[發明專利]一種可自主重構的船用網絡控制系統架構和自主重構方法

在審

• 申請號: 202111420143.4
• 申請日: 2021-11-26
• 公開（公告）號: CN114217519A
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 徐亮;王福利;鐘琮瑋;錢勤標
• 申請（專利權）人: 中國艦船研究設計中心
• 主分類號: G05B9/03
• 分類號: G05B9/03
• 代理公司: 上海航天局專利中心 31107
• 代理人: 圣冬冬

1.一種可自主重構的船用網絡控制系統架構，其特征在于，所述船用網絡控制系統架構包括應用層、控制層和現場層；所述應用層與控制層通過雙冗余船域信息網連接；所述控制層與現場層通過雙冗余現場控制網連接。

2.如權利要求1所述的一種可自主重構的船用網絡控制系統架構，其特征在于，所述控制層、現場層劃分為不同的功能域，不同的功能域間網絡控制系統相對獨立；在每個功能域內，控制層與現場層共同實現相應功能的網絡控制；不同的功能域通過雙冗余船域信息網實現數據交互。

3.如權利要求2所述的一種可自主重構的船用網絡控制系統架構，其特征在于，所述應用層包括工作站、數據與決策中心。

4.如權利要求3所述的一種可自主重構的船用網絡控制系統架構，其特征在于，所述控制層設備包括智能控制器，智能控制器根據應用層下發的指令，對現場層的設備進行自動控制。

5.如權利要求4所述的一種可自主重構的船用網絡控制系統架構，其特征在于，所述智能控制器同時兼具雙冗余船域信息網與雙冗余現場控制網間的網關功能。

6.如權利要求4所述的一種可自主重構的船用網絡控制系統架構，其特征在于，所述現場層的設備包括與船舶平臺設備相關的傳感器、執行器、通用I/O單元、本地控制箱，所述傳感器、執行器、通用I/O單元、本地控制箱用于實現對各類船舶平臺設備的不同類型信號的采集、本地處理和設備控制執行。

7.如權利要求6所述的一種可自主重構的船用網絡控制系統架構，其特征在于，所述船舶平臺設備包括電力、推進、舵、消防、信號設備、通信設備其中一種及以上。

8.如權利要求4所述的一種可自主重構的船用網絡控制系統架構，其特征在于，所述智能控制器結合全船功能域劃分，針對每一功能域分別考慮相應的智能控制器的設置；在同一個功能域內，根據接入現場層設備規模及其在全船分布情況，按照區域化、分布式原則布置和設置智能控制器數量；除滿足各功能域功能實現需求外，以1備1或者多備1的方式，設置額外的智能控制器作為備用；所有智能控制器在硬件上統一狀態，采用通用化、互換性、標準化設計。

9.如權利要求4所述的一種可自主重構的船用網絡控制系統架構，其特征在于，所述智能控制器包括雙冗余主控單元、雙冗余控制總線接口、雙冗余船域信息網接口、兩電源轉換單元；兩電源轉換單元給雙冗余主控單元供電；雙冗余主控單元通過雙冗余控制總線接口和雙冗余現場控制實現數據交互；雙冗余主控單元通過雙冗余船域信息網接口實現與雙冗余船域信息網的信息交互；

所述雙冗余主控單元包括后備監管模塊、核心運算模塊、資源管理模塊、數據通信模塊；所述后備監管模塊在用作備用智能控制器時，根據內置監管模型智能判別本功能域內控制網絡上的其他智能控制器工作狀態，并將分析結果發送給資源管理模塊；資源管理模塊用于管理雙冗余主控單元內部的計算、存儲資源，以及診斷自身狀態，且在用作備用智能控制器時，還可接受后備監管模塊分析的監管對象工作狀態，按需對其進行自動接管；核心運算模塊用于執行預設的核心控制算法，并生成相應的控制指令發送給現場層設備；數據通信模塊實現與其它智能控制器之間，以及與現場層、應用層設備之間的通信。

10.一種船用網絡控制系統架構的自主重構方法，采用如權利要求8或9所述的船用網絡控制系統架構，其特征在于，所述自主重構方法包括以下步驟：

在單個功能域內，事先由工作站向每一主用智能控制器分發控制算法以動態定義其功能，向備用智能控制器分發由其監管的其他主用智能控制器的控制算法；

正常情況下，備用智能控制器不參與控制，僅通過現場控制網對由其監管的主用智能控制器進行后備監管，當判別某一主用智能控制器處于預警或故障狀態時，按約定策略對其進行輸出閉塞并快速接管其功能，并及時向應用層發出報警提示，實現單個功能域內控制系統自主重構。