CN115695151A - 故障处理方法、装置以及船舶管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种故障处理方法、装置以及船舶管理系统，所述方法包括对功率匹配模块进行输入故障的检测，并执行有效数据选取策略，所述有效数据选取策略为拦截故障数据和选取无故障数据作为有效数据并就不能获取到有效数据时判定为模块级故障；对功率匹配模块进行输出故障的检测，并执行故障处理策略以及输出对应的故障状态，所述故障处理策略包括基于输出故障进一步判断是否为模块级故障；基于输入故障和输出故障的检测，若为模块级故障，则执行模块级故障处理。本发明具有故障容错功能，并能实现即使有故障存在而系统仍能输出有效数据。

Description

故障处理方法、装置以及船舶管理系统

技术领域

本发明涉及船舶管理技术领域，尤其涉及一种故障处理方法、装置以及船舶管理系统。

背景技术

船舶管理的核心是对船舶电站的管理，船舶电站是现代船舶的心脏，船舶电站直接影响到船舶航行安全，电站的可靠供电是全船所有设备正常运行的必要条件。由于船舶机舱环境的恶劣，如电磁干扰信号，船舶的震动、晃动以及受环境温度、海上空气等的影响，会使一些船舶电站自动化设备产生故障，例如电站管理系统出现故障，会造成电源的全部中断，会导致船舶位置及航向出现移位，从而带来重大经济损失甚至人员伤亡事故。而目前故障的处理机制不具有故障容错功能，例如在故障发生时只是进行报警并控制系统停止输出错误数据等简单处理。

发明内容

本发明提供一种故障处理方法、装置以及船舶管理系统，用以解决现有技术中故障处理机制不具有故障容错功能的问题，实现即使有故障存在而系统还能输出有效数据。

第一方面，本发明提供一种故障处理方法，应用于与外部变频器连接的功率匹配模块，所述方法包括：

对所述功率匹配模块进行输入故障的检测，并执行有效数据选取策略，所述有效数据选取策略为拦截故障数据和选取无故障数据作为有效数据并就不能获取到有效数据时判定为模块级故障；

对所述功率匹配模块进行输出故障的检测，并执行故障处理策略以及输出对应的故障状态，所述故障处理策略包括基于输出故障进一步判断是否为模块级故障；

基于所述输入故障和所述输出故障的检测，若为模块级故障，则执行模块级故障处理；

其中，输入故障包括模拟量输入故障、开关量输入故障、光纤通讯故障以及以太网通讯故障，输出故障包括模拟量输出故障和继电器输出故障。

在本发明一实施例中，所述对所述功率匹配模块进行输入故障的检测的步骤包括：

接收模拟量输入数据；

判断所述模拟量输入数据与上一时刻接收到的模拟量输入数据的变化幅度是否在预设范围之内；

若变化幅度在预设范围之内，则确定所述模拟量输入数据处于稳定态并通过配置的定时机制继续判断预先设定的定时时间是否到达，若预先设定的定时时间到达或变化幅度不在预设范围之内，则触发故障监控机制并启动系统的信号叠加电路通过增减叠加信号方式进行故障检测以及将所述模拟量输入数据和故障结果输出；

若预设设定的定时时间未到达，则直接将所述模拟量输入数据和故障结果输出。

在本发明一实施例中，所述执行有效数据选取策略的步骤包括：

若为模拟量输入故障或开关量输入故障，则从光纤网络上获取冗余设备提供的有效数据，若无法从所述光纤网络中获取冗余设备的有效数据或获取到的数据为无效数据则同时判定为模块级故障；

若为光纤通讯故障时，则从另一冗余光纤网络获取有效数据，若无法从另一冗余光纤网络获取有效数据或获取到的数据为无效数据时判定为模块级故障；

若为以太网通讯故障时，则从光纤网络中获取有效数据，若从光纤网络中无法获取到有效数据或获取到的数据为无效数据时判定为模块级故障。

在本发明一实施例中，所述对所述功率匹配模块进行输出故障的检测的步骤包括：

获取某一时刻的第一模拟量输出计算值和某一时刻的第一模拟量实际回采值；

判断下一时刻的第二模拟量输出计算值是否等于所述第一模拟量输出计算值；

若所述第二模拟量输出计算值与所述第一模拟量输出计算值不相等，则继续判断是否在预设的时间内获取到下一时刻的第二模拟量实际回采值；若在预设的时间内获取到第二模拟量实际回采值，则判断所述第二模拟量输出计算值是否等于所述第二模拟量实际回采值；若不相等，则判定为模拟量输出故障以表示模拟量输出存在故障；

