船舶自动化设备中的信息化保障分析

2022-03-10梁崇博

船舶物资与市场 2022年2期

梁崇博

（中国电建集团港航建设有限公司，天津 300467）

0 引言

我国船舶技术发展迅速，虽然有了一定的成果，但是相比西方国家还存在着较大的差距，船舶自动化水平有待提升，信息化设计也需要进一步完善。由于船舶自动化设备在设计中具有复杂性，在开发中需要对其进行有效地改善，通过对船舶自动化设备的信息化设计，使船舶的运行控制更加可靠稳定，发挥出系统的优势。因此，应对船舶自动化设备信息化设计进行分析，全面优化自动化设备，增强船舶性能，进而促进我国船舶领域的全面发展。

1 船舶自动化系统概述

1.1 电子信息化

在网络技术的发展下，电气设备通讯设施得到了有效应用，船舶自动化水平有所提升，可结合关键的环节来实现对船舶整体信息的掌握，并且保证了信息系统的流畅性。在船舶自动化系统应用中，由于系统受到了多种因素的影响，需要在因素中将影响部分干扰，使操作流程得到优化，可使船舶的自动化水平得到提升。

1.2 网络化

电气自动化的应用需要网络技术、数字化技术的支持，设备各部件之间信号通道的建立可为系统指令操作执行提供条件。系统总线是影响传输的重要因素，在具备了链接控制设备并且指令的作用后，可使系统的运行更加安全可靠。同时，自动化功能的实现要将复杂的操作进行简化，借助有效的资源来代替传统的操作模式，可使运行效率得到提升[1]。

2 船舶自动化系统信息化技术应用的优势

2.1 运用信息化技术加强船舶操控便捷性

在船舶自动化系统的发展中，运用电子信息技术及网络技术，借助模块化来实现对船舶自动化系统的优化，可使船舶自动化系统向着灵活、多元化、综合化方向发展。目前，船舶自动化技术的应用可使传统的船舶操作方式得到改善，可借助电脑显示屏、电气按键来实现船舶的稳定运行，可使其操作更加便捷，也可使其更具人性化。

2.2 利用网络技术使船舶运行更加稳定

在网络信息技术、数据总线技术等应用下，船舶自动化系统技术应用水平得到了提升，这使网络远程控制及准确控制得以实现，船舶操控模块化的网络信息通道可更加通畅，提升传输的速度，并且使船舶不同电气设备之间实现无缝连接。数据总线技术的运用可使信号线数据得到汇总。借助分布式设计模式，可使传统数据船舶方式中的问题得到改善，加强船舶的网络控制的稳定性。网络数据传输的改善可使船舶操作向着无人化及多元化方向发展，加强了船舶的智能性[2]。

2.3 借助综合化技术完善船舶电气系统

综合化技术是对先进技术的综合应用，使网络信息技术、计算机技术等组合起来，在相同的标准下建立联系，发挥出各项技术的优势。运用综合型技术，可使船舶设备管理得到优化，并且使不兼容问题得到解决，利用模块化功能的系统设计，使船舶自动化设备更具有智能性，并且使系统的组成更加灵活，而不仅仅局限于单一的组成方式，使系统应对外部不同环境变化，同时提升船舶的管理效率，使管理发挥出有效的作用。

3 船舶设备的自动化信息化应用现状

3.1 船舶驾控系统信息化技术应用

在船舶运行中，其航行速度及方向等需要系统进行控制，驾控系统在其中发挥了重要的作用，当前该系统的应用可提升控制效率，并且保证了控制的精准性，可实现无人值守功能，借助计算机对多路数据处理结果自动控制。比如，某公司开发了综合驾控系统，在设计上采用了模块化的理念，可实现更多的功能，比如可视化功能等，使信息直接呈现出来，其中包括计算机处理技术，可提高信息处理效率。系统运用了自动托管技术，通过综合驾控台可结合航线来选择最佳的速度，结合周围的海域环境情况进行提示，使操作人员了解当前情况，避免在航行过程中发生安全事故[3]。

3.2 船用智能通信系统技术应用

在船舶自动化技术应用下，通信系统在其中占据着重要的地位，要想发挥出其优势，应对系统结构进行合理设计，经过对数据的全面分析来为船舶的控制提高参考依据。在产生异常情况时，为了避免影响船舶的运行，需要及时进行处理，使系统能够发挥出有效的作用。一般通信系统可发挥出良好的信息传输功能，但是当受到外部环境影响的时候，会使传输效果减弱，而智能化通信系统实现了功能的优化，可利用相应的技术来减少外部影响，使传输功能正常实现。因此，应用智能化通信系统可避免传输质量降低的问题产生，使通信系统发挥出更好的效果，为人员及时提供相应的信息，进而为船舶的管控带来保障。

3.3 船用自动导航系统应用

海洋上缺少参照物，通过对定位技术有效运用，可为导航功能的实现带来帮助，在实际应用中可将定位信息利用卫星技术发送到管控系统中，便于对船舶动态监测。在船舶遇到异常情况时，管控系统可传输预警信息，并且对船舶的航向等进行远程控制调整，避免船舶行驶中产生安全问题，进而使船舶的运行更加可靠[4]。

