吊艙式推進(jìn)系統(tǒng)在實船上的集成應(yīng)用和接口分析

程 筠, 宋莎莎, 楊澤濱, 梁展宇

(中船黃埔文沖船舶有限公司，廣東 廣州 510715)

0 引 言

吊艙式推進(jìn)系統(tǒng)將推進(jìn)電機(jī)置于船外的吊艙中，發(fā)電機(jī)和電動機(jī)的能量通過電纜傳輸，省去舵和軸系，全船采用統(tǒng)一電站提供能量進(jìn)行全船平衡，可較大地提高船舶設(shè)計的靈活性，減少總裝機(jī)功率。隨著船舶電力推進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，吊艙式電力推進(jìn)系統(tǒng)成為21世紀(jì)船舶推進(jìn)技術(shù)的發(fā)展方向之一[1]。

隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，融合計算機(jī)科學(xué)、自動化技術(shù)和通信技術(shù)的智能運(yùn)載工具成為高新技術(shù)領(lǐng)域的研究重點。智能船舶作為智能航運(yùn)發(fā)展范疇中的重要部分，拓展船舶航行的場景，為操作者和管理者提供更便捷、高效和自由的操作選擇，在測繪、環(huán)保、安防和軍事等領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展迅猛[2]。

以智能型無人系統(tǒng)母船為研究對象，該型船是國內(nèi)最早安裝國產(chǎn)化2 MW級吊艙式推進(jìn)系統(tǒng)的船舶，是國內(nèi)最早取得中國船級社(CCS)《智能船舶規(guī)范—2020》中“i-ship(No，R1，M，I)”符號要求的智能型科考船，4個符號分別代表智能航行(No)、遠(yuǎn)程控制船舶(R1)、智能機(jī)艙(M)和智能集成平臺(I)。

1 吊艙式推進(jìn)系統(tǒng)集成應(yīng)用分析

1.1 吊艙式推進(jìn)器本體組成

吊艙式推進(jìn)器本體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 吊艙式推進(jìn)器本體結(jié)構(gòu)示例

滑環(huán)裝置：主要將船體的動力電源傳遞至水下可360°回轉(zhuǎn)的同步永磁變頻電機(jī)，并將水下電機(jī)和密封裝置的運(yùn)行狀態(tài)信號傳遞至監(jiān)測報警系統(tǒng)?；h(huán)裝置頂部設(shè)置1個配油器，連接船艙內(nèi)的潤滑管路系統(tǒng)和泄漏回收系統(tǒng)至水下旋轉(zhuǎn)部件。泄漏回收系統(tǒng)在船艙內(nèi)設(shè)置應(yīng)急空壓機(jī)、空氣減壓閥和濾器等。

回轉(zhuǎn)模塊：主要包含回轉(zhuǎn)電機(jī)和回轉(zhuǎn)支承軸承等?；剞D(zhuǎn)支承軸承是滾動球軸承，由外圈滾槽、內(nèi)齒圈、滾珠和回轉(zhuǎn)小齒輪等組成，回轉(zhuǎn)電機(jī)通過行星齒輪箱驅(qū)動回轉(zhuǎn)小齒輪，回轉(zhuǎn)小齒輪驅(qū)動內(nèi)齒圈帶動水下結(jié)構(gòu)物回轉(zhuǎn)。

吊柱組件：一端連接回轉(zhuǎn)模塊，將水下結(jié)構(gòu)物懸掛于船體，另一端連接推進(jìn)模塊，將螺旋槳產(chǎn)生的推力載荷傳遞至船體，并作為推進(jìn)電機(jī)主動力電纜、操作與監(jiān)測信號電力、潤滑管道的通道[3]。

