隨著計算機技術(shù)的高度發(fā)展和船舶自動化水平的不斷提高，船舶自動化技術(shù)不斷向全船綜合自動化階段發(fā)展，各類導(dǎo)航、監(jiān)控、管理系統(tǒng)都被運用于船舶中。

　　在船舶自動化中，機艙自動化尤為重要，其中的主機、發(fā)電機組、舵漿、離合器、空壓機等重要設(shè)備對船舶的正常航行有著非常重要的作用。目前，對船舶自動化的要求已不僅僅局限于局部的、單一的、獨立的監(jiān)控和管理，而是對大范圍、多層次、集中式的監(jiān)控系統(tǒng)提出了更高的要求，其中船舶機艙監(jiān)控系統(tǒng)和電站管理系統(tǒng)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)以及船、岸通訊系統(tǒng)的融合，是船舶機艙自動化未來發(fā)展的趨勢。

　　如圖1所示，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由兩部分組成：岸上部分和船上部分。由于船上物理環(huán)境惡劣，震動大、溫度高、濕度高，為保證網(wǎng)絡(luò)的可靠性，需采用有線網(wǎng)絡(luò)連接方式組成一個局域網(wǎng)，組網(wǎng)方式為以太網(wǎng)。岸上部分也組成一個網(wǎng)絡(luò)，并和互聯(lián)網(wǎng)相連，可供遠(yuǎn)端客戶瀏覽查看。

　　系統(tǒng)處理結(jié)構(gòu)是分布式的，通過基于子系統(tǒng)的平等接入方式進(jìn)行系統(tǒng)集成。其核心思想是提供一個開放的平臺，在該平臺上可以運行各種應(yīng)用系統(tǒng)。系統(tǒng)由上層的管理網(wǎng)和下層的現(xiàn)場控制網(wǎng)組成。下層現(xiàn)場控制網(wǎng)的各個設(shè)備子系統(tǒng)以平等的方式接入。上層管理網(wǎng)絡(luò)運行高性能的系統(tǒng)集成、數(shù)據(jù)庫和各種應(yīng)用系統(tǒng)。各設(shè)備子系統(tǒng)的實時運行數(shù)據(jù)通過下層現(xiàn)場控制網(wǎng)傳輸?shù)綄?yīng)的網(wǎng)關(guān)，由該網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)處理/轉(zhuǎn)換后發(fā)送到上層的管理網(wǎng)絡(luò)，然后存儲在系統(tǒng)集成共享數(shù)據(jù)庫中。管理網(wǎng)絡(luò)通過裝有系統(tǒng)核心調(diào)度程序的多功能工作站對各子系統(tǒng)實現(xiàn)統(tǒng)一管理、監(jiān)控及信息交換。應(yīng)用子系統(tǒng)包括對船舶內(nèi)各種設(shè)備機電設(shè)備的自動化監(jiān)控，如火警、消防、液位、閥門狀態(tài)、動力、照明和航行等，同時提供網(wǎng)絡(luò)支持能力，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)、語言、圖形、圖像等信息的接收和發(fā)送。

　　為保證整個監(jiān)控系統(tǒng)的安全性和可靠性，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)采用實時交互方案。為保證整個系統(tǒng)的可維護性和可擴展性，系統(tǒng)采用如圖2所示的分布式結(jié)構(gòu)。

　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計包括網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、通信協(xié)議、網(wǎng)關(guān)的軟硬件設(shè)計等各個方面。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)充分考慮各子系統(tǒng)的集成問題，從系統(tǒng)的可擴展性出發(fā)，用國際標(biāo)準(zhǔn)化的Ethernet和CAN總線組成雙層網(wǎng)絡(luò)，并在這兩種網(wǎng)絡(luò)中分別加入冗余設(shè)計，形成一種雙冗余的網(wǎng)絡(luò)信息平臺。在船舶上設(shè)置網(wǎng)絡(luò)時應(yīng)首先考慮環(huán)境特點，由于船舶具有振動、搖擺等特點，在設(shè)計時要突出可靠性，環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時仍能自行重構(gòu)，保證系統(tǒng)安全可靠。由于光纖傳輸?shù)氖枪?a target="_blank">信號，兩端的電源相對隔離，有效地解決了光纖兩端電源和地線對設(shè)備可能造成的嚴(yán)重威脅，同時傳輸光纖具有對電磁和射頻干擾抑制能力，信號在傳輸過程中不受電磁和射頻噪聲的影響。

