综合平台管理系统在综合电力船舶中的应用研究

王征

（海军工程大学电气工程学院，湖北武汉430033）

装备应用技术

综合平台管理系统在综合电力船舶中的应用研究

王征

（海军工程大学电气工程学院，湖北武汉430033）

本文介绍了船舶综合电力系统的特点，分析了船舶综合平台管理系统（IPMS）的概念和组成，研究了综合平台管理系统的网络体系结构，探讨了综合平台管理系统的技术内容，并对综合平台管理系统在综合电力船舶中的应用进行了展望。

船舶自动化；综合平台管理系统；综合电力系统

综合电力船舶自动化程度高，需要信息化系统对其进行管理。综合平台管理系统是船舶自动化的发展趋势，可以满足综合电力船舶的信息化要求，将综合平台管理系统应用于综合电力船舶是未来的发展趋势。

1 船舶综合电力系统

综合电力系统（IPS）是最早由美国于1994年提出的概念，代表着船舶装备一种全新的发展方向[1，2]，其主要特点如下：

（1）模块化的系统结构

IPS通常可分为：发电、储能、变电、配电、电力推进、电网负载、电力管理等七个模块，按各种船舶的需要，选择和剪裁各种模块进行总体设计，就能研制开发高效率低成本的先进船舶。

（2）直流输电和区域配电

由于现代功率电子变换技术的成熟，变频器特别是逆变器的应用，使得电力推进在内的各种不同电制参数包括电压、频率的用电负载能借助于优异的直流输电方式来实现互不干扰影响的区域配电。

（3）适应新技术发展需要

已考虑了燃料电池、永磁电机、超导单极电机等各种新技术在未来实现应用的可能，并创造了最有利的条件。

综合电力系统的核心是电力推进，它是从统筹全船能源的高度来实现系统综合化，把电力推进的能源变换系统纳入全船电力系统的范围，对能源统一加以控制和调配，最大限度地提高能源变换和利用的效率。其次，把电力推进方式有机地融入船舶的总体设计，不仅要分析其直接效果，还要考虑其间接好处以补偿某些方面的不足。

与普通船舶相比，综合电力船舶自动化、信息化程度更高，综合平台管理系统是船舶自动化的发展趋势，可以满足综合电力船舶的信息化要求。

2 综合平台管理系统的概念与组成

船舶综合平台管理系统，就是应用计算机技术、网络技术、信息技术、检测技术、自动控制技术、智能技术等，以信息为核心、以网络为纽带、以集成为手段，将船舶平台中各监控设备和系统融合为一个有机的整体，以软件为途径，实现平台信息共享和资源共用，采用通用化、系列化、模块化的硬件体系，形成多位置、全信息、数据分散、监控集中的综合，实现船舶平台的信息化和数字化管理，同时提供与其他系统的信息接口，为信息网络提供平台资源管理支撑[3，4]。

综合电力船舶的综合平台管理系统包括能量管理分系统、损管综合监控分系统、综合船桥分系统、综合保障管理分系统、综合状态监测分系统、视频监视分系统、辅助管理分系统。如图1所示。

图1 综合电力船舶综合平台管理系统组成

（1）能量管理分系统

能量管理系统是船舶能量的管理控制中心，是综合平台管理系统的重要组成部分。船舶能量管理系统通过计算机网络实现能量产生、传输、调配、使用的智能化分析、控制和管理，就是基于多级计算机网络，对船舶电站、电力系统、负载特别是电力推进等大功率负载和辅助机械设备进行管理和控制，不仅对电力系统的电网运行状况、安全情况、电能质量情况进行正常与故障的监测、分析和管理，也对其他形式的能量进行管理，可实现全船能量的智能化调配，以保证能量供应的连续性、稳定性和经济性。

（2）损管综合监控分系统

包括损管监控子系统和三防监控子系统。损管监控系统具有液位监测、破损监测、火灾报警、灭火控制、消防泵起动停机控制和与损害管制有关的一些报警监测功能。三防监控系统可对原子防护、生物防护、化学防护等系统单元进行监控。

（3）综合船桥分系统

综合船桥系统以数据、仪表、图形图像等方式直观地显示综合航行态势、运动目标、驾驶操纵信息以及船舶平台状态，为航行指挥提供信息支撑。通过对操舵仪、减摇鳍的控制，实现对船舶航向、姿态的控制。在驾驶室实现对航行信号灯、气雾笛等航行保障设备的控制，并为各种指挥命令的传达、信息的发布提供必要的保障手段。

（4）综合保障管理分系统

综合保障管理系统的主要功能是技术培训资料管理、技术文件资料管理、备品备件器材管理、使用维修管理、技术状态辅助管理、信息管理等。

（5）综合状态监测分系统

综合状态监测系统的主要功能是对船舶的状态量进行监测，实时、准确地掌握船舶在不同环境下的状态特性。

（6）视频监视分系统

视频监视系统主要对全船进行视频实时监测，包括重点部位、重要舱室、主要设备或系统。通过综合显控台控制所有摄像、云台等装置的各种动作。

（7）辅助管理分系统

辅助管理系统主要对消防系统、舱底系统、取暖系统、通风系统、冷藏系统、空气冷却系统、海水淡化系统、污水和垃圾处理系统等进行状态管理；对船舶减摇装置、海上补给装置，起锚机械、系缆机械和拖带机械等系泊设备等进行状态管理。

