韓子龍 馬壯壯

（1.青島農(nóng)業(yè)大學(xué) 山東省青島市 266109 2.青島虛擬現(xiàn)實(shí)研究院有限公司 山東省青島市 266000）

隨著“海洋經(jīng)濟(jì)”的崛起，中國(guó)在大力發(fā)展海洋產(chǎn)業(yè)的同時(shí)，在加快研制新型船舶方面投入了大量精力，多功能船舶雖然滿(mǎn)足了我國(guó)海上生產(chǎn)、作業(yè)的基本要求，但載人船舶的續(xù)航、適應(yīng)性等問(wèn)題卻普遍存在。無(wú)人船舶的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)航行下對(duì)復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)性，并依托現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)為自動(dòng)控制系統(tǒng)完成相關(guān)作業(yè)任務(wù)提供保障，從而滿(mǎn)足更加多元化的應(yīng)用場(chǎng)景。

1 船舶自動(dòng)控制系統(tǒng)概述

近年來(lái)，計(jì)算機(jī)信息技術(shù)在船舶領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，船舶自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化水平顯著提升，其中，船舶自動(dòng)控制系統(tǒng)作為船舶動(dòng)力、通信、安全等管理的“大腦”，有效降低了船員的工作壓力。船舶自動(dòng)控制系統(tǒng)組成較為復(fù)雜，根據(jù)系統(tǒng)功能的差異性，其組成架構(gòu)如圖1所示。

圖1：船舶自動(dòng)控制系統(tǒng)組成框圖

船舶自動(dòng)控制系統(tǒng)主要包括駕控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、安全預(yù)警系統(tǒng)三個(gè)部分，駕控系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對(duì)船舶動(dòng)力、電力等進(jìn)行管理，保證船舶航行過(guò)程中的能源需求；通信系統(tǒng)為船舶自動(dòng)化設(shè)備、單元之間提供了穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)；安全預(yù)警系統(tǒng)由大量傳感器組成，主要采集關(guān)鍵設(shè)備、位置的理化數(shù)據(jù)，并對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行監(jiān)管，當(dāng)某一數(shù)值存在異常時(shí)將進(jìn)行安全預(yù)警。

2 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)特點(diǎn)

自第二次工業(yè)革命以來(lái)，自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展成為社會(huì)生產(chǎn)力提升的關(guān)鍵，通過(guò)構(gòu)建數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備之間的通信，從而保證生產(chǎn)過(guò)程中相關(guān)設(shè)備之間的高效協(xié)同。現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)是工業(yè)自動(dòng)化化生產(chǎn)所依賴(lài)的一種通信網(wǎng)絡(luò)，是獨(dú)立于互聯(lián)網(wǎng)之外的專(zhuān)用局域網(wǎng)絡(luò)，并成為自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中較為常見(jiàn)的通信解決方案。

2.1 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

早期自動(dòng)控制系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸多通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式實(shí)現(xiàn)，而現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)以其特有的結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)“點(diǎn)—線(xiàn)—點(diǎn)”的傳輸，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)基于與結(jié)構(gòu)形態(tài)，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)主要包括以下幾個(gè)方面。

（1）開(kāi)放性。對(duì)于任何一種現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)來(lái)說(shuō)，其主要功能是提供更加便捷的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，因此，早期現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)結(jié)構(gòu)能夠滿(mǎn)足絕大多數(shù)工業(yè)設(shè)備的接入需求，并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、可靠的物理連接。基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的開(kāi)放性，使其在工業(yè)、建筑等多個(gè)領(lǐng)域得到了快速的推廣應(yīng)用，并進(jìn)一步提升了現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)在結(jié)構(gòu)上的開(kāi)放性。

（2）適配性。所謂適配性，是指現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面與設(shè)備之間并未采用“唯一身份”識(shí)別機(jī)制，在現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)架構(gòu)中可實(shí)現(xiàn)對(duì)所接入設(shè)備組態(tài)的統(tǒng)一化管理，并采取標(biāo)準(zhǔn)管理策略。同時(shí)，較高的適配性可實(shí)現(xiàn)“即插即用”功能，所以，這也賦予了現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)結(jié)構(gòu)較高的穩(wěn)定性。

（3）穩(wěn)定性?，F(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)結(jié)構(gòu)較為靈活，設(shè)計(jì)人員可根據(jù)系統(tǒng)組成與功能需求選擇與之相適應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)結(jié)構(gòu)，如鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)、星型結(jié)構(gòu)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、分布式結(jié)構(gòu)等，從而保證現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)能夠處于最佳的工作狀態(tài)。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)特點(diǎn)