推進(jìn)模塊：主要包含推進(jìn)電機(jī)本體、螺旋槳軸(即推進(jìn)電機(jī)軸)、推進(jìn)電機(jī)軸承(推力軸承和螺旋槳軸軸承)。推進(jìn)電機(jī)定子與水下結(jié)構(gòu)件外殼體固定，轉(zhuǎn)子安裝在螺旋槳軸上直接驅(qū)動槳葉。推進(jìn)電機(jī)輸出一定的扭矩，通過螺旋槳軸帶動螺旋槳選擇產(chǎn)生推力或拖力[3]。

尾密封裝置：為端面密封與唇密封的組合結(jié)構(gòu)，并設(shè)置泄漏回收系統(tǒng)管路，可保證吊艙內(nèi)空間干燥，滿足推進(jìn)電機(jī)可靠性要求。

吊艙式推進(jìn)器本體還包含螺旋槳軸剎車裝置、舵角反饋裝置和潤滑系統(tǒng)等。

1.2 吊艙式推進(jìn)器控制系統(tǒng)

作為船舶吊艙式推進(jìn)器領(lǐng)域的開創(chuàng)者，瑞士ABB公司的Azipod吊艙式推進(jìn)器仍在國際市場上占據(jù)半壁江山[4]。ABB公司Azipod Ⅵ系列吊艙式電力推進(jìn)系統(tǒng)的一種典型構(gòu)成主要包括Azipod Ⅵ吊艙式推進(jìn)器、低壓配電板、變壓器、中壓配電板、發(fā)電機(jī)組、變頻驅(qū)動器和推進(jìn)器控制系統(tǒng)等模塊[5]。另一種緊湊型Azipod DO系列吊艙式電力推進(jìn)系統(tǒng)主要包括Azipod DO吊艙式推進(jìn)器、低壓配電板、有源前端(Active Front End，AFE)變頻器和發(fā)電機(jī)組等模塊。

與上述ABB公司的兩種典型電力推進(jìn)系統(tǒng)采用交流電(AC)配電板不同，該型船采用直流電(DC)電網(wǎng)電力推進(jìn)系統(tǒng)，接入AC變速柴油發(fā)電機(jī)組、動力蓄電池和應(yīng)急蓄電池等多種能源設(shè)備，柴油發(fā)電機(jī)組發(fā)出的電力通過整流器接至DC母排，整流器將AC整流為DC[6]，DC母排通過逆變器將電能分配至用電設(shè)備。DC電網(wǎng)電力推進(jìn)系統(tǒng)具有節(jié)能減排、諧波低、結(jié)構(gòu)緊湊、傳輸損耗小、功率因數(shù)高和發(fā)電機(jī)并網(wǎng)無須同步等特點[7]。該型船主推進(jìn)器為2臺吊艙式推進(jìn)器，其控制系統(tǒng)主要由2個主推進(jìn)器控制單元、2個主推進(jìn)器逆變模塊、2個回轉(zhuǎn)變頻柜和2個本地控制箱組成。

1 000 V DC母排配電板包含若干屏，其中，4屏為主推進(jìn)器驅(qū)動屏(1號/2號吊艙式推進(jìn)器各2屏)。DC母排配電板主推進(jìn)器驅(qū)動屏經(jīng)內(nèi)置逆變器為吊艙內(nèi)的同步永磁變頻推進(jìn)電機(jī)提供660 V AC動力電源。2個主推進(jìn)器控制單元作為主推進(jìn)器的核心控制設(shè)備，分別安裝于DC母排的1號/2號主推進(jìn)器驅(qū)動屏內(nèi)。主推進(jìn)器控制單元采用可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller，PLC)作為核心控制器，完成所有控制功能和邏輯處理。

2個回轉(zhuǎn)變頻柜相互獨立，分別驅(qū)動吊艙本體的2臺回轉(zhuǎn)電機(jī)。任何一個回轉(zhuǎn)變頻柜的故障均不影響另一個回轉(zhuǎn)變頻柜的工作。

2個本地控制箱為獨立箱體，其箱體門上設(shè)置相應(yīng)按鈕、指示燈和儀表(轉(zhuǎn)速表、功率表和舵角表等)。

1.3 吊艙式推進(jìn)器遙控系統(tǒng)

