CN107219812A - 一种基于冗余控制的船舶货舱液位监控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于冗余控制的船舶货舱液位监控系统，包括冗余监控装置、货舱检测装置，冗余监控装置包括主计算机、备用计算机，货舱检测装置包括智能货舱液位监测仪、智能货舱压力监测仪、智能货舱温度监测仪、智能货舱装卸速率监测仪，智能货舱液位监测仪与液位传感器A互通信息，智能货舱压力监测仪与压力传感器互通信息，智能货舱温度监测仪与温度传感器互通信息，智能货舱装卸速率监测仪与液位传感器B互通信息，液位传感器A、压力传感器、温度传感器、液位传感器B安装在相应被测舱室内。本发明的监控方法包括计算机上电互检、数据备份、信息显示等步骤。本发明采用主计算机结合备用计算机作为人机监控界面，具有效率高，故障率低的特点。

Description

一种基于冗余控制的船舶货舱液位监控系统及方法

技术领域

本发明涉及一种货舱液位监控系统及方法，特别涉及一种基于冗余控制的船舶货舱液位监控系统及方法，属于船舶装置领域。

背景技术

船舶货舱液位监测系统除了用于实现对船舱中所运输的液态货物进行液位、压力和温度的实时监测之外，还包括压载水舱的液位、压力、温度的监测，以及装卸货的速度监测。系统主要应用于化学品船、油品运输船及各类海上作业平台，如石油钻井平台等。考虑到此类船舶运输或存储的货物比较特殊，均为液态柔性物品，且具有易燃易爆物品特征，因此，船舶轮机管理人员能够及时了解船舶舱内的液货信息是极其重要的事情。船舶货舱液位监测系统的可靠运行提高了船舶稳定性和船舶安全性。现有对船舶货舱液位的监测通常都是通过人工测深尺测量液位，既费工费时，难度又大，显然已经不能适应于现代化船舶。同时，大部分船舶利用串口通信方式初步实现了货舱液位远程监测系统，但是这种方式的通信网络结构过于简单，一旦某一节点出现故障就会导致整个系统无法正常工作，严重影响了船舶的航行安全。

发明内容

本发明基于冗余控制的船舶货舱液位监控系统及方法公开了新的方案，采用主计算机结合备用计算机作为人机监控界面，解决了现有方案没有智能冗余控制的问题。

本发明基于冗余控制的船舶货舱液位监控系统包括冗余监控装置、货舱检测装置，冗余监控装置与货舱检测装置互通信息，冗余监控装置包括主计算机、备用计算机，主计算机与备用计算机互通信息形成冗余控制，货舱检测装置包括智能货舱液位监测仪、智能货舱压力监测仪、智能货舱温度监测仪、智能货舱装卸速率监测仪，智能货舱液位监测仪与液位传感器A互通信息，智能货舱压力监测仪与压力传感器互通信息，智能货舱温度监测仪与温度传感器互通信息，智能货舱装卸速率监测仪与液位传感器B互通信息，液位传感器A、压力传感器、温度传感器、液位传感器B安装在相应的被测舱室内。

进一步，本方案的冗余监控装置与货舱检测装置通过CAN通信模块、CAN总线互通信息，主计算机与备用计算机通过网络交换机、以太网互通信息形成冗余控制。

进一步，本方案的CAN总线包括CAN1总线、CAN2总线，货舱检测装置分别通过CAN1总线、CAN2总线与CAN通信模块连接。

进一步，本方案的基于冗余控制的船舶货舱液位监控系统还包括驾驶室监控终端，驾驶室监控终端通过以太网与冗余监控装置互通信息。

进一步，本方案的货舱检测装置还包括智能压载舱液位监测仪，智能压载舱液位监测仪与液位传感器C互通信息，液位传感器C安装在相应的被测舱室内。

进一步，本方案的智能货舱液位监测仪、智能货舱压力监测仪、智能货舱温度监测仪、智能货舱装卸速率监测仪、智能压载舱液位监测仪还包括报警模块，智能货舱液位监测仪、智能货舱压力监测仪、智能货舱温度监测仪、智能货舱装卸速率监测仪、智能压载舱液位监测仪根据收到的采集数据异常的信息触发报警模块发出报警信息。

