船用设备远程运维设备接入规范

ICS FORMTEXT点击此处添加ICS号FORMTEXT点击此处添加中国标准文献分类号FORMTEXT     T/CSNAME055-2022船用设备远程运维系统设备接入规范AccessspecificationformarineremoteoperationandmaintenanceequipmentFORMDROPDOWNFORMTEXT     2022-09-30发布FORMTEXTXXXX-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX实施FORMTEXT中国造船工程学会   发布T/CSNAME055—2022船用设备远程运维系统设备接入规范范围本文件规定了远程运维系统对于船用设备集成接入的技术要求、接入方法和测试要求。本文件适用于船用设备集成接入船用设备远程运维系统的接口设计及实施。规范性引用文件下列文件对于本文件是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。T/CSNAME050-2022船用设备智能集成与远程运维标准通则术语和定义下列术语和定义适用于本文件。船用设备marineequipment依据《船舶工业标准体系》（2012），船用设备主要包括：锅炉与压力容器、舱室辅机与机舱设备、甲板机械、船舶消防设备、船舶环保设备、船舶通讯导航设备、船舶管路附件、液压与气动元件等。船用设备远程运维系统remoteoperationandmaintenancesystemofmarineequipment围绕船用设备“远程监测、远程操控、远程运维”三类智能应用场景，实现船岸一体设备运维功能的软硬件系统载体。数据接入dataaccess指为实现船用设备远程运维系统功能开展的获取设备相关数据的活动。设备数据采集devicedatacollection指获取设备可监测的状态信息的活动。设备数据处理devicedatahandling指将设备可监测的状态信息转化为系统分析需要的数据内容的活动。边缘层设备数据接入devicedataaccessinedgelayer指直接与设备对象连接后获取设备数据的活动。数据采集硬件hardwarefordevicedatacollection为了数据采集功能实现需要的用于设备物理连接和通信的硬件设备合集。数据采集软件softwarefordevicedatacollection具备数据采集功能的软件系统。缩略语PLC：可编程逻辑控制器(programmablelogiccontroller)FPGA：现场可编程门阵列(fieldprogrammablegatearray)SCADA：监控与数据采集(supervisorycontrolanddataacquisition)AMS：机舱监测报警系统(alarmmonitoringsystem)CAN：控制器域网(controllerareanetwork)IEEE：电气与电子工程师协会(instituteofelectricalandelectronicsengineers)RTU：远程终端设备(remoteterminalunit)TCP：传输控制协议(transmissioncontrolprotocol)NMEA：国家海洋电子协会(nationalmarineelectronicsassociation)HTTP：超文本传输协议(hypertexttransferprotocol)MQTT：消息队列遥测传输(messagequeuingtelemetrytransport)JSON：JavaScript对象表示法(javascriptobjectnotation)XML：可扩展标记语言(extensiblemarkuplanguage)VLAN：虚拟局域网(virtuallocalareanetwork)PING：分组互联网分组器(packetinternetgrouper)设备集成接入技术要求集成接入设备类别船用设备远程运维系统可集成接入的设备包括但不限于以下几类：设备部署有传感装置，传感装置具备数字量输出的能力；设备部署有PLC、FPGA等具备数据采集能力的硬件采集模块，模块具备接口；设备部署有SCADA系统，系统可提供第三方软件接口；设备被AMS等第三方集成监控系统集成。