該型船設(shè)置5種工作模式：人工駕駛/自動駕駛儀(Autopilot，AP)、動力定位(Dynamic Positioning，DP)、獨立操縱桿系統(tǒng)(Independent Joystick System，IJS)、智能航行模式和遠(yuǎn)程控制模式。

在人工駕駛模式下，該型船由人工控制，響應(yīng)人工駕駛指令，由人工控制推進(jìn)系統(tǒng)的推力和推力方向。AP切換在AP面板上發(fā)起，由推進(jìn)器控制系統(tǒng)響應(yīng)。

在DP模式和IJS模式下，該型船可分別進(jìn)行DP控制和IJS控制，滿足該型船DP1符號所要求的控制功能。

在智能航行模式下，航線可由船端規(guī)劃制定，該型船將航行相應(yīng)的信息傳輸至岸端，由船端監(jiān)視并負(fù)責(zé)航行狀態(tài)，岸端人員可參與監(jiān)視；或由岸端制定并發(fā)送至船端，該型船將相應(yīng)信息傳輸至岸端，由岸端監(jiān)視并負(fù)責(zé)航行狀態(tài)，船端人員可參與監(jiān)視。

在遠(yuǎn)程控制模式下，在遠(yuǎn)程控制站操縱該型船航行。

在主推進(jìn)器處于人工駕駛模式時，設(shè)置4個控制位置，分別為前駕駛室(前駕)控制站、后駕駛室(后駕)控制站、集控室控制站和本地控制箱。控制位置之間的切換由本地控制箱的按鈕設(shè)定，有且只有1個控制位置可處于激活狀態(tài)，本地控制箱、集控臺和駕控臺的操作權(quán)限優(yōu)先級依次降低，由操作權(quán)限高的位置可接管操作權(quán)限低的位置，反之則不能。

主推進(jìn)器遙控系統(tǒng)主要包含2個前駕控制站、2個后駕控制站和2個集控室控制站。前駕控制站、后駕控制站和集控室控制站由觸摸屏和控制面板組成，主要包含各相應(yīng)控制按鈕、儀表(轉(zhuǎn)速表、功率表和舵角表)、各相應(yīng)指示燈和全回轉(zhuǎn)手柄。

主推進(jìn)器設(shè)置1套傳令鐘系統(tǒng)，用于遙控系統(tǒng)失效后的推進(jìn)器控制命令傳送。在駕駛室設(shè)置2個車鐘發(fā)送器，在集控室設(shè)置2個車鐘復(fù)示器，在機(jī)艙設(shè)置2個車鐘接送器。命令信號的報警最終傳送至機(jī)艙組合報警燈柱系統(tǒng)。

在遙控系統(tǒng)失靈時，操作者可通過中央控制面板備用操作板和本地控制箱的操作按鈕進(jìn)行應(yīng)急操作。在該模式下，吊艙式推進(jìn)器根據(jù)左右舵和加減速的開關(guān)量信號進(jìn)行回轉(zhuǎn)和螺旋槳推力輸出工作。

主推進(jìn)器控制系統(tǒng)與遙控系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 吊艙式推進(jìn)器控制系統(tǒng)與遙控系統(tǒng)示例

2 吊艙式推進(jìn)系統(tǒng)內(nèi)部接口分析

吊艙式電力推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)備較多，各設(shè)備之間接口復(fù)雜，需要對其內(nèi)部接口進(jìn)行梳理分析，以1號吊艙式推進(jìn)器為例進(jìn)行說明。

2.1 主要設(shè)備布置

每臺吊艙式推進(jìn)器本體設(shè)置3個接線盒(JB1、JB2和JB3)。

主推進(jìn)器驅(qū)動屏布置在主配電板之間，安裝于DC母排內(nèi)。

2.2 內(nèi)部設(shè)備接口

1號主推進(jìn)器驅(qū)動屏-1號吊艙本體接線盒JB1：660 V推進(jìn)電機(jī)交流電源。

1號主推進(jìn)器驅(qū)動屏-1號吊艙本體接線盒JB2：推進(jìn)電機(jī)三相繞組溫度、推進(jìn)電機(jī)推力軸承溫度、螺旋槳軸軸承溫度、推力軸承滑油艙液位低/液位低低、吊艙內(nèi)泄漏水液位、光電編碼器。

