CN107807567A - 船用分布式监测报警及控制*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种船用分布式监测报警及控制***，属于船舶监测及报警***，用于船舶状态控制与监测，其包括信息监控层和现场总线层，其中所述信息监控层包括至少一个主机和至少一个的备用机构成的上位机单元，且主机与备用机之间通过网关和以太网连接以实现自动切换；所述现场总线层通过网关和以太网与信息监控层中的上位机单元进行数据交换；所述现场总线包括采集模块单元、延伸报警单元、现场总线；鉴于上述技术方案，其采用分布式设计和去中心化设计、以太网LAN与CAN现场总线相结合的船用分布式监测报警及控制***，能够实现双网络、可靠性更高的船舶监测报警及控制，避免了***中存在的中心节点故障导致***瘫痪问题。

Description

船用分布式监测报警及控制***
技术领域
本发明属于船舶监测及报警***，具体地说，尤其涉及一种船用分布式监测报警及控制***。
背景技术
船舶分布式监测报警及控制***是构成各种船舶自动化***的平台***，通过配置和组态开发，可以比较快捷实现如船舶机舱监测报警***、船舶主机遥控***、船舶液位遥测和阀门遥控***等船舶自动化***产品，主要是完成船舶热工参数、液位参数及其他参数遥测、自动数据处理及报警和辅助控制等功能，同时通过网关模块双向连接，与船舶其它自动化设备如：电站自动化、航行设备等连网。但是，现有船舶自动化***产品技术架构往往依赖于中心化节点设计，即存在单点故障瓶颈问题，当中心节点异常时，***将完全瘫痪。
发明内容
本发明的目的在于提供一种船用分布式监测报警及控制***，其采用分布式设计和去中心化设计、以太网LAN与CAN现场总线相结合的船用分布式监测报警及控制***，能够实现双网络、可靠性更高的船舶监测报警及控制，避免了***中存在的中心节点故障导致***瘫痪问题。
为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明所述的船用分布式监测报警及控制***，包括信息监控层和现场总线层，其中所述信息监控层包括至少一个主机和至少一个的备用机构成的上位机单元，且主机与备用机之间通过网关和以太网连接以实现自动切换；所述现场总线层通过网关和以太网与信息监控层中的上位机单元进行数据交换；所述现场总线包括采集模块单元、延伸报警单元、现场总线；
其中，所述集采模块单元根据上位机单元配置后的配置信息，从现场总线中通过I/O模块单元实现数据采集、采集信号处理、数据报警判断、数据量程转换，并将处理后的数据发送至现场总线；
所述上位机单元通过网关和以太网从现场总线中获得包括输出、报警组计算、蜂鸣器报警、消声定光处理、显示保存数据任务的数据进行工作，并对上述数据进行采集处理后通过网关和以太网将处理后的数据发送到现场总线；
所述延伸报警单元通过现场总线获取报警组计算、蜂鸣器报警、消声定光处理、显示任务中的一种或多种数据，并将上述数据进行采集和处理后，通过网关及以太网发送到现场总线。
进一步地讲，本发明中所述的集采模块单元中的I/O模块采用双CPU设计，其中一个CPU负责I/O传感器采样或控制输出，另一个CPU负责数据处理，并通过冗余现场总线接口与其他I/O模块、触摸屏单元或者上位机单元进行通讯。
进一步地讲，本发明中所述的I/O模块选用16路混合模拟量输入2路数字量输出模块、16路4-20MA输入2路数字量输出模块、16路数字量输入8路数字量输出模块、32路数字量输入8路数字量输出模块、16路数字量输出8路数字量输入模块、8路模拟量输出8路数字量输出模块、16路数字量输出8路数字量输入模块、24路综合信号模块中的一种或多种。
进一步地讲，本发明中所述的网关包括网络数据转换模块，所述网络数据转换模块用于实现CAN协议转ETHERNET协议、RS485协议转ETHERNET协议、CAN协议转RS485协议、CAN协议转CAN协议隔离中的一种或多种通讯协议接口转换与隔离。
进一步地讲，本发明中所述的船用分布式监测报警及控制***的模拟量检测精度≤±5‰。
进一步地讲，本发明中所述的船用分布式监测报警及控制***的模拟量包括电流、电压、热电阻、热电偶信号。
