上世纪七十年代船舶上开始出现自动化设备，早期的船舶自动化设备主要是为了节约人力，实现高效航行，设备的完好率对航行影响不大，用人工完全可以取代。上世纪九十年代，国际海事组织（IMO）针对船舶的安全性、节能、排放等方面提出了强制性要求，船舶自动化设备成了船舶的必需品。船舶设备信息量最多达30000点，与大型工厂相当，船舶流动作业维修相对较难，因而自动化设备必须能够高质量运行并且百分之百可靠。整体来看，发展高可靠性低成本的船岸一体化航运自动化设备已成为实现绿色安全航运的基础和重要保障。
由江苏省舰船与海洋自动化工程研究中心首席科学家徐绍衡主持开发的新一代舰岸一体分布数据库式实时信息平台AutoNet，传统的卫星通信只能把船上少量数据传到岸上，如传全部实时数据其流量费是天文数字，不可行，AuoNet能压缩卫星网络带宽为数万分之一，使卫星流量费从天文数字变为实用，低成本高可靠地把所有船舶、海洋设备、飞行器上的全部实时数据动态连续传到岸上，方便地实现设备远程遥控、远程维修等，“黑匣子”也可以移到岸上工作，极大地降低卫星流量费用，解决打捞“黑匣子”的世界难题。同时该平台采用首创的标准化全功能可编程监控模块PPC200，自动化程度较高，便于维护，整体更换维修简单，大大提高自动化设备的完好率。为了解决自动化设备可靠性，同时能抵御黑客的网络攻击，徐绍衡创新了8项可靠性设计，使用AutoNet及PCC200系统，在黑客网络攻击下不会瘫痪，自动化设备故障时不会发生重大事故，是自动化技术的重大突破。船岸一体实时信息平台AutoNet及全功能PLC控制器PPC200经严格的军品与民品环境条件试验、电磁兼容试验以及十余年的舰船与海洋工程实际应用验证，技术成熟可靠，是实现绿色、安全、高效航运的重要保障。
一、开发新一代船舶自动化基础技术的必要性及方向
1．传统以协议通讯来组成的信息集成平台，由于存在通讯速度慢、容量小、软件工程量巨大、成本高和可靠性差等问题，在通信技术飞速发展的当下已经越来越不能满足船舶自动化发展的需要。开发高速、大容量、分布数据库、免编程以及低成本的船岸一体化实时信息平台，已成为当务之急。尤其要解决极大地压缩卫星流量，使船岸一体真正实现。
2．船舶自动化设备一般采用电子模块或工业计算机模块控制，每种船舶自动化设备要编制许多专用程序，造成船舶自动化设备品种繁多。由于相关设备的制造厂商众多，船舶自动化设备管理与维修相对较难，导致船舶自动化设备的完好率不高。为了解决上述问题，需要发展通用标准的全功能PLC电子控制模块，运用简单的二次编程电脑设置方法，所有自动化设备均采用同一种模块，船上只需备一种模块备件，维修某个自动化设备时把标准通用模块备件更换，再把电脑设置拷入即可。
3．为避免重大事故的发生，船舶自动化设备必须有完善的可靠性设计措施，同时，还要能抵御网络攻击，这方面传统的自动化设备考虑较少，作为船舶自动化所必需的基础技术，新一代船舶自动化应重点考虑这方面的需求。
二、AutoNet及PPC200的三项创新基础技术
1．AutoNet高速、大容量、分布数据库、免编程、低成本、船岸一体化实时信息平台
AutoNet平台的技术原理是通过有线、无线、卫星等介质组成的一体化单层快速以太网，连接船上与岸上所有的控制模块、服务器、电脑等节点。在每个节点上，放置硬件数据库芯片与平台工作固化软件包。平台工作软件包能够在1毫秒时间内实现全平台所有节点中的数据库同步，每个节点内的数据库等同于全平台的总数据库，每个节点的单片机、电脑、服务器等从本节点的数据库内双向交换数据，相当于与平台总数据库交换数据。所有节点用户能快速与平台数据库交换数据，完成监控管理任务，但读取数据库不经过网络，只需要很小的网络带宽。岸上的电脑可以双向高速查询船上的每一个传感器及执行器。
在实际应用中，每条船的最大容量为64000个数据库，其工作带宽小于2MB，数据响应小于1毫秒，一条有线、无线、卫星等介质组成的一体化单层快速2M以太网可以供30条船使用，即使最复杂的深海石油平台及航母等最大容量也不超过30000点，容量足够满足需要。每个节点上放置的硬件数据库芯片与平台工作固化软件包为一块大规模集成电路DRP2000，不需要其他设备与软件，同时与常规控制设备比较，取消了协议通讯及网关等设备，只需要卫星以太网介质，不需要复杂且昂贵的卫星通讯设备。整体的系统功能比目前石油平台使用的国外综合平台系统IPMS如ABB、CAE、SAM、Kongsherg等先进一代。