1號主推進(jìn)器驅(qū)動屏-1號吊艙本體接線盒JB3：220 V控制信號電源、220 V加熱器與風(fēng)機(jī)電源、滑油腔溫度1/2、滑環(huán)滑油泵運(yùn)行1/2、滑環(huán)滑油泵啟動1/2、滑環(huán)油脂低位1/2、空氣壓力低、泄漏瓶液位高、剎車接通、剎車釋放、滑環(huán)斷路器合閘、滑環(huán)斷路器分閘合閘。

1號主推進(jìn)器驅(qū)動屏-1號本地控制箱：220 V急停供電電源，本地控制箱的轉(zhuǎn)速輸出、功率輸出、推進(jìn)啟動命令、推進(jìn)停止命令、推進(jìn)加速命令、推進(jìn)減速命令、控制命令、推進(jìn)復(fù)位命令、急停位置、推進(jìn)就緒狀態(tài)、本地控制狀態(tài)、推進(jìn)運(yùn)行狀態(tài)、推進(jìn)運(yùn)行功率限制、剎車狀態(tài)、推進(jìn)報警、推進(jìn)故障、蜂鳴器、推進(jìn)停止?fàn)顟B(tài)、急停。

1號主推進(jìn)器驅(qū)動屏-1號回轉(zhuǎn)變頻柜：400 V電源、220 V控制電源、220 V加熱電源、以太網(wǎng)通信、回轉(zhuǎn)變頻柜非隨動(Non Follow-Up，NFU)轉(zhuǎn)舵命令、回轉(zhuǎn)變頻柜NFU左舵命令、回轉(zhuǎn)變頻柜NFU右舵命令、回轉(zhuǎn)變頻柜NFU轉(zhuǎn)舵反饋、遙控舵角反饋1/2、遙控轉(zhuǎn)舵命令。

1號回轉(zhuǎn)變頻柜-1號吊艙本體接線盒JB2：24 V DC電源、1號轉(zhuǎn)舵角度編碼器。

1號回轉(zhuǎn)變頻柜-1號本地控制箱：本地角度反饋、本控箱急停命令、本地回轉(zhuǎn)啟動、本地回轉(zhuǎn)停止、本地回轉(zhuǎn)復(fù)位、本地順時針、本地逆時針、本地狀態(tài)/應(yīng)答、本地模式、啟動指示、停止指示、綜合故障、綜合報警、蜂鳴器、回轉(zhuǎn)準(zhǔn)備就緒、回轉(zhuǎn)剎車指示。

1號回轉(zhuǎn)變頻柜-1.1號/1.2號回轉(zhuǎn)電機(jī)：690 V回轉(zhuǎn)電機(jī)電源、400 V風(fēng)機(jī)電源、220 V空間加熱器電源、剎車命令、剎車反饋、回轉(zhuǎn)電機(jī)三相繞組溫度、驅(qū)動端軸承溫度、非驅(qū)動端軸承溫度、光電編碼器。

由上述接口分析可知：本地控制箱輸出轉(zhuǎn)速命令信號至主推進(jìn)器驅(qū)動屏，該信號為轉(zhuǎn)速參考值，主推進(jìn)器驅(qū)動屏內(nèi)置的主推進(jìn)器控制單元根據(jù)該參考值控制推進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速，對接受的轉(zhuǎn)速命令進(jìn)行處理，以確保推進(jìn)功率處于設(shè)定的限制范圍內(nèi)。在轉(zhuǎn)速模式下，針對不同的水動力情況推進(jìn)電機(jī)的功率有所改變；本地控制箱可輸出功率命令信號至主推進(jìn)器驅(qū)動屏，該信號為功率參考值，主推進(jìn)器控制系統(tǒng)根據(jù)該參考值控制推進(jìn)電機(jī)功率。在功率模式下，針對不同的水動力情況螺旋槳轉(zhuǎn)速有所改變。