3 综合平台管理系统网络体系结构

综合平台管理系统通过网络实现综合显控台、远动终端单元（简称RTU）、被控设备间的可靠信息传输[5]。综合平台管理系统的网络体系结构如图2所示。

图2 综合平台管理系统网络体系结构图

综合平台管理系统网络主要由控制子网和信息子网两部分组成。控制子网主要对被控对象实现有效控制，对于实时性和数据可靠性有较高要求，因此采用CAN总线技术；信息子网连接综合显控台和RTU，用于非实时数据的传输和监视，采用以太网技术。

综合显控台和RTU是综合平台管理系统的主要网络节点，需要配备相应的网络硬件、网络协议等。

一体化网络管理与保障系统对综合平台管理系统的网络进行监测、控制和管理，主要功能包括配置管理、安全管理、性能监测、故障诊断、可靠性维护等。

4 综合平台管理系统相关技术

综合平台管理系统的相关技术主要包括数据的采集、传输、显示、存储，设备控制等。

（1）数据采集

数据采集是是综合平台管理系统的信息来源。目前有两种数据采集方式：一种是直接连接RTU的模拟或数字接口单元，通过以太网将数据传输到综合显控台；另一种是通过现场总线通信接口卡将传感器、设备、本地处理控制器的数据采集到现场总线网络上，经过上位机，通过以太网传输到综合显控台。

（2）数据传输

数据传输是综合平台管理系统的信息渠道。目前现场总线的传输速率从几十K到几M，以太网可以提供至少100 M最多1 000 M的带宽。

（3）数据显示

数据显示是综合平台管理系统的人机界面。一般采用WINDOWS系统，使用图形化的界面，在综合显控台和操作人员之间进行人机交互。

（4）数据存储

数据存储是综合平台管理系统的信息保障。综合电力船舶的数据量大，有反映系统状态的实时数据，也有供系统状态分析、数据运行历史记录、系统故障诊断、系统综合保障的数据。数据库服务器一般采用高可靠性的集群系统，连接光纤磁盘阵列，保证系统数据的安全和存取性能。

（5）设备控制

设备控制是综合平台管理系统的神经中枢。各种分布式的数据获取单元、RTU、控制单元、现场总线的上位机等，一方面收集和处理设备、传感器数据，并将数据发送到综合显控台，一方面将控制台的控制指令发送到相应的控制设备。

5 结束语

综合电力船舶的设计越来越多的采用高新技术，全船系统数字化、网络化成为发展趋势，数据资源共享成为系统设计的必然。随着科学技术的不断发展，船舶综合平台管理系统已从单纯的网络向数字化平台方向发展。其发展趋势是：利用全船光纤局域网，构成冗余度高、可靠性好、结构开放、生命力强的数字化平台，使全船信息贯通流畅，最终实现全船系统网络一体化，并能通过卫星构成岸-船一体化网络平台；以计算机、单片机为基础，发展标准化、系列化、模块化、通用化的硬件设备，以降低船舶综合平台管理系统研制的硬件成本，提高可靠性和可维修性；依靠人工智能技术，开发智能化、模块化的系统软件，尽量利用强大的软件功能来实现各种监控、管理、训练、仿真、维修等功能。

船舶综合平台管理系统为船舶操作管理人员提供了一个开放式、标准化、网络化、智能化、集成化的优良信息平台，大大提高了船舶的综合优化控制管理水平，已成为船舶自动化的发展趋势。

[1]付立军，刘鲁锋，王刚，等.我国舰船中压直流综合电力系统研究进展[J].中国舰船研究，2016，11（1）：72-79.

[2]马伟明.舰船综合电力系统中的机电能量转换技术[J].电气工程学报，2015，10（4）：3-10.

[3]袁伟.舰船综合平台管理系统设计[J].舰船科学技术，2013，35（7）：145-148.

[4]林建辉，陈松涛.基于工业以太网的船舶综合平台管理系统[J].江苏船舶，2012，29（2）：31-35.

[5]殷虎.舰船平台管理网络技术研究[J].装备制造技术，2016（4）：171-177.

Research on Integrated Platform Management System For Ship Integrated Power System

WANG Zheng
（School of Electrical Engineering，Naval University of Engineering，Wuhan Hubei 430033，China）

The characters of ship integrated power system are introduced.The definition and functions of ship integrated platform management system（IPMS）are presented.The structure of IPMS is analyzed in detail.The network architecture of IPMS is researched.The techniques of IPMS are discussed.The development trend of IPMS is expected.

ship automation；integrated platform management system；ship integrated power system

U664.8

：A

：1672-545X（2017）01-0109-03

2016-10-08

国家自然科学基金资助（No.51177168）

王征（1978-），男，湖北武汉人，讲师，博士，研究方向：智能化监控。