若所述第二模拟量输出计算值与所述第一模拟量输出计算值相等，则继续判断获取到下一时刻的第二模拟量实际回采值是否等于所述第一模拟量实际回采值，若不相等，则判定为模拟量输出故障。

在本发明一实施例中，所述对所述功率匹配模块进行输出故障的检测，并执行故障处理策略的步骤还包括：

根据继电器输出的执行时间，当系统计算得到继电器输出结果有变化时，则在预设的等待时间之后，执行如下步骤：

当继电器输出为快速卸载信号继电器输出时，若之前故障诊断结构为继电器输出故障，则将继电器输出故障改判为模块级故障；

当继电器输出为故障信号继电器输出时，若任意一个故障继电器或两个同属于一个通道的故障信号继电器输出功能失效，则判定为故障预警，并通过以太网通讯完成相应的预警；若任意三个故障信号继电器或属于不同通道的两个继电器输出功能失效，则判定为模块级故障，并且此时模块级故障无法通过故障信号继电器通道正确输出，而从以太网对外通讯完成相应报警，其中系统是由四个故障信号继电器组成共同输出控制，且两两故障信号继电器串联后并联。

在本发明一实施例中，所述基于所述输入故障和输出故障的检测，若为模块级故障，则执行模块级故障处理的步骤包括：

配置一高速切换机制；

根据所述高速切换机制，控制并联的两通道继电器的任意一个通道有效则表示继电器输出有效以实现冗余输出。

第二方面，本发明还提供一种故障处理装置，所述装置包括至少两个功率匹配模块，每两个功率匹配模块互为冗余模块，所述功率匹配模块用于执行如第一方面任一项所述的故障处理方法。

在本发明一实施例中，每个功率匹配模块包括第一输入端、第二输入端、第三输入输出端、第一输出端以及第二输出端，第一输入端和第二输入端均与两条冗余的光纤连接，第三输入输出端与以太网连接，功率匹配模块之间通过两条冗余的光纤连接，所述两条冗余的光纤为两条冗余的环形通讯网且均为单向通讯。

在本发明一实施例中，每个功率匹配模块包括一可编程阵列逻辑器件和多个继电器，所述可编程阵列逻辑器件通过所述多个继电器与外部的变频器连接。

第三方面，本发明还提供一种船舶管理系统，所述系统用于执行如第一方面任一项所述的故障处理方法。

本发明提供的故障处理方法、装置以及船舶管理系统，通过确定故障诊断结果中存在故障的不同故障状态而提供不同的故障处理策略，从而能迅速控制故障发生时的错误数据输出并进行正确数据输出切换，具有故障容错功能，并能实现即使有故障存在而系统仍能输出有效数据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的故障处理方法的流程示意图；

图2是本发明提供的模拟量输入故障检测的流程示意图；

图3是本发明提供的故障状态下有效数据选取策略的示意图；

图4是本发明提供的模拟量输出故障检测的流程示意图；

图5是本发明提供的模拟量输出故障数据比对的示意图；

图6是本发明提供的多个故障信号继电器的示意图；

图7是本发明提供的模块级故障处理的流程示意图；

图8是本发明一实施例提供的故障处理方法的流程示意图；

图9是本发明提供的故障处理装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。

以下对本发明涉及的技术术语进行描述：

随着船舶管理逐渐朝着数字化、信息化和智能化方向发展，船舶能量管理系统的数字化和智能化应用逐渐成为未来船舶发展的趋势。

船舶能量管理系统是船舶综合电力系统的核心组成部分，随着船舶电力系统计算快速发展，船舶电站的容量和电力系统的网络结构发生了巨大变化。船舶能量管理系统主要是基于计算机监控网络，对船舶的动力系统、电力系统以及其他用电设备进行综合管理，对船舶电力系统的运行状况进行监测并加以保护，实现对全船能量流的智能化控制，保证船舶运行过程中能量供应的可靠性，提供船舶的整体性能。

本发明为了解决现有技术中故障处理机制不具有故障容错功能而导致船舶管理系统不可靠的问题，提供一种故障处理方法、装置以及船舶管理系统，通过确定故障诊断结果中存在故障的不同故障状态而提供不同的故障处理策略，从而能迅速控制故障发生时的错误数据输出并进行正确数据输出切换，具有故障容错功能，并能实现即使有故障存在而系统仍能输出有效数据。

下面结合图1-图9描述本发明的故障处理方法、装置以及船舶管理系统。

请参考图1，图1是本发明提供的故障处理方法的流程示意图。一种故障处理方法，应用于与外部变频器连接的功率匹配模块，所述方法包括：

步骤110，对功率匹配模块进行输入故障的检测，并执行有效数据选取策略以及输出有效数据和对应的故障状态，所述有效数据选取策略为拦截故障数据和选取无故障数据作为有效数据并就不能获取到有效数据时判定为模块级故障。

