一种适用于智能船舶的区域控制装置的制作方法

1.本发明涉及智能船舶控制领域，具体涉及一种适用于智能船舶的区域控制装置。

背景技术：

2.船舶控制系统当前正逐渐向智能化方向发展，从而导致传统船舶控制系统正面临着两方面压力，一方面是更多新业务系统将不断集成进来，另一方面是随着现有业务系统的自动化程度提高，原有集成系统需要不断改造升级。
3.传统船舶控制系统采用按业务系统集成的方式。船舶各业务系统均独立配置采集控制设备以及分散在不同舱段的传感器与执行器。各系统分散在不同舱段的传感器与执行器集中接入该系统采集控制设备，再通过工业以太网进行集成。船舶的大多数业务系统信号呈全船分布，系统安装过程中会涉及大量的穿舱线缆，施工难度大，且一旦施工完成，后期改造升级困难。

技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种适用于智能船舶的区域控制装置，能够提高船舶智能化改造升级效率。
5.为达到以上目的，本发明提供的一种适用于智能船舶的区域控制装置，包括：
6.区域配置管理模块，其用于对舱段区域的控制任务配置进行设置和存储，以及对舱段区域的操作人机交互模式配置进行设置和存储；
7.任务调度模块，其用于根据区域配置管理模块设置的舱段区域的控制任务配置，加载和调用当前舱段区域的控制任务；
8.控制任务执行模块，其用于根据任务调度模块的调度，执行当前舱段区域的控制任务；
9.人机交互模块，其用于根据区域配置管理模块设置的舱段区域的操作人机交互模式配置，提供当前舱段区域的控制操作界面；
10.数据采集接口模块，其用于对当前舱段区域的所有业务系统数据进行接入；
11.数据输出接口模块，其用于对控制任务执行模块中控制任务数据的输出进行控制；
12.协议解析模块，其用于解析上层协同控制装置发送的遥操指令和协同数据；
13.协议转换模块，其用于将数据输出接口模块中的数据进行封装，并传递给通信接口模块；
14.通信接口模块，其用于数据的具体发送和接收。
15.在上述技术方案的基础上，
16.所述区域配置管理模块包括控制任务配置表，所述控制任务配置表按区域控制器所在舱段内的业务系统子模块进行组织和保存，每个业务系统子模块对应一个控制任务配置项。
17.所述区域配置管理模块还包括控制算法配置表，所述控制算法配置表按区域控制器所在舱段的业务系统子模块进行组织和保存，每个业务系统子模块对应一个控制算法；
18.所述区域配置管理模块还包含人机交互配置表，所述人机交换配置表按区域控制器所在舱段涉及的业务系统进行组织和保存；
19.所述区域配置管理模块提供本地配置和远程配置两种方式。
20.在上述技术方案的基础上，
21.所述任务调度模块还用于根据区域配置管理模块中的控制任务配置，生成当前舱段区域的控制任务容器，为每个控制任务分配软硬件资源；
22.所述任务调度模块还用于读取协议解析模块传递的上层控制指令，并根据上层控制指令的要求，将上层控制指令传递给对应的控制任务，实现当前舱段区域设备的远程操控。
23.在上述技术方案的基础上，
24.所述控制任务执行模块包括多个任务执行容器，每个任务执行容器运行一个控制任务；
25.每个控制任务对应当前舱段内的一个业务系统子模块，控制任务包含业务系统子模块控制逻辑算法和控制参数；
26.所述控制参数包括当前舱段区域参数和跨舱段区域参数；
27.所述当前舱段区域参数为业务系统子模块在当前舱段区域采集的数据，所述当前舱段区域参数由数据采集接口模块传入；
28.所述跨舱段区域参数为控制任务所需的其他舱段区域业务系统子模块在其它舱段区域采集的数据，所述跨舱段区域参数由协议解析模块传入。
29.在上述技术方案的基础上，