主推進(jìn)器驅(qū)動屏接收本地控制箱各項推進(jìn)運(yùn)行狀態(tài)信號。

回轉(zhuǎn)變頻柜接收本地控制箱各項回轉(zhuǎn)角度命令信號，驅(qū)動吊艙本體的回轉(zhuǎn)電機(jī)，實現(xiàn)水下結(jié)構(gòu)物角度控制。每臺吊艙式推進(jìn)器本體均安裝2臺回轉(zhuǎn)電機(jī)，1號回轉(zhuǎn)變頻柜可驅(qū)動1.1號/1.2號回轉(zhuǎn)電機(jī)?；剞D(zhuǎn)變頻柜接收本地控制箱的故障和報警等信號，接收回轉(zhuǎn)電機(jī)繞組和軸承溫度信號。

回轉(zhuǎn)變頻柜接收主推進(jìn)器驅(qū)動屏的轉(zhuǎn)舵命令；主推進(jìn)器控制單元同時接收回轉(zhuǎn)變頻柜的舵角反饋，在出現(xiàn)大舵角時降低推進(jìn)功率以保護(hù)該型船。

2.3 遙控系統(tǒng)接口

1號主推進(jìn)器驅(qū)動屏-1號主推進(jìn)器駕控站(前駕)：急停命令信號、急停位置信號、以太網(wǎng)通信。

1號主推進(jìn)器驅(qū)動屏-1號主推進(jìn)器駕控站(后駕)：急停命令信號、急停位置信號、以太網(wǎng)通信。

1號主推進(jìn)器驅(qū)動屏-1號主推進(jìn)器集控站：急停命令信號、急停位置信號、以太網(wǎng)通信。

1號主推進(jìn)器駕控站(前駕)-1號中間抬頭表：轉(zhuǎn)速表信號、功率表信號、舵角表信號、轉(zhuǎn)速表電源、功率表電源、舵角表電源。

1號主推進(jìn)器駕控站(前駕)-1號左翼抬頭表：轉(zhuǎn)速表信號、功率表信號、舵角表信號。

1號主推進(jìn)器駕控站(前駕)-1號右翼抬頭表：轉(zhuǎn)速表信號、功率表信號、舵角表信號。

文中進(jìn)行實驗三來比較提出的MKSRC算法與MSRC算法的識別率，同時，也對比了近幾年來比較常見的人臉人耳融合識別算法，核典型相關(guān)分析算法（KCCA）。實驗中人臉和人耳特征融合的權(quán)重系數(shù)取實驗一結(jié)果，取表示式為：K(x,y)=(1+xTy)這一多項式為核函數(shù)。本實驗分別選取人臉和人耳樣本庫每個類別中的7副、8副、9副圖像作為訓(xùn)練樣本，剩余的圖像作為測試樣本，其各算法識別率統(tǒng)計結(jié)果如表2所示。

在前駕、后駕和集控站均可對主推進(jìn)器進(jìn)行控制。前駕、后駕和集控室控制面板可進(jìn)行轉(zhuǎn)速模式選擇和功率模式選擇，在不同模式下，全回轉(zhuǎn)手柄發(fā)出轉(zhuǎn)速命令信號或功率命令信號至主推進(jìn)器驅(qū)動屏，其余同第2.2節(jié)相關(guān)分析。

前駕、后駕和集控站的全回轉(zhuǎn)手柄發(fā)出回轉(zhuǎn)角度控制命令至主推進(jìn)器驅(qū)動屏，主推進(jìn)器控制單元響應(yīng)手柄發(fā)出的命令，將轉(zhuǎn)舵命令發(fā)送至回轉(zhuǎn)變頻柜，按最短路徑控制原則，控制主推進(jìn)器轉(zhuǎn)動至目標(biāo)角度位置。

