上世紀七十年代船舶上開始出現自動化設備，早期的船舶自動化設備主要是為了節約人力，實現高效航行，設備的完好率對航行影響不大，用人工完全可以取代。上世紀九十年代，國際海事組織（IMO）針對船舶的安全性、節能、排放等方面提出了強制性要求，船舶自動化設備成了船舶的必需品。船舶設備信息量最多達30000點，與大型工廠相當，船舶流動作業維修相對較難，因而自動化設備必須能夠高質量運行并且百分之百可靠。整體來看，發展高可靠性低成本的船岸一體化航運自動化設備已成為實現綠色安全航運的基礎和重要保障。

由江蘇省艦船與海洋自動化工程研究中心首席科學家徐紹衡主持開發的新一代艦岸一體分布數據庫式實時信息平臺AutoNet，傳統的衛星通信只能把船上少量數據傳到岸上，如傳全部實時數據其流量費是天文數字，不可行，AuoNet能壓縮衛星網絡帶寬為數萬分之一，使衛星流量費從天文數字變為實用，低成本高可靠地把所有船舶、海洋設備、飛行器上的全部實時數據動態連續傳到岸上，方便地實現設備遠程遙控、遠程維修等，“黑匣子”也可以移到岸上工作，極大地降低衛星流量費用，解決打撈“黑匣子”的世界難題。同時該平臺采用首創的標準化全功能可編程監控模塊PPC200，自動化程度較高，便于維護，整體更換維修簡單，大大提高自動化設備的完好率。為了解決自動化設備可靠性，同時能抵御黑客的網絡攻擊，徐紹衡創新了8項可靠性設計，使用AutoNet及PCC200系統，在黑客網絡攻擊下不會癱瘓，自動化設備故障時不會發生重大事故，是自動化技術的重大突破。船岸一體實時信息平臺AutoNet及全功能PLC控制器PPC200經嚴格的軍品與民品環境條件試驗、電磁兼容試驗以及十余年的艦船與海洋工程實際應用驗證，技術成熟可靠，是實現綠色、安全、高效航運的重要保障。

一、開發新一代船舶自動化基礎技術的必要性及方向

1．傳統以協議通訊來組成的信息集成平臺，由于存在通訊速度慢、容量小、軟件工程量巨大、成本高和可靠性差等問題，在通信技術飛速發展的當下已經越來越不能滿足船舶自動化發展的需要。開發高速、大容量、分布數據庫、免編程以及低成本的船岸一體化實時信息平臺，已成為當務之急。尤其要解決極大地壓縮衛星流量，使船岸一體真正實現。

2．船舶自動化設備一般采用電子模塊或工業計算機模塊控制，每種船舶自動化設備要編制許多專用程序，造成船舶自動化設備品種繁多。由于相關設備的制造廠商眾多，船舶自動化設備管理與維修相對較難，導致船舶自動化設備的完好率不高。為了解決上述問題，需要發展通用標準的全功能PLC電子控制模塊，運用簡單的二次編程電腦設置方法，所有自動化設備均采用同一種模塊，船上只需備一種模塊備件，維修某個自動化設備時把標準通用模塊備件更換，再把電腦設置拷入即可。

3．為避免重大事故的發生，船舶自動化設備必須有完善的可靠性設計措施，同時，還要能抵御網絡攻擊，這方面傳統的自動化設備考慮較少，作為船舶自動化所必需的基礎技術，新一代船舶自動化應重點考慮這方面的需求。

二、AutoNet及PPC200的三項創新基礎技術

1．AutoNet高速、大容量、分布數據庫、免編程、低成本、船岸一體化實時信息平臺

AutoNet平臺的技術原理是通過有線、無線、衛星等介質組成的一體化單層快速以太網，連接船上與岸上所有的控制模塊、服務器、電腦等節點。在每個節點上，放置硬件數據庫芯片與平臺工作固化軟件包。平臺工作軟件包能夠在1毫秒時間內實現全平臺所有節點中的數據庫同步，每個節點內的數據庫等同于全平臺的總數據庫，每個節點的單片機、電腦、服務器等從本節點的數據庫內雙向交換數據，相當于與平臺總數據庫交換數據。所有節點用戶能快速與平臺數據庫交換數據，完成監控管理任務，但讀取數據庫不經過網絡，只需要很小的網絡帶寬。岸上的電腦可以雙向高速查詢船上的每一個傳感器及執行器。

