一種基於冗餘控制的船舶貨艙液位監控系統及方法與流程

2023-05-18 17:09:01 1

本發明涉及一種貨艙液位監控系統及方法，特別涉及一種基於冗餘控制的船舶貨艙液位監控系統及方法，屬於船舶裝置領域。

背景技術：

船舶貨艙液位監測系統除了用於實現對船艙中所運輸的液態貨物進行液位、壓力和溫度的實時監測之外，還包括壓載水艙的液位、壓力、溫度的監測，以及裝卸貨的速度監測。系統主要應用於化學品船、油品運輸船及各類海上作業平臺，如石油鑽井平臺等。考慮到此類船舶運輸或存儲的貨物比較特殊，均為液態柔性物品，且具有易燃易爆物品特徵，因此，船舶輪機管理人員能夠及時了解船舶艙內的液貨信息是極其重要的事情。船舶貨艙液位監測系統的可靠運行提高了船舶穩定性和船舶安全性。現有對船舶貨艙液位的監測通常都是通過人工測深尺測量液位，既費工費時，難度又大，顯然已經不能適應於現代化船舶。同時，大部分船舶利用串口通信方式初步實現了貨艙液位遠程監測系統，但是這種方式的通信網絡結構過於簡單，一旦某一節點出現故障就會導致整個系統無法正常工作，嚴重影響了船舶的航行安全。

技術實現要素：

本發明基於冗餘控制的船舶貨艙液位監控系統及方法公開了新的方案，採用主計算機結合備用計算機作為人機監控界面，解決了現有方案沒有智能冗餘控制的問題。

本發明基於冗餘控制的船舶貨艙液位監控系統包括冗餘監控裝置、貨艙檢測裝置，冗餘監控裝置與貨艙檢測裝置互通信息，冗餘監控裝置包括主計算機、備用計算機，主計算機與備用計算機互通信息形成冗餘控制，貨艙檢測裝置包括智能貨艙液位監測儀、智能貨艙壓力監測儀、智能貨艙溫度監測儀、智能貨艙裝卸速率監測儀，智能貨艙液位監測儀與液位傳感器a互通信息，智能貨艙壓力監測儀與壓力傳感器互通信息，智能貨艙溫度監測儀與溫度傳感器互通信息，智能貨艙裝卸速率監測儀與液位傳感器b互通信息，液位傳感器a、壓力傳感器、溫度傳感器、液位傳感器b安裝在相應的被測艙室內。

進一步，本方案的冗餘監控裝置與貨艙檢測裝置通過can通信模塊、can總線互通信息，主計算機與備用計算機通過網絡交換機、乙太網互通信息形成冗餘控制。

進一步，本方案的can總線包括can1總線、can2總線，貨艙檢測裝置分別通過can1總線、can2總線與can通信模塊連接。

進一步，本方案的基於冗餘控制的船舶貨艙液位監控系統還包括駕駛室監控終端，駕駛室監控終端通過乙太網與冗餘監控裝置互通信息。

進一步，本方案的貨艙檢測裝置還包括智能壓載艙液位監測儀，智能壓載艙液位監測儀與液位傳感器c互通信息，液位傳感器c安裝在相應的被測艙室內。

進一步，本方案的智能貨艙液位監測儀、智能貨艙壓力監測儀、智能貨艙溫度監測儀、智能貨艙裝卸速率監測儀、智能壓載艙液位監測儀還包括報警模塊，智能貨艙液位監測儀、智能貨艙壓力監測儀、智能貨艙溫度監測儀、智能貨艙裝卸速率監測儀、智能壓載艙液位監測儀根據收到的採集數據異常的信息觸發報警模塊發出報警信息。