其中，输入故障包括模拟量输入故障、开关量输入故障、光纤通讯故障以及以太网通讯故障，输出故障包括模拟量输出故障和继电器输出故障。

由于输入故障是与输入数据有关的故障，输入故障可能会导致数据不准确，所以需要执行有效数据选取策略以控制不准确的数据被处理，避免从输出通道输出错误的数据。若判定为输入故障且无法从备用通道方式获取到有效数据，那么会被改判为模块级故障。

其中，故障状态是指是否存在故障，例如故障状态为有故障，则故障状态可以是模拟量输入故障、开关量输入故障、光纤通讯故障、以太网通讯故障、模拟量输出故障、继电器输出故障以及模块级故障的任一种或其组合。进一步的，本发明所述的故障不限于上述类型，也可以是其他故障类型。

另外，例如故障状态是光纤通讯故障，可表示是光纤A通道有故障，或者是光纤A通道和光纤B通道均有故障。光纤A通道为默认主通道，光纤B通道为备用通道，光纤A和光纤B为两条冗余光纤，均为单向通讯，

步骤120，对功率匹配模块进行输出故障的检测，并执行故障处理策略以及输出对应的故障状态，所述故障处理策略包括基于输出故障进一步判断是否为模块级故障。

步骤130，基于输入故障和输出故障的检测，若为模块级故障，则执行模块级故障处理。

需要说明的是，模块级故障是指导致模块无法完成正确输出的故障。模块级故障可以是基于输入故障和输出故障的再次诊断，例如当故障诊断结果为输入故障时，还可以基于输入故障的情形进一步判定为模块级故障。

以下针对上述步骤110～130进行具体描述。

(1)模拟量输入故障的诊断：

请参考图2，图2是本发明提供的模拟量输入故障检测的流程示意图。上述步骤110中，对功率匹配模块进行输入故障的检测的步骤包括：对模拟量输入信号的故障检测，具体包括：

步骤210，接收模拟量输入数据。

在对模拟量输入数据的检测中，由于外部输入的模拟量数据的不确定性，可能处于正常的稳定数值状态(称为稳定态)，也可能处于非正常的快速变化状态(称为变化态)。因此，对于模拟量输入信号的故障诊断需要先判定模拟量输入数据是处于稳定态还是变化态。

步骤220，判断所述模拟量输入数据与上一时刻接收到的模拟量输入数据的变化幅度是否在预设范围之内。

若变化幅度在预设范围之内，表示模拟量输入数据处于稳定态，执行步骤240。

也就是说，当数据变化幅度在一定范围内时可认为不存在异动数据，根据每隔预设时间段进行定时监测也可以检测出硬件故障导致的数据卡死情况，即可以在稳定态及时发现数据是否处于卡死状态，并及时切换到正确的数据源以便进行后续的计算处理。

而且由于稳定态数据切换到正确数据源并不会导致输出错误数据，只是根据定时诊断间隔延迟了响应时间，本发明可以根据系统响应要求灵活合理的分配硬件资源。

若变化幅度不在预设范围之内，表示模拟量输入数据处于变化态，执行步骤230。

若变化幅度不在预设范围之内，表示数据变化幅度较大，可能导致数据输出结果变化较大，从安全角度考虑此时触发故障监测机制，但是在故障状态未确认前变化幅度较大的数据不会被定义有效数据，该故障监测配合硬件响应时间可控制在预设时间(例如1ms)内，若判定为无故障，则该数据定义为有效数据。而本发明设置的延迟预设时间(例如1ms)对设备整体要求的响应时间没有影响。若判定为模拟量输入故障，则则该数据定义为无效数据，但可以从光纤网络中获取冗余设备提供的有效数据(见图3所示)。

步骤230，确定模拟量输入数据处于稳定态并通过配置的定时机制继续判断预先设定的定时时间是否到达。

即使一直没有监测到超范围的数据，本发明也会通过配置的定时机制根据定时时间是否到达来判断是否需要触发故障监控机制。

若预先设定的时间到达，则执行步骤240。

若预先设定的时间未到达，则执行步骤250。

步骤240，触发故障监控机制并启动系统的信号叠加电路通过增减叠加信号方式进行故障检测。

也就是说，本发明会通过硬件的信号叠加电路对模拟量输入数据强制叠加增量或取消增量的方式来判断是否存在模拟量输入故障。

步骤250，将模拟量输入数据和故障结果输出。

(2)开关输入故障的诊断：

上述步骤110中，对功率匹配模块进行输入故障的检测的步骤包括：对开关量输入信号的故障检测。

示例性地，对开关量输入信号的故障检测，可由硬件电路实现，例如通过硬件电路将故障信息转换成2进制电平状态输出给FPGA(Field Programmable Gate Array，可编程阵列逻辑器件)软件来实现的，软件可以实现最高级别的实时诊断，FPGA是本发明所述故障处理装置的处理器。软件收到的开关量输入数据同时包含有开关量输入信号的状态和故障状态，因此可以实现完全的实时故障状态监测，而不会将错误的数据传递给后续处理模块。