3 吊艙式推進(jìn)系統(tǒng)外部接口分析

3.1 常規(guī)外部系統(tǒng)

常規(guī)外部系統(tǒng)：①監(jiān)測報警系統(tǒng)；②導(dǎo)航系統(tǒng)，主要包含航行數(shù)據(jù)記錄儀(Voyage Data Recorder，VDR)、駕控信息顯示系統(tǒng)(Conning)和AP系統(tǒng)；③DP系統(tǒng)；④外部電源：400 V低壓配電板、1號/2號220 V不間斷電源(Uninterrupted Power Supply，UPS)、24 V分電箱。

3.2 對外接口

1號吊艙本體接線盒JB3-船上400 V低壓配電板：380 V吊艙本體應(yīng)急空壓機(jī)供電電源。

1號主推進(jìn)器駕控站(前駕)-1號220 V UPS：220 V AC供電電源。

1號主推進(jìn)器駕控站(后駕)-1號220 V UPS：220 V AC供電電源。

1號主推進(jìn)器集控站-1號220 V UPS：220 V AC供電電源。

1號左翼抬頭表-24 V分電箱：24 V電源。

1號右翼抬頭表-24 V分電箱：24 V電源。

1號吊艙本體接線盒JB2-監(jiān)測報警系統(tǒng)：推進(jìn)電機(jī)三相繞組溫度、推進(jìn)電機(jī)推力軸承溫度、螺旋槳軸軸承溫度。

1號主推進(jìn)器驅(qū)動屏-導(dǎo)航系統(tǒng)：航速信號。

1號主推進(jìn)器驅(qū)動屏-減搖鰭：倒車信號。

1號回轉(zhuǎn)變頻柜-VDR：RS485通信。

1號回轉(zhuǎn)變頻柜-Conning：轉(zhuǎn)舵命令、角度反饋、回轉(zhuǎn)運(yùn)行信號。

1號主推進(jìn)器駕控站(前駕)-AP系統(tǒng)：1號轉(zhuǎn)舵命令、1號轉(zhuǎn)舵反饋、1號AP請求、1號AP應(yīng)答。

1號主推進(jìn)器駕控站(前駕)-VDR：1號轉(zhuǎn)速命令、1號轉(zhuǎn)速反饋、1號轉(zhuǎn)舵命令、1號轉(zhuǎn)舵反饋、1號功率信號、1號主推進(jìn)器運(yùn)行狀態(tài)。

1號主推進(jìn)器駕控站(后駕)-1號DP座椅：觸摸屏電源、觸摸屏通信、操作手柄電源、操作手柄信號；NFU推進(jìn)、NFU加速、NFU減速、推進(jìn)越控、推進(jìn)復(fù)位、急停位置、NFU轉(zhuǎn)舵、NFU左舵、NFU右舵、位置應(yīng)答；NFU推進(jìn)指示、越控指示、急停指示、NFU轉(zhuǎn)舵指示、位置應(yīng)答指示、急停、蜂鳴器；電源(轉(zhuǎn)速表、功率表、轉(zhuǎn)舵表、轉(zhuǎn)舵)、信號(轉(zhuǎn)速表、功率表、轉(zhuǎn)舵表)、調(diào)光旋鈕。

2號主推進(jìn)器駕控站(后駕)-2號DP座椅：同上。

由上述接口分析可知：吊艙本體應(yīng)急空壓機(jī)在應(yīng)急情況下應(yīng)保證吊艙內(nèi)充滿壓縮空氣以免發(fā)生泄漏造成吊艙進(jìn)水，需要單獨設(shè)置一路電源。前駕、后駕和集控室控制站單獨由UPS供電。

監(jiān)測報警系統(tǒng)監(jiān)測吊艙本體推進(jìn)電機(jī)繞組和軸承溫度，該溫度信號由JB2接線盒同時發(fā)送至主推進(jìn)器驅(qū)動屏。

