本發(fā)明涉及一種貨艙液位監(jiān)控系統(tǒng)及方法，特別涉及一種基于冗余控制的船舶貨艙液位監(jiān)控系統(tǒng)及方法，屬于船舶裝置領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

船舶貨艙液位監(jiān)測系統(tǒng)除了用于實現(xiàn)對船艙中所運輸?shù)囊簯B(tài)貨物進行液位、壓力和溫度的實時監(jiān)測之外，還包括壓載水艙的液位、壓力、溫度的監(jiān)測，以及裝卸貨的速度監(jiān)測。系統(tǒng)主要應(yīng)用于化學(xué)品船、油品運輸船及各類海上作業(yè)平臺，如石油鉆井平臺等?？紤]到此類船舶運輸或存儲的貨物比較特殊，均為液態(tài)柔性物品，且具有易燃易爆物品特征，因此，船舶輪機管理人員能夠及時了解船舶艙內(nèi)的液貨信息是極其重要的事情。船舶貨艙液位監(jiān)測系統(tǒng)的可靠運行提高了船舶穩(wěn)定性和船舶安全性?，F(xiàn)有對船舶貨艙液位的監(jiān)測通常都是通過人工測深尺測量液位，既費工費時，難度又大，顯然已經(jīng)不能適應(yīng)于現(xiàn)代化船舶。同時，大部分船舶利用串口通信方式初步實現(xiàn)了貨艙液位遠程監(jiān)測系統(tǒng)，但是這種方式的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)過于簡單，一旦某一節(jié)點出現(xiàn)故障就會導(dǎo)致整個系統(tǒng)無法正常工作，嚴重影響了船舶的航行安全。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明基于冗余控制的船舶貨艙液位監(jiān)控系統(tǒng)及方法公開了新的方案，采用主計算機結(jié)合備用計算機作為人機監(jiān)控界面，解決了現(xiàn)有方案沒有智能冗余控制的問題。

本發(fā)明基于冗余控制的船舶貨艙液位監(jiān)控系統(tǒng)包括冗余監(jiān)控裝置、貨艙檢測裝置，冗余監(jiān)控裝置與貨艙檢測裝置互通信息，冗余監(jiān)控裝置包括主計算機、備用計算機，主計算機與備用計算機互通信息形成冗余控制，貨艙檢測裝置包括智能貨艙液位監(jiān)測儀、智能貨艙壓力監(jiān)測儀、智能貨艙溫度監(jiān)測儀、智能貨艙裝卸速率監(jiān)測儀，智能貨艙液位監(jiān)測儀與液位傳感器a互通信息，智能貨艙壓力監(jiān)測儀與壓力傳感器互通信息，智能貨艙溫度監(jiān)測儀與溫度傳感器互通信息，智能貨艙裝卸速率監(jiān)測儀與液位傳感器b互通信息，液位傳感器a、壓力傳感器、溫度傳感器、液位傳感器b安裝在相應(yīng)的被測艙室內(nèi)。

進一步，本方案的冗余監(jiān)控裝置與貨艙檢測裝置通過can通信模塊、can總線互通信息，主計算機與備用計算機通過網(wǎng)絡(luò)交換機、以太網(wǎng)互通信息形成冗余控制。

進一步，本方案的can總線包括can1總線、can2總線，貨艙檢測裝置分別通過can1總線、can2總線與can通信模塊連接。

進一步，本方案的基于冗余控制的船舶貨艙液位監(jiān)控系統(tǒng)還包括駕駛室監(jiān)控終端，駕駛室監(jiān)控終端通過以太網(wǎng)與冗余監(jiān)控裝置互通信息。

進一步，本方案的貨艙檢測裝置還包括智能壓載艙液位監(jiān)測儀，智能壓載艙液位監(jiān)測儀與液位傳感器c互通信息，液位傳感器c安裝在相應(yīng)的被測艙室內(nèi)。