进一步，本方案的货舱检测装置还包括智能监测仪遥控终端，智能监测仪遥控终端通过无线网络向智能监测仪传送设定参数。

进一步，本方案的冗余监控装置还包括移动计算机，移动计算机通过无线网络读取货舱检测装置的智能监测仪的数据。

本方案还公开了基于冗余控制的船舶货舱液位监控方法，基于冗余控制的船舶货舱液位监控方法基于船舶货舱液位监控系统，船舶货舱液位监控系统包括冗余监控装置、货舱检测装置，冗余监控装置与货舱检测装置互通信息，冗余监控装置包括主计算机、备用计算机，主计算机与备用计算机互通信息形成冗余控制，货舱检测装置包括智能货舱液位监测仪、智能货舱压力监测仪、智能货舱温度监测仪、智能货舱装卸速率监测仪，智能货舱液位监测仪与液位传感器A互通信息，智能货舱压力监测仪与压力传感器互通信息，智能货舱温度监测仪与温度传感器互通信息，智能货舱装卸速率监测仪与液位传感器B互通信息，液位传感器A、压力传感器、温度传感器、液位传感器B安装在相应的被测舱室内，包括步骤：⑴主计算机、备用计算机同时上电，主计算机读取、分析备用计算机的信息后根据信息异常的信号发出故障报警信息，备用计算机读取、分析主计算机的信息后根据信息异常的信号发出故障报警信息；⑵主计算机读取货舱检测装置的信息后打包发送给备用计算机备份、分析，备用计算机读取货舱检测装置的信息后打包发送给主计算机备份、分析，主计算机根据收到的打包信息异常的信号发出故障报警信息，备用计算机根据收到的打包信息异常的信号发出故障报警信息；⑶主计算机在本地显示终端上显示货舱检测装置的信息，备用计算机在本地显示终端上显示货舱检测装置的信息。

进一步，在本方案的方法中，冗余控制还包括移动计算机监控过程，移动计算机通过无线网络读取货舱检测装置的信息后在本地显示终端上显示收到的货舱检测装置的信息。

本发明基于冗余控制的船舶货舱液位监控系统及方法采用主计算机结合备用计算机作为人机监控界面，具有效率高，故障率低的特点。

附图说明

图1是本发明船舶货舱液位监控系统的原理图。

图2是船舶货舱液位监控系统计算机冗余控制流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明基于冗余控制的船舶货舱液位监控系统的原理图。基于冗余控制的船舶货舱液位监控系统包括冗余监控装置、货舱检测装置，冗余监控装置与货舱检测装置互通信息，冗余监控装置包括主计算机、备用计算机，主计算机与备用计算机互通信息形成冗余控制，货舱检测装置包括智能货舱液位监测仪、智能货舱压力监测仪、智能货舱温度监测仪、智能货舱装卸速率监测仪，智能货舱液位监测仪与液位传感器A互通信息，智能货舱压力监测仪与压力传感器互通信息，智能货舱温度监测仪与温度传感器互通信息，智能货舱装卸速率监测仪与液位传感器B互通信息，液位传感器A、压力传感器、温度传感器、液位传感器B安装在相应的被测舱室内。为了实现本系统中各部件的通信连接，本方案的冗余监控装置与货舱检测装置通过CAN通信模块、CAN总线互通信息，主计算机与备用计算机通过网络交换机、以太网互通信息形成冗余控制。进一步，在数据采集传送端也实现冗余设置，进一步降低系统的故障率，本方案的CAN总线包括CAN1总线、CAN2总线，货舱检测装置分别通过CAN1总线、CAN2总线与CAN通信模块连接，当其中的一条出现故障的时候，另一条可以保证畅通的数据传送。上述系统采用主计算机结合备用计算机作为监控装置整体，实现了冗余监控的目的，降低了系统的故障率。

在上述方案的基础上，为了实现更远程的实时监控，本方案还可以增设位于驾驶总控室的监控终端，具体是基于冗余控制的船舶货舱液位监控系统还包括驾驶室监控终端，驾驶室监控终端通过以太网与冗余监控装置互通信息，实时掌握货舱检测装置采集的数据信息。

