CN111413895B - 船用应急切断网络系统及利用其的网络重构方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船用应急切断网络系统及利用其的网络重构方法，船用应急切断网络系统包括：若干物理隔开的空间区域；若干远程IO设备以及主控制器；主环路；支路，支路将各空间区域内的远程IO设备和/或主控制器采用菊花链依次相连，并且各支路的首尾分别接入所在空间区域内的两个不同的支路接入端。本发明在安全性、功能性和扩展性上可以有效支撑高技术船舶对于应急切断系统的需求。确保系统的安全性和冗余性；使系统具备了逻辑运算功能，可以处理更加复杂的逻辑，为操作者提供更多的预测、决策等辅助；保障了信号的传输速率和可靠性，减少信号干扰风险；保障系统扩展性的同时，减少大量电缆使用。

Description

船用应急切断网络系统及利用其的网络重构方法

技术领域

本发明涉及一种船用应急切断网络系统及利用其的网络重构方法。

背景技术

目前，在民用商船、海工以及客船领域都会配置应急切断系统，从而在紧急情况下实现对设备等应急切断，保障船舶和人员安全。应急切断系统根据船舶的适用性和安全性需求，通常采用用继电器搭建，PLC控制和分布式控制器等多类构建形式。

随着船舶电气自动化和集成化程度的提高，船舶上的系统、设备和流程愈加庞大。为满足船舶功能安全性、系统可靠性以及舒适性等要求，应急切断系统规模越来越大，功能逻辑越来越复杂。针对高技术客船领域，应急切断系统不仅需要满足高安全需求，而且能在复杂、易变的事故状况下协助船员进行应急控制和预测，迅速进行安全控制的同时，尽可能降低对舒适性等影响。而现有的切断系统已经不能满足高安全性、高扩展性的需求了。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中船用应急切断网络扩展性差，安全性差，无法满足发展需求的缺陷，提供一种船用应急切断网络系统及利用其的网络重构方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种船用应急切断网络系统，所述船用应急切断网络系统包括：

若干物理隔开的空间区域；

若干远程IO设备以及主控制器，所述主控制器为可编程控制器，所述远程IO设备与所述主控制器分布于各所述空间区域之内，所述主控制器用于控制各所述远程IO设备；

主环路，所述主环路环绕于各空间区域，所述主环路在各空间区域中至少设置有两个不同的支路接入端；

支路，所述支路将各空间区域内的所述远程IO设备和/或所述主控制器采用菊花链依次相连，并且各所述支路的首尾分别接入所在空间区域内的两个不同的支路接入端。

本方案提出了一种基于可编程控制器技术及分布式远程IO模块等硬件方案，利用主环路嵌套线性支路组合而成的混合型应急切断网络拓扑结构。现场接口层级可以分布、扩展的信号采集模块，并依据被控对象重要性，自由配组普通通道、具备回路监测模块等。

支路网络采用菊花链结构，链路首、尾分别连接到主网内置于可编程控制器柜或远程IO设备内置交换机内，从而构成冗余、可靠的混合型网络拓扑结构。主环路、支路任一单点故障，不影响网络未失效支路、设备的通讯。发生线路故障，本方案的拓扑结构可以进行网络重构，从而确保支路上、下两端设备同主环路的通讯。

本发明提出的应急网络拓扑架构，在安全性、功能性和扩展性上可以有效支撑高技术船舶对于应急切断系统的需求。环网结构确保系统的安全性和冗余性；可编程控制器技术的应用，使系统具备了逻辑运算功能，可以处理更加复杂的逻辑，为操作者提供更多的预测、决策等辅助。采用菊花链支路和远程IO设备的方案，保障系统扩展性的同时，减少大量电缆使用。

较佳地，所述船用应急切断网络系统还包括备用控制器，所述备用控制器为可编程控制器，所述备用控制器通过支路或者直接接入于所述主环路。在控制层级，备用控制器实现了冗余的可编程控制器配置，保证了控制器间热备冗余构建。主控制器失效后，系统可以快速转移到备用控制器。支路的线性链路结构嵌套主环路，允许布置各支路进行必要的隔离布置和增加支路，并利用远程IO设备可自选、配置的方案，赋予系统高度扩展性。

较佳地，在所述主控制器和所述备用控制器设置为同时只有一个控制各所述远程IO设备。

较佳地，所述备用控制器以及所述主控制器设置为位于不同的空间区域。

较佳地，所述船用应急切断网络系统还包括操作站，所述主控制以及所述备用控制器分别连接于不同的操作站，所述操作站设置为与所述主控制器或所述备用控制器位于不同的空间区域，或者所述操作站设置为与所述主控制器或所述备用控制器位于相同的空间区域。