分布数据库信息平台技术已开发成一个专用芯片DRP2000，其结构如图1所示。网络每个节点均使用此芯片来构架信息平台，设计使用简便，易推广。
分布数据库信息平台技术已获得四专利授权，发明专利“分布数据库式高速响应实时控制网络（专利号：ZL00125634.3）”、实用新型专利“一种分布数据库实时信息平台（专利号：ZL201220641768.3）”及实用新型专利“采用万用监测控制器的分布数据库控制管理一体化系统（专利号：ZL201020149714.6）”、“ZL201420733640.9一种船舶、海洋设备、飞行器的离岸工作一体实时数据库信息平台”。
AutoNet网络平台的网络拓扑结构是半环形结构的双独立以太网A及B,双网络之间有一条通道，此网络拓扑结构与平台协议结合，具有不怕丢报文、不怕错报文、不怕网络断线等三项高可靠性能，平台可靠度可达99.99 %。
AutoNet平台船上实际布置：用水密电气控制箱内安装二台以太网交换机，构成平台双网络交换机箱，整个船上安装N台交换机箱，该平台是单层网络，所有需要连接平台的设备，包括卫星设备、控制屏、控制台、控制箱、电脑等就地接入交换机箱，设备内模块节点多时可以在设备内用交换机再扩展。结构如图3所示。
平台用VLAN技术分为32个区，每个区可以容纳一个或多个设备，设备之间既隔离又信息集中，平台系统如图4。
平台数据库的整合方便，用组态软件可以双向监控64000个实时数据库；在服务器与电脑中使用组态指令可以把64000个实时数据库无缝嵌入SQL或ORACLE等大型数据库，实现指挥、管理与监控的一体化；用VC、VB指令可以直接双向调用64000个实时数据库，实现大型指挥调度控制一体化。
2．PPC200全功能通用可编程控制器
（1）具有双套冗余设计的AutoNet分布数据库实时信息平台，其平台结构具有通道的双网络，平台可靠性达99.99%。
（2）输出输入端子容量44路+2路RS485变频器接口。
（3）从图5可以看到，PPC200与进口设备一样，外形结构牢固美观，安装方便，无总线电气结构可靠。
（4）通过简便的计算机图形表格设置二次编程，其控制功能完善，模块能完成船舶自动化及工业控制的全部监控功能，多个控制单元的图形表格编程块用中间变量串起来构成整个复杂的控制程序，其功能单元图形表格设置二次编程的种类举例如下：
A．波尔代数逻辑图填表编程，包括：与、或、非、R-S混合逻辑图调出填表编程，填入输出输入数据库号或中间变量数据库号，多个逻辑图可以用中间变量串起来构成混合逻辑，此功能绝大部分辅机及辅助控制均用到。
B．延时器编程，可以设常开常闭延时，表格上填入启动及输出数据库号即可。
C．模拟量大于、小于、等于逻辑编程及模拟量输送逻辑编程，逻辑图填上数据库号或常数。
D．可编程时间步进转轮控制器，这是一种常规的自动控制器，用于船舶锅炉点火、分油机清洗及海洋工程设备等控制用。
E．IF-THEN-ELSE指令表格编程，这是计算机语言最常用的指令编程，采用填表法完成指令编程，所有指令并行高速工作。
F．该模块实时点及中间变量点所占的平台总数据库地址的范围编程，这是用三位十进开关来编程，每个模块占64个或128个数据库，平台1000个模块的总数据库为64000个。
G．模块属性包括工作方式、慢程序周期、区IP地址等等的设置编程。
H．模块种类ABCD的自动编程设置。
I．万能采集编程，每个采集输入端子用可编程放大器接各种不同的传感器，采集万能。
J．模拟显示屏及控制台面板的各种报警灯、显示灯、表头、数码显示等编程。
K．RS485等串口输入输出路由器协议编程。
L．指挥操纵命令群控编程。
M．模拟量输出输入调控精密PID控制的设定与编程。
