綜合平臺(tái)管理系統(tǒng)的應(yīng)用及改進(jìn)

陳 明，陳 靜，杜智慧，朱慧敏

應(yīng)用研究

綜合平臺(tái)管理系統(tǒng)的應(yīng)用及改進(jìn)

陳 明1，陳 靜2，杜智慧3，朱慧敏3

（1. 海裝駐廣州地區(qū)第一軍事代表室，廣州 510715；2.廣州海關(guān)，廣州 511457；3.中船黃埔文沖船舶有限公司，廣州 510715）

本文介紹了綜合平臺(tái)管理系統(tǒng)及船舶綜合管理系統(tǒng)的應(yīng)用情況，以及國(guó)外知名綜合管理系統(tǒng)的功能特點(diǎn)。結(jié)合分析國(guó)內(nèi)平臺(tái)管理系統(tǒng)與國(guó)外船舶自動(dòng)化系統(tǒng)的差距，為下一步國(guó)內(nèi)綜合平臺(tái)管理系統(tǒng)的發(fā)展提出了一些建議。

綜合平臺(tái)管理系統(tǒng) 信息網(wǎng)絡(luò) 監(jiān)測(cè)報(bào)警 在線訓(xùn)練

0 引言

目前世界各國(guó)都在競(jìng)相發(fā)展及應(yīng)用綜合平臺(tái)管理系統(tǒng)，綜合平臺(tái)管理系統(tǒng)（IPMS）就是通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)艦船平臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行集中監(jiān)視、控制和管理的自動(dòng)化系統(tǒng)[1]，包括綜合艦橋系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)視和控制系統(tǒng)、綜合狀態(tài)評(píng)估子系統(tǒng)和損管系統(tǒng)[2]。目前能提供綜合平臺(tái)管理系統(tǒng)的集成商主要有ABB、Konsberg及L3-MAPPS公司等。挪威kongsberg海事公司的K-Chief700船舶管理系統(tǒng)，具有報(bào)警、監(jiān)測(cè)、控制系統(tǒng)、管理及模擬和訓(xùn)練等功能，是目前遠(yuǎn)洋運(yùn)輸船舶及工程船配置最廣泛的船舶信息管理系統(tǒng)。我國(guó)已開(kāi)始裝備應(yīng)用綜合平臺(tái)管理系統(tǒng)，但和國(guó)外同類型的產(chǎn)品相比，還存在一定的差距。有必要對(duì)比分析國(guó)內(nèi)外綜合平臺(tái)管理系統(tǒng)的功能特點(diǎn)差異，提出改進(jìn)建議，加快推進(jìn)國(guó)內(nèi)綜合平臺(tái)管理系統(tǒng)的性能提升。

1 國(guó)外綜合平臺(tái)管理系統(tǒng)的應(yīng)用分析

1.1 國(guó)外綜合平臺(tái)管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

L3-MAPPS公司的綜合平臺(tái)管理系統(tǒng)是采用分層基本結(jié)構(gòu)和分布式體系結(jié)構(gòu)。信息基礎(chǔ)層是綜合平臺(tái)管理系統(tǒng)信息傳輸、處理和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的核心。主要包括綜合信息網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心和信息安全防護(hù)設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)采用以太網(wǎng)，選用雙冗余結(jié)構(gòu)，支持TCP/IP通信協(xié)議，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為環(huán)型。采集控制層處理由各設(shè)備傳感器采集的信息，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線（Fieldbus）、串行連接，并對(duì)采集的信息進(jìn)行綜合，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成各設(shè)備的監(jiān)控，同時(shí)完成信息交換的任務(wù)[3]。

