一种用于水下布放回收系统的高可靠控制装置和方法与流程

本发明属于船舶电子与信息，具体涉及一种用于水下布放回收系统的高可靠控制装置和方法。

背景技术：

1、如今艇载航行器的使用场景越来越多，母艇端的布放回收任务中的监测、控制需求日益复杂。以往采用人工监视、手动操作的工作模式已不适用。需要一种控制装置，在母艇端实现对引导灯阵、对接机构、水下光通信、水声通信等设备实现综合控制。

2、水下装备在不同工况下执行布放回收作业时，人员操作分工有所不同。有时需要在本地进行操作，有时需由控制室人员接管控制权限。需要一种控制装置既能便于人员现场掌握各设备工作状态，进行本地操作，也能将操作权限移交至其它设备，实现远程控制。

3、水下母艇及艇载航行器的搭配通常用于特种作业，在该任务场景下，需要一种高可靠的控制装置，即便在内部部分模块出现故障时，也能确保任务顺利执行。

4、不同母艇平台配置的布放回收系统有所差异，需要一种接口易扩展的控制装置，对各类机电设备进行监测及控制。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：提供一种用于水下布放回收系统的高可靠控制装置和方法，用于综合控制水下布放回收相关设备。

2、本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种用于水下布放回收系统的高可靠控制装置，包括控制模块，和分别连接到控制模块的显控设备、惯导设备、水声通信设备、水下光通信设备、引导灯阵和对接机构；控制系统用于对引导灯阵、对接结构、水下光通信、水声通信和惯导设备进行信息采集、指令控制、状态显示、数据转发和综合管理；控制装置与引导灯阵通过can接口相连，用于通过can帧发送对引导灯阵的控制指令进行开启、关闭和亮度调节；控制装置与对接机构通过硬接线相连，用于发送控制指令操作对接机构的升起或下降、锁紧机构的锁紧或松开；控制装置与水下光通信设备通过硬接线相连，用于操作设备的启动或停机；控制装置与水下光通信设备还通过以太网相连，用于采用udp协议发送母艇状态和位置信息；控制装置与水声通信设备通过以太网相连，用于采用udp协议控制水声通信设备的接收或发送工作状态，接收航行器状态信息或发送母艇状态和位置信息；控制装置与惯导设备通过以太网相连，用于采用udp协议接收母艇位置信息并转发至光通信设备；控制装置与母艇端其它显控设备通过以太网或全船网络相连，用于采用udp协议进行信息交互和控制权限切换；控制模块采用国产plc模块，包括冗余cpu模块、电源模块、电耦合模块、电末端模块、开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、can网关模块和以太网通信模块；冗余cpu模块包括主cpu模块和从cpu模块；主cpu模块和从cpu模块分别具有2路spacewire通信接口，其中一条用于同步状态和心跳信号，另一条用于同步过程数据；主cpu模块和从cpu模块之间通过两条专用的spacewire总线交叉相连，组成双链路及双cpu冗余系统，用于共同确保控制指令可靠下发。

3、按上述方案，控制装置提供的接口包括can、开关量输入、开关量输出、模拟量输入、模拟量输出和以太网口，还包括预留的扩展口；控制模块通过以太网连接显控模块；控制模块与显控模块交互的信号包括开关量信号和模拟量信号；开关量信号为对无源触点采集和输出的信号；模拟量输入信号为4～20ma电流信号，模拟量输出信号为-10v～10v电压信号，模拟量信号的输入/输出值误差小于0.3％。

4、按上述方案，主cpu模块和从cpu模块采用热备方式工作；通过优化热备数据传输方案，定准数据最大值为512kb，包括i、q、iw、qw、m、mw、n、nw、s、sw测点及v区、定时器计数器；非定位数据最大为512kb，包括自定义功能块的背景数据块值，总数据备份量最大为1024kb，数据备份传输速率为1000mbps＝128000kb/s；8ms完成1024kb数据量的数据备份，在一个扫描周期内完成逻辑执行、通信、诊断及数据备份。

5、按上述方案，开关量输出模块、模拟量输出模块和电源模块均进行冗余配置；输入电制为两路单向交流220v/50hz，使电源输入一用一备，确保了在一路输出故障时，备用通路的信息准确可达，保障控制装置向执行机构可靠输出控制指令。