進一步，本方案的貨艙檢測裝置還包括智能監測儀遙控終端，智能監測儀遙控終端通過無線網絡向智能監測儀傳送設定參數。

進一步，本方案的冗餘監控裝置還包括移動計算機，移動計算機通過無線網絡讀取貨艙檢測裝置的智能監測儀的數據。

本方案還公開了基於冗餘控制的船舶貨艙液位監控方法，基於冗餘控制的船舶貨艙液位監控方法基於船舶貨艙液位監控系統，船舶貨艙液位監控系統包括冗餘監控裝置、貨艙檢測裝置，冗餘監控裝置與貨艙檢測裝置互通信息，冗餘監控裝置包括主計算機、備用計算機，主計算機與備用計算機互通信息形成冗餘控制，貨艙檢測裝置包括智能貨艙液位監測儀、智能貨艙壓力監測儀、智能貨艙溫度監測儀、智能貨艙裝卸速率監測儀，智能貨艙液位監測儀與液位傳感器a互通信息，智能貨艙壓力監測儀與壓力傳感器互通信息，智能貨艙溫度監測儀與溫度傳感器互通信息，智能貨艙裝卸速率監測儀與液位傳感器b互通信息，液位傳感器a、壓力傳感器、溫度傳感器、液位傳感器b安裝在相應的被測艙室內，包括步驟：⑴主計算機、備用計算機同時上電，主計算機讀取、分析備用計算機的信息後根據信息異常的信號發出故障報警信息，備用計算機讀取、分析主計算機的信息後根據信息異常的信號發出故障報警信息；⑵主計算機讀取貨艙檢測裝置的信息後打包發送給備用計算機備份、分析，備用計算機讀取貨艙檢測裝置的信息後打包發送給主計算機備份、分析，主計算機根據收到的打包信息異常的信號發出故障報警信息，備用計算機根據收到的打包信息異常的信號發出故障報警信息；⑶主計算機在本地顯示終端上顯示貨艙檢測裝置的信息，備用計算機在本地顯示終端上顯示貨艙檢測裝置的信息。

進一步，在本方案的方法中，冗餘控制還包括移動計算機監控過程，移動計算機通過無線網絡讀取貨艙檢測裝置的信息後在本地顯示終端上顯示收到的貨艙檢測裝置的信息。

本發明基於冗餘控制的船舶貨艙液位監控系統及方法採用主計算機結合備用計算機作為人機監控界面，具有效率高，故障率低的特點。

附圖說明

圖1是本發明船舶貨艙液位監控系統的原理圖。

圖2是船舶貨艙液位監控系統計算機冗餘控制流程圖。

具體實施方式

如圖1所示，本發明基於冗餘控制的船舶貨艙液位監控系統的原理圖。基於冗餘控制的船舶貨艙液位監控系統包括冗餘監控裝置、貨艙檢測裝置，冗餘監控裝置與貨艙檢測裝置互通信息，冗餘監控裝置包括主計算機、備用計算機，主計算機與備用計算機互通信息形成冗餘控制，貨艙檢測裝置包括智能貨艙液位監測儀、智能貨艙壓力監測儀、智能貨艙溫度監測儀、智能貨艙裝卸速率監測儀，智能貨艙液位監測儀與液位傳感器a互通信息，智能貨艙壓力監測儀與壓力傳感器互通信息，智能貨艙溫度監測儀與溫度傳感器互通信息，智能貨艙裝卸速率監測儀與液位傳感器b互通信息，液位傳感器a、壓力傳感器、溫度傳感器、液位傳感器b安裝在相應的被測艙室內。為了實現本系統中各部件的通信連接，本方案的冗餘監控裝置與貨艙檢測裝置通過can通信模塊、can總線互通信息，主計算機與備用計算機通過網絡交換機、乙太網互通信息形成冗餘控制。進一步，在數據採集傳送端也實現冗餘設置，進一步降低系統的故障率，本方案的can總線包括can1總線、can2總線，貨艙檢測裝置分別通過can1總線、can2總線與can通信模塊連接，當其中的一條出現故障的時候，另一條可以保證暢通的數據傳送。上述系統採用主計算機結合備用計算機作為監控裝置整體，實現了冗餘監控的目的，降低了系統的故障率。

在上述方案的基礎上，為了實現更遠程的實時監控，本方案還可以增設位於駕駛總控室的監控終端，具體是基於冗餘控制的船舶貨艙液位監控系統還包括駕駛室監控終端，駕駛室監控終端通過乙太網與冗餘監控裝置互通信息，實時掌握貨艙檢測裝置採集的數據信息。