挪威kongsberg 海事公司的K-Chief700船舶管理系統(tǒng)，具有報(bào)警、監(jiān)測(cè)、控制系統(tǒng)、管理及模擬和訓(xùn)練等功能。該系統(tǒng)是一個(gè)采用共用技術(shù)，具有開(kāi)放式與通用化體系結(jié)構(gòu)，基于模塊化軟硬件的分布式控制與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)的核心是下層的模塊化智能分布式處理單元（DPUs、遠(yuǎn)程I/O），由其完成所有監(jiān)測(cè)和自動(dòng)化控制功能；系統(tǒng)的上層是集中的人機(jī)交互操作站；中間層是連接分布式處理單元與操作站的雙冗余處理總線和通信網(wǎng)絡(luò)[4]。系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 K-Chief700系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖

1.2 K-Chief700船舶管理系統(tǒng)主要功能及特點(diǎn)

1.2.1操作及顯示功能

K-Chief700系統(tǒng)是基于分布式的數(shù)據(jù)采集和處理模塊，由這些模塊組成的相對(duì)獨(dú)立的子系統(tǒng)相應(yīng)控制船上的不同設(shè)備，通過(guò)冗余系統(tǒng)和遠(yuǎn)程通信構(gòu)建了分布式和開(kāi)放式的系統(tǒng)。K-Chief700系統(tǒng)提供了安全、統(tǒng)一和直觀的用戶界面，減少了誤操作的風(fēng)險(xiǎn)，提高了工作效率。每一個(gè)操作站都是自成一體并且具有獨(dú)立處理能力。設(shè)置有從只有監(jiān)測(cè)功能到允許對(duì)所有系統(tǒng)控制、維護(hù)和配置的操作權(quán)限和功能級(jí)別權(quán)限。

1.2.2故障診斷功能

K-Chief700系統(tǒng)考慮了系統(tǒng)的安全性和可靠性。它確保所有層面的冗余，包括工作站，通訊連接，進(jìn)程控制器、輸入輸出模塊及供電。內(nèi)置的自我診斷功能監(jiān)測(cè)所有系統(tǒng)的組成部分和內(nèi)部通訊，如果發(fā)現(xiàn)有故障，將會(huì)報(bào)警并且自動(dòng)執(zhí)行例如故障安全機(jī)制等糾錯(cuò)行為，在系統(tǒng)部件出現(xiàn)故障時(shí)也會(huì)啟動(dòng)自我診斷功能。多功能的I/O單元具有各信號(hào)的線路故障探測(cè)，以及內(nèi)置的接地監(jiān)測(cè)功能。

1.2.3在線用戶手冊(cè)支持功能

設(shè)置有在線用戶手冊(cè)，以幫助操作人員進(jìn)行系統(tǒng)操作，并對(duì)維護(hù)和解決問(wèn)題時(shí)起指導(dǎo)作用。如圖2所示。

圖2 在線用戶手冊(cè)視圖

1.2.4 輔助系統(tǒng)的監(jiān)控功能

除具有推進(jìn)監(jiān)控、電站監(jiān)控等常規(guī)的功能外還具有飲用水系統(tǒng)、閥門遙控、液位遙測(cè)、壓載控制、鍋爐、壓縮空氣系統(tǒng)及泵、空調(diào)通風(fēng)等輔助機(jī)械的監(jiān)控功能?？蛇b控起停泵浦，進(jìn)行單速或雙速控制，并對(duì)備用泵控制，可設(shè)置全船失電后的順序起動(dòng)，可進(jìn)行運(yùn)行時(shí)間統(tǒng)計(jì)?？蓪?duì)通風(fēng)機(jī)進(jìn)行遙控及速度控制，可設(shè)置全船失電后的順序起動(dòng)并進(jìn)行運(yùn)行時(shí)間計(jì)算。典型界面見(jiàn)圖3所示。