(3)光纤通讯故障和以太网通讯故障的诊断：

上述步骤110中，对功率匹配模块进行输入故障的检测的步骤包括：对光纤通讯和以太网通讯的故障诊断。

示例性地，以太网通讯和光纤通讯的故障诊断是通过是否接收到诊断数据来实现的。由于预定了发送数据的频率，软件初始化阶段会判断是否收到首次数据，一旦收到首批数据即进入正常工作状态，并按照预定的数据发送频率来判断网络通讯状态，以实时更新通道故障状态。

请参考图3，图3是本发明提供的故障状态下有效数据选取策略的示意图。上述步骤110中，对功率匹配模块进行输入故障的检测，并执行有效数据选取策略的步骤包括：

步骤310，若为模拟量输入故障或开关量输入故障，则从光纤网络中获取冗余设备提供的有效数据，若无法从所述光纤网络中获取冗余设备的有效数据或获取到的数据为无效数据则同时判定为模块级故障。

示例性地，若模拟量输入通道故障状态为无故障，则表示该通道采集数据有效，若模拟量输入通道故障状态为有故障，即判定为模拟量输入故障，则表示

步骤320，若为光纤通讯故障时，则从另一冗余光纤网络获取有效数据，若无法从另一冗余光纤网络获取有效数据或获取到的数据为无效数据时判定为模块级故障。

例如，若光纤通道故障状态为无故障，即光纤通讯通道没有故障，则光纤A通道数据有效，并输出光纤网络A通道传输的有效数据。若光纤通道状态为有故障，表示光纤A通道有故障，则系统选择另一备用通道即光纤B通道进行传输，光纤B通道数据有效，如果不能从光纤B通道获取有效数据或获取到的数据为无效数据时，则表示光纤B通道也有故障并同时判定为模块级故障。

其中，光纤A通道是指对于本模块为默认接收数据的通道(距离本模块距离较近)，光纤B通道是指距离本模块较远距离获取数据的光纤通道。光纤A和光纤B为一对冗余光纤网络。

数据有效是指根据通道故障状态检测选择本地通道采集数据有效还是网络数据有效。默认无故障状态下选用本地通道采集数据为数据源，光纤网络数据为从光纤网上解析的对应通道数据。可以理解的是，光纤网络数据可分别来自光纤A通道和光纤B通道，需要根据光纤网络故障状态选择合适的数据源。

示例性地，在光纤网络传输数据中，每一个通道的数据都有故障标识位，当该数据故障标识位为有故障时，可以被识别并控制错误数据的输入。

步骤330，若为以太网通讯故障时，则从光纤网络中获取有效数据，若从光纤网络中无法获取到有效数据或获取到的数据为无效数据时判定为模块级故障。

因此，通过执行上述有效数据选取策略，在选取正确数据的同时也可以通过协议解析对错误数据有控制，在满足功能性能要求的前提下，能够迅速控制故障发生时的错误数据输出并进行正确数据输出切换，大大降低了因数据抖动对外部变频器的影响。

