專利名稱：一種三冗余的船舶動力定位控制計算機系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種船舶動力定位系統(tǒng)，具體涉及一種冗余設置的船舶動力定位控制計算機系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
船舶動力定位(Dynamic Positioning,DP)系統(tǒng)是指在風、浪、流干擾的情況下,利用船舶自身的推進器系統(tǒng)抵抗海洋環(huán)境力干擾，動態(tài)地控制船舶停在某確定位置或沿著一定的預定航跡運行的閉環(huán)控制系統(tǒng)。它的優(yōu)點是定位成本不會隨著水深增加而增加，并且操作方便。船舶動力定位技術(shù)除用于船舶或海洋平臺的定點作業(yè)外還可以進行船舶的航行軌跡控制，因此它還應用于海底電纜和管道的敷設、海洋考察、海上救助、挖泥作業(yè)、穿梭油船、平臺供應、常規(guī)船操縱等。海洋平臺的動力定位系統(tǒng)對其可靠性的要求非常高。如果動力定位系統(tǒng)出現(xiàn)故障，將會導致海洋平臺定位失去控制，造成嚴重的經(jīng)濟損失和環(huán)境災難。 因此海洋平臺的動力定位控制系統(tǒng)要求符合船級社DP-3標志，要求具有三個獨立的動力定位自動控制系統(tǒng)，一個控制系統(tǒng)故障的情況下，可以自動切換到另一個控制系統(tǒng)。三冗余計算機系統(tǒng)是采用計算機冗余的方式達到容錯的目的，也就是允許一臺計算機故障甚至兩臺計算機故障時，系統(tǒng)仍然能夠保持控制功能不喪失。三模冗余結(jié)構(gòu)是一個高可靠、高安全性的冗余結(jié)構(gòu)，因此在深海石油鉆井平臺和石油開采平臺的動力定位控制中得到了應用。一套完整的DP-3動力定位控制系統(tǒng)包括冗余傳感器系統(tǒng)、三冗余控制計算機系統(tǒng)、三個冗余操縱臺、冗余以太網(wǎng)絡系統(tǒng)、推進器控制站等。三冗余控制計算機系統(tǒng)是DP-3動力定位控制系統(tǒng)的核心部分，它的主要功能是冗余傳感器的數(shù)據(jù)采集、動力定位控制算法的執(zhí)行和輸出對推進器的推力指令。由于冗余的要求，三冗余控制計算機系統(tǒng)包含了三套完全相同的計算機系統(tǒng)、與傳感器相連的串行通訊接口和與操縱臺和推進器系統(tǒng)相連的雙以太網(wǎng)接口。DP-3動力定位系統(tǒng)的傳感器種類和數(shù)目較多，包括風傳感器、電羅經(jīng)、姿態(tài)運動傳感器、位置參考系統(tǒng)。這樣的傳感器有3套，數(shù)量一般在12個以上。如果將傳感器直接連接到每臺計算機上會造成計算機接口電路復雜的狀況。經(jīng)對現(xiàn)有文獻檢索發(fā)現(xiàn)，專利《DP-3級動力定位的半實物仿真其方法》(申請?zhí)?01110149060. 6)設計了一個動力定位半實物仿真系統(tǒng)，采用了三臺計算機同時進行計算。該系統(tǒng)與本發(fā)明的不同之處在于該系統(tǒng)沒有仲裁機構(gòu)，只依靠計算機內(nèi)部進行的表決結(jié)果來判斷計算機是否有故障。有很多文獻提出了三模冗余計算機系統(tǒng)的設計方法，都是在三個計算機外有一個獨立的仲裁單元，用于對三個計算機的運行情況進行監(jiān)控和冗余切換，并且認為仲裁單元是高可靠的，不會出現(xiàn)故障。但仲裁單元一旦出現(xiàn)故障就會形成一個單點故障，整個系統(tǒng)就不能正常運行