在實際應用中，每條船的最大容量為64000個數據庫，其工作帶寬小于2MB，數據響應小于1毫秒，一條有線、無線、衛星等介質組成的一體化單層快速2M以太網可以供30條船使用，即使最復雜的深海石油平臺及航母等最大容量也不超過30000點，容量足夠滿足需要。每個節點上放置的硬件數據庫芯片與平臺工作固化軟件包為一塊大規模集成電路DRP2000，不需要其他設備與軟件，同時與常規控制設備比較，取消了協議通訊及網關等設備，只需要衛星以太網介質，不需要復雜且昂貴的衛星通訊設備。整體的系統功能比目前石油平臺使用的國外綜合平臺系統IPMS如ABB、CAE、SAM、Kongsherg等先進一代。

分布數據庫信息平臺技術已開發成一個專用芯片DRP2000，其結構如圖1所示。網絡每個節點均使用此芯片來構架信息平臺，設計使用簡便，易推廣。

分布數據庫信息平臺技術已獲得四專利授權，發明專利“分布數據庫式高速響應實時控制網絡（專利號：ZL00125634.3）”、實用新型專利“一種分布數據庫實時信息平臺（專利號：ZL201220641768.3）”及實用新型專利“采用萬用監測控制器的分布數據庫控制管理一體化系統（專利號：ZL201020149714.6）”、“ZL201420733640.9一種船舶、海洋設備、飛行器的離岸工作一體實時數據庫信息平臺”。

AutoNet網絡平臺的網絡拓撲結構是半環形結構的雙獨立以太網A及B,雙網絡之間有一條通道，此網絡拓撲結構與平臺協議結合，具有不怕丟報文、不怕錯報文、不怕網絡斷線等三項高可靠性能，平臺可靠度可達99.99 %。

AutoNet平臺船上實際布置：用水密電氣控制箱內安裝二臺以太網交換機，構成平臺雙網絡交換機箱，整個船上安裝N臺交換機箱，該平臺是單層網絡，所有需要連接平臺的設備，包括衛星設備、控制屏、控制臺、控制箱、電腦等就地接入交換機箱，設備內模塊節點多時可以在設備內用交換機再擴展。結構如圖3所示。

平臺用VLAN技術分為32個區，每個區可以容納一個或多個設備，設備之間既隔離又信息集中，平臺系統如圖4。

平臺數據庫的整合方便，用組態軟件可以雙向監控64000個實時數據庫；在服務器與電腦中使用組態指令可以把64000個實時數據庫無縫嵌入SQL或ORACLE等大型數據庫，實現指揮、管理與監控的一體化；用VC、VB指令可以直接雙向調用64000個實時數據庫，實現大型指揮調度控制一體化。

2．PPC200全功能通用可編程控制器

（1）具有雙套冗余設計的AutoNet分布數據庫實時信息平臺，其平臺結構具有通道的雙網絡，平臺可靠性達99.99%。

（2）輸出輸入端子容量44路+2路RS485變頻器接口。

（3）從圖5可以看到，PPC200與進口設備一樣，外形結構牢固美觀，安裝方便，無總線電氣結構可靠。

（4）通過簡便的計算機圖形表格設置二次編程，其控制功能完善，模塊能完成船舶自動化及工業控制的全部監控功能，多個控制單元的圖形表格編程塊用中間變量串起來構成整個復雜的控制程序，其功能單元圖形表格設置二次編程的種類舉例如下：

A．波爾代數邏輯圖填表編程，包括：與、或、非、R-S混合邏輯圖調出填表編程，填入輸出輸入數據庫號或中間變量數據庫號，多個邏輯圖可以用中間變量串起來構成混合邏輯，此功能絕大部分輔機及輔助控制均用到。

B．延時器編程，可以設常開常閉延時，表格上填入啟動及輸出數據庫號即可。

C．模擬量大于、小于、等于邏輯編程及模擬量輸送邏輯編程，邏輯圖填上數據庫號或常數。

D．可編程時間步進轉輪控制器，這是一種常規的自動控制器，用于船舶鍋爐點火、分油機清洗及海洋工程設備等控制用。

E．IF-THEN-ELSE指令表格編程，這是計算機語言最常用的指令編程，采用填表法完成指令編程，所有指令并行高速工作。

F．該模塊實時點及中間變量點所占的平臺總數據庫地址的范圍編程，這是用三位十進開關來編程，每個模塊占64個或128個數據庫，平臺1000個模塊的總數據庫為64000個。

G．模塊屬性包括工作方式、慢程序周期、區IP地址等等的設置編程。

H．模塊種類ABCD的自動編程設置。

I．萬能采集編程，每個采集輸入端子用可編程放大器接各種不同的傳感器，采集萬能。

J．模擬顯示屏及控制臺面板的各種報警燈、顯示燈、表頭、數碼顯示等編程。

K．RS485等串口輸入輸出路由器協議編程。

L．指揮操縱命令群控編程。

M．模擬量輸出輸入調控精密PID控制的設定與編程。

N．主機遙控、輔機操作控制等專用模型控制編程，例如：中速柴油機、低速柴油機、CPP聯動、甲板機械等等模型控制編程，其中，柴油機與 CPP聯合控制操縱，先調出空模型圖，在模型圖上填149個表格，表格包括柴油機參數、控制參數及輸出輸入數據庫號，填好表格，二次編程完成，各種控制模型編程方式均相同。