　　系統(tǒng)功能實現(xiàn)

　　系統(tǒng)要求實現(xiàn)：船舶機艙各設(shè)備的實時監(jiān)控及故障報警功能。分布式數(shù)據(jù)庫查詢和存儲。利用數(shù)據(jù)融合技術(shù)實現(xiàn)智能故障診斷。有線網(wǎng)絡(luò)與無線網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合。無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)監(jiān)控數(shù)據(jù)以及視頻圖像和語音的大數(shù)據(jù)量信息傳輸。

　　根據(jù)系統(tǒng)功能要求，將功能實現(xiàn)分為如圖3所示的多個模塊。各模塊功能如下：

　　數(shù)據(jù)采集模塊：負(fù)責(zé)信號的采集、轉(zhuǎn)換以及信號的輸入/輸出，經(jīng)由局域網(wǎng)與計算機通信，最后經(jīng)過初次處理存入實時數(shù)據(jù)庫。

　　數(shù)據(jù)查詢模塊：主要根據(jù)查詢項目和查詢時間，動態(tài)提供各重要參數(shù)的歷史值查詢。

　　實時監(jiān)控模塊：不停地從實時數(shù)據(jù)庫中取得實時數(shù)據(jù)，動態(tài)顯示各設(shè)備的運行參數(shù)，通過監(jiān)控界面，實時了解各設(shè)備的運行狀況。

　　管理功能模塊：管理授權(quán)用戶的登錄，高級權(quán)限的用戶擁有一般用戶所沒有的權(quán)限，如進(jìn)行報警參數(shù)的設(shè)定操作等，從而保證了系統(tǒng)的保密性和安全性。

　　趨勢圖查看模塊：根據(jù)所選日期和時間段，動態(tài)顯示任意時間內(nèi)的趨勢曲線，使得操作人員對于機艙參數(shù)的變化情況一目了然。

　　故障診斷模塊：實時檢測機艙各部件發(fā)生的故障，并對故障原因、故障頻率和故障的危害程度進(jìn)行分析、判斷，并給出必要的解決措施。

　　其它功能模塊：包括報表的生成和打印、對數(shù)據(jù)庫管理、幫助等信息。

　　人機交互子系統(tǒng)

　　系統(tǒng)的人機界面設(shè)計規(guī)范，主菜單設(shè)置方便操作，分畫面操作及轉(zhuǎn)換靈活，所有功能選擇均可通過屏幕軟件按鈕直接完成。系統(tǒng)界面采用亞控king graphics來設(shè)計。其特點是界面美觀，與用戶交互能力強，用戶的瀏覽體驗自然。功能完善，集成已有的性能計算公式和方法，對結(jié)果數(shù)據(jù)的預(yù)測準(zhǔn)確。信息的交互、采集、分析和處理效率高，能夠有效訪問和使用數(shù)據(jù)庫。預(yù)留擴展接口，方便進(jìn)行升級、整合和擴展。

　　界面的組成包括：

　　主界面窗體：如圖4所示，所有子系統(tǒng)在主界面上清晰顯示，便于進(jìn)入各子系統(tǒng)查看。

　　機艙設(shè)備監(jiān)控窗體：可快捷搜索查詢需要查看的狀態(tài)參數(shù)，內(nèi)置報警系統(tǒng)，在設(shè)備出現(xiàn)故障時，自動彈出故障設(shè)備和相應(yīng)的應(yīng)對措施。

　　歷史曲線查詢窗體：可根據(jù)需求自動設(shè)定時間長度，選取需要的時間片段內(nèi)的數(shù)據(jù)，生成實時曲線或歷史曲線，并可生成相應(yīng)的報表。

