船舶自動化設(shè)備中的信息化保障分析

梁崇博

（中國電建集團(tuán)港航建設(shè)有限公司，天津 300467）

0 引言

我國船舶技術(shù)發(fā)展迅速，雖然有了一定的成果，但是相比西方國家還存在著較大的差距，船舶自動化水平有待提升，信息化設(shè)計(jì)也需要進(jìn)一步完善。由于船舶自動化設(shè)備在設(shè)計(jì)中具有復(fù)雜性，在開發(fā)中需要對其進(jìn)行有效地改善，通過對船舶自動化設(shè)備的信息化設(shè)計(jì)，使船舶的運(yùn)行控制更加可靠穩(wěn)定，發(fā)揮出系統(tǒng)的優(yōu)勢。因此，應(yīng)對船舶自動化設(shè)備信息化設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，全面優(yōu)化自動化設(shè)備，增強(qiáng)船舶性能，進(jìn)而促進(jìn)我國船舶領(lǐng)域的全面發(fā)展。

1 船舶自動化系統(tǒng)概述

1.1 電子信息化

在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展下，電氣設(shè)備通訊設(shè)施得到了有效應(yīng)用，船舶自動化水平有所提升，可結(jié)合關(guān)鍵的環(huán)節(jié)來實(shí)現(xiàn)對船舶整體信息的掌握，并且保證了信息系統(tǒng)的流暢性。在船舶自動化系統(tǒng)應(yīng)用中，由于系統(tǒng)受到了多種因素的影響，需要在因素中將影響部分干擾，使操作流程得到優(yōu)化，可使船舶的自動化水平得到提升。

1.2 網(wǎng)絡(luò)化

電氣自動化的應(yīng)用需要網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)的支持，設(shè)備各部件之間信號通道的建立可為系統(tǒng)指令操作執(zhí)行提供條件。系統(tǒng)總線是影響傳輸?shù)闹匾蛩?，在具備了鏈接控制設(shè)備并且指令的作用后，可使系統(tǒng)的運(yùn)行更加安全可靠。同時(shí)，自動化功能的實(shí)現(xiàn)要將復(fù)雜的操作進(jìn)行簡化，借助有效的資源來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的操作模式，可使運(yùn)行效率得到提升[1]。

2 船舶自動化系統(tǒng)信息化技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢

2.1 運(yùn)用信息化技術(shù)加強(qiáng)船舶操控便捷性

在船舶自動化系統(tǒng)的發(fā)展中，運(yùn)用電子信息技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，借助模塊化來實(shí)現(xiàn)對船舶自動化系統(tǒng)的優(yōu)化，可使船舶自動化系統(tǒng)向著靈活、多元化、綜合化方向發(fā)展。目前，船舶自動化技術(shù)的應(yīng)用可使傳統(tǒng)的船舶操作方式得到改善，可借助電腦顯示屏、電氣按鍵來實(shí)現(xiàn)船舶的穩(wěn)定運(yùn)行，可使其操作更加便捷，也可使其更具人性化。

2.2 利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使船舶運(yùn)行更加穩(wěn)定

在網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)、數(shù)據(jù)總線技術(shù)等應(yīng)用下，船舶自動化系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用水平得到了提升，這使網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制及準(zhǔn)確控制得以實(shí)現(xiàn)，船舶操控模塊化的網(wǎng)絡(luò)信息通道可更加通暢，提升傳輸?shù)乃俣龋⑶沂勾安煌姎庠O(shè)備之間實(shí)現(xiàn)無縫連接。數(shù)據(jù)總線技術(shù)的運(yùn)用可使信號線數(shù)據(jù)得到匯總。借助分布式設(shè)計(jì)模式，可使傳統(tǒng)數(shù)據(jù)船舶方式中的問題得到改善，加強(qiáng)船舶的網(wǎng)絡(luò)控制的穩(wěn)定性。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)母纳瓶墒勾安僮飨蛑鵁o人化及多元化方向發(fā)展，加強(qiáng)了船舶的智能性[2]。

2.3 借助綜合化技術(shù)完善船舶電氣系統(tǒng)