（1）自我修復(fù)?，F(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，相關(guān)節(jié)點(diǎn)眾多，在此情況下，單一節(jié)點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸鏈路出現(xiàn)故障時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)可對(duì)受損后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)，選擇最佳的數(shù)據(jù)傳輸鏈路，保證現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)功能的完整性。

（2）均衡算力。自動(dòng)控制系統(tǒng)中包括大量傳感器，傳感器所獲取數(shù)據(jù)需要經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)傳輸鏈路發(fā)送至核心計(jì)算單元進(jìn)行處理，這影響了數(shù)據(jù)處理的效率。現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)能夠充分利用不同節(jié)點(diǎn)設(shè)備的算力資源，在最短時(shí)間內(nèi)完成包括傳感器數(shù)據(jù)在內(nèi)的數(shù)據(jù)處理、備份等，并將處理結(jié)果向?qū)?yīng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行反饋，使現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的數(shù)據(jù)綜合處理能力顯著提升。

現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)改變了自動(dòng)控制系統(tǒng)中信息鏈路形態(tài)，實(shí)現(xiàn)了多元異構(gòu)信息鏈路在場(chǎng)景中的廣泛應(yīng)用，并依托其技術(shù)特點(diǎn)滿(mǎn)足差異化自動(dòng)控制系統(tǒng)的復(fù)雜功能要求。在全面信息化、智能化發(fā)展的背景下，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的結(jié)構(gòu)和技術(shù)優(yōu)勢(shì)將更加明顯。

3 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)在無(wú)人船舶自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

在海洋經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的過(guò)程中，船舶自動(dòng)化水平成為一個(gè)國(guó)家海洋綜合經(jīng)濟(jì)實(shí)力的標(biāo)志，而現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)在船舶自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，使船舶自動(dòng)化、智能化水平得到了明顯提升，其中就包括無(wú)人船舶。作為無(wú)人船舶的核心技術(shù)構(gòu)成，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)在無(wú)人船舶自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用主要包括以下幾個(gè)方面。

3.1 基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的動(dòng)力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

動(dòng)力是船舶航行安全的重要保障，無(wú)人船舶在航行過(guò)程中需要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)其動(dòng)力進(jìn)行集中管理，且無(wú)人船舶動(dòng)力系統(tǒng)組成較為復(fù)雜，相關(guān)自動(dòng)控制設(shè)備之間存在信息上的強(qiáng)相關(guān)，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的應(yīng)用則滿(mǎn)足了不同設(shè)備、單元之間的信息交互需求。并且，為保證船舶動(dòng)力系統(tǒng)的高可靠性，該設(shè)計(jì)采用了雙總線(xiàn)方案互為備份（如圖2所示），即廣域現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)和局域現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)。雙總線(xiàn)設(shè)計(jì)方案不僅能夠提高總線(xiàn)節(jié)點(diǎn)或鏈路故障下的數(shù)據(jù)傳輸功能，且增加了動(dòng)力控制系統(tǒng)的擴(kuò)容能力，以便于后期系統(tǒng)升級(jí)改造。

有機(jī)溶劑的相對(duì)分子質(zhì)量、揮發(fā)度、組分種類(lèi)、操作溫度、氣體進(jìn)口濃度以及氣速都會(huì)對(duì)活性炭的吸附容量產(chǎn)生影響。

圖2：無(wú)人船舶動(dòng)力控制系統(tǒng)雙總線(xiàn)設(shè)計(jì)框圖

無(wú)人船舶動(dòng)力控制系統(tǒng)的核心由綜合控制單元、綜合顯示模塊組成，綜合控制單元通過(guò)接收來(lái)自于溫度、速度、濕度、振動(dòng)等傳感器的數(shù)據(jù)，從而建立動(dòng)力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)模型，并對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、儲(chǔ)能單元等進(jìn)行控制，保證動(dòng)力輸出穩(wěn)定，以及主動(dòng)力系統(tǒng)故障時(shí)備用動(dòng)力單元能夠及時(shí)介入，避免無(wú)人船舶因失去動(dòng)力而發(fā)生碰撞、偏航等危險(xiǎn)。

基于雙總線(xiàn)的設(shè)計(jì)，無(wú)人船舶動(dòng)力控制系統(tǒng)的擴(kuò)展能力也得到了顯著提升，例如，為保證大型無(wú)人船舶的橫向移動(dòng)能力，船舶設(shè)計(jì)人員通過(guò)增加側(cè)推動(dòng)力系統(tǒng)為其提供橫向動(dòng)力支持，在接入船舶自動(dòng)控制現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)后，綜合控制單元?jiǎng)t通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)進(jìn)行動(dòng)力分配，使無(wú)人船舶在航行過(guò)程中的動(dòng)力控制更加精準(zhǔn)。