進一步，本方案的智能貨艙液位監(jiān)測儀、智能貨艙壓力監(jiān)測儀、智能貨艙溫度監(jiān)測儀、智能貨艙裝卸速率監(jiān)測儀、智能壓載艙液位監(jiān)測儀還包括報警模塊，智能貨艙液位監(jiān)測儀、智能貨艙壓力監(jiān)測儀、智能貨艙溫度監(jiān)測儀、智能貨艙裝卸速率監(jiān)測儀、智能壓載艙液位監(jiān)測儀根據(jù)收到的采集數(shù)據(jù)異常的信息觸發(fā)報警模塊發(fā)出報警信息。

進一步，本方案的貨艙檢測裝置還包括智能監(jiān)測儀遙控終端，智能監(jiān)測儀遙控終端通過無線網(wǎng)絡(luò)向智能監(jiān)測儀傳送設(shè)定參數(shù)。

進一步，本方案的冗余監(jiān)控裝置還包括移動計算機，移動計算機通過無線網(wǎng)絡(luò)讀取貨艙檢測裝置的智能監(jiān)測儀的數(shù)據(jù)。

本方案還公開了基于冗余控制的船舶貨艙液位監(jiān)控方法，基于冗余控制的船舶貨艙液位監(jiān)控方法基于船舶貨艙液位監(jiān)控系統(tǒng)，船舶貨艙液位監(jiān)控系統(tǒng)包括冗余監(jiān)控裝置、貨艙檢測裝置，冗余監(jiān)控裝置與貨艙檢測裝置互通信息，冗余監(jiān)控裝置包括主計算機、備用計算機，主計算機與備用計算機互通信息形成冗余控制，貨艙檢測裝置包括智能貨艙液位監(jiān)測儀、智能貨艙壓力監(jiān)測儀、智能貨艙溫度監(jiān)測儀、智能貨艙裝卸速率監(jiān)測儀，智能貨艙液位監(jiān)測儀與液位傳感器a互通信息，智能貨艙壓力監(jiān)測儀與壓力傳感器互通信息，智能貨艙溫度監(jiān)測儀與溫度傳感器互通信息，智能貨艙裝卸速率監(jiān)測儀與液位傳感器b互通信息，液位傳感器a、壓力傳感器、溫度傳感器、液位傳感器b安裝在相應(yīng)的被測艙室內(nèi)，包括步驟：⑴主計算機、備用計算機同時上電，主計算機讀取、分析備用計算機的信息后根據(jù)信息異常的信號發(fā)出故障報警信息，備用計算機讀取、分析主計算機的信息后根據(jù)信息異常的信號發(fā)出故障報警信息；⑵主計算機讀取貨艙檢測裝置的信息后打包發(fā)送給備用計算機備份、分析，備用計算機讀取貨艙檢測裝置的信息后打包發(fā)送給主計算機備份、分析，主計算機根據(jù)收到的打包信息異常的信號發(fā)出故障報警信息，備用計算機根據(jù)收到的打包信息異常的信號發(fā)出故障報警信息；⑶主計算機在本地顯示終端上顯示貨艙檢測裝置的信息，備用計算機在本地顯示終端上顯示貨艙檢測裝置的信息。

進一步，在本方案的方法中，冗余控制還包括移動計算機監(jiān)控過程，移動計算機通過無線網(wǎng)絡(luò)讀取貨艙檢測裝置的信息后在本地顯示終端上顯示收到的貨艙檢測裝置的信息。

本發(fā)明基于冗余控制的船舶貨艙液位監(jiān)控系統(tǒng)及方法采用主計算機結(jié)合備用計算機作為人機監(jiān)控界面，具有效率高，故障率低的特點。