綜合化技術(shù)是對先進(jìn)技術(shù)的綜合應(yīng)用，使網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等組合起來，在相同的標(biāo)準(zhǔn)下建立聯(lián)系，發(fā)揮出各項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢。運(yùn)用綜合型技術(shù)，可使船舶設(shè)備管理得到優(yōu)化，并且使不兼容問題得到解決，利用模塊化功能的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使船舶自動化設(shè)備更具有智能性，并且使系統(tǒng)的組成更加靈活，而不僅僅局限于單一的組成方式，使系統(tǒng)應(yīng)對外部不同環(huán)境變化，同時(shí)提升船舶的管理效率，使管理發(fā)揮出有效的作用。

3 船舶設(shè)備的自動化信息化應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 船舶駕控系統(tǒng)信息化技術(shù)應(yīng)用

在船舶運(yùn)行中，其航行速度及方向等需要系統(tǒng)進(jìn)行控制，駕控系統(tǒng)在其中發(fā)揮了重要的作用，當(dāng)前該系統(tǒng)的應(yīng)用可提升控制效率，并且保證了控制的精準(zhǔn)性，可實(shí)現(xiàn)無人值守功能，借助計(jì)算機(jī)對多路數(shù)據(jù)處理結(jié)果自動控制。比如，某公司開發(fā)了綜合駕控系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)上采用了模塊化的理念，可實(shí)現(xiàn)更多的功能，比如可視化功能等，使信息直接呈現(xiàn)出來，其中包括計(jì)算機(jī)處理技術(shù)，可提高信息處理效率。系統(tǒng)運(yùn)用了自動托管技術(shù)，通過綜合駕控臺可結(jié)合航線來選擇最佳的速度，結(jié)合周圍的海域環(huán)境情況進(jìn)行提示，使操作人員了解當(dāng)前情況，避免在航行過程中發(fā)生安全事故[3]。

3.2 船用智能通信系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用

在船舶自動化技術(shù)應(yīng)用下，通信系統(tǒng)在其中占據(jù)著重要的地位，要想發(fā)揮出其優(yōu)勢，應(yīng)對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，經(jīng)過對數(shù)據(jù)的全面分析來為船舶的控制提高參考依據(jù)。在產(chǎn)生異常情況時(shí)，為了避免影響船舶的運(yùn)行，需要及時(shí)進(jìn)行處理，使系統(tǒng)能夠發(fā)揮出有效的作用。一般通信系統(tǒng)可發(fā)揮出良好的信息傳輸功能，但是當(dāng)受到外部環(huán)境影響的時(shí)候，會使傳輸效果減弱，而智能化通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了功能的優(yōu)化，可利用相應(yīng)的技術(shù)來減少外部影響，使傳輸功能正常實(shí)現(xiàn)。因此，應(yīng)用智能化通信系統(tǒng)可避免傳輸質(zhì)量降低的問題產(chǎn)生，使通信系統(tǒng)發(fā)揮出更好的效果，為人員及時(shí)提供相應(yīng)的信息，進(jìn)而為船舶的管控帶來保障。

3.3 船用自動導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用

海洋上缺少參照物，通過對定位技術(shù)有效運(yùn)用，可為導(dǎo)航功能的實(shí)現(xiàn)帶來幫助，在實(shí)際應(yīng)用中可將定位信息利用衛(wèi)星技術(shù)發(fā)送到管控系統(tǒng)中，便于對船舶動態(tài)監(jiān)測。在船舶遇到異常情況時(shí)，管控系統(tǒng)可傳輸預(yù)警信息，并且對船舶的航向等進(jìn)行遠(yuǎn)程控制調(diào)整，避免船舶行駛中產(chǎn)生安全問題，進(jìn)而使船舶的運(yùn)行更加可靠[4]。

