COTS技术使杜鲁门号航空母舰自动化

来自美国控制公司(弗吉尼亚州里士满)的工程师使用商用现货(COTS)自动化设备完成了美国海军航空母舰的首次大规模自动化。自动化为航空母舰上的航空燃料管理提供了最先进的控制。使用商用设备降低了建造成本、操作船舶的人员要求和维修时间，同时提高了系统故障检测时间，并提供了增强的后勤支持。

欢迎登上美国哈里·s·杜鲁门号航母(CVN75)，尼米兹级核动力航空母舰。

它的甲板长近1100英尺，宽超过250英尺。满载时，排水量超过10万吨，以超过30节的速度移动，尽管实际速度是保密的。这艘船可以在海上停留10年以上，携带超过300万加仑的燃料，以及100多架世界上最先进的飞机和顶级飞行员。

航空母舰的主要功能是发射和回收战机，这是其指定防御任务的一部分。飞行甲板油箱必须一直有燃料可用。

尽管其先进舰艇上的系统具有至关重要的性质和复杂性，但海军希望摆脱专有的、独一无二的控制系统，转而支持COTS产品。

然而，COTS硬件不能仅仅是购买和安装。除了原型装置外，所有硬件都需要满足与它所取代的传统军事硬件相同的规格和测试。

自动化工作的背后是为期五年的讨论、设计报告、产品选择测试、应用软件开发测试、硬件构建、船舶安装测试和海上试验。

“杜鲁门”号的两个燃料管理系统采用了一种保守的自动化方法，分别位于前部和后部。首先完成后部配置，在锚地进行安装和测试，然后在飞行期间进行海上测试。在完成这个测试并做了一些小的修改之后，在一次海上补给行动中进行了额外的测试。该作业完成后，前置燃料系统安装完成。

与该项目的相关人员选择了西门子能源与自动化公司(Alpharetta, Ga.)S7-416 plc，主要是因为其在网络、性能、冗余选项和开放协议方面的能力。这些控制器在“暖备份”模式下运行，通过西门子冗余ET200M I/O接口模块同时读写I/O点。

控制器和I/O点之间的通信是Profibus-DP，速率为1.5 Mb/秒。选择Profibus是因为其速度快、可用产品种类多以及作为国际标准的地位。CNV75项目主要使用西门子I/O设备，但这些船上的其他应用程序也有来自其他供应商的I/O产品。

生存能力

为了提高系统的生存能力，I/O设备和控制器连接使用西门子光链路模块实现，该模块支持双光纤环。在通信路径中断的情况下，数据沿相反方向绕环传播，仍然保持通信路径。在多次通信中断的情况下，控制器保持双向通信的能力，并与剩余的I/O点一起工作。控制器位于战略上分开的区域。

网络通信使用商用以太网交换机/集线器进行管理。这些设备通过多条光纤通信路径进行通信以提高生存能力。

燃油管理系统的主要工作是监测油箱液位，指挥和联锁阀门，监测海水的存在，警报油箱溢流状况，以及监测净化器和其他设备。

该系统经应用性能良好。每次扫描，无论是向前还是向后，执行所有设备的逻辑，所有油箱表查找功能，冗余代码，详细的系统诊断，并在大约110毫秒内在控制器之间同步设备数据。HMI屏幕更新在一到两秒内完成。

测试和试验表明，COTS设备可以满足许多军事应用的作战需求。

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