(4)模拟量输出故障的诊断：

请参考图4，图4是本发明提供的模拟量输出故障检测的流程示意图。上述步骤120中，对功率匹配模块进行输出故障的检测的步骤包括：对模拟量输出的故障诊断。

模拟量输出故障的判断需要对模拟量执行电路的数据进行模拟量回采，在该过程中会产生时间差，为了准确并且尽可能快速的判断出模拟量输出是否存在故障，具体包括：

步骤410，获取某一时刻的第一模拟量输出计算值和某一时刻的第一模拟量实际回采值。

假设T0时刻的第一模拟量输出计算值为AO_Cal_T0，T0时刻的第一模拟量实际回采值AO_Get_T0。

步骤420，判断下一时刻的第二模拟量输出计算值是否等于第一模拟量输出计算值。

假设下一时刻T1的第二模拟量输出计算值为AO_Cal_T1，即判断AO_Cal_T1是否等于AO_Cal_T0。

步骤430，若第二模拟量输出计算值与第一模拟量输出计算值不相等，则继续判断是否在预设的时间内获取到下一时刻的第二模拟量实际回采值。

假设下一时刻T1的第二模拟量实际回采值AO_Get_T1。

步骤440，若在预设的时间内获取到第二模拟量实际回采值，则判断第二模拟量输出计算值是否等于第二模拟量实际回采值。

即判断AO_Cal_T1是否等于AO_Get_T1。

步骤450，若第二模拟量输出计算值不等于第二模拟量实际回采值，则判定为模拟量输出故障以表示模拟量输出有故障。

也就是说，若AO_Cal_T1≠AO_Get_T1，则判定为模拟量输出有故障。

步骤460，若第二模拟量输出计算值等于第二模拟量实际回采值，则判定为模拟量输出无故障。

也就是说，若AO_Cal_T1＝AO_Get_T1，则判定为模拟量输出无故障。

步骤470，若第二模拟量输出计算值等于第一模拟量输出计算值，则判断获取到下一时刻的第二模拟量实际回采值是否等于第一模拟量实际回采值。

即判断AO_Cal_T1＝AO_Cal_T1，则继续判断AO_Get_T1是否等于AO_Get_T0。

步骤480，若第二模拟量实际回采值不等于第一模拟量实际回采值，则判定为模拟量输出有故障。

也就是说，若AO_Get_T1≠AO_Get_T0，则判定为模拟量输出故障以表示模拟量输出有故障。

步骤490，若第二模拟量实际回采值等于第一模拟量实际回采值，则判定为模拟量输出无故障。

也就是说，若AO_Get_T1＝AO_Get_T0，则判定为模拟量输出无故障；

通过采用图4示出的模拟量输出故障的检测方法，能够在模拟量输出发送偏差的最短时间内检测出故障，由模块级故障信号继电器执行故障状态输出，外部变频器设备可以快速切换到备用模拟量输出通道。这种短时间内诊断出故障的结果也就是高频次故障诊断的目的。

并且，本发明是在模拟量输出数据计算完毕后等待固定时间后回采数据，可以等待整个比对过程完成后再进行下一次计算，但是由于系统的响应时间要求较高，所以本发明可以将固定时间改为了动态时间，这样就优化了连续变化的数据的响应时间，更符合实际应用需求。

示例性地，请参考图5，图5是本发明提供的模拟量输出故障数据比对的示意图。模拟量输出故障判断需要对模拟量执行电路的数据进行模拟量回采。由于模拟量输出故障是通过回采数据的值进行比对，由于数据的变化不确定性，因此为了获得准确的结果，可以从时间上进行控制，如下表：

(5)对继电器输出故障的诊断：

上述步骤120中，对功率匹配模块进行输出故障的检测，并执行故障处理策略的步骤包括：对继电器输出的故障诊断。

对继电器输出的故障诊断是根据继电器输出后的执行时间，精准的控制了回路检测的时间，在最短时间内实现故障状态检测。继电器输出故障的诊断可通过硬件电路实现。

具体地，根据继电器输出的执行时间T，当系统计算得到继电器输出结果有变化时，则在预设的等待时间T之后，执行如下步骤：

当继电器输出为快速卸载信号继电器输出时，若之前故障诊断结构为继电器输出故障，则将继电器输出故障改判为模块级故障。

当继电器输出为故障信号继电器输出时，若任意一个故障继电器或两个同属于一个通道的故障信号继电器输出功能失效，则判定为故障预警，并通过以太网通讯完成相应的预警；若任意三个故障信号继电器或属于不同通道的两个继电器输出功能失效，则判定为模块级故障，并且此时模块级故障无法通过故障信号继电器通道正确输出，而从以太网对外通讯完成相应报警，其中系统是由四个故障信号继电器组成共同输出控制，且两两故障信号继电器串联后并联(如图6所示)。

图6示出的功率匹配模块包括一FPGA和四个故障信号继电器(610，620，630，640)。故障信号继电器610与FPGA的Out1引脚连接，故障信号继电器620与FPGA的Out2引脚联机，故障信号继电器610和故障信号继电器620串联。故障信号继电器630与FPGA的Out3引脚连接，故障信号继电器640与FPGA的Out4引脚联机，故障信号继电器630和故障信号继电器640串联。由故障信号继电器610和故障信号继电器620串联组成的第一通道和由故障信号继电器630和故障信号继电器640串联组成的第二通道并联，并联后与外部的变频器连接。