3.2 基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的導(dǎo)航系統(tǒng)分析

海上航行缺少必要的參照物，因此，嚴(yán)格按照電子海圖上所標(biāo)注的航線(xiàn)航行至關(guān)重要，并且，在航線(xiàn)日益繁忙的情況下，船舶之間需要保持安全距離，并按照導(dǎo)航設(shè)備所提供的航行數(shù)據(jù)及時(shí)修正船舶航向、航速，以避免發(fā)生航行安全事故。無(wú)人船舶的航行狀態(tài)管理是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)完成，在將羅經(jīng)、GPS、計(jì)程儀、導(dǎo)航雷達(dá)、AIS等設(shè)備信息實(shí)時(shí)匯總至綜合導(dǎo)航管理平臺(tái)（如圖3所示），以判定無(wú)人船舶航行狀態(tài)是否安全，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)對(duì)動(dòng)力控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行干預(yù)。

圖3：無(wú)人船舶導(dǎo)航系統(tǒng)星型總線(xiàn)拓?fù)鋱D（擴(kuò)展總線(xiàn)）

相比較無(wú)人船舶其它現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)設(shè)計(jì)，導(dǎo)航系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)設(shè)備之間的信息依賴(lài)性較強(qiáng)，因此，圖3中選擇了較為典型的星型總線(xiàn)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、可靠性較好，并能夠適應(yīng)船舶導(dǎo)航系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的分布式結(jié)構(gòu)。相比較傳統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，無(wú)人船舶導(dǎo)航現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)需要保證信息的實(shí)時(shí)傳輸，在最短時(shí)間內(nèi)完成對(duì)船舶航行狀態(tài)的反饋控制，因此，該現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)設(shè)計(jì)能夠保證所有節(jié)點(diǎn)到綜合導(dǎo)航管理平臺(tái)的距離最短。

基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的無(wú)人船舶導(dǎo)航系統(tǒng)還增加了分布式計(jì)算中心，導(dǎo)航雷達(dá)可以在綜合導(dǎo)航管理平臺(tái)故障的情況下承擔(dān)船舶航行安全監(jiān)管職能，在匯總其它導(dǎo)航信息的同時(shí)，導(dǎo)航雷達(dá)軟件中集成的航路規(guī)劃、會(huì)遇時(shí)間計(jì)算等功能可以為航行安全提供基礎(chǔ)保障，歲不能完全意義上取代綜合導(dǎo)航管理平臺(tái)，卻可以在現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)數(shù)據(jù)吞吐量較大的情況下分擔(dān)綜合導(dǎo)航管理平臺(tái)的數(shù)據(jù)結(jié)算壓力。

3.3 基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的通信系統(tǒng)分析

船舶航行過(guò)程中的信息交互多依托通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，根據(jù)信息交互對(duì)象的載體差異可區(qū)分為有線(xiàn)通信和無(wú)線(xiàn)通信兩種類(lèi)型（如圖4所示），在現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)設(shè)計(jì)中，需要綜合考慮不同通信機(jī)制的特點(diǎn)，從而滿(mǎn)足通信系統(tǒng)正常工作狀態(tài)下的信息交互需求。由于無(wú)人船舶在前期建造、測(cè)試等過(guò)程中需要人的參與，因此，有線(xiàn)通信系統(tǒng)被保留，同時(shí)，為保證無(wú)人船舶交付后的航行安全，相關(guān)航行數(shù)據(jù)、控制指令的傳輸需要通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，這也就要求通信系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足可靠性、靈活性和差異性三大要求。

圖4：船舶通信系統(tǒng)組成框圖

3.3.1 可靠性

無(wú)人船舶需要依托通信系統(tǒng)向指揮控制中心反饋船舶工作狀態(tài)和環(huán)境信息，相關(guān)數(shù)據(jù)類(lèi)型趨于多元化，且反饋周期不同，這不僅對(duì)無(wú)人船舶通信系統(tǒng)的智能化水平提出了較高要求，同時(shí)也要更加可靠的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)作為支撐。在無(wú)人船舶現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)設(shè)計(jì)中，為適應(yīng)無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)差異化頻譜、帶寬等相關(guān)參數(shù)需求，無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)將對(duì)經(jīng)由現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行差異化編碼，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)在識(shí)別信息編碼后，選擇與之相匹配的傳輸鏈路，提高通信質(zhì)量，減少因現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)導(dǎo)致的丟包等現(xiàn)象發(fā)生幾率。