本方案的智能監控方案還可以擴展到壓載艙，實現壓載艙的實時監控，具體是貨艙檢測裝置還包括智能壓載艙液位監測儀，智能壓載艙液位監測儀與液位傳感器c互通信息，液位傳感器c安裝在相應的被測艙室內。進一步，為了實現實時監測的報警功能，本方案的智能貨艙液位監測儀、智能貨艙壓力監測儀、智能貨艙溫度監測儀、智能貨艙裝卸速率監測儀、智能壓載艙液位監測儀還包括報警模塊，智能貨艙液位監測儀、智能貨艙壓力監測儀、智能貨艙溫度監測儀、智能貨艙裝卸速率監測儀、智能壓載艙液位監測儀根據收到的採集數據異常的信息觸發報警模塊發出報警信息。

為了給用戶修改智能監測儀的控制參數提供更多的可用途徑，本方案的貨艙檢測裝置還包括智能監測儀遙控終端，智能監測儀遙控終端通過無線網絡向智能監測儀傳送設定參數，用戶可以將設定參數通過無線方式在線寫入智能監測儀。為了增強冗餘控制的效果，擴展冗餘監控的途徑，本方案的冗餘監控裝置還包括移動計算機，移動計算機通過無線網絡讀取貨艙檢測裝置的智能監測儀的數據，在冗餘監控裝置出現故障的情況下，作為應急方案替代實現其功能。

本方案還公開了基於冗餘控制的船舶貨艙液位監控方法，基於冗餘控制的船舶貨艙液位監控方法基於船舶貨艙液位監控系統，船舶貨艙液位監控系統包括冗餘監控裝置、貨艙檢測裝置，冗餘監控裝置與貨艙檢測裝置互通信息，冗餘監控裝置包括主計算機、備用計算機，主計算機與備用計算機互通信息形成冗餘控制，貨艙檢測裝置包括智能貨艙液位監測儀、智能貨艙壓力監測儀、智能貨艙溫度監測儀、智能貨艙裝卸速率監測儀，智能貨艙液位監測儀與液位傳感器a互通信息，智能貨艙壓力監測儀與壓力傳感器互通信息，智能貨艙溫度監測儀與溫度傳感器互通信息，智能貨艙裝卸速率監測儀與液位傳感器b互通信息，液位傳感器a、壓力傳感器、溫度傳感器、液位傳感器b安裝在相應的被測艙室內，包括步驟：⑴主計算機、備用計算機同時上電，主計算機讀取、分析備用計算機的信息後根據信息異常的信號發出故障報警信息，備用計算機讀取、分析主計算機的信息後根據信息異常的信號發出故障報警信息；⑵主計算機讀取貨艙檢測裝置的信息後打包發送給備用計算機備份、分析，備用計算機讀取貨艙檢測裝置的信息後打包發送給主計算機備份、分析，主計算機根據收到的打包信息異常的信號發出故障報警信息，備用計算機根據收到的打包信息異常的信號發出故障報警信息；⑶主計算機在本地顯示終端上顯示貨艙檢測裝置的信息，備用計算機在本地顯示終端上顯示貨艙檢測裝置的信息。進一步，與上同理，在本方案的方法中，冗餘控制還包括移動計算機監控過程，移動計算機通過無線網絡讀取貨艙檢測裝置的信息後在本地顯示終端上顯示收到的貨艙檢測裝置的信息。

