国际船舶自动化系统研究现状

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船舶自动化设备是为船舶配套的核心装备之一，包括机舱自动化、航行自动化、船岸信息一体化、装载自动化、液位遥测、阀门遥控、姿态平衡等子系统，涉及的技术门类众多，且具有显著的多学科交叉特征。近来国际上关注度较大的船舶自动化系统若干关键问题，有船舶动力装置故障诊断、船舶机舱无线传感网络、标准模块自动配置等。     船舶动力装置故障诊断     Kongsberg Maritime公司的发动机轴承磨损监控系统（BWM)通过CAN网络与AutoCheif C20自动控制系统连接，采用模拟图显示磨损量和测量数据变化趋势。该系统安装在由韩国现代三湖重工为挪威船东Kristian Gerhard Jebsen Skipsrederi(KGJS）公司建造的8艘12万dwt成品油船上的、由现代重工制造的MAN B&W 6缸S70ME-C8低速柴油机上，一旦3个曲柄系轴承（十字头轴承、曲柄销轴承和主轴承）任何一个出现突发故障的迹象，就会提前报警并采取预防措施，可避免计划外的保养和船舶停运的损失。KGJS将BWM看作是向实施前瞻性保养迈进了一大步，这将有助于实现发动机大修的最佳间隔时间。     Kittiwake Developments的新型LinerSCAN发动机缸套磨损系统将用于德国Flaeisz公司运营的17艘船舶上，该系统可优化气缸润滑油供应量，及时向船员提供可能出现的发动机严重磨损、发动机潜在损坏和故障等重要信息；采用磁测量仪，测量使用过的气缸润滑油中的含铁量，报告磨损所导致的变化，清楚显示高机械应力与热应力时间长度。使船上的轮机人员能预知磨损趋势，采取相应的预防措施以避免巨大的停船损失；并采用适当的维护计划，减少取样和实验费用，使缸套磨损最小化，且能探测催化颗粒的侵入。     荷兰挖泥船专业公司IHC Merwede与Pruftechnik Nederland NV合作开发的振动状态监控程序是挖泥船全寿命支持方案的一部分，测量数据取自主要旋转部件如泵和齿轮箱，以监测零件配合公差可能存在的反常状况，保证早期探测、分析并预报更换关键部件的最佳时间，或确定何时必须进行维修。Pruftechnik Russia公司将Vibrotip EX型数据收集仪应用于Novoship所经营的60艘液货船，监控旋转机械如泵、风机和压缩机，特别注意其振动的严重程度、轴承状态、空蚀、旋转速度和温度。     Marine Software公司对振动监控系统进行了升级，并用于P&O Ferries公司的16条船上，轮机人员把例行计划保养的一部分纪录的振动读数，下载到RCM软件中，该软件可向设备操作人员提供机械状态简单的红绿灯式判断，并可查阅历史。     我国国内各大学、研究所对于船舶动力装置的故障诊断系统相关研究很多，但国内研究成果大多局限于实验室阶段，鲜见获得实船应用成果。     船舶机舱无线传感网络     无线传感器网络本身源自军事上的需求，现代信息化战场上，需要一种无中心、分布式控制、可快速临时组网、多跳的无线移动通信系统。无线传感器网络具有高容错、抗毁性，而且隐蔽性强，是数字战场无线数据通信的首选技术，是军队在敌对区域中获取情报的重要技术手段，非常适合军事上的应用，己经受到了军事发达国家的重视。美军近来连续启动了一系列研究计划，探索传感器网络在未来战争中的应用。另外，美国海军开发的网状传感器系统CEC(Cooperative Engagement Capability)适用于舰船或飞机战斗群携带的电脑进行感知数据的处理。每艘战船不但可依赖于自己的雷达，还可依靠其他战船或者装载CEC的战机来获取感知数据。未来无线传感器网络将会成为C4ISRT(Command，Control，Communication，Computing，Intelligence，Surveillance，Reconnaissance and Targeting）系统不可或缺的部分。     此外英国、日本、意大利等国家的一些大学和研究机构也纷纷开展了该领域的研究工作，取得了一些初步研究结果。在工业应用领域，2003年ABB公司就将无线网络运用于开环控制和闭环控制的工厂试验；2004年BP公司在大型运油船引擎的振动温度等参数的监控、油气管线的腐蚀检测及炼油过程的无线测量平台等多个不同应用场合进行了许多工业实验 。Emerson Process Management已经采用Dust Networks的海上平台无线传感器网络产品，但节点数量不超过20个，且节点之间距离较短。     近年来，国内中科院、清华大学、北京交通大学等单位在无线传感器网络方面也进行了大量的工作，主要从事通信协议的分层和网络节点的设计、无线通信协议栈、同步和定位中间件、数据融合、低功耗与高安全性设计、网络管理、质量保证技术以及特定行业的应用研究。同时宁波中科、北京鑫诺金传感与控制技术有限公司、成都无线龙科技等公司也开始推出针对无线传感器网络及ZIGBEE（美国电气及电子工程师学会802.158.4协议）的解决方案，以及面向一定产业应用的系统方案，但大部分工作停留在理论仿真层面，试验验证不多，产品的可用性差。     国际著名公司如挪威Kongsberg公司等认为，基于无线网络的智能化分布式系统是未来船舶机舱自动化系统的发展方向，而无线网络又以无线传感器网络为突破口，无线传感器网络具有无需外界配置管理的自组织特性，使无线传感器网络易于快速部署，且网络冗余度高，非常适合在恶劣的环境和船舱这种空间小的场所使用，具有明显的技术优势和发展前景。可以预计，无线传感器网络的广泛应用是一种必然趋势。     标准模块自动配置     挪威Auto-Maksin公司最近推出了基于标准模块的新型Marine Pro系列船用柴油机监测和控制产品，利用模块化的程序可以实现保护操作、数据监测可靠并提高决策能力。基于DCU（分布式控制单元）305单元系列设计的独立模块可以互联构成单独或网络配置，形成简单或复杂的系统。且系统界面具有自动配置、密码保护等功能，内置10种语言，船员不需要专门的经验和培训。模块化系统可用于多种用途；可以提供船舶操作、报警集成、船员培训和信息报告的一种通用方法。不管是在船上多个地点安装多个控制面板，以当地的语言显示文字，还是利用同一个系统监视所有的发动机、生活服务或者其他诸如舱底水报警，系统都可以通过简单的配置完成，不需要任何专门的工具和软件。系统模块和DCU的基本核心模块不同，包括交流发电机接口、专用停机保护装置、远程遥控遥测的接口。每个模块可以自动配置，如有必要，还可以通过人工利用笔记本电脑和网页浏览器配置。系统的可扩展性使得系统随着需求的改变可以采用与之相应的模块。Marine Pro在设计时为了便于非专业人士使用，还配置了简单的启动向导，使得基本的DCU410单元可以根据当地的要求自动配置，或者船东也可以在系统安装之前或者安装过程中利用auto-Maksin进行专门的配置。任何其他的模块与基础单元通信，可以自动配置，而不需要用户参与，也不需要专门的工具和软件。如果需要，操作员还可以利用标准浏览器的下拉菜单进行一些基本设置，在每个模块内设置自己的网页服务程序，可独立使用。     近年来国内在模块标准化方面做了不少工作，如711研究所开发了一系列“三化”模块，并研发了具有自主知识产权的软件自生成平台，通过对软件硬件模块的简单配置即可形成机舱自动化3大系统，且具有较强扩展功能。

来源：中国船舶网