30.所述人机交互模块具体用于根据区域配置管理模块设置的舱段区域的操作人机交互模式配置，生成用于人机交互的控制操作界面，以提供当前舱段区域的控制操作界面；
31.所述控制操作界面按照业务系统方式组织，且在操作模式上实现对现有模式的兼容。
32.在上述技术方案的基础上，所述数据采集接口模块基于标准工业以太网实现，并提供船舶常用现场总线适配器。
33.在上述技术方案的基础上，
34.所述数据输出接口模块用于对控制任务执行模块中控制任务的执行结果数据进行分类处理，并将用于当前舱段区域显控操作的数据输出至人机交互模块，将用于跨舱段区域联动控制的数据输出至协议转换模块。
35.在上述技术方案的基础上，
36.所述协议解析模块具体用于接收通信接口模块订阅的跨舱段区域业务系统主题包并解析，提取遥操指令和跨区域业务联动数据；
37.所述遥操指令包括控制命令、源地址和目标地址，所述协议解析模块根据解析信息，将控制命令发送给任务调度模块，以使控制任务执行模块执行对应舱段区域的控制任务；
38.所述协议解析模块根据解析信息将跨区域业务联动数据作为控制参数，传递给控
制任务执行模块，参与联动控制。
39.在上述技术方案的基础上，
40.所述协议转换模块将数据输出接口模块输出的数据进行封装转换，并添加协议附加字段，然后发送至通信接口模块；
41.所述协议附加字段包括数据的所属设备、所属系统和所在区域；
42.所述通信接口模块基于通信中间件技术实现。
43.在上述技术方案的基础上，所述区域控制装置仅负责自身所在舱段区域的所有业务系统子模块的控制功能，且同舱段区域的多个协同控制装置可实现所在舱段的区域冗余控制；船舶各舱段的区域控制装置联合上层协同控制装置实现整体的船舶区域集成控制。
44.与现有技术相比，本发明的优点在于：通过相应模块的设置，实现跨舱段业务系统的分舱段区域接入和控制，有效降低智能船舶控制系统施工难度，减少运维成本，提高船舶智能化改造升级效率。
附图说明
45.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
46.图1为本发明实施例中一种适用于智能船舶的区域控制装置的结构示意图。
具体实施方式
47.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。
48.参见图1所示，本发明实施例提供的一种适用于智能船舶的区域控制装置，包括区域配置管理模块、任务调度模块、控制任务执行模块、人机交互模块、数据采集接口模块、数据输出接口模块、协议解析模块、协议转换模块和通信接口模块。
49.区域配置管理模块用于对舱段区域的控制任务配置进行设置和存储，以及对舱段区域的操作人机交互模式配置进行设置和存储；任务调度模块用于根据区域配置管理模块设置的舱段区域的控制任务配置，加载和调用当前舱段区域的控制任务；控制任务执行模块用于根据任务调度模块的调度，执行当前舱段区域的控制任务；人机交互模块用于根据区域配置管理模块设置的舱段区域的操作人机交互模式配置，提供当前舱段区域的控制操作界面；数据采集接口模块用于对当前舱段区域的所有业务系统数据进行接入；数据输出接口模块用于对控制任务执行模块中控制任务数据的输出进行控制；协议解析模块用于解析上层协同控制装置发送的遥操指令和协同数据；协议转换模块用于将数据输出接口模块中的数据进行封装，并传递给通信接口模块；通信接口模块用于数据的具体发送和接收。
50.本发明实施例中，区域配置管理模块包括控制任务配置表，所述控制任务配置表按区域控制器所在舱段内的业务系统子模块进行组织和保存，每个业务系统子模块对应一个控制任务配置项。区域配置管理模块还包括控制算法配置表，所述控制算法配置表按区