网络通信的能力要求船用设备远程运维系统主要通过现场总线、船端以太网、船端光纤网络等通信网络实现对船用设备的物理接入，系统应具备以下通信网络的通信能力：现场总线通信，支持建立连接船端设备和自动化控制系统的数字式、双向传输、分支结构的通信网络，包括Profibus、CAN、Modbus等；船端以太网，支持建立船端设备通信的局域网络，遵循IEEE802.3标准；船端光纤网络，支持建立采用无源光网络技术实现的不受电磁干扰、传输距离远、高安全性通信网络。硬件接入要求基船用设备远程运维系统应具备专用硬件设备采集、通用硬件设备接入能力：专用硬件采集：具备对船端传感器、变送器等专用感知设备的数据采集能力。通用硬件采集：具备对船端PLC、RTU、嵌入式系统、IPC等通用控制设备的数据采集能力。对部署传感装置设备和部署专用硬件采集模块的设备集成接入，应提供传感装置的物理接口协议、通信协议及接口格式。对部署通用硬件采集模块的设备集成接入，应提供模块的物理接口地址、通信协议。船用设备运维系统应支持TCP、RS485、RS232、CAN等通用物理接口协议，支持Profinet、ModbusTCP、ModbusRTU、ModbusASCII、NMEA、OPCUA、OPCDA等通信协议。软件接入要求船用设备远程运维系统应具备专用软件系统集成接入能力，具备对船端通信导航系统、船舶机舱自动化监控系统等专用智能设备软件系统的数据采集能力。对部署SCADA系统和第三方集成监控专用软件系统的集成接入，需提供软件接口协议及接口格式。船用设备运维系统应支持HTTP、MQTT、WebSocket、WebService等常用软件通信接口协议，数据格式支持JSON、XML等通用格式。设备集成接入方法要求设备集成接入架构船用设备远程运维系统集成接入架构如图1所示，设备集成接入包括数据采集硬件、数据采集软件、采集数据库：数据采集硬件实现物理层面与设备的集成连接。数据采集软件应能解析设备提供的通信协议，并根据指定的通信格式提取采集的实时数据。系统应具备采集数据库，包括实时数据库和历史数据库。图1面向远程运维的船用设备集成接入架构图设备数据采集要求根据船用设备状态数据的特点进行数据采集策略的制定，应符合以下数据采集要求：对于采集数据是瞬态或者有限时长的，采集点数应足够大以捕获整个数据。对于周期性数据，采集频率应高于最大被观测频率的2倍，对于瞬态数据，采集频率宜高于瞬态一个数量级。对于高频数据，宜在采集边缘端进行数据预处理和特征提取。根据采集对象的差异，可选择稀疏采集和密集采集两种不同的采样间隔，稀疏采集得到的所有数据宜均被存储，密集采集的持续无异常数据可根据需要增量存储或定期删除。数据采集硬件连接方法RS485、RS232、CAN等硬线连接协议，通过串口服务器进行集成交互，并实现向TCP协议的转化，经串口服务器转化后接入交换机。Profinet、ModbusTCP、TCP/IP、OPCUA、OPCDA等网线连接协议，通过交换机进行集成交互。对于不同网段的设备集成接入，通过路由器或具备VLAN透传功能的交换机实现集成交互。数据采集硬件应具备以下通信协议的转化能力：串口通信协议转以太网通信协议；Profibus通信协议转以太网通信协议；Modbus通信转以太网通信协议；CAN通信转以太网通信协议。数据采集软件功能要求数据采集软件应基于设备IP地址、端口地址和通信协议获取设备传输的信息。数据采集软件应基于通信协议明确的或设备自定义的接口格式，解析设备传输的信息，并将解析的信息和设备标识关联。软件解析后的设备运维数据应加上时间戳标识，并存储在数据库内。设备数据处理要求数据预处理边缘层设备数据接入应具备以下数据预处理功能：异常数据清除：根据对特定数据设置正常数据取值范围，清除正常数据取值范围外的数据。离群点数据清除：根据设置的离群点数定义数据规则，剔出离群点数据。数据标准化处理：根据设定的数据取值范围，将原始数据转化为归一化数据。指标数据单位转化：根据设定指标转化规则，转化原始数据为新的度量单位的数据。数据存储要求边缘层设备数据接入应具备数据缓存能力，宜以时序数据的方式对所采集的数据进行存储。对未成功传输到服务器的数据，至少可保留30日。设备集成接入测试要求集成接入船用设备测试远程运维系统的设备需进行接入测试，包括但不限于以下测试内容：测试设备物理连接的正确性；测试设备信息交互的正确性；测试设备协议解析的正确性；测试设备采集数据的正确性。物理连接测试可通过PING设备IP的方式进行，即通过操作系统自带的命令提示符检测与设备的网络连接情况。信息交互测试应通过白盒测