圖3 輔助系統(tǒng)監(jiān)測(cè)控制界面

1.2.5 強(qiáng)大的報(bào)警監(jiān)測(cè)功能

K-Chief700監(jiān)測(cè)報(bào)警系模擬量報(bào)警信號(hào)有4個(gè)可設(shè)定的報(bào)警限制（高/低和高高/低低），報(bào)警可設(shè)定延時(shí)?？梢孕薷娜魏螆?bào)警點(diǎn)的設(shè)定值以及臨時(shí)抑制某一報(bào)警點(diǎn)（密碼保護(hù)）。報(bào)警信號(hào)可以顯示傳感器信號(hào)異常報(bào)警（短路、開(kāi)路、傳感器故障），可以設(shè)置指定目標(biāo)和控制區(qū)域的報(bào)警信息。具有報(bào)警打印功能，可以設(shè)置成打印全部報(bào)警信息或事件，或選擇部分的報(bào)警和事件。具有報(bào)警記錄功能，操作者可以隨時(shí)查找一段特定時(shí)間和特定控制區(qū)域或設(shè)備的報(bào)警和事件歷史。系統(tǒng)內(nèi)的趨勢(shì)記錄系統(tǒng)允許用戶定義合適的趨勢(shì)記錄視圖，視圖可組合任何報(bào)警點(diǎn)、范圍、時(shí)間間隔和其它平均值等參數(shù)。趨勢(shì)記錄系可用于設(shè)備維護(hù)和控制優(yōu)化。

圖4 趨勢(shì)圖界面

設(shè)置有報(bào)告系統(tǒng)，可提供定期報(bào)告、日志報(bào)告、時(shí)報(bào)告、艙容報(bào)告、機(jī)械性能報(bào)告等。報(bào)告可以打印、顯示或者存在適當(dāng)?shù)挠脖P上，可以以多種格式保存（如text、MS Excel、 HTML等）也可以傳送到外部計(jì)算機(jī)器系統(tǒng)。

2 國(guó)內(nèi)綜合平臺(tái)管理系統(tǒng)組成及功能特點(diǎn)分析

國(guó)內(nèi)綜合平臺(tái)管理系統(tǒng)主要包含推進(jìn)監(jiān)控分系統(tǒng)、電站監(jiān)控分系統(tǒng)、損管綜合監(jiān)控分系統(tǒng)、綜合保障管理與決策等分系統(tǒng)及公共網(wǎng)絡(luò)組成。公共網(wǎng)絡(luò)即平臺(tái)綜合信息傳輸網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)類型采用以太網(wǎng)，選用雙冗余結(jié)構(gòu)。

推進(jìn)監(jiān)控系統(tǒng)采用監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為兩層雙冗余網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。上層為數(shù)據(jù)信息傳輸網(wǎng)，采用高速工業(yè)以太網(wǎng)，基于綜合平臺(tái)管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，主推進(jìn)裝置控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng)上層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通過(guò)交換機(jī)接入綜合平臺(tái)管理系統(tǒng)主干網(wǎng)，通過(guò)主干網(wǎng)實(shí)現(xiàn)各上網(wǎng)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。下層為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)和實(shí)時(shí)控制網(wǎng)，采用CAN現(xiàn)場(chǎng)總線。上、下層網(wǎng)絡(luò)均采用雙冗余結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障切換或熱備份。安保、控制、監(jiān)測(cè)報(bào)警采用采用雙冗余CAN現(xiàn)場(chǎng)總線，通信協(xié)議以CAN2.0B規(guī)范為基礎(chǔ),采用標(biāo)準(zhǔn)化硬件設(shè)計(jì)要求規(guī)定的通信協(xié)議框架[2]。

電站監(jiān)控系統(tǒng)同樣采用兩層雙冗余的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架。電站監(jiān)控系統(tǒng)以太網(wǎng)通訊接口，提供整個(gè)電站系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)參數(shù)和故障報(bào)警信息。電站控制工作站和機(jī)組控制器之間通過(guò)CAN2.0B雙網(wǎng)進(jìn)行信息交互，電站控制工作站向控制主機(jī)發(fā)送操作控制指令，并接收控制主機(jī)的數(shù)據(jù)信息并加以圖文顯示。采用標(biāo)準(zhǔn)化硬件及雙冗余網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)電站分系統(tǒng)實(shí)施自動(dòng)控制和管理、監(jiān)測(cè)、越限報(bào)警和安全保護(hù)功能。

