CN102055803B - 综合一体化的船舶机舱监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及综合一体化的船舶机舱监控系统，包括船载监控系统，船岸无线移动通讯系统MCS船端，3G无线移动通讯网络，MCS机务中心端，机务中心监测与分析系统MAS，其中：船载监控系统通过进程间通讯或者进程内函数调用的方式与船岸无线移动通讯系统MCS船端通信；船岸无线移动通讯系统MCS船端通过3G无线移动通讯网络，以无线IP的方式实现与MCS机务中心端的通信；MCS机务中心端通过进程间通讯的方式与机务中心监测与分析系统通信；机务中心监测与分析系统通过以太网与地面机务中心机务站通信；地面机务中心机务站通过HTTP方式与用户通信。本发明可实现对船舶更完善和更强大的监控，能够有效检测和诊断机舱设备的故障。
Description
技术领域
本发明涉及监控系统，尤其是涉及新一代船舶机舱综合一体化监控系统。
背景技术
目前，船舶机舱自动化系统主要采用局域网来实现单条船舶各种自动化设备的控制与运行状态监测，但缺乏对一批不同类型船舶的远程实时监控能力，不能实现资源的优化配置与共享。现有的网络化远程船舶机舱自动化系统能够利用网络通信技术监控某一区域内的所有船只，实时上传各船的运行参数，包括机舱设备工况参数、船舶航行参数和作业数据等到陆上机务管理中心，供机务管理人员监视各船的实时运行状况，分析不同船只的运行性能，优化运行方式，给出正确维护决策。但其存在以下的问题：
（1）机电液一体化控制系统与故障诊断系统分开独立，未实现状态监测控制与故障诊断的融合，从而难以建立起船舶关键设备的预测与健康管理系统(PHM)，不能实现基于状态的维修（CBM）；
（2）现有远程故障诊断系统仅仅解决了信息从“现场”到“异地”的远程通讯问题，且诊断对象单一，在面对多对象、多任务时的多方法与多手段的集成、协同、智能等层面的功能相对表现不足；
（3）稳定性高、经济性好的船岸通讯系统难以满足。
因此，有必要开发新一代船舶机舱综合一体化系统来解决这些问题，其对于降低船舶运行和保障费用、全寿命总拥有费用以及提高机舱设备和复杂系统的安全性具有重要意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种综合一体化的船舶机舱监控系统，以解决现有技术的不足。
本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：
本发明提供的综合一体化的船舶机舱监控系统，其结构是：包括船载监控系统，船岸无线移动通讯系统MCS船端，3G无线移动通讯网络，MCS机务中心端，机务中心监测与分析系统MAS，其中：船载监控系统通过进程间通讯或者进程内函数调用的方式与船岸无线移动通讯系统MCS船端通信；船岸无线移动通讯系统MCS船端通过3G无线移动通讯网络，以无线IP的方式实现 MCS机务中心端的通信；MCS机务中心端通过进程间通讯的方式机务中心监测与分析系统通信；机务中心监测与分析系统通过以太网与地面机务中心机务站通信；地面机务中心机务站通过HTTP方式与用户通信。
所述船载监控系统为船载监控系统OMS，该系统设有监控及报警功能模块、故障诊断功能模块和远程传输功能模块，这些功能模块均运行于不同实时性要求的控制回路。
所述监控及报警功能模块运行于实时控制回路，所述故障诊断功能模块和远程传输功能模块工作于非实时控制回路。
所述的实时控制回路与非实时控制回路通过异步通讯机制交换信息。
所述的故障诊断功能模块为诊断服务器。
所述的诊断服务器通过TCP/IP报文交换信息。
所述的TCP/IP报文采用HTTP格式。
所述的船载监控系统OMS与机务中心监测与分析系统MAS通过3G无线移动通讯网络进行信息通讯。
所述的机务中心监测与分析系统MAS采用先进的数据挖掘技术分析机务中心数据库，能够及时发现机舱设备早期故障；集成了故障诊断专家与设备维修专家的知识与经验，并利用行为智能模型不断学习最新专家知识，形成广义专家系统，能够根据提供的故障信息给出故障原因、预测设备状态和优化维护决策。
本发明与现有技术相比具有以下主要的优点：
其一.可实现对船舶更完善和更强大的监控。
船载监控系统OMS除拥有传统的机舱自动化系统功能，包括电站自动化系统模块、主机遥控系统模块等外，还集成了设备故障诊断系统模块，包括机械系统故障诊断子模块、电气系统故障诊断子模块、控制系统故障诊断子模块等，以及测深仪模块和GPS模块等，并采用先进的故障检测技术，包括振动噪声分析、油液磨粒分析、性能参数分析以及模型参数分析等，从而构建起船舶机舱预测与健康管理PHM系统，实现对船舶更完善和更强大的监控。