　　應(yīng)急事件處理窗體：按船舶系統(tǒng)分類，搜集整理包含應(yīng)急事件概況、分析和處理的船舶應(yīng)急事故處理數(shù)據(jù)庫，便于查找任何系統(tǒng)的應(yīng)急事故資料。

　　機損事故處理、預(yù)防性檢查、安全防范、環(huán)境保護、應(yīng)急處理，每種情況下又按機艙主要設(shè)備進(jìn)行劃分。

　　維修清單窗體：根據(jù)公司和相關(guān)船舶法規(guī)的要求，整理出機艙所有維修內(nèi)容表，只要運行該窗體，就可以自動調(diào)出所有應(yīng)該維修管理的內(nèi)容，可生成報表方便維修處理。當(dāng)完成相應(yīng)維修管理后，可以在系統(tǒng)中進(jìn)行確認(rèn)標(biāo)記。

　　視頻監(jiān)控窗體：實時傳送船上的現(xiàn)場情況并加以監(jiān)視，使用視頻服務(wù)器模塊，將模擬的視頻圖像進(jìn)行實時壓縮并發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)上，計算機可對其進(jìn)行圖像的存儲、編輯和報警輸出，并根據(jù)現(xiàn)場的情況來指揮調(diào)度，還可通過網(wǎng)絡(luò)同時傳達(dá)到各個相關(guān)職能部門。

　　船岸一體化子系統(tǒng)

　　船岸一體化的目標(biāo)是建立一個船岸一體化信息廣域網(wǎng)和船岸一體化的信息交換、監(jiān)控和管理平臺。在此平臺上可以實現(xiàn)船岸信息的實時共享和交互，進(jìn)而實現(xiàn)對各種船舶(船隊)的實時監(jiān)控，提高管理層的調(diào)度、經(jīng)營和決策能力;同時也可以大幅度提高船舶航運安全性和保障港口海上交通安全，進(jìn)一步提高港口的運輸能力。因此，船岸一體化是船舶自動化技術(shù)發(fā)展的高級階段，也是船舶運輸技術(shù)和物流電子商務(wù)技術(shù)發(fā)展的方向。

　　船岸一體化信息平臺著重于對艦船運作過程的有關(guān)信息進(jìn)行傳輸、接收、存取、變換和反饋，并不斷對有關(guān)過程進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。它是一個大范圍、多層次、多變量、結(jié)構(gòu)復(fù)雜和功能綜合的大系統(tǒng)。單船系統(tǒng)通過海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)，以單船作為一個節(jié)點，進(jìn)入船岸一體化通信網(wǎng)，實現(xiàn)船岸一體化管理。船岸一體化信息平臺的總體管理架構(gòu)采用分級架構(gòu)、集中管理的形式，即實現(xiàn)跨地區(qū)多網(wǎng)域的分級艦船體系架構(gòu)。管理員可在總部對各地分支機構(gòu)所屬的艦船進(jìn)行集中統(tǒng)一管理，各地分支機構(gòu)也可對所擁有的艦船實施本地化管理。該架構(gòu)具有良好的可擴展性和可伸縮性，能很好地適應(yīng)艦船規(guī)模擴大或新增管理節(jié)點，支持分布式架構(gòu)，實現(xiàn)分級管理。系統(tǒng)采用集中監(jiān)控方式，從一個監(jiān)測平臺可同時監(jiān)測多達(dá)上千艘艦船設(shè)備及其各種關(guān)鍵參數(shù)。在實現(xiàn)技術(shù)上采用基于Web技術(shù)的B/S架構(gòu)，系統(tǒng)的維護和升級都十分方便。

　　工業(yè)數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)

　　為確保系統(tǒng)的可靠性及數(shù)據(jù)的不間斷采集(如圖5所示)，上位機采用雙機冗余的連接方式。主機和從機通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)連接，正常情況下主機處于工作狀態(tài)，從機處于監(jiān)視狀態(tài)，從機通過網(wǎng)絡(luò)從主機獲取實時數(shù)據(jù)和報警信息，完成數(shù)據(jù)的熱備份;一旦主機發(fā)生異常，從機會在很短時間內(nèi)取代主機，完全實現(xiàn)主機的功能;當(dāng)主機修復(fù)重啟后，從機又會自動把主機丟失的歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)拷貝給主機，然后重新處于監(jiān)控狀態(tài)。

