一種即插即用的船舶機艙監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方法

姚晨　王立君

摘 要：傳統(tǒng)的船舶機艙監(jiān)控系統(tǒng)在監(jiān)控模塊出現(xiàn)故障時，存在著模塊更換速度慢，更換方式復(fù)雜，系統(tǒng)自動修復(fù)能力低的特點。該文提出了一種即插即用的船舶機艙監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方法，該方法實現(xiàn)了船舶機艙監(jiān)控系統(tǒng)模塊的自動識別和配置，提高了船舶機艙監(jiān)控系統(tǒng)的生產(chǎn)速度，降低系統(tǒng)維護成本，提高了系統(tǒng)的自動化程度。

關(guān)鍵詞：船舶機艙監(jiān)控系統(tǒng) 即插即用 CAN總線 以太網(wǎng)總線 設(shè)備管理

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）06（c）-0011-03

隨著智能船舶的高速發(fā)展，要求船舶機艙監(jiān)控系統(tǒng)具有快速自動修復(fù)能力。工業(yè)4.0的普及，要求能夠快速批量的生產(chǎn)船舶機艙監(jiān)控系統(tǒng)，該文提出了一種即插即用的船舶機艙監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方法，以下對該方法進行探討。

1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲設(shè)計

整個系統(tǒng)包含監(jiān)測系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、電力系統(tǒng)和其它系統(tǒng)，分系統(tǒng)之間通過以太網(wǎng)總線實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，分系統(tǒng)內(nèi)部模塊通過CAN總線[2]實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。分系統(tǒng)中各I/O模塊將各自采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到CAN總線上，互聯(lián)網(wǎng)關(guān)將CAN總線上的數(shù)據(jù)通過相應(yīng)的協(xié)議轉(zhuǎn)換，發(fā)送至以太網(wǎng)總線上，通過交換機數(shù)據(jù)交互，集控室、駕駛室、船長室、輪機長室等接收到相應(yīng)的模塊數(shù)據(jù)。當集控室、駕駛室、船長室、輪機長室等需要發(fā)送控制指令時，先將該指令發(fā)送至以太網(wǎng)總線，分系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)關(guān)收到以太網(wǎng)數(shù)據(jù)之后將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成CAN數(shù)據(jù)，發(fā)送至CAN總線，各I/O模塊收到CAN總線上的指令之后，執(zhí)行相應(yīng)的輸出功能。船舶機艙監(jiān)控系統(tǒng)主要架構(gòu)如圖1所示。

2 設(shè)計與實現(xiàn)

由圖1可知，整個系統(tǒng)主要包括兩層網(wǎng)絡(luò)（以太網(wǎng)，CAN網(wǎng)），三層設(shè)備（I/O模塊，互聯(lián)網(wǎng)關(guān)，上位機）組成。根據(jù)系統(tǒng)原理，在上位機中設(shè)計設(shè)備管理器，設(shè)備管理器實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)關(guān)模塊的即插即用功能，互聯(lián)網(wǎng)關(guān)模塊實現(xiàn)I/O模塊的即插即用功能，從而實現(xiàn)整套系統(tǒng)的即插即用功能。

2.1 互聯(lián)網(wǎng)關(guān)模塊即插即用設(shè)計

互聯(lián)網(wǎng)關(guān)模塊的即插即用由設(shè)備管理器實現(xiàn)，其流程如圖2所示，主要包括以下幾項功能。

2.1.1 判斷是否有出廠配置模塊

如果模塊出現(xiàn)故障，根據(jù)文中的提示，當操作人員更換出廠配置模塊之后。設(shè)備管理器根據(jù)該模塊發(fā)送的心跳報文，判斷該模塊類型是否與故障模塊類型一致，如果類型一致，則該模快將進入配置隊列，等待設(shè)備管理器對該模塊進行參數(shù)配置。

2.1.2 判斷同類型故障模塊是否唯一

設(shè)備管理器根據(jù)文中的判斷，確定同類型故障模塊是否唯一。

2.1.3 配置模塊

根據(jù)文中的對應(yīng)關(guān)系，下載該模塊的參數(shù)，固件以及該系統(tǒng)的參數(shù)，完成模塊的配置。如在網(wǎng)絡(luò)中，放入兩塊出廠配置的互聯(lián)網(wǎng)關(guān)模塊，則兩塊互聯(lián)網(wǎng)關(guān)模塊由于IP地址相同，產(chǎn)生沖突，將進行故障報警，而設(shè)備管理器將無法收到出廠互聯(lián)網(wǎng)關(guān)模塊的心跳報文，設(shè)備管理器不做任何操作。

2.2 I/O模塊即插即用設(shè)計

I/O模塊的即插即用由互聯(lián)網(wǎng)關(guān)模塊實現(xiàn)，其流程如圖3所示，主要包括以下幾項功能。

2.2.1 判斷是否有出廠配置模塊

如果模塊出現(xiàn)故障，根據(jù)（2）中的提示，當操作人員更換出廠配置模塊之后。互聯(lián)網(wǎng)關(guān)模塊根據(jù)該模塊發(fā)送的心跳報文，判斷該模塊類型是否與故障模塊類型一致，如果類型一致，則該模快將進入配置隊列，等待互聯(lián)網(wǎng)關(guān)模塊對該模塊進行參數(shù)配置。

2.2.2 判斷同類型故障模塊是否唯一

互聯(lián)網(wǎng)關(guān)模塊根據(jù)（1）中的判斷，確定同類型故障模塊是否唯一。

（1）配置模塊。

根據(jù)（4）中的對應(yīng)關(guān)系，下載該模塊的參數(shù)，完成模塊的配置。

（2）I/O模塊重復(fù)報警。

如果在CAN網(wǎng)絡(luò)中，放入兩塊及以上同類型出廠配置的I/O模塊，互聯(lián)網(wǎng)關(guān)模塊根據(jù)同一時間內(nèi)收到的心跳數(shù)量，確定該網(wǎng)絡(luò)中有超過一塊同類型出廠配置的I/O模塊，互聯(lián)網(wǎng)關(guān)將該信息通過以太網(wǎng)輸出至設(shè)備管理器，設(shè)備管理器進行I/O模塊重復(fù)報警。

3 應(yīng)用實例

該系統(tǒng)已在該所研制的某型號船舶機艙監(jiān)控系統(tǒng)中成功應(yīng)用，該系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖如圖1所示。該系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)關(guān)模塊配置信息見表1，分系統(tǒng)以監(jiān)測系統(tǒng)為例進行說明，監(jiān)測系統(tǒng)配置信息見表2。

整個系統(tǒng)在實現(xiàn)過程中應(yīng)用即插即用功能，整個即插即用過程如下。

3.1 配置監(jiān)測系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)關(guān)模塊

將出廠配置互聯(lián)網(wǎng)關(guān)模塊放入該系統(tǒng)中，設(shè)備管理器讀取出廠配置互聯(lián)網(wǎng)關(guān)模塊信息，并且根據(jù)IP地址大小將其配置成監(jiān)測系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)關(guān)模塊。endprint