其二.能够有效检测和诊断机舱设备的故障。
机务中心监测与分析系统MAS能够有效检测机舱设备潜在故障隐患，同时MAS还集成了诊断专家和维修专家的知识与经验，在减少专家咨询费用的同时提高了诊断系统的智能程度。另外，MAS提供基于行为智能的故障自动诊断性能，能够对各种故障检测与诊断工具及领域专家的诊断行为进行学习，建立起广义的专家系统，当再次遇到同样问题时，广义专家系统可以给出相关工具及领域专家的预期诊断行为，从而完成故障的检测与诊断。
其三.具有较高的经济性和可操作性。
采用3G无线移动通讯技术实现船舶和地面机务中心间数据传送、访问、指令发送等信息通信，具有较高的经济性和可操作性。
附图说明
图1为本发明系统框图。
图2为本发明船载监控系统OMS系统框图。
图3为本发明机务中心监测与分析系统MAS系统框图。
图4为本发明实时与非实时控制回路框图。
图中：1. 传统机舱自动化系统；2. OMS控制台；3. 先进智能故障诊断系统。
具体实施方式
本发明设计了一种综合一体化的船舶机舱监控系统。该系统集成了机舱自动化系统、面向多对象故障智能诊断系统、优化维修决策系统以及船岸无线通信系统等，从而构建起船舶设备的PHM/CBM系统，除能够在设备正常情况下保证船舶绿色高效运行之外，还具备对各种设备的故障检测、故障隔离、增强的诊断、性能检测、故障预测、健康管理、部件寿命追踪等能力，并通过无线通讯系统与自主保障系统交联，实现减少停机时间、优化备件储存、平衡工作范围和减少拥有费用等业务目标。
为了更好地理解本发明，下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
本发明提供的综合一体化的船舶机舱监控系统，其整体结构如图1所示，包括：船载监控系统，船岸无线移动通讯系统MCS船端，3G无线移动通讯网络，MCS机务中心端，机务中心监测与分析系统，地面机务中心机务站以及用户。各组成的连接关系是：船载监控系统通过进程间通讯或者进程内函数调用的方式与船岸无线移动通讯系统MCS船端通信；船岸无线移动通讯系统MCS船端通过3G无线移动通讯网络，以无线IP的方式实现 MCS机务中心端的通信；MCS机务中心端通过进程间通讯的方式机务中心监测与分析系统通信；机务中心监测与分析系统通过以太网与地面机务中心机务站通信；地面机务中心机务站通过HTTP方式与用户通信。
所述船载监控系统可以采用OMS（On-Board Monitoring System，简称OMS）监控系统，其结构如图2所示：由传统机舱自动化系统1、OMS控制台2、先进智能故障诊断系统3以及测深仪和GPS等组成，其中：传统机舱自动化系统1由主机遥控系统、电站自动化系统、故障报警系统以及其他系统组成；OMS控制台2由船载监控系统以及船载数据库等组成；先进智能故障诊断系统3由各传感器系统、故障诊断服务器以及各故障诊断系统等组成。各部分的连接关系是：OMS控制台2通过有线IP分别与传统机舱自动化系统1和先进智能故障诊断系统3通信；OMS控制台2通过串口软件与测深仪和GPS通信，并且通过进程间通讯或者进程内函数调用与MCS船端通信。
所述3G无线移动通讯网络可以采用移动通讯系统MCS（Mobile Communication System，简称MCS），其由MCS船端、3G无线移动通讯网络和MCS机务中心端组成，其中：船岸无线移动通讯系统MCS船端通过3G无线移动通讯网络，以无线IP的方式实现 MCS机务中心端的通信；MCS机务中心端通过进程间通讯的方式机务中心监测与分析系统通信。
所述机务中心监测与分析系统可以采用MAS系统（Monitoring and Analysis System，简称MAS），其结构如图3所示：由船舶机舱设备远程辅助诊断框架、故障诊断决策专家系统、多源诊断决策信息融合、基于行为智能仿真模型的故障诊断自动化等模块组成，其中：船舶机舱设备远程辅助诊断框架接收故障诊断决策专家系统以及多源诊断决策信息融合等模块信息，然后将综合信息输入给基于行为智能仿真模型的故障诊断自动化模块进行故障诊断。
本发明提供的综合一体化的船舶机舱监控系统，其工作过程是：