損管監(jiān)控由損管監(jiān)控臺(tái)、信息顯示大屏，損管監(jiān)控箱、接線箱及各類傳感器等組成，以損管控制站為核心，構(gòu)成一個(gè)CANBUS現(xiàn)場(chǎng)總線，進(jìn)行損管信息監(jiān)測(cè)報(bào)警及損管控制的監(jiān)控系統(tǒng)。

綜合管理與決策功能，利用平臺(tái)主干信息網(wǎng)和綜合平臺(tái)管理分系統(tǒng)交互數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)和管理實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)以及其他非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，提供包括平臺(tái)綜合狀態(tài)顯示、事件總覽、系統(tǒng)報(bào)警、關(guān)聯(lián)事件分析與決策建議[5]。

3 國(guó)內(nèi)與國(guó)外綜合平臺(tái)管理系統(tǒng)對(duì)比及分析

綜合對(duì)比分析國(guó)內(nèi)與國(guó)外綜合信息管理系統(tǒng)的組成及功能特點(diǎn)，我們離國(guó)外先進(jìn)的船舶信息管理系統(tǒng)還有一定的差距，主要區(qū)別差距見(jiàn)表1。

表1 國(guó)內(nèi)與國(guó)外綜合平臺(tái)管理系統(tǒng)對(duì)比與分析表

4 綜合平臺(tái)管理系統(tǒng)的改進(jìn)建議

結(jié)合對(duì)比分析國(guó)內(nèi)IPMS系統(tǒng)和K-Chief700船舶管理系統(tǒng)的功能特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)IPMS系統(tǒng)可以充分借鑒K-Chief700船舶管理系統(tǒng)的成功應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)在以下方面改進(jìn)提高。

4.1 綜合保障能力改進(jìn)

綜合保障系統(tǒng)軟件已設(shè)有備品備件、專用工具、儀器儀表等管理模塊，但軟件里面的數(shù)據(jù)信息仍是空白。應(yīng)該把保障數(shù)據(jù)信息輸入到軟件中去，實(shí)現(xiàn)保障管理功能的充分運(yùn)用。

4.2 互聯(lián)互操的功能實(shí)現(xiàn)

目前機(jī)電集控室并排設(shè)置有損管監(jiān)控臺(tái)、綜合管理決策臺(tái)、主推進(jìn)控制臺(tái)，還是按功能類別進(jìn)行設(shè)置，每個(gè)控制臺(tái)只能執(zhí)行特定的任務(wù)，不能互聯(lián)互操。應(yīng)考慮在相同的標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)上，安裝統(tǒng)一的系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互操功能，可提高整個(gè)平臺(tái)管理系統(tǒng)的安全性和冗余性。

4.3 監(jiān)測(cè)控制功能拓展

應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)全平臺(tái)的監(jiān)測(cè)控制,應(yīng)考慮將閥門遙控、海水系統(tǒng)、淡水系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、鍋爐、泵浦、空調(diào)通風(fēng)等輔助機(jī)電設(shè)備納入綜合平臺(tái)監(jiān)控管理的對(duì)象，提高全船的信息化水平。

4.4 實(shí)現(xiàn)在線訓(xùn)練系統(tǒng)

國(guó)外的船舶自動(dòng)化系統(tǒng)已設(shè)置在線訓(xùn)練系統(tǒng),系統(tǒng)可以從正常運(yùn)行轉(zhuǎn)狀態(tài)切換到在艦訓(xùn)練狀態(tài)。在訓(xùn)練狀態(tài)，綜合平臺(tái)管理系統(tǒng)能自動(dòng)生成各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，模擬各種狀態(tài)，而操作人員的操作與控制程序則與正常運(yùn)行時(shí)完全一致。在線訓(xùn)練系統(tǒng)是實(shí)船訓(xùn)練，能幫助艦員迅速掌握艦船平臺(tái)設(shè)備的使用、維護(hù)，正確應(yīng)對(duì)各種突發(fā)情況，其訓(xùn)練效果是一般仿真系統(tǒng)無(wú)法比擬的。