域控制器所在舱段的业务系统子模块进行组织和保存，每个业务系统子模块对应一个控制算法；区域配置管理模块还包含人机交互配置表，人机交换配置表按区域控制器所在舱段涉及的业务系统进行组织和保存。
51.进一步的，区域配置管理模块提供本地配置和远程配置两种方式。当当前舱段区域的业务系统发生变更时，可在远程部署相应配置信息，通过通信接口模块同步到区域配置管理模块，实现区域控制装置的远程维护与升级。
52.本发明实施例中，任务调度模块还用于根据区域配置管理模块中的控制任务配置，生成当前舱段区域的控制任务容器，为每个控制任务分配软硬件资源；任务调度模块还用于读取协议解析模块传递的上层控制指令，并根据上层控制指令的要求，将上层控制指令传递给对应的控制任务，实现当前舱段区域设备的远程操控。
53.本发明实施例中，控制任务执行模块包括多个任务执行容器，每个任务执行容器运行一个控制任务；每个控制任务对应当前舱段内的一个业务系统子模块，控制任务包含业务系统子模块控制逻辑算法和控制参数；控制参数包括当前舱段区域参数和跨舱段区域参数；当前舱段区域参数为业务系统子模块在当前舱段区域采集的数据，所述当前舱段区域参数由数据采集接口模块传入；跨舱段区域参数为控制任务所需的其他舱段区域业务系统子模块在其它舱段区域采集的数据，所述跨舱段区域参数由协议解析模块传入。
54.本发明实施例中，人机交互模块具体用于根据区域配置管理模块设置的舱段区域的操作人机交互模式配置，生成用于人机交互的控制操作界面，以提供当前舱段区域的控制操作界面；控制操作界面按照业务系统方式组织，且在操作模式上实现对现有模式的兼容。
55.本发明实施例中，数据采集接口模块基于标准工业以太网实现，并提供船舶常用现场总线适配器，从而满足不同接口的要求。接入方式采用就近原则，不区分子系统，当前舱段区域所有业务系统的装置和设备一体化接入。
56.本发明实施例中，数据输出接口模块用于对控制任务执行模块中控制任务的执行结果数据进行分类处理，并将用于当前舱段区域显控操作的数据输出至人机交互模块，将用于跨舱段区域联动控制的数据输出至协议转换模块。
57.本发明实施例中，协议解析模块具体用于接收通信接口模块订阅的跨舱段区域业务系统主题包并解析，提取遥操指令和跨区域业务联动数据。即对于接收通信接口模块订阅的跨舱段区域业务系统主题包，按照区域控制一体化协议进行数据解析，然后根据协议附加字段中的区域、系统、设备等信息，提取遥操指令和跨区域业务联动数据。
58.遥操指令包括控制命令、源地址和目标地址，所述协议解析模块根据解析信息，将控制命令发送给任务调度模块，以使控制任务执行模块执行对应舱段区域的控制任务；
59.协议解析模块根据解析信息将跨区域业务联动数据作为控制参数，传递给控制任务执行模块，参与联动控制。
60.本发明实施例中，协议转换模块将数据输出接口模块输出的数据进行封装转换，并添加协议附加字段，然后发送至通信接口模块。即按照区域控制一体化协议，添加协议附加字段。协议附加字段包括数据的所属设备、所属系统和所在区域。协议附加字段用以标识数据的唯一来源，便于数据跨区域识别和使用。
61.本发明实施例中，通信接口模块基于通信中间件技术实现。提供对dds(数据分发
服务)、op cua(一种开放式国际标准规格协议)等协议栈的支持，通过订阅分发传输模式，实现如下功能：按业务系统订阅跨区域数据包，传递给协议解析模块；将协议转换模块中的数据封装成业务主题包，向外发布；按区域主题订阅配置信息，将远程配置信息传输到区域配置管理模块；将区域配置管理模块中的配置信息封装成区域配置主题包，向外发布。