本方案的智能监控方案还可以扩展到压载舱，实现压载舱的实时监控，具体是货舱检测装置还包括智能压载舱液位监测仪，智能压载舱液位监测仪与液位传感器C互通信息，液位传感器C安装在相应的被测舱室内。进一步，为了实现实时监测的报警功能，本方案的智能货舱液位监测仪、智能货舱压力监测仪、智能货舱温度监测仪、智能货舱装卸速率监测仪、智能压载舱液位监测仪还包括报警模块，智能货舱液位监测仪、智能货舱压力监测仪、智能货舱温度监测仪、智能货舱装卸速率监测仪、智能压载舱液位监测仪根据收到的采集数据异常的信息触发报警模块发出报警信息。

为了给用户修改智能监测仪的控制参数提供更多的可用途径，本方案的货舱检测装置还包括智能监测仪遥控终端，智能监测仪遥控终端通过无线网络向智能监测仪传送设定参数，用户可以将设定参数通过无线方式在线写入智能监测仪。为了增强冗余控制的效果，扩展冗余监控的途径，本方案的冗余监控装置还包括移动计算机，移动计算机通过无线网络读取货舱检测装置的智能监测仪的数据，在冗余监控装置出现故障的情况下，作为应急方案替代实现其功能。

本方案还公开了基于冗余控制的船舶货舱液位监控方法，基于冗余控制的船舶货舱液位监控方法基于船舶货舱液位监控系统，船舶货舱液位监控系统包括冗余监控装置、货舱检测装置，冗余监控装置与货舱检测装置互通信息，冗余监控装置包括主计算机、备用计算机，主计算机与备用计算机互通信息形成冗余控制，货舱检测装置包括智能货舱液位监测仪、智能货舱压力监测仪、智能货舱温度监测仪、智能货舱装卸速率监测仪，智能货舱液位监测仪与液位传感器A互通信息，智能货舱压力监测仪与压力传感器互通信息，智能货舱温度监测仪与温度传感器互通信息，智能货舱装卸速率监测仪与液位传感器B互通信息，液位传感器A、压力传感器、温度传感器、液位传感器B安装在相应的被测舱室内，包括步骤：⑴主计算机、备用计算机同时上电，主计算机读取、分析备用计算机的信息后根据信息异常的信号发出故障报警信息，备用计算机读取、分析主计算机的信息后根据信息异常的信号发出故障报警信息；⑵主计算机读取货舱检测装置的信息后打包发送给备用计算机备份、分析，备用计算机读取货舱检测装置的信息后打包发送给主计算机备份、分析，主计算机根据收到的打包信息异常的信号发出故障报警信息，备用计算机根据收到的打包信息异常的信号发出故障报警信息；⑶主计算机在本地显示终端上显示货舱检测装置的信息，备用计算机在本地显示终端上显示货舱检测装置的信息。进一步，与上同理，在本方案的方法中，冗余控制还包括移动计算机监控过程，移动计算机通过无线网络读取货舱检测装置的信息后在本地显示终端上显示收到的货舱检测装置的信息。

本方案的公开了一种基于冗余控制的船舶货舱液位监测系统，该系统利用双CAN总线作为通信网络，利用一主一备计算机作为人机监控界面，具有系统实时监测报警功能、网络冗余功能，实现对船舶货舱液位、压力、温度、船舶压载舱液位以及货舱装卸速度的实时监测，并在出现越位时发出报警提示。货舱液位监测系统拥有两种网络架构，其中现场数据采集部分使用双CAN网络进行冗余控制，上位监控由两组计算机通过以太网进行冗余控制。现场数据采集部分由高精度传感器和智能监测仪组成，其中，高精度传感器包括液位传感器、压力传感器和温度传感器。智能监测仪包括智能货舱液位监测仪、智能货舱压力监测仪、智能货舱温度监测仪、智能货舱装卸速率监测仪和智能压载舱液位监测仪。智能监测仪可设定传感器的量程、设定信号点报警阈值和传感器断线检测，特别是智能货舱装卸速率监测仪还能设定船舶的舱容表。上述方案具有两种通信协议功能，⑴CAN通信协议：可将数据发送到CAN总线上；⑵紫蜂协议(Zigbee)：可将设定参数通过无线方式在线写入智能监测仪，为用户修改参数提供了另一种途径。本方案还可以采用移动计算机利用无线方式读取智能监测仪的数据，这也是系统的另一种冗余方式。CAN通信模块主要用于将CAN总线上的数据发送给上位监控计算机。上位监控计算机由主计算机和备用计算机组成，两者通过网络交换机组成一个局域网。在网络交换机上还连接一台驾驶室监控计算机，船舶驾驶人员可通过驾驶室监控计算机监控货舱液位信息。在上位计算机上也可以通过CAN总线远程设定智能监测仪的参数，包括传感器量程、信号点报警阈值，各种采集的数据均能在相应的智能监测仪上显示，在上位监控计算机上可显示全部的数据。