较佳地，所述主环路设置为采用光纤环网。主环路采用光纤环网，可以抑制外部噪声干扰和数据丢包。

一种网络重构方法，所述网络重构方法采用所述船用应急切断网络系统实现，包括：

一所述远程IO设备与所述主控制器间的通讯断开；

其他的所述远程IO设备所述主控制器的通讯避开故障的所述远程IO设备，选择经过未故障的所述远程IO设备实现与所述主控制器的通讯。

较佳地，所述船用应急切断网络系统还包括备用控制器，所述网络重构方法包括：

主控制器发生故障，各所述远程IO设备与所述主控制器间的通讯断开；

各所述远程IO设备接入所述备用控制器。

较佳地，其他的所述远程IO设备所述主控制器的通讯避开故障的所述远程IO设备，选择经过未故障的所述远程IO设备实现与所述主控制器的通讯的步骤包括：

未故障的所述远程IO设备选择从故障的所述远程IO设备的相反侧接入所述主控制器并构建新的通讯网络；

未故障的所述远程IO设备选择从故障的所述远程IO设备相邻的所述支路接入所述主控制器并构建新的通讯网络。

较佳地，所述主控制器以及所述远程IO设备直接通过光信号通讯。

本发明的积极进步效果在于：本发明提出的应急网络拓扑架构，在安全性、功能性和扩展性上可以有效支撑高技术船舶对于应急切断系统的需求。冗余控制器和环网结构，确保系统的安全性和冗余性；可编程控制器技术的应用，使系统具备了逻辑运算功能，可以处理更加复杂的逻辑，为操作者提供更多的预测、决策等辅助；采用光纤传输，保障了信号的传输速率和可靠性，减少信号干扰风险；采用菊花链支路和远程IO设备的方案，保障系统扩展性的同时，减少大量电缆使用。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的船用应急切断网络系统的结构示意图。

图2为本发明较佳实施例的远程IO设备故障时的网络重构方法的流程图。

图3为本发明较佳实施例的主控制器故障时的网络重构方法的流程图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

如图1所示，本实施例公开了一种船用应急切断网络系统，其中，船用应急切断网络系统包括：若干物理隔开的空间区域。若干物理隔开的空间区域即在物理上由于船体结构隔开的区域。例如本实施例中，空间区域可以包括防火区A、防火区B以及防火区C。这三者之间互相隔开，由此形成形成不同的空间区域。

本实施例的船用应急切断网络系统还包括若干远程IO设备2以及主控制器11，主控制器11为可编程控制器，远程IO设备2与主控制器11分布于各空间区域之内，主控制器11用于控制各远程IO设备2。

本实施例的船用应急切断网络系统还包括主环路101，主环路101环绕于各空间区域，主环路101在各空间区域中至少设置有两个不同的支路102接入端，本实施例的主环路101贯通防火区A、防火区B以及防火区C，实现整体互连。

本实施例的船用应急切断网络系统还包括支路102，支路102将各空间区域内的远程IO设备2和/或主控制器11采用菊花链依次相连。例如，防火区B内包括主控制器11以及三个远程IO设备2，防火区C内包括三个远程IO设备2。各支路102的首尾分别接入所在空间区域内的两个不同的支路102接入端。

本发明提出了一种基于可编程控制器技术及分布式远程IO模块等硬件方案，利用主环路101嵌套线性支路102组合而成的混合型应急切断网络拓扑结构。现场接口层级可以分布、扩展的信号采集模块，并依据被控对象重要性，自由配组普通通道、具备回路监测模块等。

本发明的支路102网络采用菊花链结构，链路首、尾分别连接到主网内置于可编程控制器柜或远程IO设备2内置交换机内，从而构成冗余、可靠的混合型网络拓扑结构。主环路101、支路102任一单点故障，不影响网络未失效支路102、设备的通讯。发生线路故障，本方案的拓扑结构可以进行网络重构，从而确保支路102上、下两端设备同主环路101的通讯。

本发明提出的应急网络拓扑架构，在安全性、功能性和扩展性上可以有效支撑高技术船舶对于应急切断系统的需求。环网结构确保系统的安全性和冗余性；可编程控制器技术的应用，使系统具备了逻辑运算功能，可以处理更加复杂的逻辑，为操作者提供更多的预测、决策等辅助。采用菊花链支路102和远程IO设备2的方案，保障系统扩展性的同时，减少大量电缆使用。

如图1所示，船用应急切断网络系统还包括备用控制器12，备用控制器12为可编程控制器，备用控制器12通过支路102或者直接接入于主环路101。在控制层级，备用控制器12实现了冗余的可编程控制器配置，保证了控制器间热备冗余构建。主控制器11失效后，系统可以快速转移到备用控制器12。支路102的线性链路结构嵌套主环路101，允许布置各支路102进行必要的隔离布置和增加支路102，并利用远程IO设备2可自选、配置的方案，赋予系统高度扩展性。

本实施例中，在主控制器11和备用控制器12设置为同时只有一个控制各远程IO设备2。

本实施例中，备用控制器12以及主控制器11设置为位于不同的空间区域。其中，主控制器11位于防火区B，备用控制器则位于防火区A。

本实施例中，船用应急切断网络系统还包括操作站3，主控制以及备用控制器12分别连接于不同的操作站3，操作站3设置为与主控制器11或备用控制器12位于不同的空间区域，或者操作站3设置为与主控制器11或备用控制器12位于相同的空间区域。