附圖說明

圖1是本發(fā)明船舶貨艙液位監(jiān)控系統(tǒng)的原理圖。

圖2是船舶貨艙液位監(jiān)控系統(tǒng)計算機冗余控制流程圖。

具體實施方式

如圖1所示，本發(fā)明基于冗余控制的船舶貨艙液位監(jiān)控系統(tǒng)的原理圖?；谌哂嗫刂频拇柏浥撘何槐O(jiān)控系統(tǒng)包括冗余監(jiān)控裝置、貨艙檢測裝置，冗余監(jiān)控裝置與貨艙檢測裝置互通信息，冗余監(jiān)控裝置包括主計算機、備用計算機，主計算機與備用計算機互通信息形成冗余控制，貨艙檢測裝置包括智能貨艙液位監(jiān)測儀、智能貨艙壓力監(jiān)測儀、智能貨艙溫度監(jiān)測儀、智能貨艙裝卸速率監(jiān)測儀，智能貨艙液位監(jiān)測儀與液位傳感器a互通信息，智能貨艙壓力監(jiān)測儀與壓力傳感器互通信息，智能貨艙溫度監(jiān)測儀與溫度傳感器互通信息，智能貨艙裝卸速率監(jiān)測儀與液位傳感器b互通信息，液位傳感器a、壓力傳感器、溫度傳感器、液位傳感器b安裝在相應(yīng)的被測艙室內(nèi)。為了實現(xiàn)本系統(tǒng)中各部件的通信連接，本方案的冗余監(jiān)控裝置與貨艙檢測裝置通過can通信模塊、can總線互通信息，主計算機與備用計算機通過網(wǎng)絡(luò)交換機、以太網(wǎng)互通信息形成冗余控制。進一步，在數(shù)據(jù)采集傳送端也實現(xiàn)冗余設(shè)置，進一步降低系統(tǒng)的故障率，本方案的can總線包括can1總線、can2總線，貨艙檢測裝置分別通過can1總線、can2總線與can通信模塊連接，當其中的一條出現(xiàn)故障的時候，另一條可以保證暢通的數(shù)據(jù)傳送。上述系統(tǒng)采用主計算機結(jié)合備用計算機作為監(jiān)控裝置整體，實現(xiàn)了冗余監(jiān)控的目的，降低了系統(tǒng)的故障率。

在上述方案的基礎(chǔ)上，為了實現(xiàn)更遠程的實時監(jiān)控，本方案還可以增設(shè)位于駕駛總控室的監(jiān)控終端，具體是基于冗余控制的船舶貨艙液位監(jiān)控系統(tǒng)還包括駕駛室監(jiān)控終端，駕駛室監(jiān)控終端通過以太網(wǎng)與冗余監(jiān)控裝置互通信息，實時掌握貨艙檢測裝置采集的數(shù)據(jù)信息。

本方案的智能監(jiān)控方案還可以擴展到壓載艙，實現(xiàn)壓載艙的實時監(jiān)控，具體是貨艙檢測裝置還包括智能壓載艙液位監(jiān)測儀，智能壓載艙液位監(jiān)測儀與液位傳感器c互通信息，液位傳感器c安裝在相應(yīng)的被測艙室內(nèi)。進一步，為了實現(xiàn)實時監(jiān)測的報警功能，本方案的智能貨艙液位監(jiān)測儀、智能貨艙壓力監(jiān)測儀、智能貨艙溫度監(jiān)測儀、智能貨艙裝卸速率監(jiān)測儀、智能壓載艙液位監(jiān)測儀還包括報警模塊，智能貨艙液位監(jiān)測儀、智能貨艙壓力監(jiān)測儀、智能貨艙溫度監(jiān)測儀、智能貨艙裝卸速率監(jiān)測儀、智能壓載艙液位監(jiān)測儀根據(jù)收到的采集數(shù)據(jù)異常的信息觸發(fā)報警模塊發(fā)出報警信息。

為了給用戶修改智能監(jiān)測儀的控制參數(shù)提供更多的可用途徑，本方案的貨艙檢測裝置還包括智能監(jiān)測儀遙控終端，智能監(jiān)測儀遙控終端通過無線網(wǎng)絡(luò)向智能監(jiān)測儀傳送設(shè)定參數(shù)，用戶可以將設(shè)定參數(shù)通過無線方式在線寫入智能監(jiān)測儀。為了增強冗余控制的效果，擴展冗余監(jiān)控的途徑，本方案的冗余監(jiān)控裝置還包括移動計算機，移動計算機通過無線網(wǎng)絡(luò)讀取貨艙檢測裝置的智能監(jiān)測儀的數(shù)據(jù)，在冗余監(jiān)控裝置出現(xiàn)故障的情況下，作為應(yīng)急方案替代實現(xiàn)其功能。