以FF現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)和EPA現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)為例，在無(wú)人船舶相同應(yīng)急避障信號(hào)傳輸過(guò)程中，F(xiàn)F現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的數(shù)據(jù)傳輸完成率為99.75%，而EPA現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的數(shù)據(jù)傳輸完成率約為99.13%，且以上兩種現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)數(shù)據(jù)丟失問(wèn)題所造成的影響較小，無(wú)人船舶自動(dòng)控制系統(tǒng)能夠根據(jù)其接收到的信號(hào)及時(shí)作出規(guī)避動(dòng)作。而基于數(shù)模轉(zhuǎn)換的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸模式不僅存在嚴(yán)重的時(shí)間延時(shí)問(wèn)題，且丟包率高達(dá)6%，在關(guān)鍵字段缺失的情況下，無(wú)人船舶自動(dòng)控制系統(tǒng)因無(wú)法及時(shí)執(zhí)行規(guī)定避障動(dòng)作而發(fā)生安全事故。

3.3.2 靈活性

無(wú)人船舶通信系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中需要綜合考慮多種干擾因素，所以，為保證通信質(zhì)量，則需要采取科學(xué)的抗干擾措施，如電磁屏蔽技術(shù)、電磁兼容技術(shù)、自適應(yīng)跳頻技術(shù)等，其中，電磁屏蔽技術(shù)屬于硬防護(hù)的一種，而電磁兼容技術(shù)和自適應(yīng)跳頻技術(shù)就屬于軟防護(hù)機(jī)制，這就要求現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)能夠根據(jù)無(wú)線(xiàn)通信過(guò)程中的“開(kāi)窗”時(shí)間和頻譜變化情況靈活調(diào)整總線(xiàn)資源。在現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)智能化水平不斷提升的情況下，無(wú)人船舶通信系統(tǒng)在執(zhí)行抗干擾策略時(shí)的通信質(zhì)量并未發(fā)生明顯變化。

以電磁兼容為例，作為無(wú)人船舶應(yīng)對(duì)同頻干擾的重要手段，當(dāng)相同頻率設(shè)備需要工作時(shí)，電磁兼容模塊將根據(jù)優(yōu)先級(jí)執(zhí)行“開(kāi)窗”命令，而“開(kāi)窗”是分時(shí)處理技術(shù)的一種，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)可根據(jù)“開(kāi)窗”時(shí)間優(yōu)化節(jié)點(diǎn)資源配置方案。

除此之外，通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的靈活性還在于擴(kuò)展通信單元在滿(mǎn)足相關(guān)協(xié)議的情況下，能夠從其它現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)中直接并入通信系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)。如AIS是導(dǎo)航系統(tǒng)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，但AIS中的VHF天線(xiàn)具備甚高頻通信功能，無(wú)人船舶通信系統(tǒng)可通過(guò)VHF天線(xiàn)發(fā)射和接受信號(hào)，將VHF接入通信系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)可進(jìn)一步完善通信系統(tǒng)的功能構(gòu)成。

基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)解決了無(wú)人船舶在復(fù)雜電磁環(huán)境下內(nèi)、外通信需求，針對(duì)有線(xiàn)通信和無(wú)線(xiàn)通信的特點(diǎn)，可在優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)架構(gòu)與技術(shù)體系的基礎(chǔ)上，對(duì)相關(guān)協(xié)議進(jìn)行完善，使其能夠滿(mǎn)足無(wú)人船舶通信系統(tǒng)在頻譜、功率、帶寬等方面的特點(diǎn)。

3.3.3 差異性

所謂差異性，是現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)智能化的重要體現(xiàn)，其可以根據(jù)通信系統(tǒng)中不同節(jié)點(diǎn)單元的具體工作狀態(tài)優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，提高通信質(zhì)量和效率。其中，無(wú)人船舶有線(xiàn)通信主要實(shí)現(xiàn)的是內(nèi)部各數(shù)據(jù)生成節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸，在現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)設(shè)計(jì)中需要結(jié)合不同節(jié)點(diǎn)的通信機(jī)制，選擇與之相適應(yīng)的通信協(xié)議，并能夠準(zhǔn)確識(shí)別有線(xiàn)通信協(xié)議，為有線(xiàn)通信提供更加精準(zhǔn)的服務(wù)。如圖5所示，為提高內(nèi)通平臺(tái)有線(xiàn)通信效率，撥號(hào)軟件將區(qū)分不同通話(huà)模式下的通信協(xié)議，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式下的通信協(xié)議可以屏蔽現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的“廣播”功能，選擇最短路徑與完成“握手”；會(huì)議模式下的通信則是通過(guò)“廣播”模式完成現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)中所有通信節(jié)點(diǎn)的呼叫，為保證統(tǒng)一延時(shí)效果，在通信協(xié)議中需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)反饋對(duì)延時(shí)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