62.本发明中，区域控制装置仅负责自身所在舱段区域的所有业务系统子模块的控制功能，且同舱段区域的多个协同控制装置可实现所在舱段的区域冗余控制；船舶各舱段的区域控制装置联合上层协同控制装置实现整体的船舶区域集成控制。
63.以下以某舱段区域控制为例，对本发明区域控制装置的具体实施过程进行说明。所选舱段布置有压载水系统、舱底水系统的部分设备。其中，压载水系统本舱段设备的控制逻辑依赖于其他舱室设备的运行状态，但本舱段设备运行状态不影响其他舱段设备的控制；舱底水系统本舱段设备运行逻辑不依赖于其他舱室设备运行状态，但本舱段设备状态影响其他舱室设备运行状态；本舱段压载水和舱底水均支持本地自动运行和远程遥操。
64.针对该舱段控制需求，采用本发明的区域控制装置，将执行以下步骤：
65.(1)、区域配置管理模块中，设置本舱段控制任务为压载水系统和舱底水系统；设置本舱段人机交互界面为压载水系统界面和舱底水系统界面；编制压载水系统和舱底水系统的本舱段控制逻辑算法。所有配置信息存储到区域配置管理模块。
66.(2)、通信接口模块中，订阅压载水系统业务主题包；发布舱底水业务系统主题包；订阅压载水系统遥操指令主题包；订阅舱底水系统遥操指令主题包；
67.(3)、人机交互模块根据配置信息，部署本舱段压载水系统和舱底水系统的显控界面；
68.(4)、任务调度模块根据配置信息，在控制任务执行模块中生成两个控制任务执行容器，分别用于承载压载水系统控制任务和舱底水系统控制任务；
69.(5)、任务调度模块根据配置信息，将数据采集接口模块中对应数据链接到对应任务执行容器的区域控制参数接口；根据协议解析模块中的跨区域业务联动数据，将对应系统其他舱段设备运行数据链接到当前舱段对应执行容器的控制参数接口；
70.(6)、任务调度模块实时查询协议解析模块中解析的遥操指令，根据预设优先级权限，调度任务执行容器中的任务运行；
71.(7)、控制任务执行模块根据配置信息，分别在对应执行容器中加载压载水系统控制逻辑算法和舱底水系统控制逻辑算法，执行步骤(9)，读取当前区域控制参数，执行步骤(10)，获取压载水系统跨区域联动参数；
72.(8)、控制任务执行模块根据控制参数，执行压载水系统和舱底水系统在本舱室设备的控制动作；控制任务完成后，控制运行参数传入数据输出接口输出模块，执行步骤(12)；
73.(9)、数据采集接口模块实时获取当前舱段压载水系统、舱底水系统相关设备的运行信息，显示信息传输给人机交互模块，状态信息传入给对应控制任务执行模块的控制参数；
74.(10)、协议解析模块实时处理通信接口中传入的压载水系统订阅主题包，解析压载水系统跨区域联动数据，执行步骤(5)，将数据传输到压载水系统控制任务执行模块的跨区域控制参数中；
75.(11)、协议解析模块实时处理通信接口模块传入的压载水系统遥操指令主题包和压载水系统遥操指令主题包，解析遥操指令，执行步骤(5)，调度对应控制任务执行指令；
76.(12)、数据输出接口模块将步骤(8)中传入的数据分类处理，压载水系统和舱底水系统显示信息传入人机交互模块，舱底水系统设备状态信息输出到协议转换模块；
77.(13)、协议转换模块按区域控制一体化协议，将本舱段舱底水系统设备状态信息封装，添加区域、系统、设备等信息，传入通信接口，执行步骤(2)，供其他区域控制装置使用。
78.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
79.需要说明的是，在本技术中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
80.以上所述仅是本技术的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：