　　數(shù)據(jù)庫要求能夠長期存儲機艙監(jiān)控設(shè)備的所有數(shù)據(jù)，既可以方便地查看實時數(shù)據(jù)，又能隨時調(diào)出歷史數(shù)據(jù)，并支持各種查詢?nèi)鏢QL語句查詢。為縮短開發(fā)周期，結(jié)合實際項目需求，本工業(yè)數(shù)據(jù)庫采用亞控KingHistorian并采用雙機熱備的形式，因而具有如下特點。

　　高效管理數(shù)據(jù)：使用計算機、應(yīng)用數(shù)據(jù)庫語言編制數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對已有資料和檔案進(jìn)行管理，以取代傳統(tǒng)的人工、手寫管理方式已經(jīng)成為一種趨勢。采用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對資料進(jìn)行管理、歸檔、保存可以使日后對資料的查詢、分析變得簡便而快速，大量的節(jié)約人力和物力，并且可以提高準(zhǔn)確性。動力裝置監(jiān)測分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的建立，對船艇設(shè)備的檢測、維修能起到方便、快捷的作用，尤其是對船艇設(shè)備應(yīng)急搶修能節(jié)約時間、提高效率，從而減少損失和人力浪費。

　　預(yù)測船艇運行趨勢：數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)是從數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)趨勢或模式的高級過程，它的應(yīng)用提高了數(shù)據(jù)分析的效率和深度，為故障預(yù)測提供了有力的手段。對于船艇裝置的檢測和維修有很好的輔助作用。將數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應(yīng)用在船艇裝置狀態(tài)監(jiān)測與分析系統(tǒng)上，有利于用戶直觀地查看系統(tǒng)參數(shù)狀態(tài)及其相關(guān)信息，方便檢測和維修。

　　支持多種文件格式：船艇裝置狀態(tài)監(jiān)測與分析系統(tǒng)支持多種文件格式，例如常用辦公文件格式：MS Word、Excel、Powerpoint、Adobe pdf格式等。用戶可以將這些格式的文件存入數(shù)據(jù)庫中，也可以從數(shù)據(jù)庫中讀取存到硬盤上。

　　可擴充性：預(yù)留擴充功能的接口，方便以后擴展功能。

　　良好的顯示界面：用戶可以在屏幕提示下很快熟悉系統(tǒng)組成及功能，并可以輕松、直觀、簡便地完成對數(shù)據(jù)庫的訪問。

　　支持視頻播放：KingHistorian數(shù)據(jù)庫內(nèi)置視頻編碼，接受現(xiàn)場層的視頻數(shù)據(jù)，播放視頻，可根據(jù)成本和實際需求隨時添加。

　　機艙設(shè)備和監(jiān)測點

　　船舶機艙綜合監(jiān)控系統(tǒng)近年來不斷地進(jìn)行著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的改造。船舶不同于其他系統(tǒng) ,它長期遠(yuǎn)離陸地,需要高效率地完成任務(wù)，而對它的監(jiān)控具有監(jiān)控點多、被控量形式多、特定時間數(shù)據(jù)量大、工作條件惡劣(潮濕、高溫、震動、噪聲、電磁干擾)等特點，這就給設(shè)備的可靠性提出了較高要求。機艙各子系統(tǒng)可分類歸納如下：

　　推進(jìn)系統(tǒng)：是船舶動力裝置中最主要的部分，是船舶的推進(jìn)核心，其中包括主機、傳動設(shè)備、軸系和推進(jìn)器，主機發(fā)出動力，通過傳動設(shè)備及軸系驅(qū)動推進(jìn)器產(chǎn)生推力，從而克服船舶航行阻力使之以某一航速航行。