4 船舶信息平臺的工作原理

船舶信息平臺中包括以太網(wǎng)、專用平臺協(xié)議以及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫、交換機(jī)鏈路等，在運(yùn)行過程中船舶信息平臺中包括的節(jié)點(diǎn)中有平臺協(xié)議及數(shù)據(jù)庫，建立平臺時(shí)，協(xié)議技術(shù)原理是借助各節(jié)點(diǎn)協(xié)議使節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫以一定的方式變?yōu)橐恢?，使信息平臺的功能實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)，采取冗余設(shè)計(jì)來進(jìn)行數(shù)據(jù)糾錯(cuò)，這對船舶信息平臺的建立有著重要的影響。由于節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)庫具有一致性，僅需要從數(shù)據(jù)庫中獲取數(shù)據(jù)就可得到所有節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，這種特點(diǎn)可使工作效率顯著提升，并且擴(kuò)大了容量。在設(shè)計(jì)中，各節(jié)點(diǎn)都有數(shù)據(jù)庫，可增加及減少節(jié)點(diǎn)，平臺可隨時(shí)進(jìn)行使用，只要將節(jié)點(diǎn)與其進(jìn)行連接，即可得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)。當(dāng)一些節(jié)點(diǎn)損壞時(shí)，也不會產(chǎn)生較大的影響，保證應(yīng)用的穩(wěn)定性。在節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫的支持下，連鎖控制的實(shí)現(xiàn)也更加便捷。

5 利用信息平臺的船舶自動化系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

船舶信息平臺的自動化設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)借助交換機(jī)鏈路來形成平臺基座，其中甲板、機(jī)艙設(shè)備與其相互連接，在控制體系中，駕控臺等控制可應(yīng)用2種不同的模式，分別為電腦操作及混合操作模式，由于在控制系統(tǒng)中配備了電腦，可利用其進(jìn)行操控。也可使用組合儀表及報(bào)警燈來實(shí)現(xiàn)操作，利用不同的操控模式來實(shí)現(xiàn)對船舶系統(tǒng)的控制[5]。

圖1 船舶信息平臺結(jié)構(gòu)

6 船舶設(shè)備的可編程通用采集控制技術(shù)應(yīng)用

船舶設(shè)備控制應(yīng)具有可靠性，不受到電腦信息系統(tǒng)的影響，同時(shí)在程序控制上應(yīng)具有自動化特點(diǎn)，可借助相關(guān)技術(shù)來完善系統(tǒng)，使用PLC技術(shù)的過程中，缺少網(wǎng)絡(luò)功能無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，端口不能進(jìn)行輸入、輸出，對應(yīng)用造成了影響，經(jīng)過對設(shè)備的改善之后，PLC控制設(shè)備的功能得到了改善，在實(shí)際應(yīng)用中能夠發(fā)揮出更好的性能，比如，PPC64型通用可編程采集控制器包括了信息平臺接口，具備更好的通用性，可組成各類船舶自動化設(shè)備，在應(yīng)用中包括以下性能：

1）控制器各個(gè)I/O端子可編程為傳感器的輸入及開關(guān)模擬量輸出，實(shí)現(xiàn)模塊的全通用，在系統(tǒng)中具備相應(yīng)的硬件，可通過設(shè)置傳感器放大器程序，并且設(shè)置繼電器及輸出程序，實(shí)現(xiàn)各端口的調(diào)用，可實(shí)現(xiàn)脈沖輸入輸出功能，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的控制。通過編程來使控制器在運(yùn)行過程中實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能，在應(yīng)用中可帶來便捷的條件，使設(shè)計(jì)更容易進(jìn)行，使產(chǎn)品的性能體現(xiàn)出來。由于船舶流動設(shè)備維修存在著一定的困難，運(yùn)用該控制器只需要一個(gè)硬件就可運(yùn)行。

2）PLC可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化功能，借助輸入及輸出部分來進(jìn)行編程，使控制器的功能得到完善，與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之間有效結(jié)合。通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的運(yùn)用可使不同的控制功能發(fā)揮作用，由于網(wǎng)絡(luò)速度及設(shè)備速度之間一致，可使功能得到優(yōu)化。

3）使用控制器連接平臺的數(shù)據(jù)庫，可實(shí)現(xiàn)對資源的共享，電腦進(jìn)行操作的時(shí)候，I/O的時(shí)候不需要切換，也不需要編程，有著信息平臺的優(yōu)點(diǎn)。