圖5：基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的有線(xiàn)通信協(xié)議

如圖5所示，該有線(xiàn)通信協(xié)議采用了多次校驗(yàn)機(jī)制，由于有線(xiàn)通信編碼中包含雙重地址（地址A為信源地址編碼，地址B為目標(biāo)地址編碼），所以，圖中雖預(yù)留標(biāo)志位，但標(biāo)志位內(nèi)容為空。延時(shí)位的設(shè)計(jì)是為了保證“廣播”模式下不同數(shù)據(jù)鏈路傳輸時(shí)延的一致性，這需要現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)提前計(jì)算不同鏈路傳輸時(shí)延。復(fù)制位的設(shè)置為“00”和“01”，即禁止復(fù)制和允許復(fù)制，便于數(shù)據(jù)綜合管理平臺(tái)識(shí)別復(fù)制操作。

3.4 基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的數(shù)據(jù)綜合管理平臺(tái)

從資源合理化利用的角度出發(fā)，無(wú)人船舶在工作期間的數(shù)據(jù)并非完全發(fā)送給指揮控制中心，其中部分?jǐn)?shù)據(jù)在無(wú)人船舶自動(dòng)控制系統(tǒng)中進(jìn)行留存，存儲(chǔ)相關(guān)數(shù)據(jù)的單元被稱(chēng)為“黑匣子”。為保證無(wú)人船舶關(guān)鍵數(shù)據(jù)在“黑匣子”中完成備份，設(shè)計(jì)人員多采用復(fù)合型總線(xiàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將相關(guān)節(jié)點(diǎn)企業(yè)數(shù)據(jù)綜合管理平臺(tái)，由其確定存入“黑匣子”的數(shù)據(jù)類(lèi)型與存儲(chǔ)方式，該現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的具體實(shí)現(xiàn)可分為以下兩個(gè)步驟。

（1）基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的數(shù)據(jù)識(shí)別。現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)為無(wú)人船舶自動(dòng)控制系統(tǒng)提供了高速度、大帶寬的穩(wěn)定數(shù)據(jù)傳輸解決方案，所有數(shù)據(jù)均可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)傳輸至指定位置，因此，如何辨別數(shù)據(jù)綜合管理平臺(tái)所需要的數(shù)據(jù)就顯得尤為重要。通過(guò)增加標(biāo)志位等方式，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)可以對(duì)關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別，以減輕數(shù)據(jù)綜合管理系統(tǒng)壓力。

（2）基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的數(shù)據(jù)管理。在完成關(guān)鍵數(shù)據(jù)識(shí)別后，為保證數(shù)據(jù)在總線(xiàn)上的高效傳輸，在數(shù)據(jù)集散節(jié)點(diǎn)對(duì)關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)制后由專(zhuān)用鏈路傳輸至數(shù)據(jù)綜合管理平臺(tái)。由于不同數(shù)據(jù)在大小、周期等參數(shù)上存在差異，所以，基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的數(shù)據(jù)管理需要科學(xué)配置專(zhuān)用鏈路資源。

基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的無(wú)人船舶數(shù)據(jù)管理平臺(tái)充分利用了現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的架構(gòu)和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)無(wú)人船舶自動(dòng)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)的科學(xué)管理，解決了早期數(shù)據(jù)“無(wú)差別”管理對(duì)系統(tǒng)造成的壓力。并且，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)綜合管理質(zhì)量的提升，減少了因數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失、亂碼等現(xiàn)象，為無(wú)人船舶狀態(tài)管理與數(shù)據(jù)分析提供了更加精準(zhǔn)、全面的數(shù)據(jù)支持。

4 總結(jié)

現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的率先應(yīng)用推動(dòng)了工業(yè)自動(dòng)化快速發(fā)展，以無(wú)人船舶為代表的現(xiàn)代船舶行業(yè)轉(zhuǎn)型需要更加高效、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸解決方案，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)在無(wú)人船舶自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，將從根本上解決載人船舶續(xù)航時(shí)間短、安全性低、環(huán)境適應(yīng)性差等問(wèn)題。除此之外，基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的船舶自動(dòng)控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和傳輸鏈路的多重智能管理，為無(wú)人船舶航行安全、遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)管、系統(tǒng)優(yōu)化等提供全方位支撐。