PL151682B2 - Statkowy komputerowy system przetwarzania informacji - Google Patents

Description

RZECZPOSPOLITA

POLSKA

OPIS PATENTOWY PATENTU TYMCZASOWEGO

151 682

Patent tymczasowy dodatkowy do patentu nr--Zgłoszono: 88 04 12 (P. 271805)

Int. Cl.⁵ G06F 13/00 G06F 15/74

Pierwszeństwo--URZĄD

PATENTOWY

RP

Zgłoszenie ogłoszono: 89 01 23

Opis patentowy opublikowano: 1991 03 29

Twórcy wynalazku: Andrzej Giryn, Mirosław Jurdziński, Zbigniew Bielik

Uprawniony z patentu tymczasowego: Naukowo-Produkcyjne Centrum Przetwarzania Sygnału, Gdynia (Polska)

Statkowy komputerowy system przetwarzania informacji

Przedmiotem wynalazku jest statkowy komputerowy system przetwarzania informacji, składający się z komputera centralnego z przyłączonymi doń licznymi terminalami komputerowymi lokalnymi oraz urządzeniami statkowymi.

Wynalazek dotyczy organizacji statkowego systemu przetwarzania danych i przetwarzania sygnałów.

Stale obserwowany wzrost objętości strumieni informacyjnych napływających na mostek nawigacyjny statku, zarówno w procesach eksploatacyjnych, jak i w czasie bezpośredniego kierowania ruchem statku, stwarza konieczność wprowadzania automatyzacji procesów przetwarzania danych przy wykorzystaniu techniki elektronicznego przetwarzania danych, gdyż jak pokazuje praktyka, mała efektywność przetwarzania informacji jest często główną przyczyną awarii na morzu. Dynamika zmian informacji w podsystemach okrętowych wymaga przetwarzania pozyskanych informacji w czasie bieżącym. Różnorodność źródeł informacji, oraz ich usytuowanie w różnych częściach statku, wymaga tworzenia sieci przesyłania informacji do punktu centralnego sterowania statkiem.

Znane są i stosowane na statkach liczne lokalne komputerowe systemy wykorzystujące lokalne terminale, oraz peryferyjne urządzenia przetwarzania sygnałów z różnego typu i przeznaczenia statkowych urządzeń przemysłowych. Te lokalne urządzenia i podsystemy z reguły nie są powiązane ze sobą jakimkolwiek środkiem łączności i na ogół są względem siebie niekompatybilne. Znane są nadto w technice systemów komputerowych modemy komputerowe, umożliwiające przyłączenie do komputera licznych peryferyjnych urządzeń analogowych, zwłaszcza z przemysłowych urządzeń kontrolno-pomiarowych i sterowniczych. W systemach tych stosuje się złącze pomiarowe typu IEEE 458 (HP-IB)s, oraz wielodostępne systemy operycyjne na przykład typu XENIX-V dla sieci topologii gwiazdy, lub też systemy operacyjne na przykład typu D-LINK lub ETHERNET dla sieci o topologii magistrali.

Nie są znane statkowe zintegrowane systemy przetwarzania danych i sygnałów, w których stosuje się jeden centralny statkowy komputer współpracujący w sieci zintegrowanej z licznymi lokalnymi minikomputerowymi terminalami inteligentnymi oraz z licznymi statkowymi lokalnymi

151 682 systemami przetwarzania sygnałów, wykorzystującymi analogowo-cyfrowe źródła sygnałów i danych. Funkcja przetwarzania danych sprowadza się na statku głównie do funkcji wsadowej, wykonywanej poza czasem bieżącym. Występuje tu realizacja takich programów, jak optymalizacja załadunku statku, optymalizacja trasy statku, optymalizacja gospodarki magazynowej statku. Funkcje te mogą być wykonywane oddzielnie przez sprzęt poszczególnych standardowych komputerów lub realizowane łącznie przy wykorzystywaniu sprzętu standardowych lokalnych sieci komputerowych. Funkcja przetwarzania sygnałów sprowadza się głównie do uzyskania i odpowiedniego (to jest najlepiej optymalnego z punktu widzenia założonych kryteriów optymalizacyjnych) przetwarzania w czasie, najczęściej bieżącym, sygnałów uzyskanych przy pomocy czujników i urządzeń pomiarowych, zawierających informacje o technicznym stanie części składowych samego statku i jego urządzeń, jak i informacje o aktualnej pozycji statku, a także automatycznego sterowania ruchem statku lub działaniem zainstalowanych na nim urządzeń. Realizacja tych funkcji wymaga wykorzystywania przetworników przetwarzających wielkości charakteryzujące mierzone zjawiska fizyczne na sygnały elektryczne układów dopasowujących i przetworników analogowo-cyfrowych. Wiąże się z tym konieczność stosowania w praktyce statkowej do realizacji lokalnych systemów przetwarzania sygnałów, komputerów z zasady o dużych mocach obliczeniowych oraz cyfrowych sterowników urządzeń statkowych.

