电力推进船舶信息化系统设计

顾雪晨

（海军驻上海地区舰艇设计研究军事代表室，上海 200011）

0 引言

电力推进系统以其卓越的优势已经成为当今世界船舶动力系统发展的一种主流趋势，在军用和民用领域已取得了成功应用[1]。电力推进系统可统筹全船动力，满足未来船舶对电力供应及推进动力的需求，提高船舶运行的操纵性、可靠性、经济性，并可在电力推进监控系统上实现整个系统的信息管理、显示、故障诊断等，提高了电力推进系统的智能化、自动化水平。但对于船舶来说，船上除了电力推进系统外，还有其它系统，如辅助机械监控系统、视频监控系统、消防监控系统等，这些系统与电力推进系统之间互相独立，信息分散，不便于信息的集中管理与显示。

全船信息化是指以通信、网络、数据库技术为基础，把全船各设备参数汇总至数据库，供特定人员工作、学习、辅助决策的一种技术[2]。对于电力推进船舶来说，全船信息化就是将电力推进船舶的电力推进监控系统和船舶其它系统应用通信设备连接成一个整体通信网络，从而实现信息的集中管理，提高船舶运行的自动化水平。本文即对电力推进船舶的全船信息化系统的设计技术进行研究。

1 信息化系统的优势及网络结构

1.1 信息化系统的优势

电力推进系统船舶采用全船信息化系统后，将具有如下优势：

1)提高运行效率，便于综合分析

采用全船信息化系统后，全船数据实现集中管理，克服了各设备之间数据不能共享、不便于综合分析的缺点，能提高运行效率，减轻操作人员的重复性劳动。

2)节省人力资源

采用全船信息化系统后，在机舱集控室就可实现电力推进系统各设备运行状态的显示及控制，可以减少操作人员的数量，节省人力资源。

3)提高船舶运行稳定性、安全性

一方面，电力推进系统、辅助机械系统各设备运行参数集中管理后，可方便实现系统状态评估、故障诊断等，从而可以有效的排除系统故障，提高船舶运行稳定性；另一方面，视频监控系统、消防监控系统等数据共享后，可更有效的发现险情，便于快速采取措施，提高船舶运行安全性。

4)可实现远程控制

带有远程通信系统的全船信息化系统可将船舶的位置、速度、航向等航行数据、电力推进系统的运行数据等通过远程通信系统传送至岸基监控台，并在监控台显示，专家可通过显示数据进行指导或故障诊断，方便岸上人员实时掌握船舶航行情况，实现了船舶的远程控制。

1.2 信息化系统的网络结构

目前应用最多的工业控制网络体系结构是信息层-控制层-设备层结构[3]，如图1所示。

图1 工业控制网络三层网络结构

在设备层，基于各种现场总线的设备层网络可以通过单一缆线将不同厂家的底层设备与控制器连接，网络具体极大的开放性；在控制层，连接PLC处理器、输入输出设备、工控机、操作器接口和其它智能设备，实现对设备层数据的显示、处理及具体设备的控制；在信息层，通过采用TCP/IP协议的信息层网络，高层的计算机系统可以直接获取底层数据，可以实现如数据获取、控制管理、编程管理、维护管理等功能。

因为工业控制网络的三层网络结构是目前应用最多、技术最成熟的网络结构，所以，全船信息化系统采用相同的网络结构；为了减少不同网络之间进行匹配和转换带来的不可靠性，使网络具有良好的可扩展性，除设备层的现场总线外，其它网络层统一采用工业以太网进行数据传输；考虑信息化系统冗余性的要求，系统采用双总线冗余网络。综上，全船信息化系统采用三层网络结构的双总线冗余以太网网络。

2 电力推进船舶的全船信息化系统设计

2.1 总体设计

全船信息化系统框图如图2所示。

由图可知，全船信息化系统由电力推进监控系统、视频监控系统、其它系统、综合信息管理台、延伸终端、岸基监控台等部分组成。

电力推进监控系统实现对船舶电力推进系统的监视与控制，其主要由推进控制系统、功率管理系统、机舱监测报警系统组成，主要设备分布在设备层和控制层。

视频监控系统实现船舶重要部位的视频监控。

其它系统包括辅机监控系统、消防监控系统等。

电力推进监控系统、视频监控系统是两个相对独立的由各自设备层、控制层构成的网络系统，这两个网络系统在信息层实现数据汇合。

综合信息管理台是信息化系统的核心，其负责收集全船重要设备的信息，实现数据的综合管理，包括存储、传输（包括远程传输）等，同时，可以执行船舶信息管理、船务管理等。

延伸终端是将相关数据显示在船舶的某些重要位置，如船长室、轮机长室等位置，便于相关人员及时掌握船舶运行数据。

岸基监控台通过远程通信系统接收船上发送的数据，方便岸上人员实时掌握船舶航行情况。

2.2 详细配置

全船信息化系统详细配置图见图3。

其中，电力推进监控系统由集控室监控台、现场数据采集站、就地控制柜、功率管理系统（PMS）、网络通信设备等组成，信息在集控室监控台实现集中管理，并传输到信息层。

视频监控系统由若干摄像头、视频监控台、网络通信设备组成，视频监控台实现信息集中管理，并传输到信息层。

综合信息管理台除了信息的综合管理及远程通信外，还提供与动力定位系统和航行记录仪的接口。

2.3 系统的扩展性

图3所示的全船信息化系统由于采用标准的三层网络结构而具有良好的扩展性，可根据需要在任意一层上增加信息点，如以某科学考察船为例，将全船实验仪器系统作为一个信息点增加到信息层，并增加一个实验负责人延伸终端，也可以将视频监控系统作为电力推进监控系统的一部分而增加到电力推进监控系统的控制层，如图4所示。由此可见，全船信息化系统具有良好的扩展性，扩展方式可根据需要灵活选择。

3 结束语

本文以电力推进船舶为研究对象，研究了电力推进船舶全船信息化系统的设计技术，提出了全船信息化系统的总体方案、详细配置，并讨论了全船信息化系统的扩展性。通过研究可知，电力推进船舶采用全船信息化系统后，具有运行稳定、节省人力、运行效率高等优势，设计的全船信息化系统网络结构简洁、扩展性高，对全船信息化系统的设计具有一定的指导意义。下一步应讨论信息化系统的详细设计方法，包括各设备的选型、具体的网络结构等。

图2 全船信息化系统框图

图3 全船信息化系统详细配置

图4 扩展的全船信息化系统方案二

[1]尚安利，张达宽等.电力推进船舶功率管理系统综述[J].船电技术，2011，31(10):1-5.

[2]常健，母继元.信息化建设中的数据存储系统构建分析[J].电子世界，2014，18:5-6.

[3]李卓.分布式计算机网络结构的分析与优化[J].数字技术与应用，2017，7:214-214.