4 船舶信息平台的工作原理

船舶信息平台中包括以太网、专用平台协议以及网络数据库、交换机链路等，在运行过程中船舶信息平台中包括的节点中有平台协议及数据库，建立平台时，协议技术原理是借助各节点协议使节点数据库以一定的方式变为一致，使信息平台的功能实现奠定了基础，采取冗余设计来进行数据纠错，这对船舶信息平台的建立有着重要的影响。由于节点的数据库具有一致性，仅需要从数据库中获取数据就可得到所有节点的数据，这种特点可使工作效率显著提升，并且扩大了容量。在设计中，各节点都有数据库，可增加及减少节点，平台可随时进行使用，只要将节点与其进行连接，即可得到相应的数据。当一些节点损坏时，也不会产生较大的影响，保证应用的稳定性。在节点数据库的支持下，连锁控制的实现也更加便捷。

5 利用信息平台的船舶自动化系统基本结构

船舶信息平台的自动化设计中，系统结构借助交换机链路来形成平台基座，其中甲板、机舱设备与其相互连接，在控制体系中，驾控台等控制可应用2种不同的模式，分别为电脑操作及混合操作模式，由于在控制系统中配备了电脑，可利用其进行操控。也可使用组合仪表及报警灯来实现操作，利用不同的操控模式来实现对船舶系统的控制[5]。

图1 船舶信息平台结构

6 船舶设备的可编程通用采集控制技术应用

船舶设备控制应具有可靠性，不受到电脑信息系统的影响，同时在程序控制上应具有自动化特点，可借助相关技术来完善系统，使用PLC技术的过程中，缺少网络功能无法实现数据的共享，端口不能进行输入、输出，对应用造成了影响，经过对设备的改善之后，PLC控制设备的功能得到了改善，在实际应用中能够发挥出更好的性能，比如，PPC64型通用可编程采集控制器包括了信息平台接口，具备更好的通用性，可组成各类船舶自动化设备，在应用中包括以下性能：

1）控制器各个I/O端子可编程为传感器的输入及开关模拟量输出，实现模块的全通用，在系统中具备相应的硬件，可通过设置传感器放大器程序，并且设置继电器及输出程序，实现各端口的调用，可实现脉冲输入输出功能，实现对系统的控制。通过编程来使控制器在运行过程中实现各项功能，在应用中可带来便捷的条件，使设计更容易进行，使产品的性能体现出来。由于船舶流动设备维修存在着一定的困难，运用该控制器只需要一个硬件就可运行。

2）PLC可实现网络化功能，借助输入及输出部分来进行编程，使控制器的功能得到完善，与网络技术之间有效结合。通过网络数据库的运用可使不同的控制功能发挥作用，由于网络速度及设备速度之间一致，可使功能得到优化。

3）使用控制器连接平台的数据库，可实现对资源的共享，电脑进行操作的时候，I/O的时候不需要切换，也不需要编程，有着信息平台的优点。

4）控制器包括多种控制方式：逻辑控制、定时器控制的设备顺序控制、电动机反馈控制、可编程无控制监测、64个灯显示逻辑PLC控制、48个灯显示带按钮喇叭控制、24路模拟表0～20 mA输出可编程控制以及模拟PID调控及PWN数字调控。同时，控制器可构成船舶机舱及甲板所有设备的监控系统。在实际应用中可发挥出良好的作用，不仅可满足PLC控制的需求，也可使功能更加完善[6]。

7 船舶设备与信息平台的联接

7.1 信息平台专用接口芯片

由于信息平台有相应的接口芯片，可顺利连接设备，使用PPC64可实现与信息平台之间的连接，其中以太网络接口、专业协议都为内部专用，与用户之间没有关系，用户使用的为分布式网络数据库并行读写接口，在与信息平台连接后，可在协议下使网络数据库快速一致，用户读写数据时是网络实时数据，利用CPU来连接读写接口，可实现对数据库的读写，在完成连接的情况下，分布式数据库号根据RAM地址顺序排列，接口能够读写到数据库中的所有数据，因此可使数据的读取快速完成。通过对接口的合理配置，可使信息平台连接体系得到完善。

7.2 路由器联接

在平台设计中涉及到了路由器，可连接多种设备，在应用中，通讯连接数据库，路由器速度可得到改善，一般传统设备属于串口输出，串口协议处理中涉及到了2种形式，一种为直接读写数据的形式，是8字节的报文，另一种为传统的MDBUS协议[7]。

8 船舶设备自动化及信息化应用的影响因素

随着船舶设备自动化的发展，信息化水平有所提升，这使船舶的管控更加高效可靠，也可使船员工作效率得到提高，将电子信息技术作为基础设备存在一定的隐患，应对其进行分析：

1）环境因素。电子元器件会受到环境的影响，当船舶所处环境的温度比较高或者振动强烈的情况下，会使其运行的性能有所减弱，造成故障问题。进行船舶设计时，需要根据船舶设备环境的情况对设备参数合理调整，并且对设备进行试验，获得相应的信息，还需结合数据的统计结果来对设备进行检修，避免设备产生故障问题影响其性能，并且增加备件的数量。

2）电磁干扰因素。设备在运行中会受到电磁干扰，产生故障。在电磁信号传导方式为辐射时，并且与电子信息设备之间产生了耦合作用，会带来设备误动作情况，导致功能丧失。一些比较敏感的电子设备在电磁影响下无法发挥出有效的作用。因此，在设计过程中，需要对电磁屏蔽合理布置，并且根据不同设备的特点来进行分析，将其中比较敏感的设备与带有强烈辐射的设备进行有效的隔离，保证设备的稳定运行。