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種三冗余的船舶動力定位控制計算機系統(tǒng)，以克服由一個獨立的仲裁單元對三個計算機的運行情況進行監(jiān)控和冗余切換，仲裁單元一旦出現(xiàn)故障就會形成整個船舶動力定位系統(tǒng)故障的缺陷。它包括傳感器組3和相同的三個控制子系統(tǒng)，每個控制子系統(tǒng)包括一臺計算機模塊I和一個與之相連的冗余仲裁模塊2，三個冗余仲裁模塊2的通信端口之間形成兩兩互聯(lián)的結(jié)構(gòu)，傳感器組3的數(shù)據(jù)輸出端分別連接在每個 控制子系統(tǒng)的計算機模塊I的數(shù)據(jù)輸入端。本發(fā)明提供了一種符合DP-3標志的動力定位系統(tǒng)，每個計算機模塊I是一個完整獨立的計算機系統(tǒng)，包括獨立的電源、CPU、內(nèi)存、硬盤、總線、接口邏輯等。三個控制子系統(tǒng)采用松散同步方式進行同步，執(zhí)行相同的控制任務。冗余功能主要由冗余仲裁模塊2實現(xiàn)，在計算機模塊I執(zhí)行控制任務的同時它可并行地進行冗余處理。三個冗余仲裁模塊2中都有錯誤判斷機制和處理策略。由于具有足夠的冗余資源，在冗余機制的保證下，系統(tǒng)在出現(xiàn)故障時仍能不間斷運行。冗余計算機系統(tǒng)采用動態(tài)可重組結(jié)構(gòu)，利用冗余仲裁模塊和通信接口等構(gòu)成的表決機構(gòu)和相應算法，對表決點傳感器數(shù)據(jù)、輸出推力數(shù)據(jù)進行表決，同時監(jiān)控計算機模塊I定時發(fā)送的心跳信號來檢測計算機模塊I的故障。系統(tǒng)不但可以在單個控制子系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，降級為雙冗余系統(tǒng)，保障系統(tǒng)能夠正常運行，而且在兩個控制子系統(tǒng)先后出現(xiàn)故障的情況下，系統(tǒng)降級為單模系統(tǒng)仍然能夠正常保持控制功能。本發(fā)明的系統(tǒng)采用模塊化設計，采用三個相同的冗余仲裁模塊2分別與三個計算機模塊I相連，構(gòu)成同構(gòu)的三個控制子系統(tǒng)，實現(xiàn)系統(tǒng)的故障檢測、系統(tǒng)降級、系統(tǒng)重構(gòu)和數(shù)據(jù)表決?；诟咚偻ㄐ诺姆植际饺Ｈ哂嘟Y(jié)構(gòu)，每個計算機模塊都是獨立的計算機系統(tǒng)，具有獨立的電源，通過通信總線相互通信實現(xiàn)任務級同步。本發(fā)明的優(yōu)點(1)采用模塊化設計。三個同構(gòu)的控制子系統(tǒng)，每個控制子系統(tǒng)包括一個計算機模塊和一個冗余仲裁模塊。計算機模塊和冗余仲裁模塊在物理上可以做在一塊電路板上，實現(xiàn)小型化和模塊化設計，提高系統(tǒng)可靠性和可維修性。發(fā)現(xiàn)有模塊出故障了，更換該模塊即可。(2)三個仲裁模塊的設計消除了仲裁模塊的單點故障，提高了系統(tǒng)可靠性。三個仲裁模塊之間可以互相檢測故障。冗余仲裁模塊基于FPGA設計，可靠性高。冗余仲裁模塊通過互連的通訊接口獲取需要進行仲裁的數(shù)據(jù)，運用仲裁算法來進行數(shù)據(jù)表決。表決算法配置在FPGA里，可根據(jù)需要通過軟件進行修改。(3)系統(tǒng)可在三模、雙模、單模之間進行冗余狀態(tài)轉(zhuǎn)換。冗余仲裁模塊之間通過互連的線纜來傳遞與之相連的計算機的狀態(tài)信息，以判定當前工作的冗余系統(tǒng)狀態(tài)。當三模冗余時，檢測到有計算機出現(xiàn)故障，則由三模冗余切換為雙模冗余，當再有計算機出現(xiàn)故障時，切換為單模工作狀態(tài)。有修復的計算機加入系統(tǒng)后，系統(tǒng)恢復為雙?；蛉Ｈ哂酄顟B(tài)。


圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是冗余設置的傳感器組3的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是本發(fā)明的工作流程示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一下面結(jié)合圖I具體說明本實施方式。本實施方式包括傳感器組3和相同的三個控制子系統(tǒng)，每個控制子系統(tǒng)包括一臺計算機模塊I和一個與之相連的冗余仲裁模塊2，三個冗余仲裁模塊2的通信端口之間形成兩兩互聯(lián)的結(jié)構(gòu)，完成仲裁模塊之間的同步信息傳遞和心跳信號的傳遞。傳感器組3的數(shù)據(jù)輸出端分別連接在每個控制子系統(tǒng)的計算機模塊I的數(shù)據(jù)輸入端。三個計算機模塊I分別與三個冗余仲裁模塊2通過通信總線相連。冗余仲裁模塊2通過監(jiān)測計算機模塊I的心跳信號來判斷計算機模塊I的故障情況，通過同步信息的傳遞來保證三臺計算機模塊I程序的同步運行。三個冗余仲裁模塊2通過三者之間的通信總線實現(xiàn)主從關系傳遞、心跳信號監(jiān)測、同步信息交換等功能。三個數(shù)據(jù)采集模塊采集6采集三套傳感器的數(shù)據(jù)。每套傳感器包括風傳感器、電羅經(jīng)、姿態(tài)運動傳感器和位置參考系統(tǒng)各一臺，其中位置參考系統(tǒng)有兩種水聲定位系統(tǒng)和差分GPS。每個數(shù)據(jù)采集模塊6將采集的數(shù)據(jù)同時發(fā)送給三個計算機模塊I。三個計算機模塊I中，只有和主仲裁模塊相連的計算機模塊I可以向推進器系統(tǒng)輸出。三個冗余仲裁模塊2默認只有一個冗余仲裁模塊2處于主控地位，當主控仲裁模塊發(fā)生故障時，由下一個優(yōu)先級的冗余仲裁模塊2升級為主控模塊，完成同步、表決功能。通過撥碼開關設定三個冗余仲裁模塊2的 優(yōu)先級，在初始上電時，優(yōu)先級最高的冗余仲裁模塊2為主仲裁模塊，與之相連的計算機模塊I為主控計算機。由主控計算機通過冗余仲裁模塊2的通信總線，向另兩臺計算機模塊I發(fā)送同步命令巾貞，實現(xiàn)三臺計算機模塊I的同步采集數(shù)據(jù)、同步控制計算。由主控計算機輸出控制結(jié)果給推進器系統(tǒng)，控制推進器系統(tǒng)產(chǎn)生需要的推力，進行動力定位控制。三個計算機模塊I運行相同的控制程序，控制程序在實時操作系統(tǒng)下運行，采用多進程的方法編程。進程包括控制進程、數(shù)據(jù)采集進程、心跳信號進程。控制進程實現(xiàn)控制解算、與仲裁模塊2的數(shù)據(jù)交換、冗余重構(gòu)等功能；數(shù)據(jù)采集進程實時接收來自數(shù)據(jù)采集模塊6發(fā)送來的三套傳感器的數(shù)據(jù)；心跳信號進程向冗余仲裁模塊2定時發(fā)送包含了計算機自檢信息的心跳信號，三個進程同時運行，保證系統(tǒng)各個功能的實時性。三個進程通過進程間通訊交換數(shù)據(jù)。每個數(shù)據(jù)采集模塊6采集四個不同種類的傳感器的數(shù)據(jù)，并將采集的數(shù)據(jù)打包通過以太網(wǎng)接口分別發(fā)送給三個計算機模塊I。優(yōu)點是簡化了傳感器數(shù)據(jù)采集接口電路。每個數(shù)據(jù)采集模塊采集四個不同種類的傳感器數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)打包通過三個以太網(wǎng)接口分別發(fā)給三個計算機模塊I。這樣每個計算機模塊I只需有三個以太網(wǎng)接口就可以接收三套共12個傳感器的數(shù)據(jù)。冗余切換原理三模冗余計算機系統(tǒng)能在三模、雙模和單機工作狀態(tài)中靈活轉(zhuǎn)換狀態(tài)模式。三臺計算機模塊I通過自檢功能，讀取自身的內(nèi)部狀態(tài)信息來判斷本機的工作狀態(tài)，將包含本機狀態(tài)信息的心跳信號發(fā)給與之相連的冗余仲裁模塊2，冗余仲裁模塊2將此心跳信號發(fā)送給相鄰的兩個冗余仲裁模塊2。