在上述方案中，液位传感器用于测量舱室液位信号，安装在每一个被测舱室内。传感器的输出信号通常为4～20mA的电流信号，将输出信号接入智能货舱液位监测仪。在智能监测仪上选择某一温度传感器，并根据船舶舱位信息设定该舱室的最大量程，同时设定液位上下限报警的阈值。同样，压载舱的数据采集过程也一样。压力传感器用于测量舱室压力信号，安装在每一个被测舱室内。传感器的输出信号通常为4～20mA的电流信号，将输出信号接入智能货舱压力监测仪。在智能监测仪上选择某一压力传感器，并设定该舱室压力信息的最大量程，同时设定压力信号上下限报警的阈值。温度传感器用于测量舱室温度信号，安装在每一个被测舱室内。传感器的输出信号通常为热电阻信号，将输出信号接入智能货舱温度监测仪。在智能监测仪上选择某一温度传感器，并设定该舱室温度的量程，通常为0～100℃，同时设定温度信号上下限报警的阈值。测量货舱装卸速率时，也使用了液位传感器。将液位信号送入智能货舱装卸速率监测仪，同时将船舶舱容信息表输入到监测仪。监测仪根据测量液位数据，在舱容表中查询当前对应的容积数据，根据容积数据的在单位时间的变化，可得出装卸速率。各类智能监测仪同时接到CAN1和CAN2总线，如果CAN1总线断线或者信号不稳定时，数据可以通过CAN2总线传输到CAN通信模块，反之亦然。

上位监控计算机由主计算机和备用计算机组成，通过网络交换机互为备用。如图2所示，这两台计算机在船舶航行中均同时上电，主计算机上电后，读取并分析备用计算机的信息，判断是否正常，如果不正常，主计算机发出备用计算机故障报警提示，如果正常，开始通过CAN通信模块读取CAN总线上的信息，并将各类信息打包发送备用计算机，用于数据保存和信息互通，同时在本地计算机上显示货舱液位监测系统的各类信息。同样，在备用计算机上电后，读取并分析主计算机的信息，判断是否正常，如果不正常，备用计算机发出主计算机故障报警提示，如果正常，开始通过CAN通信模块读取CAN总线上的信息，并将各类信息打包发送主计算机，用于数据保存和信息互通，同时在本地计算机上显示货舱液位监测系统的各类信息。

本方案的基于冗余控制的船舶货舱液位监控系统及方法并不限于具体实施方式中公开的内容，实施例中出现的技术方案可以基于本领域技术人员的理解而延伸，本领域技术人员根据本方案结合公知常识作出的简单替换方案也属于本方案的范围。

Claims (10)

1.一种基于冗余控制的船舶货舱液位监控系统，其特征是包括冗余监控装置、货舱检测装置，所述冗余监控装置与所述货舱检测装置互通信息，所述冗余监控装置包括主计算机、备用计算机，所述主计算机与所述备用计算机互通信息形成冗余控制，所述货舱检测装置包括智能货舱液位监测仪、智能货舱压力监测仪、智能货舱温度监测仪、智能货舱装卸速率监测仪，所述智能货舱液位监测仪与液位传感器A互通信息，所述智能货舱压力监测仪与压力传感器互通信息，所述智能货舱温度监测仪与温度传感器互通信息，所述智能货舱装卸速率监测仪与液位传感器B互通信息，所述液位传感器A、压力传感器、温度传感器、液位传感器B安装在相应的被测舱室内。