Przetwarzanie sygnałów na statku obejmuje najczęściej realizacja takich funkcji jak nawigacja i sterowanie ruchem statku, diagnostyka stanu kadłuba statku i zainstalowanych urządzeń statkowych, automatyka i optymalizacja pracy siłowni statkowej, kontrola bezpieczeństwa statku i jego ładunku, automatyzacja łączności statkowej i inne. Funkcje te są na współczesnym statku wzajemnie skorelowane, tak że w praktyce realizujące te funkcje poszczególne lokalne systemy przetwarzania sygnałów muszą być połączone siecią transmisji danych.

Wynalazek rozwiązuje zagadnienie opracowania statkowego komputerowego systemu przetwarzania informacji, realizującego dwie podstawowe funkcje- przetwarzania danych i przetwarzania informacji, jak również zagadnienie minimalizacji wymagań co do niezbędnej mocy obliczeniowej wykorzystywanego jako centralny komputera statkowego, co w znanych systemach przetwarzania sygnałów jest z reguły jednym z głównych warunków limitujących w praktyce obszar zastosowania tych systemów. Równie ważnym celem wynalazku jest uzyskanie wzrostu niezawodności systemu statkowego przetwarzania informacji w sytuacji awarii części terminali inteligentnych czy lokalnych systemów przetwarzania sygnałów poprzez przejęcie realizacji przez nieuszkodzone komputery funkcji lub części funkcji wypełnianych przez komputery, które uległy awarii, przy minimalizacji zakłóceń pracy całego systemu.

Statkowy komputerowy system przetwarzania informacji składający się ze znanego komputera centralnego z przyłączonymi doń poprzez modemy i przyłącza wielodostępnej sieci komputerowej o znanej topologii gwiazdy, korzystnie sieci typu ΧΕΝΙΧ, licznymi wyposażonymi w przyłącza sieci o topologii gwiazdy terminalami komputerowymi takimi jak mikrokomputery, lokalne systemy przetwarzania sygnałów i sterowniki maszyn i urządzeń charakterystyczny tym według wynalazku, że komputer pokładowy poprzez liczne modemy i bloki przyłączy lokalnej wielodostępnej sieci typu gwiazda jest przyłączony z licznymi terminalami komputerowymi korzystnie mikrokomputerami klasy IBM-PC XT AT, tworząc zespół przetwarzania danych. Komputer pokładowy jest także w ten sam sposób połączony z licznymi sterownikami urządzeń i mechanizmów okrętowych lokalnymi oraz systemami przetwarzania sygnałów. Są nimi system nawigacji i sterowania ruchem statku, system diagnostyki siłowni okrętowej, system automatyki siłowni, system optymalizacji zużycia paliwa, system kontroli bezpieczeństwa statku, system kontroli bezpieczeństwa ładunku i statkowy system łączności. Wszystkie wymienione systemy tworzą wydzielony o charakterze otwartym zespół przetwarzania sygnałów.

Istotnym jest również, że systemy diagnostyki siłowni, automatyki siłowni i optymalizacji zużycia paliwa tworzą wydzielony o charakterze otwartym blok systemów przetwarzania sygnałów siłowni okrętowej i są one dodatkowo połączone ze sobą za pomocą oddzielnej magistrali lokalnej bloku. Również i pozostałe systemy kontroli bezpieczeństwa statku i kontroli bezpieczeństwa ładunku tworzą wydzielony o charakterze otwartym blok przetwarzania sygnałów bezpieczeństwa kadłuba statku i ładunku i są dodatkowo połączone ze sobą za pomocą oddzielnej magistrali lokalnej bloku. Oba wymienione bloki przetwarzania sygnałów siłowni i przetwarzania sygnałów

151 682 bezpieczeństwa statku i ładunku są przyłączone odrębnie do wymienionego systemu nawigacji i sterowania ruchem, tworzącego wydzielony blok przetwarzania sygnałów bezpieczeństwa nawigacyjnego mający charakter otwarty.