本方案還公開了基于冗余控制的船舶貨艙液位監(jiān)控方法，基于冗余控制的船舶貨艙液位監(jiān)控方法基于船舶貨艙液位監(jiān)控系統(tǒng)，船舶貨艙液位監(jiān)控系統(tǒng)包括冗余監(jiān)控裝置、貨艙檢測裝置，冗余監(jiān)控裝置與貨艙檢測裝置互通信息，冗余監(jiān)控裝置包括主計算機、備用計算機，主計算機與備用計算機互通信息形成冗余控制，貨艙檢測裝置包括智能貨艙液位監(jiān)測儀、智能貨艙壓力監(jiān)測儀、智能貨艙溫度監(jiān)測儀、智能貨艙裝卸速率監(jiān)測儀，智能貨艙液位監(jiān)測儀與液位傳感器a互通信息，智能貨艙壓力監(jiān)測儀與壓力傳感器互通信息，智能貨艙溫度監(jiān)測儀與溫度傳感器互通信息，智能貨艙裝卸速率監(jiān)測儀與液位傳感器b互通信息，液位傳感器a、壓力傳感器、溫度傳感器、液位傳感器b安裝在相應(yīng)的被測艙室內(nèi)，包括步驟：⑴主計算機、備用計算機同時上電，主計算機讀取、分析備用計算機的信息后根據(jù)信息異常的信號發(fā)出故障報警信息，備用計算機讀取、分析主計算機的信息后根據(jù)信息異常的信號發(fā)出故障報警信息；⑵主計算機讀取貨艙檢測裝置的信息后打包發(fā)送給備用計算機備份、分析，備用計算機讀取貨艙檢測裝置的信息后打包發(fā)送給主計算機備份、分析，主計算機根據(jù)收到的打包信息異常的信號發(fā)出故障報警信息，備用計算機根據(jù)收到的打包信息異常的信號發(fā)出故障報警信息；⑶主計算機在本地顯示終端上顯示貨艙檢測裝置的信息，備用計算機在本地顯示終端上顯示貨艙檢測裝置的信息。進一步，與上同理，在本方案的方法中，冗余控制還包括移動計算機監(jiān)控過程，移動計算機通過無線網(wǎng)絡(luò)讀取貨艙檢測裝置的信息后在本地顯示終端上顯示收到的貨艙檢測裝置的信息。

本方案的公開了一種基于冗余控制的船舶貨艙液位監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用雙can總線作為通信網(wǎng)絡(luò)，利用一主一備計算機作為人機監(jiān)控界面，具有系統(tǒng)實時監(jiān)測報警功能、網(wǎng)絡(luò)冗余功能，實現(xiàn)對船舶貨艙液位、壓力、溫度、船舶壓載艙液位以及貨艙裝卸速度的實時監(jiān)測，并在出現(xiàn)越位時發(fā)出報警提示。貨艙液位監(jiān)測系統(tǒng)擁有兩種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，其中現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集部分使用雙can網(wǎng)絡(luò)進行冗余控制，上位監(jiān)控由兩組計算機通過以太網(wǎng)進行冗余控制。現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集部分由高精度傳感器和智能監(jiān)測儀組成，其中，高精度傳感器包括液位傳感器、壓力傳感器和溫度傳感器。智能監(jiān)測儀包括智能貨艙液位監(jiān)測儀、智能貨艙壓力監(jiān)測儀、智能貨艙溫度監(jiān)測儀、智能貨艙裝卸速率監(jiān)測儀和智能壓載艙液位監(jiān)測儀。智能監(jiān)測儀可設(shè)定傳感器的量程、設(shè)定信號點報警閾值和傳感器斷線檢測，特別是智能貨艙裝卸速率監(jiān)測儀還能設(shè)定船舶的艙容表。上述方案具有兩種通信協(xié)議功能，⑴can通信協(xié)議：可將數(shù)據(jù)發(fā)送到can總線上；⑵紫蜂協(xié)議(zigbee)：可將設(shè)定參數(shù)通過無線方式在線寫入智能監(jiān)測儀，為用戶修改參數(shù)提供了另一種途徑。本方案還可以采用移動計算機利用無線方式讀取智能監(jiān)測儀的數(shù)據(jù)，這也是系統(tǒng)的另一種冗余方式。can通信模塊主要用于將can總線上的數(shù)據(jù)發(fā)送給上位監(jiān)控計算機。上位監(jiān)控計算機由主計算機和備用計算機組成，兩者通過網(wǎng)絡(luò)交換機組成一個局域網(wǎng)。在網(wǎng)絡(luò)交換機上還連接一臺駕駛室監(jiān)控計算機，船舶駕駛?cè)藛T可通過駕駛室監(jiān)控計算機監(jiān)控貨艙液位信息。在上位計算機上也可以通過can總線遠程設(shè)定智能監(jiān)測儀的參數(shù)，包括傳感器量程、信號點報警閾值，各種采集的數(shù)據(jù)均能在相應(yīng)的智能監(jiān)測儀上顯示，在上位監(jiān)控計算機上可顯示全部的數(shù)據(jù)。

