摘 要：在海洋作业平台中，尤其是移动式特殊需求的海洋作业平台比普通船舶更为复杂，涉及的监测和控制设备数目急剧增加，设备与设备之间、系统与系统之间、以及操作人员之间的关联性越来越强，目前国内的船舶信息系统无法满足船舶母型海洋作业平台的需要。针对这种海洋作业普通监测与控制问题，提出一套适用于移动式海洋作业平台的信息监测与控制系统设计方案。打破传统各功能系统的独立性，对海洋作业平台监测与控制系统进行了统一的规划与设计，采用层次化设计方式，每层功能系统最大化的采用标准化、通用化的设计方式，从而简化了系统结构，可以很好地实现系统的动态重组，具有较好的扩展性，同时有效地降低了系统硬件、软件及运行成本。
关键词：海洋作业平台；监测与控制；系统架构
中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1672-5247（2017）02-0103-02
Abstract：In the offshore operation platform，especially the seatask platform mobile special needs is more complicated than ordinary ship，the number of monitoring and control equipment to the sharp increase，equipment and equipment，system and system，and the operation of personnel between the connection become more and more strong，at present domestic ship information system can not meet the needs of ship the parent type marine platform.In order to solve the problem of general monitoring and control of marine operation，a design scheme of information monitoring and control system suitable for mobile offshore operation platform is proposed.To break the traditional independence of the function system，the marine platform monitoring and control system of unified planning and design，the use of hierarchical design method，design standard and general used to maximize the function of each layer system，which simplifies the system structure，dynamic reconfiguration can achieve a good system，has good scalability，while effectively reducing the hardware and software of the system and operation cost.
Keywords：ocean operation platform；monitoring and control；system framework
1 引 言
隨着计算机以及信息通信技术的高度发展，现代船舶的自动化水平得到了不断提高，正逐渐向网络化、信息化和智能化方向发展。通过计算机网络将导航、驾驶、动力、损管等系统进行集成，实现船舶各个子系统之间的数据统一管理和共享，构成了船舶信息系统。
近年来我国在船舶信息系统方面有了很大的发展，比如轮机监控系统、导航监控系统、视频监控系统已成熟应用到船舶。然而，目前船舶信息系统主要使用子系统相互独立的体系架构，即各个系统数据采集设备和通信网络均为独立建设，系统之间没有统一的数据规范，各个系统之间无法进行有效的联系。目前国内船舶信息系统的缺点主要体现在以下几个方面：（1）缺乏整体规划和设计，各个功能子系统的操作站和显控台布置分散，使得配置的专门操作人员较多，且不能进行集中操作和管理；（2）功能子系统多且相互独立，从现场设备信号接入控制站的线缆数目异常庞大，增加了建设成本和施工与维护的难度；（3）各功能子系统之间数据相互独立，设备之间无通用性，使得系统间不能进行冗余备份，系统可靠性较差。移动式海洋作业平台比普通船舶更为复杂，需要监测和控制的设备数目极具增加，同时设备与设备之间、系统与系统之间、以及操作人员之间的关联性越来越强，显然，目前国内的船舶信息系统无法满足船舶母型海洋作业平台的需要。