进一步地讲，本发明中所述的集采模块单元的测点数量≤3000，测点超限报警时间与上位机单元传递至延伸报警单元显示报警时间的间隔＜2S。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明采用分布式、去中心化的设计，将***网络结构分为信息监控层和现场总线层，并且将任务交由各单元独立完成，任何单元(包括上位机单元)的故障，除了本模块功能丧失外，不会造成***的其他模块功能的丧失例如上位机单元故障，延伸报警单元功能不受影响，由采集模块单元生产出的报警数据，延伸报警单元依然可以正常接收处理。
附图说明
图1是本发明的原理框图。
具体实施方式
下面结合实施例对本申请所述的技术方案作进一步地描述说明。
实施例1：一种船用分布式监测报警及控制***，包括信息监控层和现场总线层，其中所述信息监控层包括至少一个主机和N(N≥1)个备用机构成的上位机单元，且主机与备用机之间通过网关和以太网连接以实现自动切换；所述现场总线层通过网关和以太网与信息监控层中的上位机单元进行数据交换；所述现场总线包括采集模块单元、延伸报警单元、现场总线；其中，所述集采模块单元根据上位机单元配置后的配置信息，从现场总线中通过I/O模块单元实现数据采集、采集信号处理、数据报警判断、数据量程转换，并将处理后的数据发送至现场总线；所述上位机单元通过网关和以太网从现场总线中获得包括输出、报警组计算、蜂鸣器报警、消声定光处理、显示保存数据任务的数据进行工作，并对上述数据进行采集处理后通过网关和以太网将处理后的数据发送到现场总线；所述延伸报警单元通过现场总线获取报警组计算、蜂鸣器报警、消声定光处理、显示任务中的一种或多种数据，并将上述数据进行采集和处理后，通过网关及以太网发送到现场总线。
实施例2：一种船用分布式检测报警及控制***，其中所述集采模块单元中的I/O模块采用双CPU设计，其中一个CPU负责I/O传感器采样或控制输出，另一个CPU负责数据处理，并通过冗余现场总线接口与其他I/O模块、触摸屏单元或者上位机单元进行通讯。所述I/O模块选用16路混合模拟量输入2路数字量输出模块、16路4-20MA输入2路数字量输出模块、16路数字量输入8路数字量输出模块、32路数字量输入8路数字量输出模块、16路数字量输出8路数字量输入模块、8路模拟量输出8路数字量输出模块、16路数字量输出8路数字量输入模块、24路综合信号模块中的一种或多种。其余部分的结构及连接关系与任一前述实施例中所述的结构及连接关系相同。
实施例3：一种船用分布式检测报警及控制***，其中所述网关包括网络数据转换模块，所述网络数据转换模块用于实现CAN协议转ETHERNET协议、RS485协议转ETHERNET协议、CAN协议转RS485协议、CAN协议转CAN协议隔离中的一种或多种通讯协议接口转换与隔离。所述船用分布式监测报警及控制***的模拟量检测精度≤±5‰。所述船用分布式监测报警及控制***的模拟量包括电流、电压、热电阻、热电偶信号。所述集采模块单元的测点数量≤3000，测点超限报警时间与上位机单元传递至延伸报警单元显示报警时间的间隔＜2S。其余部分的结构及连接关系与任一前述实施例中所述的结构及连接关系相同。
鉴于上述实施例，本申请在使用时，其工作过程及原理如下：
本发明采用分布式和去中心化的设计思路，采用分布式设计和去中心化设计的以太网LAN与CAN现场总线相结合的网络***、可靠性更高的船舶监测报警及控制***。
更具体的，在本发明中，采用生产者——消费者模型设计，消费者模型和生产者模型均包括采集模块单元、上位机单元、延伸报警单元。上位机单元包括一台主机和多台备用机，备用机与主机之间实现自动切换，主机与备用机之间采用以太网络和网关相互连接，并通过以太网和网关与现场总线连接以实现数据交换。以太网与网关、现场总线不同的连接装置之间采用不同的接口与通讯协议，为实现互联互通，在本发明中设置有网络数据转换模块。网络数据转换模块用于实现CAN协议转ETHERNET协议、RS485协议转ETHERNET协议、CAN协议转RS485协议、CAN协议转CAN协议隔离中的一种或多种通讯协议接口转换与隔离。上述网络数据通讯模块的工作温度为零下15℃至零上55℃，湿度为5％～95％，无凝结，壳体的防护等级需要满足IP20。
需要说明的是，由于本发明中使用的是以太网、网关、CAN现场总线，在布线设置过程中需要采用现场总线冗余、全通讯数据冗余、电源冗余的设计模式。