图6示出的任何一个继电器输出有效都不会造成故障信号输出有效，可以通过软件分别控制四个继电器轮流输出有效，例如当继电器输出为故障信号继电器输出时，若任意一个故障继电器或两个同属于一个通道的故障信号继电器输出功能失效，则判定为故障预警，并通过以太网通讯完成相应的预警；若任意三个故障信号继电器或属于不同通道的两个继电器输出功能失效，则判定为模块级故障，并且此时模块级故障无法通过故障信号继电器通道正确输出，而从以太网对外通讯完成相应报警，其中系统是由四个故障信号继电器组成共同输出控制，且两两故障信号继电器串联后并联。因为当达到三个故障信号继电器失效时认为处于继电器组合输出失效的零界点，可以直接上报模块级故障输出并提示用户规避风险。

另外，可以基于硬件系统的使用年限和继电器的动作次数寿命确定定时检测的间隔时间。

示例性地，请参考图7，上述步骤130中，基于所述输入故障和输出故障的检测，若为模块级故障，则执行模块级故障处理的步骤包括：

步骤710，配置一高速切换机制。

步骤720，根据所述高速切换机制，触发故障信号继电器输出并切换到控制并联的继电器的任意一个有效则表示继电器输出有效以实现冗余输出。

其中，步骤720所述的继电器的结构示意图如图6所示，当触发了模块级故障时，触发四个故障信号继电器全部由断开状态变为闭合状态，故障信号继电器610和故障信号继电器620组成输出通道1，故障信号继电器630和故障信号继电器640组成输出通道2，通道1和通道2实现冗余输出。

上述触发模块级故障的条件总结如下表：

本发明的设计原则在于任何的单点故障都不会造成输出失效，除了各种输入数据在故障状态下有备用输入数据可以迅速选取，当模块级故障发生时可以通过故障策略实现模块故障信号继电器迅速输出模块故障信号，外部的变频器采用系统内的备用模块输出信号。

请参考图8，图8是本发明一实施例提供的故障处理方法的流程示意图。一种故障处理方法，所述方法包括：

步骤811，对功率匹配模块进行故障的检测，得到故障诊断结果。

步骤812，根据该故障诊断结果，判断是否有故障。

若有故障，执行步骤813；

若无故障，执行步骤822。

步骤813，判断故障是否为输入故障。

若是输入故障，执行步骤814，输入故障可以是指与输入数据相关的故障。

若不是输入故障，执行步骤815。

步骤814，执行有效数据选取策略。该有效数据选取策略为拦截故障数据和选取无故障数据作为有效数据输出，如图3所示，在此不再赘述。

步骤815，判断故障是否为模拟量输出故障。其中，输出故障包括模拟量输出故障和继电器输出故障，而继电器输出故障又包括快速卸载继电器输出故障和故障信号继电器输出故障。

