一种三冗余的船舶动力定位控制计算机系统

摘要

一种三冗余的船舶动力定位控制计算机系统，本发明涉及一种船舶动力定位系统，具体涉及一种冗余设置的船舶动力定位控制计算机系统。它克服了由一个独立的仲裁单元对三个计算机的运行情况进行监控和冗余切换，仲裁单元一旦出现故障就会形成整个船舶动力定位系统故障的缺陷。它包括传感器组（3）和相同的三个控制子系统，其特征在于每个控制子系统包括一台计算机模块（1）和一个与之相连的冗余仲裁模块（2），三个冗余仲裁模块（2）的通信端口之间形成两两互联的结构，传感器组（3）的数据输出端分别连接在每个控制子系统的计算机模块（1）的数据输入端。

主权项

一种三冗余的船舶动力定位控制计算机系统，它包括传感器组(3)和相同的三个控制子系统，其特征在于每个控制子系统包括一台计算机模块(1)和一个与之相连的冗余仲裁模块(2)，三个冗余仲裁模块(2)的通信端口之间形成两两互联的结构，传感器组(3)的数据输出端分别连接在每个控制子系统的计算机模块(1)的数据输入端；三个计算机模块(1)分别与各自的冗余仲裁模块(2)通过通信总线相连，实现主从关系传递、心跳信号监测和同步信息交换；三个冗余仲裁模块(2)之间通过两两互联的结构完成仲裁模块之间的同步信息传递和心跳信号的传递；冗余仲裁模块(2)通过监测计算机(1)的心跳信号来判断计算机(1)的故障情况，通过同步信息的传递来保证三台计算机(1)程序的同步运行；传感器组(3)包括相同的三个数据采集模块(6)和相同的三套传感器；每套传感器的信号输出端分别连接在一个数据采集模块(6)的信号输入端，每个数据采集模块(6)的三个数据输出端分别连接在三个控制子系统的计算机模块(1)的数据输入端上；与主控冗余仲裁模块相连的计算机模块为主控计算机，主控计算机输出同步命令帧，主控仲裁模块收到此同步命令帧后，向三台计算机模块(1)同时输出同步命令帧，当三台计算机模块(1)收到同步命令帧，将采集到的传感器数据发送至主控冗余仲裁模块，主控冗余仲裁模块对三套传感器的数据进行表决处理，并将表决完成后的数据发送至三台计算机模块(1)；三台计算机模块(1)收到此数据后，开始控制计算；根据三台计算机模块(1)的故障状况，在三模、双模和单模状态下进行切换；三台计算机模块(1)通过自检功能，读取自身的内部状态信息来判断本机的工作状态，将包含本机状态信息的心跳信号发给与之相连的冗余仲裁模块(2)，冗余仲裁模块(2)将此心跳信号发送给相邻的两个冗余仲裁模块(2)；当其中一台计算机模块(1)发生故障，其他两台控制计算机模块(1)的冗余仲裁模块(2)接收到故障信息或在一定时间间隔内接收不到此计算机模块的心跳信号，则认为此计算机模块出现故障，从而改变运行模式，进入双模冗余状态；三个冗余仲裁模块(2)中默认只有一个冗余仲裁模块(2)处于主控地位，当主控冗余仲裁模块发生故障时，由下一个优先级的冗余仲裁模块(2)升级为主控模块，完成同步、表决功能；在三个冗余仲裁模块(2)中，通过拨码开关位置的不同，设定优先级关系，在初始上电时，优先级最高的为主控冗余仲裁模块；三个计算机模块(1)运行相同的控制程序，控制程序在实时操作系统下运行，采用多进程的方法编程；进程包括：控制进程、数据采集进程、心跳信号进程；控制进程实现控制解算、与冗余仲裁模块(2)的数据交换和冗余重构功能；数据采集进程实时接收来自数据采集模块(6)发送来的三套传感器的数据；心跳信号进程向冗余仲裁模块(2)定时发送包含了计算机自检信息的心跳信号；三个进程同时运行，保证系统各个功能的实时性；传感器组(3)中的传感器有：风传感器、姿态传感器、电罗经、差分GPS和水声定位系统；三个控制子系统采用松散同步方式进行同步，执行相同的控制任务；在每个控制周期的开始，主控计算机向与之相连的冗余仲裁模块(2)输出同步命令帧；三台计算机模块(1)收到表决后的传感器数据后，用该数据进行控制计算，然后将计算结果发送到主仲裁模块；主仲裁模块对三台计算机模块(1)的控制计算结果进行三选二表决，并将表决后的结果发送回三台计算机模块；只有主控计算机将控制计算结果输出到推进器控制系统，控制推进器产生相应的推力；主控计算机发送下一周期的同步指令，进入下一个控制周期；每个数据采集模块(6)采集四个不同种类的传感器的数据，并将采集的数据打包通过以太网接口分别发送给三个计算机模块(1)。