在上述方案中，液位傳感器用于測量艙室液位信號，安裝在每一個被測艙室內(nèi)。傳感器的輸出信號通常為4～20ma的電流信號，將輸出信號接入智能貨艙液位監(jiān)測儀。在智能監(jiān)測儀上選擇某一溫度傳感器，并根據(jù)船舶艙位信息設(shè)定該艙室的最大量程，同時設(shè)定液位上下限報警的閾值。同樣，壓載艙的數(shù)據(jù)采集過程也一樣。壓力傳感器用于測量艙室壓力信號，安裝在每一個被測艙室內(nèi)。傳感器的輸出信號通常為4～20ma的電流信號，將輸出信號接入智能貨艙壓力監(jiān)測儀。在智能監(jiān)測儀上選擇某一壓力傳感器，并設(shè)定該艙室壓力信息的最大量程，同時設(shè)定壓力信號上下限報警的閾值。溫度傳感器用于測量艙室溫度信號，安裝在每一個被測艙室內(nèi)。傳感器的輸出信號通常為熱電阻信號，將輸出信號接入智能貨艙溫度監(jiān)測儀。在智能監(jiān)測儀上選擇某一溫度傳感器，并設(shè)定該艙室溫度的量程，通常為0～100℃，同時設(shè)定溫度信號上下限報警的閾值。測量貨艙裝卸速率時，也使用了液位傳感器。將液位信號送入智能貨艙裝卸速率監(jiān)測儀，同時將船舶艙容信息表輸入到監(jiān)測儀。監(jiān)測儀根據(jù)測量液位數(shù)據(jù)，在艙容表中查詢當前對應(yīng)的容積數(shù)據(jù)，根據(jù)容積數(shù)據(jù)的在單位時間的變化，可得出裝卸速率。各類智能監(jiān)測儀同時接到can1和can2總線，如果can1總線斷線或者信號不穩(wěn)定時，數(shù)據(jù)可以通過can2總線傳輸?shù)絚an通信模塊，反之亦然。

上位監(jiān)控計算機由主計算機和備用計算機組成，通過網(wǎng)絡(luò)交換機互為備用。如圖2所示，這兩臺計算機在船舶航行中均同時上電，主計算機上電后，讀取并分析備用計算機的信息，判斷是否正常，如果不正常，主計算機發(fā)出備用計算機故障報警提示，如果正常，開始通過can通信模塊讀取can總線上的信息，并將各類信息打包發(fā)送備用計算機，用于數(shù)據(jù)保存和信息互通，同時在本地計算機上顯示貨艙液位監(jiān)測系統(tǒng)的各類信息。同樣，在備用計算機上電后，讀取并分析主計算機的信息，判斷是否正常，如果不正常，備用計算機發(fā)出主計算機故障報警提示，如果正常，開始通過can通信模塊讀取can總線上的信息，并將各類信息打包發(fā)送主計算機，用于數(shù)據(jù)保存和信息互通，同時在本地計算機上顯示貨艙液位監(jiān)測系統(tǒng)的各類信息。

本方案的基于冗余控制的船舶貨艙液位監(jiān)控系統(tǒng)及方法并不限于具體實施方式中公開的內(nèi)容，實施例中出現(xiàn)的技術(shù)方案可以基于本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解而延伸，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本方案結(jié)合公知常識作出的簡單替換方案也屬于本方案的范圍。