當其中一臺計算機模塊I發(fā)生故障，其他兩臺控制計算機模塊I的冗余仲裁模塊2接收到故障信息或在一定時間間隔內(nèi)接收不到此計算機模塊I的心跳信號，則認為此計算機模塊I出現(xiàn)故障，從而改變運行模式，進入雙模冗余狀態(tài)。同時主控計算機模塊將故障報警信息通過冗余網(wǎng)絡發(fā)送到動力定位操縱臺進行故障報警。詳細的冗余切換流程見如下描述I)系統(tǒng)上電后，在三臺計算機模塊I工作正常的情況下，由撥碼開關選擇的優(yōu)先級最高的冗余仲裁模塊進入仲裁工作狀態(tài)，與之相連的計算機模塊A為主控計算機；2)三臺計算機模塊I通過互聯(lián)總線各自以相同的頻率向其他兩臺計算機模塊I發(fā)送自身的自檢信息；3)計算機模塊I通過檢測另外兩臺計算機模塊I的自檢信息或檢測一定時間內(nèi)另外兩臺計算機模塊I有沒有發(fā)送自檢信息，來判斷其他兩臺計算機模塊I是否處于正常工作狀態(tài)； 4)如果計算機模塊A故障a)如果計算機模塊A部分接口故障，計算機模塊A本機禁止各接口往外發(fā)送數(shù)據(jù)；b)如果計算機模塊A的CPU故障，計算機模塊A不會往外發(fā)送數(shù)據(jù)； c)計算機模塊B接收到計算機模塊A故障的自檢信息或一定時間內(nèi)接收不到計算機模塊A發(fā)送的自檢信息，計算機模塊B改變模式，接替計算機模塊A的工作，成為同步與冗余仲裁的主控計算機；d)計算機模塊C接收到計算機模塊A故障的自檢信息或一定時間內(nèi)接收不到計算機模塊A發(fā)送的自檢信息，計算機模塊C改變模式，接收計算機模塊B發(fā)送的同步數(shù)據(jù)；e)計算機系統(tǒng)由三模冗余轉(zhuǎn)變?yōu)閮赡Ｈ哂酄顟B(tài)；5)如果計算機模塊B或C故障a)如果計算機模塊B或C部分接口故障，計算機模塊B或C本機禁止各接口往外發(fā)送數(shù)據(jù)；b)如果計算機模塊B或C的CPU故障，計算機模塊B或C癱瘓，不會往外發(fā)送數(shù)據(jù)；c)計算機模塊A接收到計算機模塊B或C故障的自檢信息或一定時間內(nèi)接收不到計算機模塊B或C發(fā)送的自檢信息，計算機模塊A改變模式，只往工作正常的計算機發(fā)送同步數(shù)據(jù)；d)計算機系統(tǒng)由三模冗余轉(zhuǎn)變?yōu)殡p模冗余狀態(tài)。6)雙模冗余時，又有計算機故障a)雙模冗余時，兩臺計算機模塊I中優(yōu)先級較高的作為主控計算機，由這臺計算機模塊I發(fā)送同步指令；b)當從控制計算機模塊發(fā)生故障時，計算機系統(tǒng)由雙模冗余轉(zhuǎn)變?yōu)閱文?；c)當主控計算機模塊發(fā)生故障時，剩余的從控制計算機模塊改變模式，變?yōu)橹骺赜嬎銠C，計算機系統(tǒng)由雙模冗余轉(zhuǎn)變?yōu)閱文！?)系統(tǒng)運行在單模狀態(tài)時，當一臺故障計算機模塊經(jīng)過修理排出故障后，重新加入到系統(tǒng)。系統(tǒng)從單模狀態(tài)轉(zhuǎn)換為雙模狀態(tài)，但主控計算機狀態(tài)不變。8)系統(tǒng)運行在雙模狀態(tài)時，當另一臺故障計算機模塊經(jīng)過修理排出故障后，重新加入到系統(tǒng)。系統(tǒng)從雙模狀態(tài)轉(zhuǎn)換為三模狀態(tài)，但主控計算機狀態(tài)不變。同步和表決原理與主控冗余仲裁模塊相連的計算機為主控計算機模塊I。在每個控制周期的開始，主控計算機向與之相連的冗余仲裁模塊2 (也就是主仲裁模塊)輸出同步命令幀，主仲裁模塊收到此幀后，向三臺計算機模塊I同時輸出同步命令幀，當三臺計算機模塊I接收到同步命令幀，將從數(shù)據(jù)采集模塊6發(fā)送來的傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送至主仲裁模塊，由主仲裁模塊對這三個數(shù)據(jù)進行表決處理，再將表決完成后的數(shù)據(jù)發(fā)送至三臺計算機模塊I。