綜合平臺管理系統的應用及改進

陳 明，陳 靜，杜智慧，朱慧敏

應用研究

綜合平臺管理系統的應用及改進

陳 明1，陳 靜2，杜智慧3，朱慧敏3

（1. 海裝駐廣州地區第一軍事代表室，廣州 510715；2.廣州海關，廣州 511457；3.中船黃埔文沖船舶有限公司，廣州 510715）

本文介紹了綜合平臺管理系統及船舶綜合管理系統的應用情況，以及國外知名綜合管理系統的功能特點。結合分析國內平臺管理系統與國外船舶自動化系統的差距，為下一步國內綜合平臺管理系統的發展提出了一些建議。

綜合平臺管理系統 信息網絡 監測報警 在線訓練

0 引言

目前世界各國都在競相發展及應用綜合平臺管理系統，綜合平臺管理系統（IPMS）就是通過計算機網絡，對艦船平臺系統進行集中監視、控制和管理的自動化系統[1]，包括綜合艦橋系統、標準監視和控制系統、綜合狀態評估子系統和損管系統[2]。目前能提供綜合平臺管理系統的集成商主要有ABB、Konsberg及L3-MAPPS公司等。挪威kongsberg海事公司的K-Chief700船舶管理系統，具有報警、監測、控制系統、管理及模擬和訓練等功能，是目前遠洋運輸船舶及工程船配置最廣泛的船舶信息管理系統。我國已開始裝備應用綜合平臺管理系統，但和國外同類型的產品相比，還存在一定的差距。有必要對比分析國內外綜合平臺管理系統的功能特點差異，提出改進建議，加快推進國內綜合平臺管理系統的性能提升。

1 國外綜合平臺管理系統的應用分析

1.1 國外綜合平臺管理系統網絡構架

L3-MAPPS公司的綜合平臺管理系統是采用分層基本結構和分布式體系結構。信息基礎層是綜合平臺管理系統信息傳輸、處理和數據存儲的核心。主要包括綜合信息網絡、數據中心和信息安全防護設備。網絡采用以太網，選用雙冗余結構，支持TCP/IP通信協議，拓撲結構為環型。采集控制層處理由各設備傳感器采集的信息，通過現場總線（Fieldbus）、串行連接，并對采集的信息進行綜合，控制執行機構完成各設備的監控，同時完成信息交換的任務[3]。

挪威kongsberg 海事公司的K-Chief700船舶管理系統，具有報警、監測、控制系統、管理及模擬和訓練等功能。該系統是一個采用共用技術，具有開放式與通用化體系結構，基于模塊化軟硬件的分布式控制與監測系統。系統的核心是下層的模塊化智能分布式處理單元（DPUs、遠程I/O），由其完成所有監測和自動化控制功能；系統的上層是集中的人機交互操作站；中間層是連接分布式處理單元與操作站的雙冗余處理總線和通信網絡[4]。系統體系結構如圖1所示。

圖1 K-Chief700系統體系結構圖

1.2 K-Chief700船舶管理系統主要功能及特點

1.2.1操作及顯示功能

K-Chief700系統是基于分布式的數據采集和處理模塊，由這些模塊組成的相對獨立的子系統相應控制船上的不同設備，通過冗余系統和遠程通信構建了分布式和開放式的系統。K-Chief700系統提供了安全、統一和直觀的用戶界面，減少了誤操作的風險，提高了工作效率。每一個操作站都是自成一體并且具有獨立處理能力。設置有從只有監測功能到允許對所有系統控制、維護和配置的操作權限和功能級別權限。

1.2.2故障診斷功能

K-Chief700系統考慮了系統的安全性和可靠性。它確保所有層面的冗余，包括工作站，通訊連接，進程控制器、輸入輸出模塊及供電。內置的自我診斷功能監測所有系統的組成部分和內部通訊，如果發現有故障，將會報警并且自動執行例如故障安全機制等糾錯行為，在系統部件出現故障時也會啟動自我診斷功能。多功能的I/O單元具有各信號的線路故障探測，以及內置的接地監測功能。

