传统上，动力装置控制系统专用于维持功率消耗和生产之间的平衡。在柴油- 电力动力装置中，这通常意味着如果发动机的平均负荷在预设的时段内高于预定的负荷依赖型启动限值，电力管理系统 (PMS) 启动发动机。同样地，如果发动机的平均负荷在预设的时段内高低于预定的负荷依赖型停止限值，电力管理系统(PMS) 停止发动机。通常存在与运行状况有关的约束，确定在当前运行状况中所需的最低动力装置容量。此类约束与最小的运行发动机数和动力性能等有关。
当传统的电力管理系统 (PMS) 操纵动力装置时，典型的策略就是与运行的发动机平均分摊负荷，使与各发电机的最大输出有关的负荷相等。这虽然可能是在发电机之间分摊负荷的最简易的方法，但对燃料消耗而言不是最佳的。此外，柴油发电机等动力装置资产随时间变化。由于部件磨损的原因，燃油消耗率 (SFOC)特征曲线会随时间变化，其中，燃油消耗率 (SFOC)特征曲线是说明对发动机的相对负荷而言，柴油发动机生产一个单元的电能所需的燃料数量。从数年来几十艘船的数据看，在大修周期内以燃油消耗率 (SFOC)为单位的燃料消耗可最多提高 3-6 %。为了随时最佳地运行发电机，需要自适应的解决方案。
动力装置运行的另一个主要因素是传统的解决方案在确定运行哪个资产来生产所需动力时不考虑即将发生的运行状况。在船舶营运中，因船舶分配有任务，因此，运行状况通常是预知的，而且运行是计划好的，从而使任何得到执行。此外，提供天气预报以预测即将发生的运行工况。
本文介绍了有关动力装置优化的垂直集成概念，其中运行计划自动与预测性优化解决方案对接，以便计划动力装置运行的方式。除了规划动力装置运行外，还实施了低级动力装置优化，以便实时地、最佳地运行动力装置，从而考虑预定运行以及持续的实际需求，确保在发动机的整个生命周期内进行最佳运行，以实现连续的最佳运行。
ABB Ability™ 平台
ABB Ability™ 平台是 ABB 集成工业互联网平台和用于建立和连接 ABB Ability™ 解决方的技术平台，比如，用于船舶运营管理和优化的ABB Ability™ 船舶咨询系统 OCTOPUS 软件。该平台包含数个数字启动型技术，具备设备、边缘和云级别，运行ABB 自主技术和工业软件，同时利用微软企业级 Azure 云基础设施、网络安全和服务。
当前集成于Ability™ 平台的其中一个此类技术是先进过程控制与分析 (APCA) 套装，提供面向监控、预见性分析和闭环控制的分析与优化 (A&O) 服务。先进过程控制与分析 (APCA) 套装使其所应用的先进控制器和软传感器（即分析仪）通过 IoT 启动型协议OPCUA 与 ABB Ability Edge 进行通信，并且可在边缘(Edge) 、分布式控制系统和 ABB Ability™ 云上运行。
通过ABB Ability™ Edge 和 Nexus，用户可以对数据进行过滤、聚合、分析、处理和储存等，以实现冗余和 ABB Ability™ Cloud 与图 1 所示的装置之间的传输。
此外，通过 ABB Ability™ 平台，控制和调试工程师能够开发直观界面，对所应用的控制器及仪表板的参数进行调整和配置，从而实现图 2 和图 3 所示的关键过程变量的数据可视化。
ABB Ability™ OCTOPUS 的垂直整合概念
在标准的船舶操作中，有多种通常由各类人员执行的规划和决策类型。确定操作等级的方法有多种。在本文中，按决策和规划等级，营运分为垂直等级，由代表该等级的运行动态的时间常数定义。
目前，该等级的操作是手动的。规划和管理以下等级属于船上操作行等级。在这种情况下，船上操作包括人员通常参与决策甚至参与连续控制的活动。船上操作的标准时间常数从数秒到数时不等。该层面的操作可以是人工的或自动的，视情况而定。船上操作层指令自动化和控制系统层，其中，自动化和控制系统层由多个子系统组成。该层操作是全自动的，但可通过手动控制的备份功能除外。该层的标准时间常数从 1毫秒到 1 秒不等。最低级的层次结构由设备组成。这些设备为单个设备或子系统，比如，推进电机、变频器、柴油发电机等，由嵌入式控制系统控制，其中，嵌入式控制系统仅涉及一个系统。该层的标准时间常数从数微妙到数毫秒不等。该设备层的操作是全自动的，但备份手动控制功能除外。
在传统的船舶操作中，在低层中通常不是以自动的方式利用高级层次结构的信息变量来启动低层经优化的系统层级控制。同样地，在高层中通常不是以自动的方式利用低层信息变量来实现更好的规划和决策。这导致次优系统层行为。
