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船舶設備數字通信的應用論文
本文介紹船舶設備通信使用現狀，通過(guò)實(shí)際應用對比總結了使用通信轉送數據信息相比于傳統的信號采集方式(硬點(diǎn)連接)的優(yōu)點(diǎn)，對船用通信方案進(jìn)行了適當的討論。
1 前言
隨著(zhù)船舶自動(dòng)化水平越來(lái)越高，數字通信在船上的使用也越來(lái)越廣泛，數字通信的可靠性和通信速率完全可滿(mǎn)足船舶數據采集和通信要求。
數字通信相比傳統的硬點(diǎn)連接，有下面幾個(gè)很突出的優(yōu)點(diǎn)：(1)節約成本;(2)擴充方便;(3)數信類(lèi)型多;(4)調試方便。船用數字通信方式的種類(lèi)很多，目前用得較多的有RS485/422，、CAN網(wǎng)、以太網(wǎng)等。這些通信方式都是非常成熟的技術(shù)，可以點(diǎn)對點(diǎn)，也可以組網(wǎng)連接，完全可以在船舶設計中充分使用。本文就數字通信的優(yōu)點(diǎn)和現階段船舶上使用情況及發(fā)展趨勢作一些分析和探討。
2 數字通信的優(yōu)點(diǎn)
(1)節約電纜成本
電纜成本的節約主要在兩個(gè)方面：節約電纜長(cháng)度和節約電纜芯線(xiàn)。
對于電纜長(cháng)度的節約，可以用我司的一些實(shí)例來(lái)說(shuō)明：某船進(jìn)水報警系統，貨艙和首部共有17個(gè)探頭，大部分設備廠(chǎng)家每個(gè)探頭輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)量，只能一根一根電纜拉到采集處硬點(diǎn)連接(如圖1);但也有些廠(chǎng)家采用數字通信，探頭編址采用環(huán)形總線(xiàn)連接(如圖2)。這兩種連接電纜長(cháng)度有很大差異：圖1中共 17個(gè)探頭，首部7個(gè)探頭，每根電纜約200 m;貨艙10個(gè)探頭，平均約每根電纜100 m;17根電纜總長(cháng)約2 400 m。圖2中同樣17個(gè)探頭，采用數字通信的方式后，電纜可以用 環(huán)形總線(xiàn)連接，電纜從近到遠逐個(gè)連接，總電纜長(cháng)度相當于到最遠探頭一個(gè)來(lái)回長(cháng)度多一點(diǎn)，只有500～600 m，即總長(cháng)度只有第一種方式的1/4。并且采用環(huán)形總線(xiàn)連接可靠性一點(diǎn)都不差，甚至更好。
對于電纜芯線(xiàn)的節省就更明顯了：比如鍋爐系統、發(fā)電機等，我司有些設備廠(chǎng)家使用的是硬點(diǎn)連接，每個(gè)設備有30個(gè)左右報警點(diǎn)，使用傳統方式一個(gè)報警點(diǎn)一對芯線(xiàn)，需要30對芯線(xiàn)的電纜，或者15對芯線(xiàn)的電纜兩根;而有些廠(chǎng)家則使用RS485通信，只要一對芯線(xiàn)電纜就可以，如果再備用一對，也只有兩對芯線(xiàn)。
船上能夠使用通信方式來(lái)節約電纜長(cháng)度和電纜芯線(xiàn)的地方很多，但目前還沒(méi)有引起足夠的重視，因受到設備廠(chǎng)家的制約。從技術(shù)上來(lái)說(shuō)，大多數設備若使用通信方式并不一定會(huì )造成設備成本增加，如我司使用的NABTESCO的主機遙控系統，從M-800-III升級到M-800-V后，使用內部CAN網(wǎng)通訊，就明顯節約了很多電纜，并且調試、顯示方便直觀(guān)。
(2)擴充方便