若是模拟量输出故障，执行步骤816。

若不是模拟量输出故障，执行步骤817。

步骤816，若是模拟量输出故障且模拟量输出无效，则同时判定为模块级故障。

也就是说，系统判定为模拟量输出故障，且没有备用输出通道进行输出而导致模拟量输出无效。

但如果是模拟量输出故障，但可以通过备用输出通道输出而使得模拟量输出有效，则视为可以正常输出(图中未示出)。

步骤817，判断故障是否为快速卸载继电器输出故障。

若是快速卸载继电器输出故障，执行步骤818。

若不是快速卸载继电器输出故障，即是故障信号继电器输出故障，执行步骤819。

步骤818，若是快速卸载继电器输出故障且快速卸载继电器输出无效，则同时判定为模块级故障。

也就是说，系统判定为快速卸载继电器输出故障，且没有备用输出通道进行输出而导致快速卸载继电器输出无效。

但如果是快速卸载继电器输出故障，但可以通过备用输出通道输出而使得快速卸载继电器输出有效，则视为可以正常输出(图中未示出)。

步骤819，判断故障信号继电器输出故障是否构成模块级故障。

基于前述触发模块级故障的条件可知，当检测到任意三个故障信号继电器或属于不同通道的两个故障信号继电器输出功能失效输出功能故障，则可触发模块级故障。

若构成模块级故障，执行步骤824。

若不构成模块级故障，执行步骤820。

步骤820，若是故障信号继电器输出故障且故障信号继电器输出无效，则同时判定为模块级故障。

也就是说，系统判定为故障信号继电器输出故障，且没有备用输出通道进行输出而导致故障信号继电器输出无效。

但如果是故障信号继电器输出故障，但可以通过备用输出通道输出而使得故障信号继电器输出有效，则视为可以正常输出(图中未示出)。

步骤821，判断是否获取到有效数据。

由于判定为输入故障，系统可以提供备用输入通道以获取到有效数据。

若通过备用输入通道可以获取到有效数据，则执行步骤822。

若通过备用输入通道无法获取到有效数据，则执行步骤823。

步骤822，输出有效数据和对应的故障状态。例如，输出有效数据和对应的故障状态，该对应的故障状态是模拟量输入故障。

步骤823，同时判定为模块级故障。

步骤824，输出对应的故障状态并执行模块故障处理。

示例性地，模块级故障处理包括模块级故障继电器动作并输出和通过以太网对外输出故障报警。

例如，输出对应的故障状态可以是模块级故障，或者是模拟量输入故障和模块级故障的组合，或者是模拟量输出故障和模块级故障的组合故障。

而执行模块级故障处理的步骤如上述图7所示，在此不再赘述。

下面对本发明提供的故障处理装置进行描述，下文描述的故障处理装置与上文描述的故障处理方法可相互对应参照。

请参阅图9，图9是本发明提供的故障处理装置的结构示意图。一种故障处理装置，所述装置包括至少两个功率匹配模块，每两个功率匹配模块互为冗余模块，所述功率匹配模块用于执行如上所述的故障处理方法。

功率匹配模块为能量管理控制器的关键部件，具有更高的响应时间要求和故障容错功能。为了实现更快的响应时间，功率匹配模块的核心处理器采用可编程逻辑器件(FPGA)，并且通过增加了一路光纤网络，以实现双环形网络数据通讯模式。

例如，图9示出了故障处理装置包括功率匹配模块910、功率匹配模块920、功率匹配模块930以及功率匹配模块940。功率匹配模块910和功率匹配模块920互为冗余的功率模块。功率匹配模块930和功率匹配模块940也是互为冗余的功率模块。可以理解的是，图9示出了四个功率匹配模块，实际应用也可以只采用功率匹配模块910和功率匹配模块920两个模块。

由两个互为冗余的功率匹配模块同时输出独立的模拟量信号和开关量信号给变频器，当其中的主模块(例如功率匹配模块910)出现故障时，开关量信号输出故障信息，变频器接收到故障信息后自动切换到另一个的功率匹配模块(例如功率匹配模块920)输出信号。

示例性地，每个功率匹配模块包括第一输入端AI(表示接收模拟量输入，AI的输入可以从作为默认主模块的功率匹配模块910的通道输入，也可以从作为备用模块的功率匹配模块920的通道输入)、第二输入端DI(表示开关量输入，DI的输入可以从作为默认主模块的功率匹配模块910的通道输入，也可以从作为备用模块的功率匹配模块920的通道输入)、第三输入端(表示以太网输入输出)、第一输出端AO(表示模拟量输出)以及第二输出端DO(表示开关量输出)。

其中，第一输入端AI和第二输入端DI均与两条冗余的光纤(光纤A和光纤B)连接，第三输入端与以太网通讯连接，RS485为调试信号。功率匹配模块之间通过两条冗余的光纤(光纤A和光纤B)连接，光纤A和光纤B为两条冗余的环形通讯网且均为单向通讯。

本发明所述功率匹配模块可在AI、DI、以太网、光纤A和光纤B中出现任意一个故障状态时，AI和DO的输出信号仍然正确，并且可满足系统响应时间要求。在监测到AO输出通道故障时，可通过DO输出通道对外部设备迅速输出报警信号。DO输出通道为对外输出报警通道，通过输出通道的定时检测可以在没有动作需求前实现预报警。

进一步的，每个功率匹配模块包括一可编程阵列逻辑器件(FPGA)和多个继电器，可编程阵列逻辑器件通过多个继电器与外部的变频器连接(如图6所示)。

另外，本发明还提供一种船舶管理系统，所述系统用于执行如上所述的故障处理方法。

在此需要说明的是，本发明实施例提供的上述故障处理装置和船舶管理系统，能够实现上述方法实施例所实现的所有方法步骤，且能够达到相同的技术效果，在此不再对本实施例中与方法实施例相同的部分及有益效果进行具体赘述。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种故障处理方法，应用于与外部变频器连接的功率匹配模块，其特征在于，所述方法包括：

对所述功率匹配模块进行输入故障的检测，并执行有效数据选取策略，所述有效数据选取策略为拦截故障数据和选取无故障数据作为有效数据并就不能获取到有效数据时判定为模块级故障；