本发明中所述的生产者——消费者模型的含义在于：构成***的每个功能组件都能够进行数据的输出与数据接收后的传递执行。例如，在本发明中的集采模块单元，采用I/O模块进行数据的采集，在采集信号的同时进行采集信号的处理、采集信号中数据的报警判断、对采集数据的量程转换，并将上述采集到的信号传递至现场总线，以实现生产者功能。但是，I/O模块还能够接收上位机单元所下发的配置信息，并且根据配置信息通过CAN现场总线进行输出、报警组计算、蜂鸣器报警、消声定光处理等动作过程。
再例如，本发明中所述的上位机单元，作为生产者角色时，通过从现场总线获取数据，进行输出、报警组计算、蜂鸣器报警、消声定光处理、显示保存数据等任务。作为消费者，上位机单元能够从CAN现场总线中取得数据，并且进行处理后通过以太网和网关传递至CAN现场总线。具体的说，上位机单元需要满足***监控功能和配置***组件功能，包括显示***状态、配置***管理权限、***中监测点的属性配置、排气温度监测、报警/消警功能、历史数据存储与调用、打印功能、实时数据保存等。上位机单元不会因为单一节点的故障造成整体***的瘫痪，采用一主多辅的设计实现快速切换与调用，有效提高***可靠性。
其中，I/O模块包括不同种类的信号处理模块，以实现不同模拟量和数字量的信号接收与处理，包括电压、电流、热电阻、热电偶等。
本发明中所述的延伸报警单元采用触摸屏单元进行人机交互，其接口与I/O模块所采用的接口类型相同。在使用过程中，上述包括触摸屏单元的延伸报警单元工作温度为-15～55℃，湿度保持在5％～95％，无凝结，面板防护等级为IP20。

Claims (7)

1.一种船用分布式监测报警及控制***，其特征在于：包括信息监控层和现场总线层，其中所述信息监控层包括至少一个主机和至少一个的备用机构成的上位机单元，且主机与备用机之间通过网关和以太网连接以实现自动切换；所述现场总线层通过网关和以太网与信息监控层中的上位机单元进行数据交换；所述现场总线包括采集模块单元、延伸报警单元、现场总线；
其中，所述集采模块单元根据上位机单元配置后的配置信息，从现场总线中通过I/O模块单元实现数据采集、采集信号处理、数据报警判断、数据量程转换，并将处理后的数据发送至现场总线；
所述上位机单元通过网关和以太网从现场总线中获得包括输出、报警组计算、蜂鸣器报警、消声定光处理、显示保存数据任务的数据进行工作，并对上述数据进行采集处理后通过网关和以太网将处理后的数据发送到现场总线；
所述延伸报警单元通过现场总线获取报警组计算、蜂鸣器报警、消声定光处理、显示任务中的一种或多种数据，并将上述数据进行采集和处理后，通过网关及以太网发送到现场总线。
2.根据权利要求1所述的船用分布式监测报警及控制***，其特征在于：所述集采模块单元中的I/O模块采用双CPU设计，其中一个CPU负责I/O传感器采样或控制输出，另一个CPU负责数据处理，并通过冗余现场总线接口与其他I/O模块、触摸屏单元或者上位机单元进行通讯。
3.根据权利要求2所述的船用分布式监测报警及控制***，其特征在于：所述I/O模块选用16路混合模拟量输入2路数字量输出模块、16路4-20MA输入2路数字量输出模块、16路数字量输入8路数字量输出模块、32路数字量输入8路数字量输出模块、16路数字量输出8路数字量输入模块、8路模拟量输出8路数字量输出模块、16路数字量输出8路数字量输入模块、24路综合信号模块中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的船用分布式监测报警及控制***，其特征在于：所述网关包括网络数据转换模块，所述网络数据转换模块用于实现CAN协议转ETHERNET协议、RS485协议转ETHERNET协议、CAN协议转RS485协议、CAN协议转CAN协议隔离中的一种或多种通讯协议接口转换与隔离。
5.根据权利要求1所述的船用分布式监测报警及控制***，其特征在于：所述船用分布式监测报警及控制***的模拟量检测精度≤±5‰。
6.根据权利要求5所述的船用分布式监测报警及控制***，其特征在于：所述船用分布式监测报警及控制***的模拟量包括电流、电压、热电阻、热电偶信号。
7.根据权利要求1所述的船用分布式监测报警及控制***，其特征在于：所述集采模块单元的测点数量≤3000，测点超限报警时间与上位机单元传递至延伸报警单元显示报警时间的间隔＜2S。
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