主推進(jìn)器驅(qū)動屏接收來自導(dǎo)航系統(tǒng)的航速信號，在出現(xiàn)高航速時主推進(jìn)器控制單元降低推進(jìn)功率以保護(hù)該型船。

主推進(jìn)器驅(qū)動屏發(fā)送倒車信號至減搖鰭，防止在倒車狀態(tài)時減搖鰭處于開啟狀態(tài)。

回轉(zhuǎn)變頻柜和前駕控制站將轉(zhuǎn)舵和轉(zhuǎn)速功率等相關(guān)數(shù)據(jù)輸出至VDR；回轉(zhuǎn)變頻柜將轉(zhuǎn)舵相關(guān)信息輸出至Conning。

前駕控制站發(fā)送轉(zhuǎn)舵命令和轉(zhuǎn)舵反饋至AP系統(tǒng)，并可接收AP系統(tǒng)的請求，主推進(jìn)器控制系統(tǒng)在應(yīng)答后進(jìn)入AP控制模式；后駕控制站與DP系統(tǒng)(DP控制箱、IJS控制箱)通信，可進(jìn)入DP控制模式。

3.3 智能航行與遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)集成應(yīng)用

該型船設(shè)置智能航行和遠(yuǎn)程控制兩種工作模式。取得No符號的船舶具備在開闊水域自主航行的能力。取得R1符號的船舶具有遠(yuǎn)程控制航行功能，人員可在遠(yuǎn)程控制站遠(yuǎn)程控制船舶的航行操作[8]。

為實現(xiàn)上述功能，智能航行與遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)置態(tài)勢感知系統(tǒng)、智能航行決策系統(tǒng)、智能航行控制系統(tǒng)、綜合顯示單元、船岸協(xié)同數(shù)據(jù)庫和遠(yuǎn)程控制站。

態(tài)勢感知系統(tǒng)：船端配置2臺互為備用的態(tài)勢感知服務(wù)器，接收來自船端的感知設(shè)備信息[風(fēng)速風(fēng)向儀、能見度傳感器、差分全球定位系統(tǒng)(Differential Global Positioning System，DGPS)、姿態(tài)傳感器、電子海圖、導(dǎo)航雷達(dá)、紅外與可見光攝像機(jī)等]，完成態(tài)勢信息融合。

智能航行決策系統(tǒng)：主要包括航線規(guī)劃站和智能航行決策服務(wù)器。航線規(guī)劃站設(shè)置船端系統(tǒng)與岸端支持中心，可設(shè)計和優(yōu)化航路航速。智能航行決策服務(wù)器用于智能航行決策，設(shè)置2臺服務(wù)器互為備用。

智能航行控制系統(tǒng)：主要包括1塊模式選擇面板、1個智能航行控制箱和3個模式選擇開關(guān)。

綜合顯示單元：用于綜合顯示智能航行系統(tǒng)的工作狀態(tài)，包括船端設(shè)備和遠(yuǎn)程控制站設(shè)備。

船岸協(xié)同數(shù)據(jù)庫：包括船端數(shù)據(jù)庫和遠(yuǎn)程控制站數(shù)據(jù)庫。船端數(shù)據(jù)庫采用2臺獨立的服務(wù)器，通過通信系統(tǒng)實現(xiàn)船端數(shù)據(jù)庫與遠(yuǎn)程控制站數(shù)據(jù)庫的協(xié)同和管理。

遠(yuǎn)程控制站：包括主控制站和備用控制站。主控站和備控站均分別設(shè)置獨立運(yùn)行的2個航線規(guī)劃站、綜合顯示單元、視頻顯示終端、輔助駕駛系統(tǒng)、操作手柄、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和UPS。該型船和系統(tǒng)的相關(guān)信息通過智能集成平臺發(fā)送至遠(yuǎn)程控制站，遠(yuǎn)程控制站接收該型船的狀態(tài)信息和環(huán)境信息等，通過船岸通信系統(tǒng)對該型船進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