4.5 拓展綜合狀態(tài)評(píng)估與維護(hù)系統(tǒng)

發(fā)展綜合狀態(tài)評(píng)估與維護(hù)系統(tǒng)，使系統(tǒng)能夠記錄艦船平臺(tái)設(shè)備的工作日志，能夠監(jiān)視、追蹤設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。提供使用維護(hù)、計(jì)劃維護(hù)建議。系統(tǒng)保存設(shè)備的各種故障模式，通過(guò)專家系統(tǒng)的智能推理，對(duì)設(shè)備運(yùn)行的性能和趨勢(shì)進(jìn)行評(píng)估，對(duì)故障進(jìn)行定位，并為故障診斷和日常維修提供幫助。

4.6 設(shè)置在線用戶手冊(cè)

綜合平臺(tái)管理系統(tǒng)所有分系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置在線用戶手冊(cè)，以幫助艦員進(jìn)行系統(tǒng)操作,提供綜合平臺(tái)管理系統(tǒng)的操作使用和維護(hù)建議。綜合平臺(tái)管理系統(tǒng)還應(yīng)設(shè)置圖紙文件管理功能，能對(duì)平臺(tái)設(shè)備隨機(jī)完工資料、培訓(xùn)教材（操作手冊(cè)）、維護(hù)保養(yǎng)手冊(cè)等資料管理以及查詢。

4.7 設(shè)置自我診斷功能

軟件設(shè)計(jì)上應(yīng)設(shè)置有自我診斷的功能，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，可作出相應(yīng)的糾正措施；Kongsberg的自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)具有報(bào)警信號(hào)自檢功能,可以顯示傳感器信號(hào)異常報(bào)警（短路、開(kāi)路、傳感器故障）等,目前我們船上的綜合平臺(tái)管理系統(tǒng)還不具有此功能，應(yīng)考慮類似的智能報(bào)警監(jiān)測(cè)能力，對(duì)報(bào)警做出判斷和響應(yīng)，以輔助艦員處理操作過(guò)程中的報(bào)警。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜合平臺(tái)管理系統(tǒng)的發(fā)展要以需求為牽引，充分吸收借鑒國(guó)內(nèi)外船舶自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的裝船應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)及用戶的意見(jiàn)，加強(qiáng)優(yōu)化改進(jìn)，在綜合保障能力改進(jìn)、互聯(lián)互操的功能實(shí)現(xiàn)、監(jiān)控控制功能提升拓展、在線訓(xùn)練系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)、充實(shí)拓展綜合狀態(tài)評(píng)估與維護(hù)維修系統(tǒng)等方面進(jìn)行完善改進(jìn)，使綜合平臺(tái)管理系統(tǒng)更發(fā)揮更大的效益。

[1] 黃龍水. 艦艇綜合平臺(tái)管理系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)分析[J].艦船電子工程. 2004(6): 50-56.

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[3] L3 MAPPS. Integrated platform management system [EB/OL]. www.l3t.MAPPS.2022.

[4] Kongsberg. K-Chief 700 Integrated Control System ProductDescription[EB/OL].www.Kongsberg.com.

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Application and improvement research of integrated platform management system

Chen Ming1, Chen Jing2，Du Zhihui3, Zhu Huimin3

(1. Nava No.1 military representative office in Guangzhou District, Guangzhou 510715;2.Guangzhou Custom, Guangzhou 511457; 3. CSSC Huangpu Wenchong Shipbuilding Company Limited, Guangzhou 510715)

U664

A

1003-4862（2022）07-0065-03

2022-04-11

陳明（1982-），男，工程師，研究方向：船舶電力系統(tǒng)及其控制技術(shù)。E-mail：13715034@qq.com