表決數(shù)據(jù)包括四個不同類的傳感器數(shù)據(jù)。進行表決的三份數(shù)據(jù)，一份來自主計算機模塊，另兩份由其他兩個仲裁模塊通過總線傳送而來。上述過程保證了三個計算機模塊I用于表決傳感數(shù)據(jù)是在同一時刻采集的數(shù)據(jù)。三臺計算機模塊I收到表決后的傳感器數(shù)據(jù)后，用該數(shù)據(jù)進行控制計算，然后將計算結(jié)果發(fā)送到主仲裁模塊。主仲裁模塊對三臺計算機模塊I的控制計算結(jié)果進行三選二表決，并將表決后的結(jié)果發(fā)送回三臺計算機模塊。只有主控計算機將控制計算結(jié)果輸出到推進器控制系統(tǒng)，控制推進器產(chǎn)生相應的推力。主控計算機發(fā)送下一周期的同步指令，進入下一個控制周期。
具體實施方式
二 下面結(jié)合圖2具體說明本實施方式。本實施方式相對于實施方式一的改進之處是傳感器組3包括相同的三個數(shù)據(jù)采集模塊6和相同的三套傳感器；每套傳感器的信號輸出端分別連接在一個數(shù)據(jù)采集模塊6的信號輸入端，每個數(shù)據(jù)采集模塊6的三個數(shù)據(jù)輸出端分別連接在一個控制子系統(tǒng)的計算機模塊I的數(shù)據(jù)輸入端上。 冗余傳感器數(shù)據(jù)采集原理船舶動力定位系統(tǒng)的傳感器有風傳感器，用于測量風速風向；姿態(tài)傳感器，用于測量船舶姿態(tài)，包括縱搖、橫搖、升沉；電羅經(jīng)，用于測量船舶艏向；差分GPS，用于測量船舶絕對位置；水聲定位系統(tǒng)，用于測量船舶的相對位置。DP-3級動力定位系統(tǒng)要求有三套獨立的傳感器系統(tǒng)，其中位置測量要求有兩套不同工作原理的位置參考系統(tǒng)。三冗余動力定位系統(tǒng)的傳感器數(shù)量較多，一般多于12個，控制系統(tǒng)計算機要同時采集這些傳感器的數(shù)據(jù)，接口數(shù)量多，造成系統(tǒng)復雜度增加。為了簡化數(shù)據(jù)采集電路，提高系統(tǒng)可靠性。本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)有三個數(shù)據(jù)采集模塊6。數(shù)據(jù)采集模塊6上有四路RS422串行通信接口用于連接四個不同類的傳感器，三路以太網(wǎng)接口用于連接三個計算機模塊I。數(shù)據(jù)采集模塊6將四個串口接收的數(shù)據(jù)打包，轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)網(wǎng)口數(shù)據(jù)發(fā)送給計算機模塊I。串口的通訊波特率為240(Tll5200bps，而以太網(wǎng)帶寬為10、100Mbps，所以一個以太網(wǎng)口可以同時傳送多路串口數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集模塊6能實現(xiàn)串行鏈路和以太網(wǎng)鏈路之間的轉(zhuǎn)換，將來自串行鏈路一方的四個串口的傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為TCP/IP協(xié)議數(shù)據(jù)流后，通過以太網(wǎng)鏈路的三個網(wǎng)口，分別發(fā)送給三臺計算機模塊I。綜上所述，整個三冗余系統(tǒng)的工作流程如圖3所示(I)系統(tǒng)上電后，計算機模塊I運行初始化程序，三個進程的程序開始運行。心跳信號進程開始定時向與之相連的冗余仲裁模塊2發(fā)送心跳信號。數(shù)據(jù)采集進程不斷地接收來自數(shù)據(jù)采集模塊6發(fā)送來的傳感器系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。