《2013船舶电气及通讯导航技术发展论坛发言稿》

具有全功能PLC的单层网络信息安全的监控指挥管理平台

徐绍衡   研究员

概       述

现代化的船舶与海洋工程设备乃至工矿设备均采用计算机管理指挥操纵，其控制系统是关键设备，必须简便可靠易维护，可是目前市场上的DCS系统有几个致命的缺点：        

首先，DCS系统采用多层复杂结构，控制系统上层采用PC计算机，中层采用CAN等现场总线、下层采用串行通讯或模拟信号，结构复杂品种多维修难，“网关”及“转换瓶颈”多信息不安全，可靠性差成本高，必须进行改革创新，网络多层变单层。

同时，目前市场上的工业控制器均采用多层RS485、RS232、CAN、以太网等串行通讯及MODBUS等通讯协议等工作方式来组成信息系统，其最大的缺点是软件工作量大，通讯工作编程几乎占整个控制工程工作量的40%，是技术人员最繁琐的负担，而且这样的网络系统太复杂，工作速度低容量小。但是，市场上计算机管理系统采用“网络数据库”原理，通讯是全自动化，省工省力，容量大到可以有10亿个数据库，但缺点是需要“服务器”及“高档计算机硬件”，成本高，在工业控制实时系统中难以应用，需要创新分布数据库技术淘汰繁杂通讯及现场总线。

其次，现有的DCS系统信息安全设计太少，易出重大事故，“温州高铁”事故是一个悲惨的例子，系统需要完善的信息安全设计、并需要能抵御病毒及网络攻击的设计。

再其次，PLC应用广泛，软件与硬件均标准化，但功能不齐全，平台需要其他采集控制模块成套，品种多系统复杂，而且PLC本身I/O品种多不可编程不通用，因此现有的PLC需要改进扩大为ICU+PLC+DCS全功能，一个品种能满足船舶与海洋全部监控功能，二次编程简便，并加入信息安全平台芯片，使其成为平台单一品种标准通用产品，软件与硬件均通用使用简便，同时易维护管理。

能否创新设计一套单层网络且信息安全的监控指挥管理平台，采用高级分布数据库技术，并且具有标准通用单一品种的PLC产品，彻底解决上述的信息不安全的一些问题呢？这就是本文提出并解决的创新技术关键问题，也就是设计一套采用分布数据库技术设计的单层网络结构，不需要现场总线，不需要网关，不需要串行协议通信，也不需要磁盘列阵高成本的服务器的创新系统，加上全功能PLC，使其成为监控指挥管理安全平台的整套技术，使系统功能完善易于维护管理。

在集成电路的高度进步的今天，通过创新设计使以上问题容易解决：我们设计一个专用分布数据库高技术芯片，将每个节点布置芯片“分布数据库”，用平台上全部分布数据库同步一致相等来取代服务器数据库，上层指挥管理计算机及交换机口上直接接上万能可编程实时监控模块，模块的实时数据直接双向嵌入分布数据库及SQL、ORACLE等数据库，不需要现场总线，不需要网关，不需要通信，形成单层结构简单、免通讯免现场总线、高速大容量、高可靠及高信息安全、高效率易维护、低成本的管理指挥操纵一体化平台，以简单低成本高性能方式实现了计算机的数据库高级技术，是一项创新技术，值得大规模推广。我们把分布数据库实时信息平台定名AutoNet,把实时万能模块定名PPC200。

本单层网络平台采用VLAN超级分区技术，各种设备在一层网络上具有不同的IP地址，相互不干扰，不会成“一锅粥”，但平台上所有节点共享全平台信息。

AutoNet及PPC200技术经15年应用已成熟，可以作为船舶与海洋工程的标准化通用产品，低成本高性能易维护，可以促进船舶与海洋工业的发展。

PPC200的可编程功能能实现船舶与海洋设备的全部智能控制功能：包括主机的智能遥控、辅助设备的智能控制、电站的智能控制、监测报警系统、船舶安全系统、甲板设备的操纵控制、阀门遥控及液位监控等等。

管理指挥操纵实时信息平台的AutoNet方案简述如下：（1）在平台网络所有模块与电脑节点中均安装分布数据库芯片DRP2000，管理指挥操纵电脑交换机接口直接插上实时监控模块PPC200，实时数据直接双向嵌入电脑组态软件和SQL等数据库中，单层网络结构完成管理指挥操纵控制系统的全部功能，不需要现场总线，不需要网关，不需要通信，不需要服务器，平台中所有节点均能共享全平台数据库，数据库直接调用编程；（2）万能PPC200通过可编程PLC方法可以完成管理指挥操纵全部的控制及检测功能，不需要配套其他控制器，模块万能仅一个品种，维护简便；（3）AutoNet平台6万点大容量与1毫秒数据高速响应，高性能，能满足全部厂矿舰船工程的各种设备的管理指挥操纵监控要求；（4）由于有完善的可靠性设计，信息安全设计，控制器故障不会引发重大事故；（5）由于采用分布数据库，也大大简化了船岸一体化管理，把复杂的卫星通信简化为一个以太网通道，岸上管理中心电脑与船上一样可以监视船舶全部实时动态数据，低成本地实现了现代化的需要，很适用于无人舰艇无人飞机等控制系统。