電力推進船舶信息化系統設計

顧雪晨

（海軍駐上海地區艦艇設計研究軍事代表室，上海 200011）

0 引言

電力推進系統以其卓越的優勢已經成為當今世界船舶動力系統發展的一種主流趨勢，在軍用和民用領域已取得了成功應用[1]。電力推進系統可統籌全船動力，滿足未來船舶對電力供應及推進動力的需求，提高船舶運行的操縱性、可靠性、經濟性，并可在電力推進監控系統上實現整個系統的信息管理、顯示、故障診斷等，提高了電力推進系統的智能化、自動化水平。但對于船舶來說，船上除了電力推進系統外，還有其它系統，如輔助機械監控系統、視頻監控系統、消防監控系統等，這些系統與電力推進系統之間互相獨立，信息分散，不便于信息的集中管理與顯示。

全船信息化是指以通信、網絡、數據庫技術為基礎，把全船各設備參數匯總至數據庫，供特定人員工作、學習、輔助決策的一種技術[2]。對于電力推進船舶來說，全船信息化就是將電力推進船舶的電力推進監控系統和船舶其它系統應用通信設備連接成一個整體通信網絡，從而實現信息的集中管理，提高船舶運行的自動化水平。本文即對電力推進船舶的全船信息化系統的設計技術進行研究。

1 信息化系統的優勢及網絡結構

1.1 信息化系統的優勢

電力推進系統船舶采用全船信息化系統后，將具有如下優勢：

1)提高運行效率，便于綜合分析

采用全船信息化系統后，全船數據實現集中管理，克服了各設備之間數據不能共享、不便于綜合分析的缺點，能提高運行效率，減輕操作人員的重復性勞動。

2)節省人力資源

采用全船信息化系統后，在機艙集控室就可實現電力推進系統各設備運行狀態的顯示及控制，可以減少操作人員的數量，節省人力資源。

3)提高船舶運行穩定性、安全性

一方面，電力推進系統、輔助機械系統各設備運行參數集中管理后，可方便實現系統狀態評估、故障診斷等，從而可以有效的排除系統故障，提高船舶運行穩定性；另一方面，視頻監控系統、消防監控系統等數據共享后，可更有效的發現險情，便于快速采取措施，提高船舶運行安全性。

4)可實現遠程控制

帶有遠程通信系統的全船信息化系統可將船舶的位置、速度、航向等航行數據、電力推進系統的運行數據等通過遠程通信系統傳送至岸基監控臺，并在監控臺顯示，專家可通過顯示數據進行指導或故障診斷，方便岸上人員實時掌握船舶航行情況，實現了船舶的遠程控制。

1.2 信息化系統的網絡結構

目前應用最多的工業控制網絡體系結構是信息層-控制層-設備層結構[3]，如圖1所示。

圖1 工業控制網絡三層網絡結構

在設備層，基于各種現場總線的設備層網絡可以通過單一纜線將不同廠家的底層設備與控制器連接，網絡具體極大的開放性；在控制層，連接PLC處理器、輸入輸出設備、工控機、操作器接口和其它智能設備，實現對設備層數據的顯示、處理及具體設備的控制；在信息層，通過采用TCP/IP協議的信息層網絡，高層的計算機系統可以直接獲取底層數據，可以實現如數據獲取、控制管理、編程管理、維護管理等功能。

因為工業控制網絡的三層網絡結構是目前應用最多、技術最成熟的網絡結構，所以，全船信息化系統采用相同的網絡結構；為了減少不同網絡之間進行匹配和轉換帶來的不可靠性，使網絡具有良好的可擴展性，除設備層的現場總線外，其它網絡層統一采用工業以太網進行數據傳輸；考慮信息化系統冗余性的要求，系統采用雙總線冗余網絡。綜上，全船信息化系統采用三層網絡結構的雙總線冗余以太網網絡。

2 電力推進船舶的全船信息化系統設計

2.1 總體設計

全船信息化系統框圖如圖2所示。

由圖可知，全船信息化系統由電力推進監控系統、視頻監控系統、其它系統、綜合信息管理臺、延伸終端、岸基監控臺等部分組成。

電力推進監控系統實現對船舶電力推進系統的監視與控制，其主要由推進控制系統、功率管理系統、機艙監測報警系統組成，主要設備分布在設備層和控制層。

視頻監控系統實現船舶重要部位的視頻監控。

其它系統包括輔機監控系統、消防監控系統等。

電力推進監控系統、視頻監控系統是兩個相對獨立的由各自設備層、控制層構成的網絡系統，這兩個網絡系統在信息層實現數據匯合。

綜合信息管理臺是信息化系統的核心，其負責收集全船重要設備的信息，實現數據的綜合管理，包括存儲、傳輸（包括遠程傳輸）等，同時，可以執行船舶信息管理、船務管理等。

延伸終端是將相關數據顯示在船舶的某些重要位置，如船長室、輪機長室等位置，便于相關人員及時掌握船舶運行數據。

岸基監控臺通過遠程通信系統接收船上發送的數據，方便岸上人員實時掌握船舶航行情況。

2.2 詳細配置

全船信息化系統詳細配置圖見圖3。

其中，電力推進監控系統由集控室監控臺、現場數據采集站、就地控制柜、功率管理系統（PMS）、網絡通信設備等組成，信息在集控室監控臺實現集中管理，并傳輸到信息層。

視頻監控系統由若干攝像頭、視頻監控臺、網絡通信設備組成，視頻監控臺實現信息集中管理，并傳輸到信息層。

綜合信息管理臺除了信息的綜合管理及遠程通信外，還提供與動力定位系統和航行記錄儀的接口。

2.3 系統的擴展性

圖3所示的全船信息化系統由于采用標準的三層網絡結構而具有良好的擴展性，可根據需要在任意一層上增加信息點，如以某科學考察船為例，將全船實驗儀器系統作為一個信息點增加到信息層，并增加一個實驗負責人延伸終端，也可以將視頻監控系統作為電力推進監控系統的一部分而增加到電力推進監控系統的控制層，如圖4所示。由此可見，全船信息化系統具有良好的擴展性，擴展方式可根據需要靈活選擇。

3 結束語

本文以電力推進船舶為研究對象，研究了電力推進船舶全船信息化系統的設計技術，提出了全船信息化系統的總體方案、詳細配置，并討論了全船信息化系統的擴展性。通過研究可知，電力推進船舶采用全船信息化系統后，具有運行穩定、節省人力、運行效率高等優勢，設計的全船信息化系統網絡結構簡潔、擴展性高，對全船信息化系統的設計具有一定的指導意義。下一步應討論信息化系統的詳細設計方法，包括各設備的選型、具體的網絡結構等。

圖2 全船信息化系統框圖

圖3 全船信息化系統詳細配置

圖4 擴展的全船信息化系統方案二

[1]尚安利，張達寬等.電力推進船舶功率管理系統綜述[J].船電技術，2011，31(10):1-5.

[2]常健，母繼元.信息化建設中的數據存儲系統構建分析[J].電子世界，2014，18:5-6.

[3]李卓.分布式計算機網絡結構的分析與優化[J].數字技術與應用，2017，7:214-214.