6、按上述方案，控制装置还包括箱体；箱体采用壁挂式箱体结构，顶部有吊环，背部配置弹簧隔振器，通过前面板开箱；箱体内部用于安装plc模块、电源模块、滤波器和端子排；箱体内设有背板机架，plc模块布置在背板机架上，背板机架上铺设有连接控制模块内各plc模块的线缆，用于供各plc模块进行通信；现场总线拓扑采用环网方式，配套支持环网连接的耦合器和末端模块，用于避免级联拓扑结构的单点故障问题；电源模块和滤波器布置于箱体内部的侧面；箱体的前面板内嵌触控功能一体的显控模块，并布置有包括若干控制旋钮、开关电源、蜂鸣器的操作按键；控制旋钮分别用于控制引导灯阵的开启或关闭、对接机构的升起或降下以及锁紧机构的锁紧或松开；箱体的对外接口采用填料函、航插连接器的形式布置于箱体的底部，外部设备的can总线，以及包括开关量输入、开关量输出、模拟量输入、模拟量输出的硬接线和电源线通过电缆穿过填料函接至箱内的端子排；以太网通过连接器接至以太网通信模块；箱体内的控制装置及各模块均采用无风扇自然散热。

7、按上述方案，显控设备用于控制引导灯阵的开启或关闭、对接机构的升起或降下、锁紧机构的锁紧或松开，还用于调节引导灯阵的亮度、切换引导灯阵的模式、停止对接结构、切换控制权限和控制水下光通信设备。

8、一种用于水下布放回收系统的高可靠控制方法，包括以下步骤：

9、s0：搭建用于水下布放回收系统的高可靠控制装置，包括控制模块、显控设备、惯导设备、水声通信设备、水下光通信设备、引导灯阵和对接机构；控制装置与引导灯阵通过can接口相连；控制装置与对接机构通过硬接线相连；控制装置与水下光通信设备通过硬接线相连；控制装置与水下光通信设备还通过以太网相连；控制装置与水声通信设备通过以太网相连；控制装置与惯导设备通过以太网相连；控制装置与母艇端其它显控设备通过以太网或全船网络相连；

10、s1：执行回收作业时，控制装置通过以太网控制水声通信设备处于接收模式，持续接收水声通信设备回传的航行器状态信息；具体步骤包括：

11、s11：当母艇与航行器进入光通信距离时，控制装置控制光通信设备启动，将从惯导接收到的母艇位置信息通过光通信设备发送至航行器，协助引导对接用；

12、s12：当航行器接近母艇时，控制装置控制灯阵开启，为航行器提供可供识别的目标位置，同时控制对接机构升起、锁紧机构松开；

13、s13：当航行器完成对接后，控制装置控制对接锁紧机构锁紧、对接机构降下、灯阵及光通信设备关闭，完成对接；

14、s2：执行布放作业时，控制装置控制对接机构升起、锁紧机构松开，控制水下光通信设备启动，并控制水声通信设备处于发送模式，将母艇位置、状态信息通过两种通信方式发送至航行器，直至航行器远离母艇。

15、进一步的，还包括以下步骤：

16、通过其它显控设备远程操作执行全流程，并监测布放回收作业期间相关设备的状态信息。

17、一种计算机存储介质，其特征在于：其内存储有可被计算机处理器执行的计算机程序，该计算机程序执行用于水下布放回收系统的高可靠控制方法。

18、本发明的有益效果为：

19、1.本发明的一种用于水下布放回收系统的高可靠控制装置和方法，通过显控模块实时监测相关设备状态、通信数据和重要信息，并进行布放回收操作，也可通过面板的控制组件实现操作，实现了对布放回收系统中引导灯阵、对接结构等设备的综合控制和信息集成，解决了布放回收系统对引导灯阵、对接结构、水下光通信、水声通信等布放回收相关设备的综合控制、信息集成问题。

20、2.本发明通过对布放回收作业的本地、远程控制模式，并灵活实现权限切换，便于远端显控设备使用人员进行接管操作，解决了布放回收作业的本地、远程控制模式问题。

21、3.本发明通过从控制模块到输出模块、电源模块的全流程冗余设计，热备实时性强，确保了布放回收作业的高可靠性，解决了布放回收系统控制装置的冗余设计问题。

22、4.本发明信息接口丰富，包括模拟量输出、模拟量采集、开关量采集、开关量输出、can接口、以太网接口，可按需对接口配置进行快速裁剪或扩展，适用于各类水下布放回收平台，解决了布放回收系统控制装置的跨平台适用性问题。

23、5.本发明显控模块、控制系统、继电器、电源模块、分立器件、操作系统等均立足国产化产品进行设计，大幅提升了控制装置的国产化水平，解决了布放回收系统控制装置的全国产化设计问题。