　　啟動系統(tǒng)：在柴油機動力裝置中，壓縮空氣系統(tǒng)是保證船舶正常運行的不可缺少的動力源。

　　電站系統(tǒng)：包括副機、發(fā)電機與輸配電設(shè)備等，擔(dān)負(fù)著全船電力供應(yīng)的任務(wù)，如果發(fā)電柴油機發(fā)生故障就會造成全船失電，危及船舶安全。

　　燃油系統(tǒng)：如圖6所示，它是為主、副柴油機、鍋爐等供應(yīng)足夠數(shù)量和一定品質(zhì)的燃油，以確保船舶動力機械的正常運轉(zhuǎn)。燃油系統(tǒng)一般由注入、儲存、駁運、凈化、供給和計量六個部分組成。但隨著船舶尺度、類型和柴油機機型、所用燃油品種等不同，燃油系統(tǒng)的組成也有所差別。

　　潤滑系統(tǒng)：用以供給柴油機動力裝置運動部件的潤滑和冷卻所需的潤滑油。滑油系統(tǒng)一般由滑油儲存艙(柜)、滑油循環(huán)艙(柜)、滑油泵、凈油設(shè)備(濾器、分油機)及滑油冷卻器等組成，其組成形式依柴油機結(jié)構(gòu)不同分為濕油底殼式和干油底殼式滑油系統(tǒng)。

　　冷卻系統(tǒng)：為使受高溫燃?xì)夂湍Σ磷饔玫牟裼蜋C部件保持穩(wěn)定工作，必須對這些部件進(jìn)行冷卻。冷卻系統(tǒng)的作用就是把冷卻介質(zhì)送到受熱部件，將其多余的熱量帶走。船舶動力裝置中使用的冷卻介質(zhì)主要有海水、淡水、滑油、燃油和空氣等，其中最常用的是海水和淡水。

　　鍋爐系統(tǒng)：供應(yīng)蒸汽必須設(shè)置蒸汽鍋爐。在柴油機船上，除了油輪以及采用廢氣透平發(fā)電機組需要數(shù)量較多和壓力較高的蒸汽外，一般只需要適量的低壓飽和蒸汽，所以這種蒸汽鍋爐被稱為輔助鍋爐。輔助鍋爐所產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)過管路、閥門及輔助機構(gòu)等供至各用汽設(shè)備。蒸汽在各用汽設(shè)備中放出熱量，溫度降低變成凝水。其凝水流入熱水井(凝水柜)，再由給水泵吸出打入輔助鍋爐內(nèi)，形成蒸汽——凝水循環(huán)。根據(jù)船舶大小、種類和航行區(qū)域的不同，用汽設(shè)備有多有少，要求的壓力也可能有所不同，分支線路有簡有繁。在大型船舶上由于所需的蒸汽量大，故除設(shè)置一兩臺輔助鍋爐外，還設(shè)有一臺廢氣鍋爐，以充分利用大功率柴油機所排出的廢氣熱量，故管路閥件相應(yīng)也要復(fù)雜。

　　消防壓載水系統(tǒng)：壓載水系統(tǒng)根據(jù)船舶營運的需要，對全船壓載艙進(jìn)行注入或排出，以調(diào)整船舶的吃水和船體縱、橫向的平穩(wěn)和安全的穩(wěn)心高度，減小船體變形，避免引起過大的彎曲力矩與剪切力，降低船體振動等。

　　船底水及日用水系統(tǒng)：衛(wèi)生水系統(tǒng)是保證船舶管理和船上人員生活所必需的上、下水道系統(tǒng)，上水道系統(tǒng)是供水系統(tǒng)，其任務(wù)是供給船上引用水、洗滌水、沖洗甲板的清水和舷外水;下水道系統(tǒng)是瀉水系統(tǒng)，其作用是將廁所的糞便水，浴室、廚房等污水，甲板沖洗水、雨水等排泄至舷外。

　　應(yīng)急和救生設(shè)備:船舶應(yīng)急和救生設(shè)備是當(dāng)船舶遇險時撤離乘員而在船上設(shè)置的專用設(shè)備及其附件的總稱。