主要特点体现在部分现场级设备的单项自动化，即通过安装在船用设备现场、具备简单测控功能的仪表，监测单个船用设备。单元装置自动化虽使当时的船舶自动化程度得到一定的提高，但仪表之间一般不通信，仪表与外部系统之间也不存在通信，因此各个测控点是封闭的，信息管理松散且不能有效分析，船员需要巡视各个船用设备获取设备信息并进行手动操作。

1.2机舱自动化时期

机舱自动化始于50年代末60年代初，随着自动化技术，特别是电子技术的迅速发展，一些船舶技术先进国家率先研发出集中监控系统，并实现了机舱夜间无人值班，船舶自动化开始迅猛发展。机舱自动化主要包括主机遥控、电站管理、动力装置的监测报警、辅机监控、柴油机的工控监测与趋势分析和故障与诊断等方面。机舱自动化监控系统是机舱自动化重要组成部分，其发展对机舱自动化产生着重大影响。最初的机舱自动化监控系统采用的是集中监控的方式，其特征是全船采用单台计算机进行集中控制和管理。

1.3全船综合自动化时期

随着信息技术，尤其是计算机网络技术的发展，逐步实现船岸信息共享、网络一体化，对船舶航行、装卸、机舱等方面进行全面的、多级的管理、监控.进入了全船综合自动化时期。

图1全船综合自动化系统的体系结构

图1是全船综合自动化系统的体系结构，采用分级结构，不同子系统采用独立的计算机监控，各个子系统之间通过网络连接进行通信，从而实现信息共享、船舶集中管理和控制。集散式监控系统大致可以分为三层：现场设备层、监控层以及管理层。现场设备层由现场总线仪表、智能I/O与可编程控制器组成，之间通过现场总线（FCS）或I/O（DCS）连线进行连接；现场设备层通过总线、网关、中间件等技术与监控层计算机进行连接并交互信息，监控层对各个子系统进行监控；监控层通过网络将信息上传给管理层，管理层对信息进行集中管理，并作进一步的分析处理。

2船舶自动化技术现状

2.1船舶主机遥控系统

船舶主机遥控技术出现于20世纪的60年代,其实目前实现船舶自动化的重要组成部分之一。目前,PLC系统已经成为了船舶自动化技术最广泛采用的主机遥控技术,其具有可靠性强、通信功能强大等优良的特性。

2.2船舶机舱监控系统

作为船舶自动化技术的核心技术,船舶机舱监控技术主要包含船舶互联网链接以及船舶现场总线技术这两个部分。目前,采用最广泛的总线技术是CAN总线技术,其具有高效的信息传输能力和比较强的稳定性,CAN总线技术主要是应用在船舶的船舱自动化技术方面。船舶的互联网链接技术采用的最广泛的是无线通信技术,主要指的就是GPS和NET技术,这样船舶就可以实现无线网络的远程监控,与此同时,还可以通过加密软件的使用保证整个船舶的信息安全。

2.3船舶自动避碰

目前,如何有效的实现船舶之间的自动躲避已经成为了船舶自动化技术研究的重点项目之一,通过船舶自动躲避碰撞技术的研究,可以有效避免人为因素所造成的船舶碰撞现象。在今后一段时期内,船舶自动躲避技术会成为自动化技术研究的主攻方向。

2.4装卸自动化

以液货船的装卸最为复杂，因此液货船的装卸自动化程度代表装卸自动化的水平。目前绝大部分液货船设有由人工操作的货油控制台，操作人员必须对管路和各个系统十分熟悉，否则容易发生人为操作失误。液货船的装卸自动化涉及的系统很多，以大型油船为例，有货油压载泵系统、液位遥测系统、报警系统、阀门遥控系统、可燃气体探测系统、油气回收系统、污油排放系统等。

3船舶自动化关键技术

3.1现场总线技术

现场总线是安装在制造或过程区域的现场装置与控制室的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通讯的数据总线。采用现场总线技术的系统具有开放性、互操作性、互用性及高度分散性的特点，而现场设备一般拥有智能化程度较高、功能自治性好、及对工业现场环境适应性强等优点，能充分体现“分散控制、集中管理”的分布式监控理念。

3.2协议转换技术

PLC和上位机软件进行通信的协议转换技术主要有五种方式：驱动程序包、OPC、Modbus、Modbus/TCP以及总线桥。子公司的PRODAVE软件包，其特点是使用简单方便，编程人员不需熟悉复杂的通信协议。

OPC（OLEforprocesscontrol）规范是一个工业标准，以COM（组件对象模型）和DCOM（分布式组件对象模型）技术为基础。OPC定义了一套标准接口，在监控软件和现场设备之间增加一个抽象层，监控软件降低监控软件和现场设备之间的耦合，增强监控软件和现场设备的独立性，同时向监控软件屏蔽了设备细节。

Modbus协议是另一个通用工业标准，与OPC不同的是,Modbus协议是一个公开协议，它定义了通信双方采用的帧格式、寻址方式等，通过Modbus协议，控制器之间、控制器和其它设备之间可以相互通信。Modbus协议现已成为一种通用工业标准。MODBUS采用主从的方式进行通信，即主设备发出询问请求，从设备应答响应。Modbus协议定义了两种传输模式：ASCII和RTU，两者最主要的区别是前者每个字节作为两个ASCII字符，而后者将每个字节作为两个4bit的十六进制数值，前者可靠性更好（字符发送时间间隔1秒不产生错误），后者在相同波特率下传送数据更多。

Modbus/TCP协议是以Modbus协议为基础定义TCP/IP应用层协议，描述了Modbus消息如何通过Internet进行译码传输。和Modbus协议相比，其主要区别是Modbus/TCP协议是一种面向连接的通信方式，数据的完整性、同步等由TCP/IP协议中数据链路层、网络层和传输层保证。总线桥是将第三方通信协议或异型总线协议转换到系统标准的总线协议，总线桥解决传统仪表及现场设备接入现场总线系统、或异型总线设备互连问题。

3.3人工智能

人工智能是研究使机器具备人所具有的智能功能的一门高新技术学科，其目的是模拟、延伸和扩展人的智能，以实现某些脑力劳动的自动化。人工只是适应信息时代需求的关键技术之一。人工智能在避碰、故障诊断等方法有着广泛的应用。

4结束语

综上所述，船舶自动化技术已经随着现场总线技术以及通信技术的不断发展而日趋完善,与此同时,人工智能技术的发展也极大地促进了船舶自动化技术的发展。随着时间的发展,船舶自动化技术终将成为船舶安全运行的有力保证。

参考文献

[1]黄丞.船舶电气自动化的发展及其设计要点[J].湖南农机,2013,01:67-68.

[2]陈明志.船舶电气自动化系统的发展初探[J].广东科技,2011,16:222.