N．主机遥控、辅机操作控制等专用模型控制编程，例如：中速柴油机、低速柴油机、CPP联动、甲板机械等等模型控制编程，其中，柴油机与 CPP联合控制操纵，先调出空模型图，在模型图上填149个表格，表格包括柴油机参数、控制参数及输出输入数据库号，填好表格，二次编程完成，各种控制模型编程方式均相同。
O．电力控制，包括三相负荷与偏差控制等。
P. 脉冲输出输入控制编程。
Q. 各种函数计算编程。
R. 数据变化率记录编程。
S. 历史数据记录编程。
从上面功能可以看出，模块能完成船舶自动化、海洋工程自动化及工业控制的全部监控功能，这种图形表格设置编程比ABB、西门子等进口设备的“梯形图”“指令”编程简便且具有其全部功能，同时使控制模块通用标准化，大大方便了管理与维护，保证了新型自动化系统的完好率。
3．船岸一体化系统的可靠性设计
（1）系统设计有完善的全部节点的“心跳”数据库
平台上的总数据库及分布数据库均具有平台上每个节点的“心跳”数据库，平台上每个节点功能块中专门设计故障应急处理程序，当每个节点查到某个“心跳”数据库信号消失时，立即进行与本节点有关的安全处理及报警，必要时自动进行安全应急自动控制，有效地防止事故的发生。
（2）无信号传输“瓶颈”的设计
AutoNet是单层网络平台，无网关、无通讯、无信息转换瓶颈，信息传输安全性很高。
（3）双网络平台冗余的高可靠性设计
PPC200万能PLC及电脑等均是双网口双数据库并行工作结构，双网络间有通道，此拓扑结构与平台软件相结合，可靠性达99.99%。
（4）控制系统的安全“预警”设计
PPC200还有报警数据的提前预警功能，同时还具有相关数据的逻辑预警功能，可以有效地防止报警失效时的安全问题。
（5）系统采用PLC的“脱机控制”设计
PLC用电脑进行二次编程后独立工作，复杂的自动控制不依赖于电脑，当系统电脑故障或电脑关机时，整个自动控制系统仍可以正常工作，自动控制达到“脱机控制”高可靠性。
（6）PPC200万能PLC模块的“永不死机”设计
工业现场尤其是舰船现场有强大的电磁干扰及电磁冲击，AutoNet及PPC200硬件CPU能抗20000V静电干扰及强大的电磁干扰与冲击，但实际应用中雷电等超强大的电磁冲击，任何硬件均无法抵御，容易造成软件混乱而“死机”。为此，AutoNet及PPC软件设计采取3项软件措施，绝对杜绝此类情况的发生，使整个系统成为“不倒翁”，永不死机。
（7）Autonet平台不设操作系统，平台专用协议固化在ETN2000接口芯片中；以太网VLAN区域广播基础协议固化在以太网芯片中；控制模块采用PLC二次编程固化在EEPROM中。因此任何病毒入侵都不会影响平台控制系统的正常工作，不会使平台瘫痪。
（8）该平台采用的VLAN区域广播报文中具有“动态I/O密码”，网络上的干扰入侵也不会使平台混乱或瘫痪。
三、AutoNet及PPC在船舶与海洋工程中的应用
2000年以后我国建造的大中型军舰上普遍使用了AutoNet及PPC技术，应用AutoNet及PPC200设备的民用船舶达到100多艘，十几年来安全航行于世界各海域。PPC200第3代模块已批量制造超过2000多台，技术成熟，产品长期稳定可靠。目前，国内各救捞局大部分船舶主动力遥控监测均采用PPC及AutoNet技术。上海救捞局自航八锚精密定位工程船全船采用AutoNet及PPC整船配套，包括机舱及甲板机械，整船配套结构如图6所示。此外，某中型舰及部分民船采用PPC技术作电力系统监控；某超大型舰辅助系统采用了AutoNet及PPC，用“热带”、“寒带”、“温带”指令可以同时群控数百个设备，自动化程度高，稳定可靠；民船设备的环保控制部分使用了PPC等等。
AutoNet及PPC200创新基础技术的研发与应用促进了绿色安全航运的发展及海洋工程的强化，此前我国船舶与海洋领域的PLC控制器市场绝大部分被西门子及ABB等进口厂家所垄断，AutoNet及PPC200在技术上采用分布数据库平台，其推广应用打破了国外技术的垄断，随着AutoNet及PPC200技术向整个工业自动化领域的拓展推广，必将实现更大规模的进口替代，产生更加显著的经济效益与社会效益。同时AutoNet平台能使“黑匣子”移到岸上工作，解决了世界上打捞“黑匣子”的难题。