1.2.3在線用戶手冊支持功能

設置有在線用戶手冊，以幫助操作人員進行系統操作，并對維護和解決問題時起指導作用。如圖2所示。

圖2 在線用戶手冊視圖

1.2.4 輔助系統的監控功能

除具有推進監控、電站監控等常規的功能外還具有飲用水系統、閥門遙控、液位遙測、壓載控制、鍋爐、壓縮空氣系統及泵、空調通風等輔助機械的監控功能。可遙控起停泵浦，進行單速或雙速控制，并對備用泵控制，可設置全船失電后的順序起動，可進行運行時間統計。可對通風機進行遙控及速度控制，可設置全船失電后的順序起動并進行運行時間計算。典型界面見圖3所示。

圖3 輔助系統監測控制界面

1.2.5 強大的報警監測功能

K-Chief700監測報警系模擬量報警信號有4個可設定的報警限制（高/低和高高/低低），報警可設定延時。可以修改任何報警點的設定值以及臨時抑制某一報警點（密碼保護）。報警信號可以顯示傳感器信號異常報警（短路、開路、傳感器故障），可以設置指定目標和控制區域的報警信息。具有報警打印功能，可以設置成打印全部報警信息或事件，或選擇部分的報警和事件。具有報警記錄功能，操作者可以隨時查找一段特定時間和特定控制區域或設備的報警和事件歷史。系統內的趨勢記錄系統允許用戶定義合適的趨勢記錄視圖，視圖可組合任何報警點、范圍、時間間隔和其它平均值等參數。趨勢記錄系可用于設備維護和控制優化。

圖4 趨勢圖界面

設置有報告系統，可提供定期報告、日志報告、時報告、艙容報告、機械性能報告等。報告可以打印、顯示或者存在適當的硬盤上，可以以多種格式保存（如text、MS Excel、 HTML等）也可以傳送到外部計算機器系統。

2 國內綜合平臺管理系統組成及功能特點分析

國內綜合平臺管理系統主要包含推進監控分系統、電站監控分系統、損管綜合監控分系統、綜合保障管理與決策等分系統及公共網絡組成。公共網絡即平臺綜合信息傳輸網絡，網絡類型采用以太網，選用雙冗余結構。

推進監控系統采用監控系統網絡結構設計為兩層雙冗余網絡結構。上層為數據信息傳輸網，采用高速工業以太網，基于綜合平臺管理系統網絡架構，主推進裝置控制監測系統上層網絡設備通過交換機接入綜合平臺管理系統主干網，通過主干網實現各上網設備之間的數據傳輸。下層為實時數據采集網和實時控制網，采用CAN現場總線。上、下層網絡均采用雙冗余結構，可實現網絡故障切換或熱備份。安保、控制、監測報警采用采用雙冗余CAN現場總線，通信協議以CAN2.0B規范為基礎,采用標準化硬件設計要求規定的通信協議框架[2]。

電站監控系統同樣采用兩層雙冗余的網絡構架。電站監控系統以太網通訊接口，提供整個電站系統的監測參數和故障報警信息。電站控制工作站和機組控制器之間通過CAN2.0B雙網進行信息交互，電站控制工作站向控制主機發送操作控制指令，并接收控制主機的數據信息并加以圖文顯示。采用標準化硬件及雙冗余網絡實現對電站分系統實施自動控制和管理、監測、越限報警和安全保護功能。

損管監控由損管監控臺、信息顯示大屏，損管監控箱、接線箱及各類傳感器等組成，以損管控制站為核心，構成一個CANBUS現場總線，進行損管信息監測報警及損管控制的監控系統。

綜合管理與決策功能，利用平臺主干信息網和綜合平臺管理分系統交互數據，通過數據庫存儲和管理實時數據、歷史數據以及其他非結構數據，提供包括平臺綜合狀態顯示、事件總覽、系統報警、關聯事件分析與決策建議[5]。

3 國內與國外綜合平臺管理系統對比及分析

綜合對比分析國內與國外綜合信息管理系統的組成及功能特點，我們離國外先進的船舶信息管理系統還有一定的差距，主要區別差距見表1。

表1 國內與國外綜合平臺管理系統對比與分析表

4 綜合平臺管理系統的改進建議

結合對比分析國內IPMS系統和K-Chief700船舶管理系統的功能特點，國內IPMS系統可以充分借鑒K-Chief700船舶管理系統的成功應用經驗在以下方面改進提高。