1.一种适用于智能船舶的区域控制装置，其特征在于，包括：区域配置管理模块，其用于对舱段区域的控制任务配置进行设置和存储，以及对舱段区域的操作人机交互模式配置进行设置和存储；任务调度模块，其用于根据区域配置管理模块设置的舱段区域的控制任务配置，加载和调用当前舱段区域的控制任务；控制任务执行模块，其用于根据任务调度模块的调度，执行当前舱段区域的控制任务；人机交互模块，其用于根据区域配置管理模块设置的舱段区域的操作人机交互模式配置，提供当前舱段区域的控制操作界面；数据采集接口模块，其用于对当前舱段区域的所有业务系统数据进行接入；数据输出接口模块，其用于对控制任务执行模块中控制任务数据的输出进行控制；协议解析模块，其用于解析上层协同控制装置发送的遥操指令和协同数据；协议转换模块，其用于将数据输出接口模块中的数据进行封装，并传递给通信接口模块；通信接口模块，其用于数据的具体发送和接收。2.如权利要求1所述的一种适用于智能船舶的区域控制装置，其特征在于：所述区域配置管理模块包括控制任务配置表，所述控制任务配置表按区域控制器所在舱段内的业务系统子模块进行组织和保存，每个业务系统子模块对应一个控制任务配置项。所述区域配置管理模块还包括控制算法配置表，所述控制算法配置表按区域控制器所在舱段的业务系统子模块进行组织和保存，每个业务系统子模块对应一个控制算法；所述区域配置管理模块还包含人机交互配置表，所述人机交换配置表按区域控制器所在舱段涉及的业务系统进行组织和保存；所述区域配置管理模块提供本地配置和远程配置两种方式。3.如权利要求1所述的一种适用于智能船舶的区域控制装置，其特征在于：所述任务调度模块还用于根据区域配置管理模块中的控制任务配置，生成当前舱段区域的控制任务容器，为每个控制任务分配软硬件资源；所述任务调度模块还用于读取协议解析模块传递的上层控制指令，并根据上层控制指令的要求，将上层控制指令传递给对应的控制任务，实现当前舱段区域设备的远程操控。4.如权利要求1所述的一种适用于智能船舶的区域控制装置，其特征在于：所述控制任务执行模块包括多个任务执行容器，每个任务执行容器运行一个控制任务；每个控制任务对应当前舱段内的一个业务系统子模块，控制任务包含业务系统子模块控制逻辑算法和控制参数；所述控制参数包括当前舱段区域参数和跨舱段区域参数；所述当前舱段区域参数为业务系统子模块在当前舱段区域采集的数据，所述当前舱段区域参数由数据采集接口模块传入；所述跨舱段区域参数为控制任务所需的其他舱段区域业务系统子模块在其它舱段区域采集的数据，所述跨舱段区域参数由协议解析模块传入。5.如权利要求1所述的一种适用于智能船舶的区域控制装置，其特征在于：
所述人机交互模块具体用于根据区域配置管理模块设置的舱段区域的操作人机交互模式配置，生成用于人机交互的控制操作界面，以提供当前舱段区域的控制操作界面；所述控制操作界面按照业务系统方式组织，且在操作模式上实现对现有模式的兼容。6.如权利要求1所述的一种适用于智能船舶的区域控制装置，其特征在于：所述数据采集接口模块基于标准工业以太网实现，并提供船舶常用现场总线适配器。7.如权利要求1所述的一种适用于智能船舶的区域控制装置，其特征在于：所述数据输出接口模块用于对控制任务执行模块中控制任务的执行结果数据进行分类处理，并将用于当前舱段区域显控操作的数据输出至人机交互模块，将用于跨舱段区域联动控制的数据输出至协议转换模块。8.如权利要求1所述的一种适用于智能船舶的区域控制装置，其特征在于：所述协议解析模块具体用于接收通信接口模块订阅的跨舱段区域业务系统主题包并解析，提取遥操指令和跨区域业务联动数据；所述遥操指令包括控制命令、源地址和目标地址，所述协议解析模块根据解析信息，将控制命令发送给任务调度模块，以使控制任务执行模块执行对应舱段区域的控制任务；所述协议解析模块根据解析信息将跨区域业务联动数据作为控制参数，传递给控制任务执行模块，参与联动控制。9.如权利要求1所述的一种适用于智能船舶的区域控制装置，其特征在于：所述协议转换模块将数据输出接口模块输出的数据进行封装转换，并添加协议附加字段，然后发送至通信接口模块；所述协议附加字段包括数据的所属设备、所属系统和所在区域；所述通信接口模块基于通信中间件技术实现。10.如权利要求1所述的一种适用于智能船舶的区域控制装置，其特征在于：所述区域控制装置仅负责自身所在舱段区域的所有业务系统子模块的控制功能，且同舱段区域的多个协同控制装置可实现所在舱段的区域冗余控制；船舶各舱段的区域控制装置联合上层协同控制装置实现整体的船舶区域集成控制。

技术总结

本发明公开了一种适用于智能船舶的区域控制装置，涉及智能船舶控制领域，包括区域配置管理模块、任务调度模块、控制任务执行模块、人机交互模块、数据采集接口模块、数据输出接口模块、协议解析模块和通信接口模块，区域配置管理模块用于对舱段区域的控制任务配置进行设置和存储，以及对舱段区域的操作人机交互模式配置进行设置和存储；任务调度模块用于根据区域配置管理模块设置的舱段区域的控制任务配置，加载和调用当前舱段区域的控制任务；控制任务执行模块用于根据任务调度模块的调度，执行当前舱段区域的控制任务。本发明能够提高船舶智能化改造升级效率。提高船舶智能化改造升级效率。提高船舶智能化改造升级效率。

技术研发人员：

彭柳 吴国东 屈建平 黄超 丁伯才

受保护的技术使用者：

中国船舶重工集团公司第七一九研究所

技术研发日：

2022.11.25

技术公布日：

2023/3/24