救助船机电平台设备智能配置与健康管理中间件技术研究

刘永华 交通运输部南海救助局

救助船机电平台的构建是船舰自动化实现的技术支撑，平台硬件组成涉及到操作指示、监测控制、网络通信、数据采集等单元。得益于智能配置与健康管理功能的实现，可实现在救助船机电平台运行期间进行相关硬件程度、数据的自动化管理，确保故障监测功能覆盖于救助船机电设备运行全过程中。基于中间件应用，可发挥出设备硬件差异与平台差异的有效屏蔽，继而提升系统平台的可操作性，并通过系统移植、适应性能增强来促进机电平台的稳定、高效运行。正因此，探讨中间件技术在健康管理与智能配置中的应用，对助力机电平台系统集成、智能决策、互联互通等功能的实现提供保障。

1.救助船机电平台智能配置与健康管理中间件技术分析

健康管理与智能配置功能应用主要是在运行期间借助技术手段强化设备与平台的管控，依托于机电平台来支撑救助船设备的自动化运行。同时，健康管理与智能配置功能的应用，可做到在设备实时运行中进行参数全面采集、故障实时监测、状态管理以及故障分析，并为救助船运行管理与决策提供所需参数数据。得益于中间件技术应用，实现操控平台与硬件设备间差异的有效平衡，基于软件复用来提升救助船操作系统与设备硬件间的兼容性，并保障人员系统控制更为便捷高效。

2.机电平台智能配置与健康管理功能需求分析

救助船机电平台构成涉及到以太网、CPCI、CAN总线、USB等模块设备，平台实时运行期间可做到设备信息的集中显示，并以分布式控制的形式来保证稳定运行。基于平台的健康管理与智能配置，可依托于中间件为操作者进行API接口提供，以此设备故障监测、智能配置的实现提供技术支撑，具体表现为：

（1）智能管理功能。可在运行期间实现底层软件自动加载、标准化硬件自动识别、参数配置自动化等功能。其中标准化硬件识别自动化主要是依据相关标准进行硬件标识的统一化、标准化制定并构建编码系统，做到对系统中涉及硬件的唯一确定。针对标识制定，具体内容囊括节点号、设备类型、槽位、单元、厂商等信息，运行期间以硬件为载体实现有效存储，标识获取则以网络为主要渠道，依托于标准函数进行对应获取。底层软件加载功能的实现，主要是依据标识编码进行软件数据库的有效构建，在实际运行期间，可做到以数据库为基准对识别设备底层软件的读取，以内存为载体进行底层软件动态加载，完成初始化操作。对于设备参数配置自动化的实现，则是以硬件标识编码为基准，构建用于系统参数配置信息存储的数据库，运行期间若出现同类模块的不同单位互换情况，系统自动进行配置参数的下发。

（2）故障状态监测功能。即以统一化的形式进行硬件故障进行编码处理，系统运行在线设备运行状态、监测信息等会以统一格式为操作者进行展示，且该功能应用支持在线设备故障诊断的被动化开展，并实现系统故障状态自动预警功能。

基于上述功能设置，通过对底层硬件故障监测、配置管理的实现，构建更为稳定、安全的基础环境来支撑上层系统的高效运行。若救助船运行期间某设备突发故障或问题，其维修工作开展极易受到机电设备过多的影响增大难度，所以可借助CAN总线来实现机电设备故障状态监测。另外，监测系统需做到对救助船所有机电设备的覆盖，所以底层涉及到对监测点的大量布设。

3.救助船机电平台智能配置与健康管理系统设计

3.1 软件模型构建分析

健康管理与智能配置功能实现依托于对相关设备数据的存储、整理、加工分析、利用等，设备囊括集中显控设备以及分布式设备等，而信息数据的采集与使用则涉及到设备表示信息、故障状态信息、配置信息、底层代码等，具体软件模型构建如图1所示。

图1 软件模型示意图

对软件模型进行分析，其主要构成囊括应用层、中间件层、协议层以及数据层四部分。其中数据层组成具体包括设备状态数据以及关系数据库应用。协议层的设置主要作用是数据获取功能的实现，系统运行期间总线型设备可依托于协议层中的通信协议实现控制与状态信息传输，涉及到以太网、CAN、USB等，而系统要想实现对本地数据的有效访问，则需以API通信接口的应用为前提。作为系统架构中的重要组成，中间件层发挥着不可替代的作用，通常情况下，中间件多位于协议层与应用层中间位置，主要功能包括设备信息采集、故障状态收集、配置服务处理、故障状态请求以及驱动自动加载等。同时，中间件层能够发挥出操作平台与硬件系统差异的屏蔽消除作用，以确保软件平台的开发符合便于管理、程序透明、易于操作等要求。应用层则位于系统平台的顶层位置，运行期间主要功能体现为状态监测、故障状态获取、数据报表、系统初始配置、数据报警等。

3.2 中间层结构设计

通常情况下，救助船机电平台系统中间件软件以集显控制设备为主要运行载体，运行期间中间件软件对于PCI、本地等设备信息获取可借助API接口。系统运行过程中，分布式设备会以报文的形式对获取的状态、故障信息进行传递，中间件层接收信息后处理并使用。分析中间件层软件的构成，具体涉及到设备信息管理、故障状态管理、服务器配置等模块，具体如图2所示。