4.1 綜合保障能力改進

綜合保障系統軟件已設有備品備件、專用工具、儀器儀表等管理模塊，但軟件里面的數據信息仍是空白。應該把保障數據信息輸入到軟件中去，實現保障管理功能的充分運用。

4.2 互聯互操的功能實現

目前機電集控室并排設置有損管監控臺、綜合管理決策臺、主推進控制臺，還是按功能類別進行設置，每個控制臺只能執行特定的任務，不能互聯互操。應考慮在相同的標準平臺上，安裝統一的系統軟件實現互聯互操功能，可提高整個平臺管理系統的安全性和冗余性。

4.3 監測控制功能拓展

應實現對全平臺的監測控制,應考慮將閥門遙控、海水系統、淡水系統、壓縮空氣系統、鍋爐、泵浦、空調通風等輔助機電設備納入綜合平臺監控管理的對象，提高全船的信息化水平。

4.4 實現在線訓練系統

國外的船舶自動化系統已設置在線訓練系統,系統可以從正常運行轉狀態切換到在艦訓練狀態。在訓練狀態，綜合平臺管理系統能自動生成各種實時數據，模擬各種狀態，而操作人員的操作與控制程序則與正常運行時完全一致。在線訓練系統是實船訓練，能幫助艦員迅速掌握艦船平臺設備的使用、維護，正確應對各種突發情況，其訓練效果是一般仿真系統無法比擬的。

4.5 拓展綜合狀態評估與維護系統

發展綜合狀態評估與維護系統，使系統能夠記錄艦船平臺設備的工作日志，能夠監視、追蹤設備的運行狀態。提供使用維護、計劃維護建議。系統保存設備的各種故障模式，通過專家系統的智能推理，對設備運行的性能和趨勢進行評估，對故障進行定位，并為故障診斷和日常維修提供幫助。

4.6 設置在線用戶手冊

綜合平臺管理系統所有分系統應設置在線用戶手冊，以幫助艦員進行系統操作,提供綜合平臺管理系統的操作使用和維護建議。綜合平臺管理系統還應設置圖紙文件管理功能，能對平臺設備隨機完工資料、培訓教材（操作手冊）、維護保養手冊等資料管理以及查詢。

4.7 設置自我診斷功能

軟件設計上應設置有自我診斷的功能，當發生故障時，可作出相應的糾正措施；Kongsberg的自動化系統已經具有報警信號自檢功能,可以顯示傳感器信號異常報警（短路、開路、傳感器故障）等,目前我們船上的綜合平臺管理系統還不具有此功能，應考慮類似的智能報警監測能力，對報警做出判斷和響應，以輔助艦員處理操作過程中的報警。

5 結束語

綜合平臺管理系統的發展要以需求為牽引，充分吸收借鑒國內外船舶自動化監測系統的裝船應用經驗及用戶的意見，加強優化改進，在綜合保障能力改進、互聯互操的功能實現、監控控制功能提升拓展、在線訓練系統實現、充實拓展綜合狀態評估與維護維修系統等方面進行完善改進，使綜合平臺管理系統更發揮更大的效益。

[1] 黃龍水. 艦艇綜合平臺管理系統基本結構分析[J].艦船電子工程. 2004(6): 50-56.

[2] 袁偉. 艦船綜合平臺管理系統設計[J].艦船科學技術. 2013(7): 145-138.

[3] L3 MAPPS. Integrated platform management system [EB/OL]. www.l3t.MAPPS.2022.

[4] Kongsberg. K-Chief 700 Integrated Control System ProductDescription[EB/OL].www.Kongsberg.com.

[5] 王征. 綜合平臺管理系統在綜合電力船舶中的應用研究[J]. 裝備制造技術. 2017(1): 109-111.

Application and improvement research of integrated platform management system

Chen Ming1, Chen Jing2，Du Zhihui3, Zhu Huimin3

(1. Nava No.1 military representative office in Guangzhou District, Guangzhou 510715;2.Guangzhou Custom, Guangzhou 511457; 3. CSSC Huangpu Wenchong Shipbuilding Company Limited, Guangzhou 510715)

U664

A

1003-4862（2022）07-0065-03

2022-04-11

陳明（1982-），男，工程師，研究方向：船舶電力系統及其控制技術。E-mail：13715034@qq.com