本方案的公開了一種基於冗餘控制的船舶貨艙液位監測系統，該系統利用雙can總線作為通信網絡，利用一主一備計算機作為人機監控界面，具有系統實時監測報警功能、網絡冗餘功能，實現對船舶貨艙液位、壓力、溫度、船舶壓載艙液位以及貨艙裝卸速度的實時監測，並在出現越位時發出報警提示。貨艙液位監測系統擁有兩種網絡架構，其中現場數據採集部分使用雙can網絡進行冗餘控制，上位監控由兩組計算機通過乙太網進行冗餘控制。現場數據採集部分由高精度傳感器和智能監測儀組成，其中，高精度傳感器包括液位傳感器、壓力傳感器和溫度傳感器。智能監測儀包括智能貨艙液位監測儀、智能貨艙壓力監測儀、智能貨艙溫度監測儀、智能貨艙裝卸速率監測儀和智能壓載艙液位監測儀。智能監測儀可設定傳感器的量程、設定信號點報警閾值和傳感器斷線檢測，特別是智能貨艙裝卸速率監測儀還能設定船舶的艙容表。上述方案具有兩種通信協議功能，⑴can通信協議：可將數據發送到can總線上；⑵紫蜂協議(zigbee)：可將設定參數通過無線方式在線寫入智能監測儀，為用戶修改參數提供了另一種途徑。本方案還可以採用移動計算機利用無線方式讀取智能監測儀的數據，這也是系統的另一種冗餘方式。can通信模塊主要用於將can總線上的數據發送給上位監控計算機。上位監控計算機由主計算機和備用計算機組成，兩者通過網絡交換機組成一個區域網。在網絡交換機上還連接一臺駕駛室監控計算機，船舶駕駛人員可通過駕駛室監控計算機監控貨艙液位信息。在上位計算機上也可以通過can總線遠程設定智能監測儀的參數，包括傳感器量程、信號點報警閾值，各種採集的數據均能在相應的智能監測儀上顯示，在上位監控計算機上可顯示全部的數據。

在上述方案中，液位傳感器用於測量艙室液位信號，安裝在每一個被測艙室內。傳感器的輸出信號通常為4～20ma的電流信號，將輸出信號接入智能貨艙液位監測儀。在智能監測儀上選擇某一溫度傳感器，並根據船舶艙位信息設定該艙室的最大量程，同時設定液位上下限報警的閾值。同樣，壓載艙的數據採集過程也一樣。壓力傳感器用於測量艙室壓力信號，安裝在每一個被測艙室內。傳感器的輸出信號通常為4～20ma的電流信號，將輸出信號接入智能貨艙壓力監測儀。在智能監測儀上選擇某一壓力傳感器，並設定該艙室壓力信息的最大量程，同時設定壓力信號上下限報警的閾值。溫度傳感器用於測量艙室溫度信號，安裝在每一個被測艙室內。傳感器的輸出信號通常為熱電阻信號，將輸出信號接入智能貨艙溫度監測儀。在智能監測儀上選擇某一溫度傳感器，並設定該艙室溫度的量程，通常為0～100℃，同時設定溫度信號上下限報警的閾值。測量貨艙裝卸速率時，也使用了液位傳感器。將液位信號送入智能貨艙裝卸速率監測儀，同時將船舶艙容信息表輸入到監測儀。監測儀根據測量液位數據，在艙容表中查詢當前對應的容積數據，根據容積數據的在單位時間的變化，可得出裝卸速率。各類智能監測儀同時接到can1和can2總線，如果can1總線斷線或者信號不穩定時，數據可以通過can2總線傳輸到can通信模塊，反之亦然。

上位監控計算機由主計算機和備用計算機組成，通過網絡交換機互為備用。如圖2所示，這兩臺計算機在船舶航行中均同時上電，主計算機上電後，讀取並分析備用計算機的信息，判斷是否正常，如果不正常，主計算機發出備用計算機故障報警提示，如果正常，開始通過can通信模塊讀取can總線上的信息，並將各類信息打包發送備用計算機，用於數據保存和信息互通，同時在本地計算機上顯示貨艙液位監測系統的各類信息。同樣，在備用計算機上電後，讀取並分析主計算機的信息，判斷是否正常，如果不正常，備用計算機發出主計算機故障報警提示，如果正常，開始通過can通信模塊讀取can總線上的信息，並將各類信息打包發送主計算機，用於數據保存和信息互通，同時在本地計算機上顯示貨艙液位監測系統的各類信息。

本方案的基於冗餘控制的船舶貨艙液位監控系統及方法並不限於具體實施方式中公開的內容，實施例中出現的技術方案可以基於本領域技術人員的理解而延伸，本領域技術人員根據本方案結合公知常識作出的簡單替換方案也屬於本方案的範圍。