Inne wykonanie statkowego komputerowego systemu przetwarzania informacji, składającego się również ze znanego komputera centralnego z przyłączonymi doń poprzez znane modemy i przyłącza wielodostępnej sieci komputerowej o topologii magistralowej na przykład typu D-LINK lub ETHERNET licznymi spełniającymi funkcje przetwarzania danych znanymi terminalami komputerowymi takimi jak mikrokomputery klasy IBM-PC/XT/AT, mającymi podłączone różne urządzenia peryferyjne takie jak systemy przetwarzania sygnałów i/lub sterowniki urządzeń i mechanizmów okrętowych charakterystyczne tym, że spełniające funkcje przetwarzania danych terminale komputerowe lokalne, korzystnie mikrokomputery klasy IBM-PC/XT/AT tworzące zespół przetwarzania danych są przyłączone poprzez modemy i przyłącza sieci wielodostępnej o topologii magistralowej z wyposażonymi w te przełącza komputera, pokładowym i licznymi lokalnymi sterownikami urządzeń i mechanizmów okrętowych oraz systemów przetwarzania sygnałów takimi jak wyżej opisano.

System według wynalazku realizując postawione zadania wykazuje jednocześnie szereg korzystnych technicznych i techniczno-użytkowych zalet. System umożliwia jednoczesną lub według potrzeb stopniowaną łatwo koordynowalną realizację poszczególnych elementów przez różnych wykonawców, oraz wykorzystywanie na etapie opracowywania powszechnie dostępnego sprzętu komputerowego oraz jego oprogramowania, zarówno systemowego jak i użytkowego. System według wynalazku umożliwia łatwą adaptację przez armatora statku posiadających przezeń już systemów przetwarzania sygnałów najróżniejszych typów, jak również równoległy rozwój optymalnych systemów nowej generacji, polegający na daleko idącej unifikacji sprzętu komputerowego zmierzającej do znacznego zmniejszenia występującego w praktyce statkowej ze szczególną siłą problemu eksploatacji bardzo różnorodnego i z reguły niekompatybilnego względem siebie sprzętu elektronicznego, nawet gdy jest to sprzęt najnowszego typu. Dalszym korzystnym rezultatem wynalazku jest łatwe dopasowywanie obszaru funkcji realizowanych przez system do wymagań użytkownika, które w praktyce dla każdego współczesnego statku są inne, oraz zapewnienie (co jest charakterstyczne dla współczesnych systemów z przetwarzaniem rozproszonym) znacznej niezawodności pracy systemu, którą można dodatkowo zwiększyć dopuszczając nadmiar mocy obliczeniowej w poszczególnych węzłach sieci, mikrokomputerach, lokalnych systemach przetwarzania sygnałów i sterownikach urządzeń i mechanizmów okrętowych. Dotyczy to zwłaszcza systemu wykorzystującego sieć o topologii magistralowej, gdyż wówczas nie jest wyróżniony komputer centralny, między innymi zarządzający pracą sieci. System według wynalazku umożliwia jego praktyczne zrealizowanie za pomocą konwencjonalnego powszechnie dostępnego sprzętu komputerowego.

Urządzenia elektroniczne instalowane na współczesnych statkach wielkotonażowych w ich klimatyzowanych pomieszczeniach na odpowiednich dopracowanych do lokalnych warunków amortyzatorach, pozwalają na znaczne złagodzenia wymagań instalacyjnych stawianych urządzeniom morskim, w związku z czym jest możliwe wykorzystywanie do realizacji systemu według wynalazku konwencjonalnych podzespołów komputerowych, zwłaszcza do realizacji sprzętu komputerów przetwarzania danych oraz do realizacji sprzętu części takich systemów przetwarzania sygnałów jak system nawigacji, system sterowania ruchem statku, system łączności, system kontroli bezpieczeństwa statku i ładunku. Są to zwłaszcza standardowe dostępne powszechnie na rynku komputery, pozwalające na istotne obniżenia kapitałochłonności systemu.

