基于Lab VIEW 平臺(tái)的船舶動(dòng)力狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的研究

姚晨，繆本樂，徐祖才

（1.中國船舶重工集團(tuán)公司第七一一研究所，上海 201108；2.中國人民解放軍91860 部隊(duì)，上海 200000）

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)軟件，可以幫助船舶管理人員對(duì)船舶的各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行多角度的分析和檢測，特別是在Lab VIEW 軟件的應(yīng)用幫助下，實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶動(dòng)力狀態(tài)實(shí)現(xiàn)高效的監(jiān)管，成為行業(yè)內(nèi)重要的檢測手段，引發(fā)從業(yè)人員的思考和探索，成為行業(yè)內(nèi)的熱門研究議題。

1 船舶動(dòng)力系統(tǒng)的監(jiān)管軟件

船舶動(dòng)力系統(tǒng)主要是以主動(dòng)力、輔助動(dòng)力、輔機(jī)設(shè)備等相關(guān)內(nèi)容組成，因此，動(dòng)力系統(tǒng)是船舶的核心內(nèi)容，需要進(jìn)行24 小時(shí)的監(jiān)控和管理，確保船舶各個(gè)功能的有效實(shí)施。一方面，船舶動(dòng)力系統(tǒng)為船舶的運(yùn)行給予足夠的能量和動(dòng)力，通過研究對(duì)應(yīng)的監(jiān)控體系，可以進(jìn)一步保障船舶動(dòng)力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

船舶動(dòng)力系統(tǒng)的監(jiān)控體系，需要極為強(qiáng)大的信號(hào)采集能力、信息校準(zhǔn)能力以及信息分析能力，因此，監(jiān)控體系的完善和強(qiáng)大是保障船舶動(dòng)力系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)。作為船舶動(dòng)力系統(tǒng)的監(jiān)控體系，要實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的有效分析和記錄，同時(shí)，利用現(xiàn)代化的計(jì)算機(jī)技術(shù)，保障監(jiān)控目標(biāo)可以完整將數(shù)據(jù)采集，同時(shí)，還能夠進(jìn)一步利用相關(guān)計(jì)算軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)更深層次的分析和研究。

Lab VIEW 軟件平臺(tái)，是當(dāng)前主流應(yīng)用的可視化編輯平臺(tái)，結(jié)合當(dāng)前最先進(jìn)的電磁式轉(zhuǎn)速傳感器以及信號(hào)過濾裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶動(dòng)力系統(tǒng)不間斷的監(jiān)測和檢查，確保船舶動(dòng)力系統(tǒng)的各項(xiàng)故障可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理，并且還能夠?qū)⒈O(jiān)控體系的各個(gè)硬件組成以及運(yùn)行原理進(jìn)行詳盡的介紹和論述。

2 船舶動(dòng)力狀態(tài)的有效監(jiān)督和診斷

作為船舶動(dòng)力狀態(tài)的監(jiān)管軟件平臺(tái)，要具備強(qiáng)大的監(jiān)管能力，一方面，動(dòng)力系統(tǒng)包含的裝置極為復(fù)雜和多樣，涉及的領(lǐng)域和范圍包括電子機(jī)械、熱學(xué)、動(dòng)力學(xué)、工程學(xué)等一系列科學(xué)技術(shù)，包含的種類不僅應(yīng)用范圍廣，同時(shí)，對(duì)應(yīng)的難度也極為艱澀，需要極專業(yè)的從業(yè)人員才能夠有效駕馭。因此，通過對(duì)船舶動(dòng)力狀態(tài)的不懈研究以及相關(guān)數(shù)據(jù)的對(duì)比和分析，以Lab VIEW 軟件為代表的監(jiān)管平臺(tái)，有效實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)監(jiān)管工作中的人工監(jiān)管模式，將監(jiān)控策略以及故障診斷等相關(guān)功能充分地應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)，解決傳統(tǒng)船舶管理模式的弊端和不足，實(shí)現(xiàn)對(duì)管理成效的巨大飛躍。

基于Lab VIEW 軟件的監(jiān)管流程，船舶動(dòng)力狀態(tài)以及故障診斷系統(tǒng)的主要工作順序?yàn)?，通過Lab VIEW 軟件的傳感

