船舶自动化系统平台的构建及功能设计

　随着计算机技术的高度发展和船舶自动化水平的不断提高，船舶自动化技术不断向全船综合自动化阶段发展，各类导航、监控、管理系统都被运用于船舶中。

　　在船舶自动化中，机舱自动化尤为重要，其中的主机、发电机组、舵浆、离合器、空压机等重要设备对船舶的正常航行有着非常重要的作用。目前，对船舶自动化的要求已不仅仅局限于局部的、单一的、独立的监控和管理，而是对大范围、多层次、集中式的监控系统提出了更高的要求，其中船舶机舱监控系统和电站管理系统，视频监控系统以及船、岸通讯系统的融合，是船舶机舱自动化未来发展的趋势。

　　如图1所示，系统结构由两部分组成：岸上部分和船上部分。由于船上物理环境恶劣，震动大、温度高、湿度高，为保证网络的可靠性，需采用有线网络连接方式组成一个局域网，组网方式为以太网。岸上部分也组成一个网络，并和互联网相连，可供远端客户浏览查看。

　　系统处理结构是分布式的，通过基于子系统的平等接入方式进行系统集成。其核心思想是提供一个开放的平台，在该平台上可以运行各种应用系统。系统由上层的管理网和下层的现场控制网组成。下层现场控制网的各个设备子系统以平等的方式接入。上层管理网络运行高性能的系统集成、数据库和各种应用系统。各设备子系统的实时运行数据通过下层现场控制网传输到对应的网关，由该网关将数据处理/转换后发送到上层的管理网络，然后存储在系统集成共享数据库中。管理网络通过装有系统核心调度程序的多功能工作站对各子系统实现统一管理、监控及信息交换。应用子系统包括对船舶内各种设备机电设备的自动化监控，如火警、消防、液位、阀门状态、动力、照明和航行等，同时提供网络支持能力，实现对数据、语言、图形、图像等信息的接收和发送。

　　为保证整个监控系统的安全性和可靠性，系统网络应采用实时交互方案。为保证整个系统的可维护性和可扩展性，系统采用如图2所示的分布式结构。

　　系统结构设计包括网络拓扑结构、通信协议、网关的软硬件设计等各个方面。在进行系统设计时，应充分考虑各子系统的集成问题，从系统的可扩展性出发，用国际标准化的Ethernet和CAN总线组成双层网络，并在这两种网络中分别加入冗余设计，形成一种双冗余的网络信息平台。在船舶上设置网络时应首先考虑环境特点，由于船舶具有振动、摇摆等特点，在设计时要突出可靠性，环形拓扑结构在网络出现故障时仍能自行重构，保证系统安全可靠。由于光纤传输的是光信号，两端的电源相对隔离，有效地解决了光纤两端电源和地线对设备可能造成的严重威胁，同时传输光纤具有对电磁和射频干扰抑制能力，信号在传输过程中不受电磁和射频噪声的影响。

　　系统功能实现

　　系统要求实现：船舶机舱各设备的实时监控及故障报警功能。分布式数据库查询和存储。利用数据融合技术实现智能故障诊断。有线网络与无线网络的结合。无线网络实现监控数据以及视频图像和语音的大数据量信息传输。

　　根据系统功能要求，将功能实现分为如图3所示的多个模块。各模块功能如下：

　　数据采集模块：负责信号的采集、转换以及信号的输入/输出，经由局域网与计算机通信，最后经过初次处理存入实时数据库。

　　数据查询模块：主要根据查询项目和查询时间，动态提供各重要参数的历史值查询。

　　实时监控模块：不停地从实时数据库中取得实时数据，动态显示各设备的运行参数，通过监控界面，实时了解各设备的运行状况。

　　管理功能模块：管理授权用户的登录，高级权限的用户拥有一般用户所没有的权限，如进行报警参数的设定操作等，从而保证了系统的保密性和安全性。

　　趋势图查看模块：根据所选日期和时间段，动态显示任意时间内的趋势曲线，使得操作人员对于机舱参数的变化情况一目了然。

　　故障诊断模块：实时检测机舱各部件发生的故障，并对故障原因、故障频率和故障的危害程度进行分析、判断，并给出必要的解决措施。

　　其它功能模块：包括报表的生成和打印、对数据库管理、帮助等信息。