对所述功率匹配模块进行输出故障的检测，并执行故障处理策略以及输出对应的故障状态，所述故障处理策略包括基于输出故障进一步判断是否为模块级故障；

基于所述输入故障和所述输出故障的检测，若为模块级故障，则执行模块级故障处理；

其中，输入故障包括模拟量输入故障、开关量输入故障、光纤通讯故障以及以太网通讯故障，输出故障包括模拟量输出故障和继电器输出故障。

2.根据权利要求1所述的故障处理方法，其特征在于，所述对所述功率匹配模块进行输入故障的检测的步骤包括：

接收模拟量输入数据；

判断所述模拟量输入数据与上一时刻接收到的模拟量输入数据的变化幅度是否在预设范围之内；

若变化幅度在预设范围之内，则确定所述模拟量输入数据处于稳定态并通过配置的定时机制继续判断预先设定的定时时间是否到达，若预先设定的定时时间到达或变化幅度不在预设范围之内，则触发故障监控机制并启动系统的信号叠加电路通过增减叠加信号方式进行故障检测以及将所述模拟量输入数据和故障结果输出；

若预设设定的定时时间未到达，则直接将所述模拟量输入数据和故障结果输出。

3.根据权利要求1或2所述的故障处理方法，其特征在于，所述执行有效数据选取策略的步骤包括：

若为模拟量输入故障或开关量输入故障，则从光纤网络上获取冗余设备提供的有效数据，若无法从所述光纤网络中获取冗余设备的有效数据或获取到的数据为无效数据则同时判定为模块级故障；

若为光纤通讯故障时，则从另一冗余光纤网络获取有效数据，若无法从另一冗余光纤网络获取有效数据或获取到的数据为无效数据时判定为模块级故障；

若为以太网通讯故障时，则从光纤网络中获取有效数据，若从光纤网络中无法获取到有效数据或获取到的数据为无效数据时判定为模块级故障。

4.根据权利要求1所述的故障处理方法，其特征在于，所述对所述功率匹配模块进行输出故障的检测的步骤包括：

获取某一时刻的第一模拟量输出计算值和某一时刻的第一模拟量实际回采值；

判断下一时刻的第二模拟量输出计算值是否等于所述第一模拟量输出计算值；

若所述第二模拟量输出计算值与所述第一模拟量输出计算值不相等，则继续判断是否在预设的时间内获取到下一时刻的第二模拟量实际回采值；若在预设的时间内获取到第二模拟量实际回采值，则判断所述第二模拟量输出计算值是否等于所述第二模拟量实际回采值；若不相等，则判定为模拟量输出故障以表示模拟量输出存在故障；

若所述第二模拟量输出计算值与所述第一模拟量输出计算值相等，则继续判断获取到下一时刻的第二模拟量实际回采值是否等于所述第一模拟量实际回采值，若不相等，则判定为模拟量输出故障。

5.根据权利要求1所述的故障处理方法，其特征在于，所述对所述功率匹配模块进行输出故障的检测，并执行故障处理策略的步骤还包括：

根据继电器输出的执行时间，当系统计算得到继电器输出结果有变化时，则在预设的等待时间之后，执行如下步骤：

当继电器输出为快速卸载信号继电器输出时，若之前故障诊断结构为继电器输出故障，则将继电器输出故障改判为模块级故障；

当继电器输出为故障信号继电器输出时，若任意一个故障继电器或两个同属于一个通道的故障信号继电器输出功能失效，则判定为故障预警，并通过以太网通讯完成相应的预警；若任意三个故障信号继电器或属于不同通道的两个继电器输出功能失效，则判定为模块级故障，并且此时模块级故障无法通过故障信号继电器通道正确输出，而从以太网对外通讯完成相应报警，其中系统是由四个故障信号继电器组成共同输出控制，且两两故障信号继电器串联后并联。

6.根据权利要求1所述的故障处理方法，其特征在于，所述基于所述输入故障和输出故障的检测，若为模块级故障，则执行模块级故障处理的步骤包括：

配置一高速切换机制；

根据所述高速切换机制，控制并联的两通道继电器的任意一个通道有效则表示继电器输出有效以实现冗余输出。

7.一种故障处理装置，其特征在于，所述装置包括至少两个功率匹配模块，每两个功率匹配模块互为冗余模块，所述功率匹配模块用于执行如权利要求1～6任一项所述的故障处理方法。

8.根据权利要求7所述的故障处理装置，其特征在于，每个功率匹配模块包括第一输入端、第二输入端、第三输入输出端、第一输出端以及第二输出端，第一输入端和第二输入端均与两条冗余的光纤连接，第三输入输出端与以太网连接，功率匹配模块之间通过两条冗余的光纤连接，所述两条冗余的光纤为两条冗余的环形通讯网且均为单向通讯。

9.根据权利要求7所述的故障处理装置，其特征在于，每个功率匹配模块包括一可编程阵列逻辑器件和多个继电器，所述可编程阵列逻辑器件通过所述多个继电器与外部的变频器连接。

10.一种船舶管理系统，其特征在于，所述系统用于执行如权利要求1～6任一项所述的故障处理方法。

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