器進(jìn)行船舶主機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)的記錄和分析，對(duì)船舶主機(jī)功率進(jìn)行實(shí)時(shí)的傳輸和統(tǒng)計(jì)，將以上提取的信息進(jìn)行匯總和收納，利用信號(hào)轉(zhuǎn)化器，以及預(yù)處理程度對(duì)特定的標(biāo)志性信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)提取，最終與數(shù)據(jù)庫的代表問題數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比和分析，按照相應(yīng)的數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行多種數(shù)據(jù)的佐證。另外，將故障的來源以及多種可能性進(jìn)行傳輸，確保船舶管理人員以及維護(hù)人員可以第一時(shí)間了解相應(yīng)的問題，開展相應(yīng)的維修機(jī)制。通常，利用Lab VIEW 軟件平臺(tái)，對(duì)船舶的動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)管和診斷的方式，是按照測量法、數(shù)據(jù)模型、故障樹推理法、統(tǒng)計(jì)分析法等方式進(jìn)行預(yù)判，以故障樹推理法為例，在對(duì)船舶動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和診斷時(shí)，結(jié)合動(dòng)力裝置的功能以及結(jié)構(gòu)的具體關(guān)系進(jìn)行相關(guān)內(nèi)容的判斷和研究。

3 以Lab VIEW 平臺(tái)為核心，深化船舶動(dòng)力狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的研究

（1）監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。以Lab VIEW 軟件為核心，利用其可視化編程平臺(tái)，設(shè)計(jì)出一款新型船舶動(dòng)力狀態(tài)以及故障診斷的有效措施，系統(tǒng)整體方案按照軟件硬件兩部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。硬件體系中，利用多種傳感器分別安置在不同的設(shè)備中，根據(jù)不同設(shè)備的運(yùn)行功率以及運(yùn)行情況進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸以及數(shù)據(jù)匯總，例如，在工控機(jī)、打印機(jī)、信號(hào)調(diào)整電路等相關(guān)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控和管理，按照對(duì)應(yīng)的設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總，結(jié)合數(shù)據(jù)中心的癥狀數(shù)據(jù)中心的內(nèi)容進(jìn)行對(duì)比和分析，可以快速得出船舶動(dòng)力系統(tǒng)硬件設(shè)備的問題和解決措施。硬件設(shè)備的價(jià)值是利用傳感器，隨時(shí)隨地收集相關(guān)設(shè)備的信息和數(shù)據(jù)，同時(shí)，利用相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送到信號(hào)調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)翻譯，最終在船舶動(dòng)力裝置中表達(dá)相應(yīng)的結(jié)果。在軟件體系中，首要工作是建立強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫，確保船舶動(dòng)力系統(tǒng)各項(xiàng)問題的數(shù)據(jù)可以進(jìn)行科學(xué)的對(duì)比和分析，另外，當(dāng)數(shù)據(jù)一致時(shí)，還要進(jìn)行及時(shí)的報(bào)警和警戒?；贚ab VIEW 軟件的可視化操作編輯平臺(tái)，以BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，通過對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，確保數(shù)據(jù)得到完整的轉(zhuǎn)化和翻譯，對(duì)比數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的相關(guān)問題數(shù)據(jù)，利用圖形化顯示模式進(jìn)行對(duì)應(yīng)結(jié)果的表達(dá)，最終確定問題的具體類別以及處理方式。無論是硬件體系還是軟件體系，都是幫助船舶管理者可以在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)船舶動(dòng)力系統(tǒng)的問題和原因，從而制定相應(yīng)的解決措施，在第一時(shí)間完成對(duì)系統(tǒng)的修復(fù)和處理。

