一种即插即用的船舶机舱监控系统设计方法
摘 要：传统的船舶机舱监控系统在监控模块出现故障时，存在着模块更换速度慢，更换方式复杂，系统自动修复能力低的特点。该文提出了一种即插即用的船舶机舱监控系统设计方法，该方法实现了船舶机舱监控系统模块的自动识别和配置，提高了船舶机舱监控系统的生产速度，降低系统维护成本，提高了系统的自动化程度。
关键词：船舶机舱监控系统 即插即用 CAN总线 以太网总线 设备管理
中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）06（c）-0011-03
随着智能船舶的高速发展，要求船舶机舱监控系统具有快速自动修复能力。工业4.0的普及，要求能够快速批量的生产船舶机舱监控系统，该文提出了一种即插即用的船舶机舱监控系统设计方法，以下对该方法进行探讨。
1 系统网络拓扑设计
整个系统包含监测系统、动力系统、电力系统和其它系统，分系统之间通过以太网总线实现数据传输，分系统内部模块通过CAN总线[2]实现数据传输。分系统中各I/O模块将各自采集到的数据发送到CAN总线上，互联网关将CAN总线上的数据通过相应的协议转换，发送至以太网总线上，通过交换机数据交互，集控室、驾驶室、船长室、轮机长室等接收到相应的模块数据。当集控室、驾驶室、船长室、轮机长室等需要发送控制指令时，先将该指令发送至以太网总线，分系统互联网关收到以太网数据之后将该数据转换成CAN数据，发送至CAN总线，各I/O模块收到CAN总线上的指令之后，执行相应的输出功能。船舶机舱监控系统主要架构如图1所示。
2 设计与实现
由图1可知，整个系统主要包括两层网络（以太网，CAN网），三层设备（I/O模块，互联网关，上位机）组成。根据系统原理，在上位机中设计设备管理器，设备管理器实现互联网关模块的即插即用功能，互联网关模块实现I/O模块的即插即用功能，从而实现整套系统的即插即用功能。
2.1 互联网关模块即插即用设计
互联网关模块的即插即用由设备管理器实现，其流程如图2所示，主要包括以下几项功能。
2.1.1 判断是否有出厂配置模块
如果模块出现故障，根据文中的提示，当操作人员更换出厂配置模块之后。设备管理器根据该模块发送的心跳报文，判断该模块类型是否与故障模块类型一致，如果类型一致，则该模快将进入配置队列，等待设备管理器对该模块进行参数配置。
2.1.2 判断同类型故障模块是否唯一
设备管理器根据文中的判断，确定同类型故障模块是否唯一。
2.1.3 配置模块
根据文中的对应关系，下载该模块的参数，固件以及该系统的参数，完成模块的配置。如在网络中，放入两块出厂配置的互联网关模块，则两块互联网关模块由于IP地址相同，产生冲突，将进行故障报警，而设备管理器将无法收到出厂互联网关模块的心跳报文，设备管理器不做任何操作。
2.2 I/O模块即插即用设计
I/O模块的即插即用由互联网关模块实现，其流程如图3所示，主要包括以下几项功能。
2.2.1 判断是否有出厂配置模块
如果模块出现故障，根据（2）中的提示，当操作人员更换出厂配置模块之后。互联网关模块根据该模块发送的心跳报文，判断该模块类型是否与故障模块类型一致，如果类型一致，则该模快将进入配置队列，等待互联网关模块对该模块进行参数配置。
2.2.2 判断同类型故障模块是否唯一
互联网关模块根据（1）中的判断，确定同类型故障模块是否唯一。
（1）配置模块。
根据（4）中的对应关系，下载该模块的参数，完成模块的配置。
（2）I/O模块重复报警。
如果在CAN网络中，放入两块及以上同类型出厂配置的I/O模块，互联网关模块根据同一时间内收到的心跳数量，确定该网络中有超过一块同类型出厂配置的I/O模块，互联网关将该信息通过以太网输出至设备管理器，设备管理器进行I/O模塊重复报警。
3 应用实例
该系统已在该所研制的某型号船舶机舱监控系统中成功应用，该系统网络图如图1所示。该系统互联网关模块配置信息见表1，分系统以监测系统为例进行说明，监测系统配置信息见表2。
整个系统在实现过程中应用即插即用功能，整个即插即用过程如下。
3.1 配置监测系统互联网关模块
将出厂配置互联网关模块放入该系统中，设备管理器读取出厂配置互联网关模块信息，并且根据IP地址大小将其配置成监测系统互联网关模块。