Wynalazek jest szczegółowo opisany na przykładzie jego wykonania i zobrazowany na rysunku przedstawiającym schemat blokowy systemu.

Jak pokazano na rysunku statkowy komputerowy system przetwarzania informacji składa się z komputera pokładowego KP, który jest poprzez liczne modemy Ml, M2......Mn i bloki przyłączy lokalnej wielodostępnej sieci typu gwiazda ΧΕΝ połączony z licznymi terminalami komputerowymi Tl, T2......Tn, korzystnie mikrokomputerami klasy IBM-PC/XT/AT, tworząc w ten sposób zespół przetwarzania danych PD. Komputer pokładowy KP jest także połączony w ten sposób z licznymi sterownikami urządzeń i mechanizmów okrętowych lokalnymi oraz systemami przetwa4

151 682 rzania sygnałów. Są nimi system nawigacji i sterowania ruchem statku SNS, system diagnostyki siłowni okrętowej SDS, system automatyki siłowni SAS, system optymalizacji zużycia paliwa SOP, system kontroli bezpieczeństwa statku SKB, system kontroli bezpieczeństwa ładunku SKŁ i statkowy system łączności SSL. Wszystkie te systemy tworzą wydzielony o charakterze otwartym zespół przetwarzania sygnałów PS. Wymienione systemy diagnostyki siłowni SDS, automatyki siłowni SAS i optymalizacji zużycia paliwa SOP tworzą ponadto wydzielony o charakterze otwartym blok systemów przetwarzania sygnałów siłowni okrętowej BSPSS i są dodatkowo połączone ze sobą za pomocą oddzielnej magistrali lokalnej bloku. Podobnie również i systemy kontroli bezpieczeństwa statku SKB i kontroli bezpieczeństwa ładunku SKŁ tworzą wydzielony o charakterze otwartym blok przetwarzania sygnałów bezpieczeństwa kadłuba statku i ładunku BSBKŁ i są dodatkowo połączone ze sobą za pomocą oddzielnej magistrali lokalnej bloku. Oba wymienione bloki przetwarzania sygnałów siłowni BSPSS i przetwarzania sygnałów bezpieczeństwa statku i ładunku BSBKŁ są przyłączone odrębnie do wymienionego systemu nawigacji i sterowania ruchem SNS, tworzącego wydzielony blok przetwarzania sygnałów bezpieczeństwa nawigacyjnego, mający charakter otwarty.

Inne wykonanie statkowego komputerowego systemu przetwarzania informacji, składa się ze spełniających funkcję przetwarzania danych terminali komputerowych lokalnych Tl, T2......Tn, korzystnie mikrokomputerów klasy IBM-PC/XT/AT, które tworzą zespół przetwarzania danych PD i są przyłączone poprzez modemy i przyłącza sieci wielodostępnej o topologii magistralowej D-LINK z wyposażonymi w te przyłącza komputerem pokładowym KP i licznymi lokalnymi sterownikami urządzeń i mechanizmów okrętowych oraz systemów przetwarzania sygnałów takimi jak wyżej opisano.