（2）動(dòng)力狀態(tài)信號(hào)采集以及濾波模塊。由于船舶動(dòng)力系統(tǒng)的監(jiān)控成效，主要取決于主機(jī)的信號(hào)采集精度，因此，應(yīng)用信息采集能力強(qiáng)大的傳感器，對(duì)監(jiān)控成效的影響極為深遠(yuǎn)。船舶動(dòng)力監(jiān)控系統(tǒng)的傳感器，務(wù)必要符合高精度、高效能、非接觸等特性，并且可以借助電磁式轉(zhuǎn)速傳感器將船舶主機(jī)的運(yùn)行信息進(jìn)行記錄和傳輸。通常，電磁式轉(zhuǎn)速傳感器的安裝位置，大多是正對(duì)著電極飛輪盤齒的位置，根據(jù)齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)過程中與齒根的交替過程，會(huì)經(jīng)過電磁傳感器的磁路，進(jìn)而引發(fā)傳感器磁通量的周期性變化，并且按照變化的情況進(jìn)行信號(hào)數(shù)據(jù)的分析和統(tǒng)計(jì)，從而獲取到船舶動(dòng)力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。在船舶動(dòng)力監(jiān)測系統(tǒng)中，除了電磁轉(zhuǎn)速傳感器之外，還有信號(hào)濾波以及降噪技術(shù)，都能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)船舶動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行全方位的監(jiān)控和監(jiān)測。

基于Lab VIEW 軟件平臺(tái)中的數(shù)字濾波器，可以結(jié)合船舶動(dòng)力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)特點(diǎn)，進(jìn)行數(shù)字模型的分析和計(jì)算，利用相關(guān)數(shù)學(xué)公式，在電子計(jì)算機(jī)的幫助下，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的有效計(jì)算，進(jìn)而得出相應(yīng)的動(dòng)力系統(tǒng)運(yùn)行情況。

（3）以Lab VIEW 軟件平臺(tái)為核心的動(dòng)力狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)分析。Lab VIEW 軟件中的虛擬儀器，是以G 語言為主的應(yīng)用開發(fā)工具，通過在Lab VIEW 軟件內(nèi)部進(jìn)行多種圖像數(shù)據(jù)的結(jié)合，結(jié)合G 語言進(jìn)行新程度開發(fā)以及編程工作，進(jìn)而促使編程效率的改善和提升。Lab VIEW 軟件的船舶監(jiān)控系統(tǒng)主要包含四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模塊：（1）數(shù)據(jù)采集模塊，利用Lab VIEW 軟件中數(shù)據(jù)采集技術(shù)，對(duì)船舶動(dòng)力裝置的電壓信號(hào)進(jìn)行信號(hào)強(qiáng)度分析以及信號(hào)監(jiān)測，利用波形顯示技術(shù)以及存儲(chǔ)技術(shù)進(jìn)行體現(xiàn)和表達(dá)。（2）信號(hào)處理模塊，對(duì)采集的所有信號(hào)進(jìn)行標(biāo)記和分類，并且按照不同設(shè)備的信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行分門別類的統(tǒng)計(jì)和梳理，最終對(duì)信號(hào)進(jìn)行平滑處理以及頻域變換，簡單來說，是將大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行挑選和分析，翻譯成可以理解的內(nèi)容和含義。（3）主機(jī)運(yùn)行模塊，利用Lab VIEW 軟件的顯示插件，對(duì)主機(jī)運(yùn)行模塊的電機(jī)轉(zhuǎn)速、油壓等參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析以及實(shí)時(shí)監(jiān)控等，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)的有效監(jiān)管。（4）對(duì)主機(jī)特性分析以及對(duì)輔機(jī)特性進(jìn)行分析。通過將相關(guān)數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容進(jìn)行對(duì)比，從而進(jìn)一步了解主機(jī)數(shù)據(jù)的問題和狀態(tài)，當(dāng)數(shù)據(jù)未能有效匹配時(shí)，代表主機(jī)運(yùn)行情況正常，當(dāng)數(shù)據(jù)匹配成功時(shí)，說明主機(jī)存在對(duì)應(yīng)性的問題，需要進(jìn)行解決。

4 結(jié)語

綜上所述，船舶動(dòng)力裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，包含裝備種類眾多，另外，對(duì)應(yīng)的環(huán)境以及管理要求較為多樣化，從而導(dǎo)致在設(shè)備存在不同程度的不確定性和不穩(wěn)定性。借助Lab VIEW 軟件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶動(dòng)力系統(tǒng)的有效監(jiān)管，解決了傳統(tǒng)動(dòng)力系統(tǒng)存在的不足和問題，利用Lab VIEW 軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件設(shè)備以及軟件程序的有效融合，實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶動(dòng)力系統(tǒng)的全方位管控。