O．電力控制，包括三相負荷與偏差控制等。

P. 脈沖輸出輸入控制編程。

Q. 各種函數計算編程。

R. 數據變化率記錄編程。

S. 歷史數據記錄編程。

從上面功能可以看出，模塊能完成船舶自動化、海洋工程自動化及工業控制的全部監控功能，這種圖形表格設置編程比ABB、西門子等進口設備的“梯形圖”“指令”編程簡便且具有其全部功能，同時使控制模塊通用標準化，大大方便了管理與維護，保證了新型自動化系統的完好率。

3．船岸一體化系統的可靠性設計

（1）系統設計有完善的全部節點的“心跳”數據庫

平臺上的總數據庫及分布數據庫均具有平臺上每個節點的“心跳”數據庫，平臺上每個節點功能塊中專門設計故障應急處理程序，當每個節點查到某個“心跳”數據庫信號消失時，立即進行與本節點有關的安全處理及報警，必要時自動進行安全應急自動控制，有效地防止事故的發生。

（2）無信號傳輸“瓶頸”的設計

AutoNet是單層網絡平臺，無網關、無通訊、無信息轉換瓶頸，信息傳輸安全性很高。

（3）雙網絡平臺冗余的高可靠性設計

PPC200萬能PLC及電腦等均是雙網口雙數據庫并行工作結構，雙網絡間有通道，此拓撲結構與平臺軟件相結合，可靠性達99.99%。

（4）控制系統的安全“預警”設計

PPC200還有報警數據的提前預警功能，同時還具有相關數據的邏輯預警功能，可以有效地防止報警失效時的安全問題。

（5）系統采用PLC的“脫機控制”設計

PLC用電腦進行二次編程后獨立工作，復雜的自動控制不依賴于電腦，當系統電腦故障或電腦關機時，整個自動控制系統仍可以正常工作，自動控制達到“脫機控制”高可靠性。

（6）PPC200萬能PLC模塊的“永不死機”設計

工業現場尤其是艦船現場有強大的電磁干擾及電磁沖擊，AutoNet及PPC200硬件CPU能抗20000V靜電干擾及強大的電磁干擾與沖擊，但實際應用中雷電等超強大的電磁沖擊，任何硬件均無法抵御，容易造成軟件混亂而“死機”。為此，AutoNet及PPC軟件設計采取3項軟件措施，絕對杜絕此類情況的發生，使整個系統成為“不倒翁”，永不死機。

（7）Autonet平臺不設操作系統，平臺專用協議固化在ETN2000接口芯片中；以太網VLAN區域廣播基礎協議固化在以太網芯片中；控制模塊采用PLC二次編程固化在EEPROM中。因此任何病毒入侵都不會影響平臺控制系統的正常工作，不會使平臺癱瘓。

（8）該平臺采用的VLAN區域廣播報文中具有“動態I/O密碼”，網絡上的干擾入侵也不會使平臺混亂或癱瘓。

三、AutoNet及PPC在船舶與海洋工程中的應用

2000年以后我國建造的大中型軍艦上普遍使用了AutoNet及PPC技術，應用AutoNet及PPC200設備的民用船舶達到100多艘，十幾年來安全航行于世界各海域。PPC200第3代模塊已批量制造超過2000多臺，技術成熟，產品長期穩定可靠。目前，國內各救撈局大部分船舶主動力遙控監測均采用PPC及AutoNet技術。上海救撈局自航八錨精密定位工程船全船采用AutoNet及PPC整船配套，包括機艙及甲板機械，整船配套結構如圖6所示。此外，某中型艦及部分民船采用PPC技術作電力系統監控；某超大型艦輔助系統采用了AutoNet及PPC，用“熱帶”、“寒帶”、“溫帶”指令可以同時群控數百個設備，自動化程度高，穩定可靠；民船設備的環保控制部分使用了PPC等等。

AutoNet及PPC200創新基礎技術的研發與應用促進了綠色安全航運的發展及海洋工程的強化，此前我國船舶與海洋領域的PLC控制器市場絕大部分被西門子及ABB等進口廠家所壟斷，AutoNet及PPC200在技術上采用分布數據庫平臺，其推廣應用打破了國外技術的壟斷，隨著AutoNet及PPC200技術向整個工業自動化領域的拓展推廣，必將實現更大規模的進口替代，產生更加顯著的經濟效益與社會效益。同時AutoNet平臺能使“黑匣子”移到岸上工作，解決了世界上打撈“黑匣子”的難題。