2.根据权利要求1所述的基于冗余控制的船舶货舱液位监控系统，其特征在于，所述冗余监控装置与所述货舱检测装置通过CAN通信模块、CAN总线互通信息，所述主计算机与所述备用计算机通过网络交换机、以太网互通信息形成冗余控制。

3.根据权利要求2所述的基于冗余控制的船舶货舱液位监控系统，其特征在于，所述CAN总线包括CAN1总线、CAN2总线，所述货舱检测装置分别通过所述CAN1总线、CAN2总线与所述CAN通信模块连接。

4.根据权利要求1所述的基于冗余控制的船舶货舱液位监控系统，其特征在于，所述基于冗余控制的船舶货舱液位监控系统还包括驾驶室监控终端，所述驾驶室监控终端通过以太网与所述冗余监控装置互通信息。

5.根据权利要求1所述的基于冗余控制的船舶货舱液位监控系统，其特征在于，所述货舱检测装置还包括智能压载舱液位监测仪，所述智能压载舱液位监测仪与液位传感器C互通信息，所述液位传感器C安装在相应的被测舱室内。

6.根据权利要求5所述的基于冗余控制的船舶货舱液位监控系统，其特征在于，所述智能货舱液位监测仪、智能货舱压力监测仪、智能货舱温度监测仪、智能货舱装卸速率监测仪、智能压载舱液位监测仪还包括报警模块，所述智能货舱液位监测仪、智能货舱压力监测仪、智能货舱温度监测仪、智能货舱装卸速率监测仪、智能压载舱液位监测仪根据收到的采集数据异常的信息触发所述报警模块发出报警信息。

7.根据权利要求1所述的基于冗余控制的船舶货舱液位监控系统，其特征在于，所述货舱检测装置还包括智能监测仪遥控终端，所述智能监测仪遥控终端通过无线网络向智能监测仪传送设定参数。

8.根据权利要求1所述的基于冗余控制的船舶货舱液位监控系统，其特征在于，所述冗余监控装置还包括移动计算机，所述移动计算机通过无线网络读取所述货舱检测装置的智能监测仪的数据。

9.基于冗余控制的船舶货舱液位监控方法，所述基于冗余控制的船舶货舱液位监控方法基于船舶货舱液位监控系统，所述船舶货舱液位监控系统包括冗余监控装置、货舱检测装置，所述冗余监控装置与所述货舱检测装置互通信息，所述冗余监控装置包括主计算机、备用计算机，所述主计算机与所述备用计算机互通信息形成冗余控制，所述货舱检测装置包括智能货舱液位监测仪、智能货舱压力监测仪、智能货舱温度监测仪、智能货舱装卸速率监测仪，所述智能货舱液位监测仪与液位传感器A互通信息，所述智能货舱压力监测仪与压力传感器互通信息，所述智能货舱温度监测仪与温度传感器互通信息，所述智能货舱装卸速率监测仪与液位传感器B互通信息，所述液位传感器A、压力传感器、温度传感器、液位传感器B安装在相应的被测舱室内，其特征是包括步骤：

⑴主计算机、备用计算机同时上电，主计算机读取、分析备用计算机的信息后根据信息异常的信号发出故障报警信息，备用计算机读取、分析主计算机的信息后根据信息异常的信号发出故障报警信息；

⑵主计算机读取货舱检测装置的信息后打包发送给备用计算机备份、分析，备用计算机读取货舱检测装置的信息后打包发送给主计算机备份、分析，主计算机根据收到的打包信息异常的信号发出故障报警信息，备用计算机根据收到的打包信息异常的信号发出故障报警信息；

⑶主计算机在本地显示终端上显示货舱检测装置的信息，备用计算机在本地显示终端上显示货舱检测装置的信息。

10.根据权利要求9所述的基于冗余控制的船舶货舱液位监控方法，其特征在于，冗余控制还包括移动计算机监控过程，移动计算机通过无线网络读取货舱检测装置的信息后在本地显示终端上显示收到的货舱检测装置的信息。