使用傳統的硬點(diǎn)連接方式，無(wú)論是模擬量還是開(kāi)關(guān)量，一個(gè)信號需要一對芯線(xiàn)，電纜的芯線(xiàn)在設計時(shí)就定下來(lái)了。船舶在施工或者營(yíng)運中若需要增加報警點(diǎn)，如果備用芯線(xiàn)足夠還好，否則就需要重新增加電纜，既麻煩又增加成本。但是，若使用通信方式就不存在這個(gè)問(wèn)題，通信線(xiàn)路已經(jīng)存在，隨時(shí)可以增加通信量，只需要通信兩端軟件設置增加就可以了。如我司曾經(jīng)使用的MAN發(fā)電機，使用RS485通信到報警，報驗中船東臨時(shí)需要增加報警點(diǎn)，隨時(shí)就增加了。但使用洋馬發(fā)電機，使用硬點(diǎn)連接，如果要增加報警點(diǎn)就需要看電纜的備用芯線(xiàn)是否夠用了。
(3)通信數據類(lèi)型多
采用通信方式可以傳送各種類(lèi)型信息：模擬量、開(kāi)關(guān)量、數字量、狀態(tài)信息，甚至時(shí)間信息、文字信息、圖片信息等，這些是硬點(diǎn)傳送無(wú)法比擬的，有些信息現在看似沒(méi)有多少傳送的意義，可能以后增加這些信息對使用方便性、管理方面或者售后服務(wù)方面有很大幫助，只需要設備提供這方面的功能和支持就可以。
(4)調試方便性
使用傳統硬點(diǎn)連接，需要每個(gè)信息量一個(gè)一個(gè)檢查正確，每個(gè)芯線(xiàn)都要檢查是否接通。但使用通信方式后，用專(zhuān)門(mén)調試工具，只要線(xiàn)路調通，一個(gè)信號沒(méi)有問(wèn)題，就整個(gè)通信線(xiàn)路沒(méi)有問(wèn)題。
3 數字通信使用狀況
船舶設備數字通信包括兩個(gè)方面：一個(gè)是設備系統內部通信，另一個(gè)是設備系統對外通信。
(1)設備系統內部通信
現在船舶設備系統內部越來(lái)越多使用通信系統，如主機遙控、機艙監測、通信導航等大多數廠(chǎng)家都使用了內部數字通信，都是組網(wǎng)通信，各模塊數據共享，其中使用較多的是雙CAN網(wǎng)或者以太網(wǎng)�；鹁瘓缶到y、貨艙進(jìn)水系統、水霧系統的探頭連接也有部分廠(chǎng)家使用內部環(huán)網(wǎng)通信。設備內部各部件之間使用環(huán)網(wǎng)通信后，特別是對于布置分散的設備，電纜使用量明顯下降，并且調試也方便。隨著(zhù)船廠(chǎng)的要求以及廠(chǎng)家設備升級，今后將會(huì )有越來(lái)越多的廠(chǎng)家設備內部連接使用網(wǎng)絡(luò )通信。
(2)設備系統對外通信
設備對外的數字通信使用目前參差不齊，有些廠(chǎng)家用數字通信，有些廠(chǎng)家用硬點(diǎn)連接。這些通信主要是到航行數據記錄儀和到機艙報警監測系統的通信，也有部分其它設備之間的通信�，F階段基本上都是通信協(xié)議相互公開(kāi)，點(diǎn)對點(diǎn)連接，沒(méi)有成網(wǎng)。通信方式使用最多的是RS485/422 通信，RS485/422通信使用平衡電平，抗干擾能力強，通信距離可以超過(guò)1 000 m，也可以多點(diǎn)組網(wǎng)通信，半雙工工作只需要一對芯線(xiàn)，很適合船舶設備之間通信使用。
4 數字通信發(fā)展趨勢及展望
總的來(lái)說(shuō)，使用數字網(wǎng)絡(luò )通信是船舶設備數據采集的發(fā)展趨勢，會(huì )越來(lái)越多被使用。有些設備內部網(wǎng)絡(luò )可以通過(guò)廠(chǎng)家之間合作擴充到其它設備�？赡軐�(lái)通過(guò)船用設備通信協(xié)議的標準化，船用設備全部按標準設計數據接口掛網(wǎng)通信，這樣設備數據采集就發(fā)展到組網(wǎng)總線(xiàn)通信，直接掛網(wǎng)，從網(wǎng)上提取并傳送數據。
船舶設備使用數字通信采集數據有很多優(yōu)點(diǎn)，特別是環(huán)網(wǎng)通信，可以節約大量電纜成本，相信會(huì )為更多的設備廠(chǎng)家接受并推廣應用。
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