3.4 主推進(jìn)器控制系統(tǒng)與智能航行控制系統(tǒng)接口

在智能航行控制系統(tǒng)中，模式選擇面板基于該型船航行的任務(wù)模式，構(gòu)建5種工作模式，面板可用于模式切換的請求與應(yīng)答；開關(guān)主要用于各種控制模式的切換；控制系統(tǒng)根據(jù)該型船給出的運(yùn)動控制命令，完成控制指令解析，生成各推進(jìn)器的推力，將推力命令發(fā)送至主推進(jìn)器遙控系統(tǒng)和其他相關(guān)系統(tǒng)，完成該型船的運(yùn)動控制。

智能航行控制箱-模式選擇面板：24 V DC電源、以太網(wǎng)通信。

前/后駕操作選擇開關(guān)-主推進(jìn)器控制系統(tǒng)：選擇開關(guān)前駕擋和后駕擋與主推進(jìn)器控制系統(tǒng)分別用通信電纜連接進(jìn)行通信；開關(guān)可進(jìn)行前駕擋或后駕擋的選擇。

智能航行控制箱-前駕模式選擇開關(guān)-主推進(jìn)器控制系統(tǒng)：前兩者和后兩者分別通過通信電纜連接進(jìn)行通信；前駕模式選擇開關(guān)可進(jìn)行智能航行模式、遠(yuǎn)程控制模式和人工駕駛/AP模式等3種工作模式的選擇。在選擇智能航行模式或遠(yuǎn)程控制模式時，智能航行控制箱接受智能航行決策系統(tǒng)的決策命令，完成控制指令的解析并將控制指令發(fā)送至主推進(jìn)器控制系統(tǒng)。

DP控制箱-后駕模式選擇開關(guān)-主推進(jìn)器控制系統(tǒng)：前兩者和后兩者分別通過通信電纜連接進(jìn)行通信；后駕模式選擇開關(guān)可進(jìn)行DP模式、IJS模式和人工駕駛/AP模式等3種工作模式的選擇。在選擇DP模式時，DP控制箱將控制指令發(fā)送至主推進(jìn)器控制系統(tǒng)，可使該型船處于IJS模式(使用操縱桿手動控制該型船移位與轉(zhuǎn)向)、自動模式(自動控制該型船在指定艏向、自動控制該型船在指定位置、節(jié)能模式)或半自動模式。

IJS控制箱-后駕模式選擇開關(guān)-主推進(jìn)器控制系統(tǒng)：前兩者和后兩者分別通過通信電纜連接進(jìn)行通信；在選擇IJS模式時，IJS控制箱將控制指令發(fā)送至主推進(jìn)器控制系統(tǒng)，可使該型船處于IJS模式(使用操縱桿手動控制該型船移位與轉(zhuǎn)向)或自動艏向模式(自動控制該型船在指定艏向)。

除上述接口外，智能航行控制箱分別與主推進(jìn)器控制系統(tǒng)、DP控制箱、IJS控制箱進(jìn)行以太網(wǎng)通信。

上述僅分析智能航行控制系統(tǒng)與主推進(jìn)器控制系統(tǒng)、DP控制箱、IJS控制箱相關(guān)的接口；DP控制箱和IJS控制箱可不經(jīng)智能航行控制系統(tǒng)而與主推進(jìn)器控制系統(tǒng)直接通信。

4 結(jié) 語

隨著智能船舶需求的不斷明確和技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，國際組織、國家和地區(qū)性質(zhì)的海事監(jiān)管機(jī)構(gòu)、港航企業(yè)等以不同的角色參與智能船舶的研發(fā)。通過分析智能型無人系統(tǒng)母船吊艙式推進(jìn)系統(tǒng)的集成應(yīng)用與接口，爭取我國船舶工業(yè)智能化發(fā)展在國際競爭中占據(jù)領(lǐng)先位置。