(2)每個冗余仲裁模塊2讀取撥碼開關設置，優(yōu)先級最高的冗余仲裁模塊2成為主仲裁模塊，主仲裁模塊向主計算機模塊和相鄰的兩個冗余仲裁模塊2發(fā)送主從信息。計算機模塊I接收到主從信息后，確定系統(tǒng)的主從關系。并將采集到的傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送給主仲裁模塊。(3)主仲裁模塊對三個計算機模塊I采集的四個種類的傳感器數(shù)據(jù)分別進行三選二的表決。表決結(jié)果作為判斷這些傳感器是否正常工作的依據(jù)，如果某個傳感器與其他兩個同類傳感器的數(shù)據(jù)總是不一致，可以認為該傳感器故障，系統(tǒng)進行報警處理。(4)傳感器表決的結(jié)果發(fā)送給三臺計算機模塊1，計算機模塊I將其作為動力定位控制器的傳感器數(shù)據(jù)輸入，進行控制計算。(5)三臺計算機模塊I將控制計算的結(jié)果發(fā)送給主仲裁模塊，主仲裁模塊對三個計算機模塊的控制結(jié)果進行三選二的表決。表決結(jié)果可以作為判斷計算機模塊I是否正常工作的依據(jù)，如果某個計算機模塊I輸出的控制結(jié)果與其他兩個計算機模塊的輸出總是不 一致，可以認為該計算機故障，系統(tǒng)進行報警，并進行故障處理和冗余重構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種三冗余的船舶動力定位控制計算機系統(tǒng)，它包括傳感器組(3)和相同的三個控制子系統(tǒng)，其特征在于每個控制子系統(tǒng)包括一臺計算機模塊(I)和一個與之相連的冗余仲裁模塊(2)，三個冗余仲裁模塊(2)的通信端口之間形成兩兩互聯(lián)的結(jié)構(gòu)，傳感器組(3)的數(shù)據(jù)輸出端分別連接在每個控制子系統(tǒng)的計算機模塊(I)的數(shù)據(jù)輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種三冗余的船舶動力定位控制計算機系統(tǒng)，其特征在于三個計算機模塊(I)分別與三個冗余仲裁模塊(2)通過通信總線相連，實現(xiàn)主從關系傳遞、心跳信號監(jiān)測和同步信息交換。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種三冗余的船舶動力定位控制計算機系統(tǒng)，其特征在于三個冗余仲裁模塊(2)之間通過兩兩互聯(lián)的結(jié)構(gòu)完成仲裁模塊之間的同步信息傳遞和心跳信號的傳遞；冗余仲裁模塊(2)通過監(jiān)測計算機(I)的心跳信號來判斷計算機(I)的故障情況，通過同步信息的傳遞來保證三臺計算機(I)程序的同步運行。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任意一項權(quán)利要求所述的一種三冗余的船舶動力定位控制計算機系統(tǒng)，其特征在于傳感器組(3)包括相同的三個數(shù)據(jù)采集模塊(6)和相同的三套傳感器；每套傳感器的信號輸出端分別連接在一個數(shù)據(jù)采集模塊(6)的信號輸入端，每個數(shù)據(jù)采集模塊(6)的三個數(shù)據(jù)輸出端分別連接在一個控制子系統(tǒng)的計算機模塊(I)的數(shù)據(jù)輸入端上。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種三冗余的船舶動力定位控制計算機系統(tǒng)，其特征在于與主控冗余仲裁模塊相連的計算機模塊為主控計算機，主控計算機輸出同步命令幀，主控仲裁模塊收到此同步命令幀后，向三臺計算機模塊(I)同時輸出同步命令幀，當三臺計算機模塊(I)收到同步命令幀，將采集到的傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送至主控冗余仲裁模塊，主控冗余仲裁模塊對三套傳感器的數(shù)據(jù)進行表決處理，并將表決完成后的數(shù)據(jù)發(fā)送至三臺計算機模塊(I);三臺計算機模塊(I)收到此數(shù)據(jù)后，開始控制計算。