Prymat dostępnych na rynku komputerów kompatybilnych z komputerami klasy IBMPC/XT/AT, głównie ze względu na łatwość pozyskania oprogramowania systemowego i użytkowego, pozwolił na przejęcie według wynalazku, że przetwarzanie danych będzie realizowane przy wykorzystaniu sieci składającej się z komputera KP głównego klasy najlepiej IBM-AT oraz rozmieszczonych w różnych miejscach statku i spełniających funkcje terminali inteligentnych komputerów lokalnych Tl, T2.......Tn klasy IBM-PC XT, wyposażonych podobnie w odpowiednie zestawy znanych urządzeń peryferyjnych UP. W układzie według wynalazku komputer główny KP z ewentualnie dołączonymi do niego urządzeniami peryferyjnymi takimi jak ploter x-y PL, drukarka graficzna DG, monitor monochromatyczny lub kolorowy ME oraz streamer ST oprócz przetwarzania wsadowego dla sieci o topologii gwiazdy zarządza także pracą sieci przetwarzania danych, w której oprócz terminali Tl, T2......Tn włączone są także wszystkie systemy zespołu przetwarzania sygnałów PS traktowane z punktu widzenia komputera KP również jako terminale. Przetwarzanie wsadowe podobnie jak zarządzenie pracą urządzeń peryferyjnych może być w systemie według wynalazku realizowane przez komputery spełniające funkcję terminali inteligentnych Tl do Tn, z których każdy dla sieci o topologii magistralowej może spełniać funkcję zarządzania siecią. Taka organizacja systemu, co jest szczególnie istotne przy wykorzystywaniu sieci o topologii gwiazdy, umożliwia kompencowanie (spowodowanego przejęciem funkcji zarządzania siecią i nasilającego się wraz ze wzrostem liczby terminali) spadku dostępnej do przetwarzania wsadowego mocy obliczeniowej komputera głównego. Stanowi to z reguły znaczny problem w znanych ze stanu techniki lokalnych sieciach komputerowych.

Do realizacji sieci według wynalazku zakłada się wykorzystanie w charakterze modemów łączy światłowodowych jako najbardziej odpornych na zakłócenia występujące na współczesnych statkach i których zwalczanie stanowi z reguły duży problem. Dla sieci o topologii magistralowej do przesyłania danych zespołu przetwarzania danych PD, jak i danych powstających na wyjściu zespołu przetwarzania sygnałów najkorzystniejsze jest wykorzystywanie znanej sieci typu magistralowego D-LINK o maksymalnej szybkości transmisji danych równej 1 Mb/s, która pracuje w systemie operacyjnych typu DOS, a więc w systemie najbardziej znanym i najpowszechniej stosowanym. Pod kontrolą tego systemu jest sporządzona większość ogólnodostępnych programów użytkowych, w tym bardzo złożone programy przetwarzania sygnałów, które mogą być wykorzystywane także do realizacji statkowych systemów przetwarzania.

Z punktu widzenia możliwości stwarzanych przez wielodostępne systemy operacyjne jest również korzystne realizowanie systemu według wynalazku przy wykorzystaniu sieci o topologii gwiazdy, na przykład sieci pracującej w wielodostępnym systemie operacyjnym typu ΧΕΝΙΧ-Υ.

151 682

Ograniczenie do liczby szesnastu terminali pracujących w tym dość powszechnie stosowanym systemie nie jest dla przeciętnego statku współczesnego istotne, ze względu na nieznaczną liczbę z reguły nie przekraczającą szesnastu statkowych urządzeń przyłączonych w praktyce. Z tych też powodów jest również małoistotne drugie ograniczenie wynikające ze stosowania systemu gwiazdy, a polegające na maleniu szybkości działania sieci wraz ze wzrostem liczby przyłączonych do niej terminali.

Układ według wynalazku nadaje się do zastosowania w gospodarce narodowej w systemach nowoczesnych statków handlowych integrujących wszelkie funkcje niezbędne dla bezpieczeństwa statku i ładunku, przy zastosowaniu konwencjonalnych środków technicznych techniki cyfrowej.

