一種即插即用的船舶機艙監控系統設計方法

姚晨　王立君

摘 要：傳統的船舶機艙監控系統在監控模塊出現故障時，存在著模塊更換速度慢，更換方式復雜，系統自動修復能力低的特點。該文提出了一種即插即用的船舶機艙監控系統設計方法，該方法實現了船舶機艙監控系統模塊的自動識別和配置，提高了船舶機艙監控系統的生產速度，降低系統維護成本，提高了系統的自動化程度。

關鍵詞：船舶機艙監控系統 即插即用 CAN總線 以太網總線 設備管理

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）06（c）-0011-03

隨著智能船舶的高速發展，要求船舶機艙監控系統具有快速自動修復能力。工業4.0的普及，要求能夠快速批量的生產船舶機艙監控系統，該文提出了一種即插即用的船舶機艙監控系統設計方法，以下對該方法進行探討。

1 系統網絡拓撲設計

整個系統包含監測系統、動力系統、電力系統和其它系統，分系統之間通過以太網總線實現數據傳輸，分系統內部模塊通過CAN總線[2]實現數據傳輸。分系統中各I/O模塊將各自采集到的數據發送到CAN總線上，互聯網關將CAN總線上的數據通過相應的協議轉換，發送至以太網總線上，通過交換機數據交互，集控室、駕駛室、船長室、輪機長室等接收到相應的模塊數據。當集控室、駕駛室、船長室、輪機長室等需要發送控制指令時，先將該指令發送至以太網總線，分系統互聯網關收到以太網數據之后將該數據轉換成CAN數據，發送至CAN總線，各I/O模塊收到CAN總線上的指令之后，執行相應的輸出功能。船舶機艙監控系統主要架構如圖1所示。

2 設計與實現

由圖1可知，整個系統主要包括兩層網絡（以太網，CAN網），三層設備（I/O模塊，互聯網關，上位機）組成。根據系統原理，在上位機中設計設備管理器，設備管理器實現互聯網關模塊的即插即用功能，互聯網關模塊實現I/O模塊的即插即用功能，從而實現整套系統的即插即用功能。

2.1 互聯網關模塊即插即用設計

互聯網關模塊的即插即用由設備管理器實現，其流程如圖2所示，主要包括以下幾項功能。

2.1.1 判斷是否有出廠配置模塊

如果模塊出現故障，根據文中的提示，當操作人員更換出廠配置模塊之后。設備管理器根據該模塊發送的心跳報文，判斷該模塊類型是否與故障模塊類型一致，如果類型一致，則該模快將進入配置隊列，等待設備管理器對該模塊進行參數配置。

2.1.2 判斷同類型故障模塊是否唯一

設備管理器根據文中的判斷，確定同類型故障模塊是否唯一。

2.1.3 配置模塊

根據文中的對應關系，下載該模塊的參數，固件以及該系統的參數，完成模塊的配置。如在網絡中，放入兩塊出廠配置的互聯網關模塊，則兩塊互聯網關模塊由于IP地址相同，產生沖突，將進行故障報警，而設備管理器將無法收到出廠互聯網關模塊的心跳報文，設備管理器不做任何操作。

2.2 I/O模塊即插即用設計

I/O模塊的即插即用由互聯網關模塊實現，其流程如圖3所示，主要包括以下幾項功能。

2.2.1 判斷是否有出廠配置模塊

如果模塊出現故障，根據（2）中的提示，當操作人員更換出廠配置模塊之后。互聯網關模塊根據該模塊發送的心跳報文，判斷該模塊類型是否與故障模塊類型一致，如果類型一致，則該模快將進入配置隊列，等待互聯網關模塊對該模塊進行參數配置。

2.2.2 判斷同類型故障模塊是否唯一

互聯網關模塊根據（1）中的判斷，確定同類型故障模塊是否唯一。

（1）配置模塊。

根據（4）中的對應關系，下載該模塊的參數，完成模塊的配置。

（2）I/O模塊重復報警。

如果在CAN網絡中，放入兩塊及以上同類型出廠配置的I/O模塊，互聯網關模塊根據同一時間內收到的心跳數量，確定該網絡中有超過一塊同類型出廠配置的I/O模塊，互聯網關將該信息通過以太網輸出至設備管理器，設備管理器進行I/O模塊重復報警。

3 應用實例

該系統已在該所研制的某型號船舶機艙監控系統中成功應用，該系統網絡圖如圖1所示。該系統互聯網關模塊配置信息見表1，分系統以監測系統為例進行說明，監測系統配置信息見表2。

整個系統在實現過程中應用即插即用功能，整個即插即用過程如下。

3.1 配置監測系統互聯網關模塊

將出廠配置互聯網關模塊放入該系統中，設備管理器讀取出廠配置互聯網關模塊信息，并且根據IP地址大小將其配置成監測系統互聯網關模塊。endprint