本实施例中，主环路101设置为采用光纤环网。主环路101采用光纤环网，可以抑制外部噪声干扰和数据丢包。

如图2和图3所示，本实施例还公开了一种网络重构方法，网络重构方法采用船用应急切断网络系统实现，包括：

步骤S1、一远程IO设备2与主控制器11间的通讯断开；

步骤S2、其他的远程IO设备2主控制器11的通讯避开故障的远程IO设备2，选择经过未故障的远程IO设备2实现与主控制器11的通讯。

具体结合图1可知，例如图1中防火区B的最上方的远程IO设备2断开，此时防火区B以及防火区C的支路102中的其他远程IO设备2通过防火区A的远程IO设备2从图1中的左侧接入主控制器11。

其中，由于本实施例的船用应急切断网络系统还包括备用控制器12，网络重构方法还包括：

步骤S3、主控制器11发生故障，各远程IO设备2与主控制器11间的通讯断开；

步骤S4、各远程IO设备2接入备用控制器12。

本实施例中，其他的远程IO设备2主控制器11的通讯避开故障的远程IO设备2，选择经过未故障的远程IO设备2实现与主控制器11的通讯的步骤S2包括：

未故障的远程IO设备2选择从故障的远程IO设备2的相反侧接入主控制器11并构建新的通讯网络；

未故障的远程IO设备2选择从故障的远程IO设备2相邻的支路102接入主控制器11并构建新的通讯网络。

本实施例中，主控制器11以及远程IO设备2直接通过光信号通讯。

本发明提出的应急网络拓扑架构，在安全性、功能性和扩展性上可以有效支撑高技术船舶对于应急切断系统的需求。冗余控制器和环网结构，确保系统的安全性和冗余性；可编程控制器技术的应用，使系统具备了逻辑运算功能，可以处理更加复杂的逻辑，为操作者提供更多的预测、决策等辅助；采用光纤传输，保障了信号的传输速率和可靠性，减少信号干扰风险；采用菊花链支路和远程IO设备的方案，保障系统扩展性的同时，减少大量电缆使用。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种船用应急切断网络系统，其特征在于，所述船用应急切断网络系统包括：

若干物理隔开的空间区域；

若干远程IO设备以及主控制器，所述主控制器为可编程控制器，所述远程IO设备与所述主控制器分布于各所述空间区域之内，所述主控制器用于控制各所述远程IO设备；

主环路，所述主环路环绕于各空间区域，所述主环路在各空间区域中至少设置有两个不同的支路接入端；

支路，所述支路将各空间区域内的所述远程IO设备和/或所述主控制器采用菊花链依次相连，并且各所述支路的首尾分别接入所在空间区域内的两个不同的支路接入端。

2.如权利要求1所述的船用应急切断网络系统，其特征在于，所述船用应急切断网络系统还包括备用控制器，所述备用控制器为可编程控制器，所述备用控制器通过支路或者直接接入于所述主环路。

3.如权利要求2所述的船用应急切断网络系统，其特征在于，在所述主控制器和所述备用控制器设置为同时只有一个控制各所述远程IO设备。

4.如权利要求3所述的船用应急切断网络系统，其特征在于，所述备用控制器以及所述主控制器设置为位于不同的空间区域。

5.如权利要求3所述的船用应急切断网络系统，其特征在于，所述船用应急切断网络系统还包括操作站，所述主控制以及所述备用控制器分别连接于不同的操作站，所述操作站设置为与所述主控制器或所述备用控制器位于不同的空间区域，或者所述操作站设置为与所述主控制器或所述备用控制器位于相同的空间区域。

6.如权利要求1所述的船用应急切断网络系统，其特征在于，所述主环路设置为采用光纤环网。

7.一种网络重构方法，其特征在于，所述网络重构方法采用如权利要求1-6任意一项所述的船用应急切断网络系统实现，包括：

一所述远程IO设备与所述主控制器间的通讯断开；

其他的所述远程IO设备所述主控制器的通讯避开故障的所述远程IO设备，选择经过未故障的所述远程IO设备实现与所述主控制器的通讯。

8.如权利要求7所述的网络重构方法，其特征在于，所述船用应急切断网络系统还包括备用控制器，所述网络重构方法包括：

主控制器发生故障，各所述远程IO设备与所述主控制器间的通讯断开；

各所述远程IO设备接入所述备用控制器。

9.如权利要求7所述的网络重构方法，其特征在于，其他的所述远程IO设备所述主控制器的通讯避开故障的所述远程IO设备，选择经过未故障的所述远程IO设备实现与所述主控制器的通讯的步骤包括：

未故障的所述远程IO设备选择从故障的所述远程IO设备的相反侧接入所述主控制器并构建新的通讯网络；

未故障的所述远程IO设备选择从故障的所述远程IO设备相邻的所述支路接入所述主控制器并构建新的通讯网络。

10.如权利要求7所述的网络重构方法，其特征在于，所述主控制器以及所述远程IO设备直接通过光信号通讯。

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