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Statkowy komputerowy system przetwarzania informacji, składający się z komputera centralnego z przyłączonymi doń poprzez modemy i przyłącza wielodostępnej sieci komputerowej o topologii gwiazdy, korzystnie sieci typu ΧΕΝΙΧ, licznymi wyposażonymi w przyłącza sieci o topologii gwiazdy terminalami komputerowymi takimi jak mikrokomputery, lokalne systemy przetwarzania sygnałów i sterowniki maszyn i urządzeń, znamienny tym, że komputer pokładowy (KP) poprzez liczne modemy (Ml), (M2)......(Mn) i bloki przyłączy lokalnej wielodostępnej sieci (ΧΕΝ) typu gwiazdy, jest połączony z licznymi terminalami komputerowymi (Tl), (T2)....(Tn) korzystnie mikrokomputerami klasy IBM-PC/XT/AT, tworząc zespół przetwarzania danych (PD), a także z licznymi sterownikami urządzeń i mechanizmów okrętowych lokalnymi oraz systemami przetwarzania sygnałów, takimi jak system nawigacji i sterowania ruchem statku (SNS), system diagnostyki siłowni okrętowej (SDS), system automatyki siłowni (SAS), system optymalizacji zużycia paliwa (SOP), system kontroli bezpieczeństwa ładunku (SKŁ), system kontroli bezpieczeństwa statku (SKB) i statkowy system łączności (SSL), które tworzą wydzielony o charakterze otwartym zespół przetwarzania sygnałów (PS), przy czym systemy diagnostyki siłowni (SDS), automatyki siłowni (SAS) i optymalizacji zużycia paliwa (SOP) tworzą wydzielony o charakterze otwartym blok systemów przetwarzania sygnałów siłowni okrętowej (BSPSS) i są dodatkowo połączone ze sobą za pomocą oddzielnej magistrali lokalnej bloku, zaś systemy kontroli bezpieczeństwa statku (SKB) i kontroli bezpieczeństwa ładunku (SKŁ) tworzą wydzielony o charakterze otwartym blok przetwarzania sygnałów bezpieczeństwa kadłuba statku i ładunku (BSBKŁ) i są dodatkowo połączone ze sobą za pomocą oddzielnej magistrali lokalnej bloku, a nadto oba te bloki przetwarzania sygnałów siłowni (BSPSS) i przetwarzania sygnałów bezpieczeństwa statku i ładunku (BSBKŁ) są przyłączone odrębnie do systemu nawigacji i sterowania ruchem (SNS), tworzącego wydzielony blok przetwarzania sygnałów bezpieczeństwa nawigacyjnego, mający charakter otwarty.
2. 2. Statkowy komputerowy system przetwarzania informacji, składający się z komputera centralnego z przyłączonymi doń poprzez modemy i przyłącza wielodostępnej sieci komputerowej o topologii magistralowej na przykład typu D-LINK lub ETHERNET licznymi spełniającymi funkcje przetwarzania danych terminalami komputerowymi takimi jak mikrokomputery klasy IBM-PC/XT/AT, mającymi podłączone różne urządzenia peryferyjne takie jak lokalne systemy przetwarzania sygnałów i/lub sterowniki urządzeń i mechanizmów okrętowych, znamienny tym, że spełniające funkcję przetwarzania danych terminale komputerowe lokalne (Tl), (T2)......(Tn), korzystnie mikrokomputery klasy IBM-PC/XT/AT, tworzące zespół przetwarzania danych (PD), są połączone poprzez modemy i przyłącza sieci wielodostępnej o topologii magistralowej (D-LINK) z wyposażonymi w te przyłącza komputerem pokładowym (KP) i licznymi lokalnymi sterownikami urządzeń i mechanizmów okrętowych oraz systemów przetwarzania sygnałów, takimi jak system nawigacji i sterowania ruchem statku (SNS), system diagnostki siłowni (SDS), system automatyki siłowni okrętowej (SAS), system optymalizacji zużycia paliwa (SOP), system kontroli bezpieczeństwa statku (SKB), system kontroli bezpieczeństwa ładunku (SKŁ) i statkowy system łączności (SSL), przy czym systemy diagnostyki siłowni (SDS), automatyki siłowni (SAS) i optymalizacji zużycia paliwa (SOP) tworzą wydzielony o charakterze otwartym blok przetwarzania sygnałów

   151 682 siłowni okrętowej (BSPSS) i są dodatkowo połączone ze sobą za pomocą oddzielnej magistrali lokalnej tego bloku, zaś systemy kontroli bezpieczeństwa statku (SKB) i kontroli bezpieczeństwa ładunku (SKŁ) tworzą wydzielony o charakterze otwartym blok przetwarzania sygnałów bezpieczeństwa kadłuba i ładunku statku (BSBKŁ) i są dodatkowo połączone ze sobą za pomocą oddzielnej magistrali lokalnej tego bloku, a nadto oba te bloki przetwarzania sygnałów siłowni (BSPSS) i przetwarzania sygnałów bezpieczeństwa statku i ładunku (BSBKŁ) są przyłączone odrębnie do systemu nawigacji i sterowania ruchem (SNS) tworzącego wydzielony blok przetwarzania sygnałów bezpieczeństwa nawigacyjnego, mający charakter otwarty.

   BSPSS BSBKk

   Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 100 egz.

   Cena 3000 zł