2 海洋作业平台系统功能分析
海洋作业平台功能需求主要有以下几个方面：（1）各个功能子系统设备运行状态、参数信息、故障报警信息的采集测量；（2）多层次、多种类信息安全实时、高可靠的综合传输；（3）系统设备状态信息、运行参数等的存储，为设备故障诊断、事故分析及事故原因调查提供数据支撑；（4）通过信息格式转换、数据解封包、添加时间信息、物理信息计算等方式实现运行参数和状态信息的处理功能；（5）所有态势分析结果的综合显示功能；（6）对功能子系统的远程控制及就地控制功能。
3 海洋作业平台监测与控制系统架构
本文针对这种复杂需求的移动式海洋作业平台提出了一种监测与控制系统方案，系统采用的层次化设计方式，可以很好的实现系统的动态重组，有效地降低系统硬件、软件及运行成本。如图1所示，海洋作业平台监测与控制系统共划分为五个层次，第一层为现场层，第二层为自动化操作层，第三层为网络通信层，第四层为数据管理层，第五层为集中监视与控制层，相对应的，海洋作业平台监测与控制系统由现场设备、标准化数据采集与控制分系统、数据通信网络、数据管理分系统和集中监控分系统构成。
3.1 现场设备
现场设备包含海洋作业平台所有功能子系统（比如动力、导航、通信、消防、损管、视频监控等）的测量终端和执行终端，具体包含温度传感器、压力传感器、液位计、测深仪等测量终端和泵、比例阀、电磁阀、电机等执行终端。
3.2 标准化数据采集与控制分系统
标准化数据采集与控制分系统采用模块化板卡、标准化接口、插卡式设计的标准数据采集箱和标准数据控制箱，打破传统的系统间独立性和系统性设备布置方式，按照物理位置进行布置设备，即按照不同舱段终端数目的多少统一规划和布置采集箱和控制箱的位置及数量，消除了传统方式中同一位置区域多种采集箱和控制箱的现象。
3.3 数据通信网络
数据通信网络采用双冗余星型无环路万兆以太网，用于接收标准数据采集箱周期性采集的状态参数、故障报警等信息，发送上层下达的控制指令。从信息类型、信号敏感度、时延要求、功能系统归属等确立信息传输的优先级和带宽分配；采用设备级、链路级冗余配置的方式，确保单一网络设备或链路出现故障时仍能完成数据的有效传输大大降低了网络的故障率，提高了通信网絡的可靠性。
3.4 数据管理分系统
数据管理分系统包含数据输入/输出模块、数据存储模块、数据分析模块和数据处理模块。接收数据通信网络传输过来的所有设备状态、参数、故障、报警等信息，统一写入数据库进行存储，并对其进行融合与分类处理，实现海洋作业平台各功能系统信息资源的共享和交互，将计算处理后的数据或决策信息根据集控台的订阅需求进行分发；接收集中监控系统下达的控制指令，对其进行协议解析和指令提取，传送给数据通信网络。将数据处理与功能设备相剥离，简化了系统复杂度，实现了海洋作业平台信息的融合处理、信息共享和集中管理。
3.5 集中监控分系统
集中监控分系统包含基于通用化设计的集控台和综合态势显示屏，综合态势显示屏将平台所有态势信息集中呈现与叠加显示，实现了操作人员对平台所有系统状态、设备参数、故障报警的集中监视。通用集控台采用硬件标准化、软件构件化的设计方式，通过订阅方式获取数据管理系统处理后的数据信息，并根据用户的输入来下达远程控制指令，实现了海洋作业平台所有功能子系统的集中操作和管理。
4 结 论
本文针对以移动式海洋作业为主的海洋作业平台的监测与控制综合需求问题，对海洋作业平台进行研究，提出了一套适用于海洋作业平台的监测与控制系统方案。监测与控制系统方案打破传统各功能系统的独立性，对海洋作业平台监测与控制系统进行了统一的规划与设计，采用层次化设计方式，每层功能系统最大化的采用标准化、通用化的设计方式，从而简化了系统结构，可以很好地实现系统的动态重组，具有较好的扩展性，同时有效地降低了系统硬件、软件及运行成本。
参考文献：
[1] 郝勇，胡昌贵.船舶信息综合系统探析 [J].船海工程，2014（02）.
[2] 汤天浩.船舶智能化信息系统的探讨 [J].信息技术，2007（03）.
[3] 熊瑛，许建.船舶综合平台管理系统概念设计 [J].船海工程，2009（05）：38.
[4] 王征，黄楠等.船舶综合平台管理系统研究 [J].船海工程，2009（01）：38.
[5] 韩剑辉，许镇琳，赵子阳.综合船桥信息系统设计研究 [J].计算机工程与应用，2009（12）：242-245.
作者简介：刘志宏（1976.10—），男，湖南常德人，本科，高级工程师。研究方向：自动控制与电子工程。
推荐访问： 作业 控制系统 监测 海洋 研究