图2 中间件层示意图

系统运行期间可借助中间件层实现设备信息管理，基于对硬件标识编码的获取，实现对底层软件的自动化加载。对于服务器配置模块的设置，可做到运行期间对用户初始系统参数、配置自动采集与存储，系统运行启动后相关设备、通道可对参数配置自动接收。故障状态管理模块设置可做到设备故障信息自动化采集并发送请求。

3.3 中间件层模块分析

3.3.1 设备信息管理模块

中间件层信息管理模块组成具体包括：①信息获取模块。模块设置主要是对设备硬件标识、编码进行自动化识别，以操作系统标准为载体，利用API函数对集显控制设备硬件进行相关信息查询，具体包括USB、PCI信息等。而分布式设备则以报文读取的形式对信息模块采集的硬件信息进行获取。以API接口为载体，采用链表形式依照统一格式对系统设备信息进行传递。②智能加载模块。主要是对底层软件、配置信息以动态加载的形式从信息获取模块中进行读取，具体信息类别包括驱动代码、配置参数、故障代码等，可在系统运行期间发挥出操作系统、设备软件数据耦合控制的作用，有效抑制底层软件变化对操作系统平台产生的影响。对于智能加载过程进行分析，以驱动智能加载为例，设备信息被获取后进行硬件设备集合的生成，基于对安装日志文件的读取进行设备驱动集合的生成，对可安装驱动（驱动软件库解析）设备进行集合生成，最后对可安装驱动设备集合的获取，集合中各驱动设备驱动目标代码的读取以数据库为基准，并以内存在载体利用LoadModule接口进行代码动态加载，安装日志记录前进行函数初始化，实现设备驱动自动化、智能化加载处理。

3.3.2 通信模块

以分布式设备为基准所构建的用户操作系统，其中底层、外部数据通道的构建与维护以通信模块为支撑，在明确不同使用对象的前提下，通道的建立与分发以数据不同类型、不同网络为依据，其中网络类型不同是指USB、以太网、CAN等，而数据类型不同则涵盖故障状态请求数据、配置数据、控制命令数据以及回告数据等。针对中间层的构建，其中通信模块需以异种平台数据的处理为开发核心点，结合平台功能控制要求分析，对以太网或CAN通信协议、设备数据结构、故障代码格式按照相应标准进行统一定义，实现以统一化的形式进行异种平台数据处理，并做到对数据传输类型的统一化控制。

3.3.3 故障状态管理

机电平台健康管理功能的实现需要以状态监测的覆盖与构建为基础，救助船可将故障状态监测作为机电平台健康管理的主要手段，实现在运行期间对发生的故障情况进行上报与预警，并通过故障诊断的被动化实现，进一步促进机电设备的稳定、安全运行。运行过程中可以信息管理模块为载体，对设备运行故障情况以信息链表的形式进行获取。对平台内集中显控设备而言，则可借助机内测试的形式对各硬件模块进行故障状态信息的采集，即做到将对应的故障诊断代码安置于各硬件模块配置中。而机电平台中分布式设备故障监测，则可对故障状态管理模块采用回告报文获取、故障请求的形式进行模块或设备信息的获取，以信息链表为载体加入状态信息，对二次开发用户利用API接口进行信息链表提供，具体诊断流程如图3所示。

图3 故障诊断流程示意图

3.3.4 服务器配置

机电平台系统的中间件层可借助对应服务器完成对系统参数的智能化、自动化配置，同时在配置期间客户端软件、上位机可发挥协同作用。在实际运行期间，可依托于配置服务器来实现对底层硬件差异的有效屏蔽，做到以运行需求为基准进行系统参数的自动化、合理化分配。同时，配置服务器可为单元级、模块级互换功能的实现提供支撑，并在系统运行中发挥配置数据接收、读取存储、发送等功能。

客户端上机位以WIndows系统为运行载体，借助Delphi等工具进行客户端可视化界面的开发，并以TCP协议为渠道利用服务器进行初始参数的注入。被配置模块以各类终端为运行载体，可以UDP协议实现被配置模块的数据初始化等。分析服务器运行流程，首先是以上位机为载体进行初始配置信息的获取，其次是以被配置模块为基准进行配置信息的传输。

3.4 关键技术实现

机电平台运行期间健康管理与智能配置功能的实现以异构性数据来源为难点，以数据获取与处理为关键点。其中数据异构来源主要表现在通信接口、通信协议以及类型等方面存在差异性，为此可借助中间件技术来实现异构数据融合处理，基于对统一协议、接口的设置，在运行期间对底层数据存在差异的有效处理，进而为数据信息的有效处理与使用提供支撑。

4.结束语

综上所述，中间件技术的有效应用一方面可促进健康管理与智能配置功能的有效体现，另一方面则为救助船机电平台的稳定、高效运行提供技术支撑。鉴于此，救助船可基于中间件技术的融合应用，结合机电设备管控需求进行健康管理与智能配置功能的开发，实现将故障状态监测系统覆盖于导航、动力、损管、电力等各方面，通过对系统参数的自动化配置来提升运行效率，结合健康状态管理来维持救助船机电设备的健康、安全运行，进而为我国船舶事业的智能化、自动化发展提供助力。