垂直整合概念是通过 ABB Ability™ 启动，用于最佳动力装置运行，将动力装置的数据到分析和最佳控制的回路封闭。在最高层级中，船上或岸基操作人员对电压进行规划使船舶任务能够在考虑到最大速度、所需抵港时间 (RTA) 等操作约束的情况下尽量高效地得到执行。航次计划取决于船舶模型知识和未来天气预测等。一旦航次计划完成，航次期间的动力需求可通过使用船舶模型，经优化的速度分布图和天气预报进行预测。此外，辅助动力需求可根据环境条件和当前情况等进行预测。通过利用对未来动力需求的预测，动力装置运行可提前进行规划。这包括对储能系统的充电和使用进行规划，以及显著地在多种运行状态中算入运行效率。
面向动力装置资源的航次计划和经优化的操作计划在管理日常运行时提供有价值的信息。经优化的动力装置操作计划可供按二级运行的、预测时域为数分钟的低层优化。闭环优化整合到电力管理系统 (PMS) ，利用高层优化的结果和动力装置的实际测量状况及功率需求，以操作发电设备，比如，非对称给定值下的柴油发动机，以及启动和停止合适的发动机。
ABB Ability™ OCTOPUS 预见性动力装置优化
预见性动力装置优化将预测的船舶整个航次或航段的功率需求作为输入，并通过确定航次期间每台发动机的最佳负荷，在最大程度上减少燃料支出。因此，预测时域将跨域数十小时，用于优化的采样时间定为 1小时。长期优化利用模型预测控制 (MPC) 范例确定动力装置在航次中的最佳负荷分布。在模型预测控制(MPC) 中，将过程模型用于预测动力装置在数个时间样本段（预测时域）内的状态。随后，在更短的时间间隔（优化时域）内确定使动力装置处于所需的状态的最佳控制序列。在每个采样时间内重复该过程。
OCTOPUS 提供预测时域内的总功率需求预测。各类功率需求类型根据数据或经数据提炼纳入到OCTOPUS，而 OCTOPUS 能够提供非常准确的预测。例如，OCTOPUS 能够根据航次计划、主要的或预测的天气状况、包括加载状况在内的船舶时变特征或船体出现的生物污染程度对总推进功率进行预测。同样，OCTOPUS 能够根据乘客人数和天气状况预测邮轮空调的功率需求。
OCTOPUS 还对实际负荷范围内的各柴油发电机的燃油消耗率 (SFOC) 进行监控。由于柴油发动机的磨损，所导致的维护行为和燃油品质类型的差异，燃油消耗率 (SFOC) 会随时间发生很大的变化，对动力装置的最佳负荷分布带来重大的影响。当然，在缺少SFOC时，可将监控柴油发动机制造商规定的燃油消耗率(SFOC) 曲线用作动力装置优化的输入，但这不应为默认情况。
对动力装置的燃料消耗进行建模，作为发动机负荷和联机状态的非线性功能。优化考虑到各柴油发电机(DG) 的、受监控的燃油消耗率 (SFOC) 曲线以及用户定义的任何约束。此类约束可对单个柴油发电机 (DG)进行限制，要求分配相同的负荷给部分柴油发电机(PD) 或将一个台或多台柴油发电机 (DG) 一起排除在优化之外。在后一种情况中，在确定其他发电设备的最佳负荷时将排除优化的柴油发电机 (DG) 生产的电力作为前馈变量加以考虑。
优化得到的输出为每台柴油发电机在整个优化时域内的负荷以及联机状态。这些变量的操控成本经过定义，并在优化考虑的范围之内。尤其是，在优化时域内启动或关闭柴油发电机的适度的高成本可进行分配。因此，柴油发电机 (DG) 的联机状态的频繁切换是可以避免的。
通过智能电力管理系统封闭回路
电力管理系统 (PMS) 提供远程控制发电功能和系统技术。电力管理系统 (PMS) 还操作状态监控，并从各类控制位置收集信息。ABB 船用电力管理系统 (PMS)用户界面示意图见图 5。
为了最佳地操作动力装置，电力管理系统 (PMS) 进行了改造，提供额外的界面，以将分析到最佳控制的回路封闭。电力管理系统 (PMS) 负责根据实际规范对电力管理和优化层之间的界面进行规范化，这样，动力装置硬件的界面可根据实际规范进行改造，并且优化器的界面可保留无需进行改造。
动力管理系统 (PMS) 与优化器之间的界面经过简化，为优化器提供所需的反馈和指令信号，尽管如此，动力管理系统 (PMS) 仍保留对动力装置控制的全部责任，并且在必要时从优化器接管控制。这对确保保证操作层次结构和安全很重要。
在动力管理系统 (PMS) 上运行的闭环式动力装置优化器能够请求可用的发动机进行控制并选择使用哪台发动机作为摆式发动机，以促使负载交替。每台发动机的控制限于启动、停止，并且为所需工作点的参考。
优化器利用和 OCTOPUS 预测式动力装置优化器一样的自适应的燃油消耗率 (SFOC) 曲线。经预估的燃油消耗率 (SFOC) 用于分摊当前运行的柴油发电机之间的负载，以便在最大程度上减少实际的燃油消耗。利用所需功率的短期预测进行优化，以此实施最小化。预测时域涵盖柴油发电机的启动时间。优化器还能够在必要时启动新的柴油发电机和在有利的情况下停止柴油发电机。值的注意的是，该解决方案可建议在不同柴油发电机之间进行非均等的负载分摊。闭环式动力装置优化器功能作为本地代码运行于 800xA 系统，因而完全集成到动力管理系统 (PMS) 。