首先，部署在监控区域内的每条船舶上的船载监控系统OMS将传统机舱自动化系统融入到机舱设备PHM系统中。船载监控系统OMS通过以太网获取机舱设备的运行参数和事件报警数据，以及通过串口读取测深仪和GPS数据，并计算汇总数据，其中数据获取的间隔与远程传送的时间间隔一致，由机务中心控制。之后OMS将数据存储于船载数据库，一方面利用若干实时回路进行机舱设备的实时在线控制与监测报警，另一方面利用若干非实时回路进行早期故障预示、健康评估、失效预测、寿命预测等，以及通过3G无线移动通讯网络向机务中心监测与分析系统MAS发送各种原始数据和二次处理数据或接受来自MAS的有关维修决策支持、规划与控制等信息。图4给出了部分运行于不同实时回路的具体监控内容。在此阶段本发明所解决的关键技术是：确定船载监控系统OMS中传统机舱自动化系统与先进智能故障诊断系统的融合方案；先进智能故障诊断系统在保留传统机舱自动化系统对机舱驾控的各种功能外，通过增加多种传感系统，包括振动传感器系统、声发射传感器系统、光纤传感系统、油液传感系统以及各种瞬时速度、温度、热力、压力、电压、电流等无线传感器网络系统，能够集成性能参数监测技术、振动噪声监测技术、油液光谱监测技术以及模型参数监测技术等，结合数理统计分析、时频域分析、灰色理论分析、模糊逻辑分析、进化算法优化分析、人工智能算法分析等，实现包括船舶机舱机械电子设备、电气设备以及液压设备等多方位、多层次的大型复杂机电液一体化系统的早期故障检测与智能预示、健康管理、部件寿命追踪等。也就是构建单船PHM系统。
其次，MAS通过MCS与各船只船载数据库进行信息通讯，建立起包含所有监测船只运行数据的机务中心数据库，通过分析和挖掘中心数据库后，分析各船舶运行状态，制定相应的管理和维护策略，并将策略提案通过有线网络传送到地面机务中心机务站，机务中心机务站通过HTTP消息与用户交换信息，提供远程辅助诊断服务，从而构建船舶机舱设备PHM/CBM系统。其中，机务中心监测与分析系统MAS集成了故障诊断专家系统与状态维修专家系统，并应用神经网络技术不断更新专家系统知识，能够对3G网络传输来的所有船舶OMS数据信息进行深层分析，从而构建网络化CBM系统，及时对所有被监控船舶进行异常情况探测、健康评估、失效预测、寿命预测及维修决策支持、规划与控制。此阶段本发明所解决的关键技术是：确定3G无线移动通讯网络通信协议标准、软件共享设计标准，以便实现MCS船端与MCS机务中心端的数据通信。根据机舱设备对信息处理时间需求的不同，利用“回路”的概念来确定不同的通信时间区域，通过若干个实时回路来解决机舱驾控、故障报警、故障探测及故障隔离等短时问题，通过若干个非实时回路来解决健康评估、失效预测、寿命预测及维修决策支持、规划与控制等。
Claims (9)
1.综合一体化的船舶机舱监控系统，其特征是包括船载监控系统，船岸无线移动通讯系统MCS船端，3G无线移动通讯网络，MCS机务中心端，机务中心监测与分析系统MAS，其中：船载监控系统通过进程间通讯或者进程内函数调用的方式与船岸无线移动通讯系统MCS船端通信；船岸无线移动通讯系统MCS船端通过3G无线移动通讯网络，以无线IP的方式实现MCS机务中心端的通信；MCS机务中心端通过进程间通讯的方式机务中心监测与分析系统通信；机务中心监测与分析系统通过以太网与地面机务中心机务站通信；地面机务中心机务站通过HTTP方式与用户通信；所述船载监控系统为船载监控系统OMS，该系统设有监控及报警功能模块、故障诊断功能模块和远程传输功能模块。
2.根据权利要求1所述的综合一体化的船舶机舱监控系统，其特征在于：监控及报警功能模块、故障诊断功能模块和远程传输功能模块均运行于不同实时性要求的控制回路。
3.根据权利要求2所述的综合一体化的船舶机舱监控系统，其特征在于：监控及报警功能模块运行于实时控制回路，故障诊断功能模块和远程传输功能模块工作于非实时控制回路。
4.根据权利要求3所述的综合一体化的船舶机舱监控系统，其特征在于：实时控制回路与非实时控制回路通过异步通讯机制交换信息。
5.根据权利要求1所述的综合一体化的船舶机舱监控系统，其特征在于：故障诊断功能模块为诊断服务器。
6.根据权利要求5所述的综合一体化的船舶机舱监控系统，其特征在于：诊断服务器通过TCP/IP报文交换信息。
7.根据权利要求6所述的综合一体化的船舶机舱监控系统，其特征在于：TCP/IP报文采用HTTP格式。
8.根据权利要求1所述的综合一体化的船舶机舱监控系统，其特征在于：船载监控系统OMS与机务中心监测与分析系统MAS通过3G无线移动通讯网络进行信息通讯。
9.根据权利要求1所述的综合一体化的船舶机舱监控系统，其特征在于：机务中心监测与分析系统MAS采用先进的数据挖掘技术分析机务中心数据库，能够及时发现机舱设备早期故障；集成了故障诊断专家与设备维修专家的知识与经验，并利用行为智能模型不断学习最新专家知识，形成广义专家系统，能够根据提供的故障信息给出故障原因、预测设备状态和优化维护决策。
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