4）控制器包括多種控制方式：邏輯控制、定時(shí)器控制的設(shè)備順序控制、電動機(jī)反饋控制、可編程無控制監(jiān)測、64個(gè)燈顯示邏輯PLC控制、48個(gè)燈顯示帶按鈕喇叭控制、24路模擬表0～20 mA輸出可編程控制以及模擬PID調(diào)控及PWN數(shù)字調(diào)控。同時(shí)，控制器可構(gòu)成船舶機(jī)艙及甲板所有設(shè)備的監(jiān)控系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用中可發(fā)揮出良好的作用，不僅可滿足PLC控制的需求，也可使功能更加完善[6]。

7 船舶設(shè)備與信息平臺的聯(lián)接

7.1 信息平臺專用接口芯片

由于信息平臺有相應(yīng)的接口芯片，可順利連接設(shè)備，使用PPC64可實(shí)現(xiàn)與信息平臺之間的連接，其中以太網(wǎng)絡(luò)接口、專業(yè)協(xié)議都為內(nèi)部專用，與用戶之間沒有關(guān)系，用戶使用的為分布式網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫并行讀寫接口，在與信息平臺連接后，可在協(xié)議下使網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫快速一致，用戶讀寫數(shù)據(jù)時(shí)是網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，利用CPU來連接讀寫接口，可實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的讀寫，在完成連接的情況下，分布式數(shù)據(jù)庫號根據(jù)RAM地址順序排列，接口能夠讀寫到數(shù)據(jù)庫中的所有數(shù)據(jù)，因此可使數(shù)據(jù)的讀取快速完成。通過對接口的合理配置，可使信息平臺連接體系得到完善。

7.2 路由器聯(lián)接

在平臺設(shè)計(jì)中涉及到了路由器，可連接多種設(shè)備，在應(yīng)用中，通訊連接數(shù)據(jù)庫，路由器速度可得到改善，一般傳統(tǒng)設(shè)備屬于串口輸出，串口協(xié)議處理中涉及到了2種形式，一種為直接讀寫數(shù)據(jù)的形式，是8字節(jié)的報(bào)文，另一種為傳統(tǒng)的MDBUS協(xié)議[7]。

8 船舶設(shè)備自動化及信息化應(yīng)用的影響因素

隨著船舶設(shè)備自動化的發(fā)展，信息化水平有所提升，這使船舶的管控更加高效可靠，也可使船員工作效率得到提高，將電子信息技術(shù)作為基礎(chǔ)設(shè)備存在一定的隱患，應(yīng)對其進(jìn)行分析：

1）環(huán)境因素。電子元器件會受到環(huán)境的影響，當(dāng)船舶所處環(huán)境的溫度比較高或者振動強(qiáng)烈的情況下，會使其運(yùn)行的性能有所減弱，造成故障問題。進(jìn)行船舶設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)船舶設(shè)備環(huán)境的情況對設(shè)備參數(shù)合理調(diào)整，并且對設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)，獲得相應(yīng)的信息，還需結(jié)合數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果來對設(shè)備進(jìn)行檢修，避免設(shè)備產(chǎn)生故障問題影響其性能，并且增加備件的數(shù)量。

2）電磁干擾因素。設(shè)備在運(yùn)行中會受到電磁干擾，產(chǎn)生故障。在電磁信號傳導(dǎo)方式為輻射時(shí)，并且與電子信息設(shè)備之間產(chǎn)生了耦合作用，會帶來設(shè)備誤動作情況，導(dǎo)致功能喪失。一些比較敏感的電子設(shè)備在電磁影響下無法發(fā)揮出有效的作用。因此，在設(shè)計(jì)過程中，需要對電磁屏蔽合理布置，并且根據(jù)不同設(shè)備的特點(diǎn)來進(jìn)行分析，將其中比較敏感的設(shè)備與帶有強(qiáng)烈輻射的設(shè)備進(jìn)行有效的隔離，保證設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

9 結(jié)語

在當(dāng)前的船舶自動化設(shè)備應(yīng)用中，信息化技術(shù)的應(yīng)用可使設(shè)備的性能得到優(yōu)化，滿足船舶技術(shù)發(fā)展的需求。應(yīng)對船舶自動化設(shè)備進(jìn)行改善，利用信息化技術(shù)建立信息平臺，為船舶的管控提供便利，并且結(jié)合影響因素來不斷改善設(shè)備，使設(shè)備的功能得到完善，進(jìn)而發(fā)揮出更好的作用，為船舶運(yùn)輸發(fā)展帶來保障。