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種三冗余的船舶動力定位控制計算機系統(tǒng)，其特征在于根據(jù)三臺計算機模塊(I)的故障狀況，在三模、雙模和單模狀態(tài)下進行切換；三臺計算機模塊(I)通過自檢功能，讀取自身的內(nèi)部狀態(tài)信息來判斷本機的工作狀態(tài)，將包含本機狀態(tài)信息的心跳信號發(fā)給與之相連的冗余仲裁模塊(2)，冗余仲裁模塊(2)將此心跳信號發(fā)送給相鄰的兩個冗余仲裁模塊(2);當其中一臺計算機模塊(I)發(fā)生故障，其他兩臺控制計算機模塊(I)的冗余仲裁模塊(2)接收到故障信息或在一定時間間隔內(nèi)接收不到此計算機模塊的心跳信號，則認為此計算機模塊出現(xiàn)故障，從而改變運行模式，進入雙模冗余狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種三冗余的船舶動力定位控制計算機系統(tǒng)，其特征在于三個冗余仲裁模塊(2)中默認只有一個冗余仲裁模塊(2)處于主控地位，當主控冗余仲裁模塊發(fā)生故障時，由下一個優(yōu)先級的冗余仲裁模塊(2)升級為主控模塊，完成同步、表決功能；在三個冗余仲裁模塊(2)中，通過撥碼開關位置的不同，設定優(yōu)先級關系，在初始上電時，優(yōu)先級最高的為主控冗余仲裁模塊。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種三冗余的船舶動力定位控制計算機系統(tǒng)，其特征在于三個計算機模塊(I)運行相同的控制程序，控制程序在實時操作系統(tǒng)下運行，采用多進進程的方法編程；進程包括控制進程、數(shù)據(jù)采集進程、心跳信號進程；控制進程實現(xiàn)控制解算、與冗余仲裁模塊(2)的數(shù)據(jù)交換和冗余重構(gòu)功能；數(shù)據(jù)采集進程實時接收來自數(shù)據(jù)采集模塊(6)發(fā)送來的三套傳感器的數(shù)據(jù)；心跳信號進程向冗余仲裁模塊(2)定時發(fā)送包含了計算機自檢信息的心跳信號；三個進程同時運行，保證系統(tǒng)各個功能的實時性。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種三冗余的船舶動力定位控制計算機系統(tǒng)，其特征在于傳感器組(3)中的傳感器有風傳感器、姿態(tài)傳感器、電羅經(jīng)、差分GPS和水聲定位系統(tǒng)。
全文摘要
一種三冗余的船舶動力定位控制計算機系統(tǒng)，本發(fā)明涉及一種船舶動力定位系統(tǒng)，具體涉及一種冗余設置的船舶動力定位控制計算機系統(tǒng)。它克服了由一個獨立的仲裁單元對三個計算機的運行情況進行監(jiān)控和冗余切換，仲裁單元一旦出現(xiàn)故障就會形成整個船舶動力定位系統(tǒng)故障的缺陷。它包括傳感器組(3)和相同的三個控制子系統(tǒng)，其特征在于每個控制子系統(tǒng)包括一臺計算機模塊(1)和一個與之相連的冗余仲裁模塊(2)，三個冗余仲裁模塊(2)的通信端口之間形成兩兩互聯(lián)的結(jié)構(gòu)，傳感器組(3)的數(shù)據(jù)輸出端分別連接在每個控制子系統(tǒng)的計算機模塊(1)的數(shù)據(jù)輸入端。
文檔編號G05B15/02GK102929157SQ20121045894
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月15日
發(fā)明者趙大威, 丁福光, 林孝工, 陳興華, 王成龍, 劉建旭, 王元慧, 劉向波, 邊信黔 申請人:哈爾濱工程大學