阅读说明：本技术 一种船用低速发动机主控制单元冗余的方法及装置 (Redundancy method and device for main control unit of low-speed engine for ship ) 是由 王园 于 2019-10-23 设计创作，主要内容包括：一种船用低速发动机主控制单元冗余的方法及装置,该主控制单元包括主处理器和从处理器,主处理器和从处理器均通过总线与执行单元通信,主处理器与从处理器通信连接,该方法包括：主处理器和从处理器同步运行,接收相同的数据并进行运算,得到相应的运算结果；主处理器与从处理器将各自的运算结果进行比较,并基于二者的比较结果,确定是否向执行单元输出控制指令,实现以简单、有效且经济的方式实现低速发动机主控制单元的冗余设计的效果。(A method and a device for redundancy of a main control unit of a low-speed engine for a ship, wherein the main control unit comprises a master processor and a slave processor, the master processor and the slave processor are both communicated with an execution unit through buses, and the master processor is communicated with the slave processor, and the method comprises the following steps: the master processor and the slave processor run synchronously, receive the same data and perform operation to obtain corresponding operation results; the main processor and the slave processor compare respective operation results, and determine whether to output a control instruction to the execution unit based on the comparison result of the two, so that the effect of realizing the redundant design of the main control unit of the low-speed engine in a simple, effective and economical mode is achieved.)

一种船用低速发动机主控制单元冗余的方法及装置

技术领域

本发明实施例涉及发动机电子控制技术领域，尤其涉及一种船用低速发动机主控制单元冗余的方法及装置。

背景技术

船舶控制系统作为发动机系统的关键部件，如果主控制单元(MCU)发生故障，整个控制系统将停止工作，发动机无法运行。因此，如何提高关键部件的可靠性，特别是提高发动机控制系统的可靠性已成为目前的热点研究问题。

在可靠性设计方面，冗余设计是一种用于提高关键部件可靠性的有效手段。针对发动机控制系统冗余设计，有各种各样冗余方案。例如，一种柴油发动机，包括多个气缸，在与气缸相关的局部功能和全局功能部分通过设置多个均具有第二功能部分的模块，利用各模块的第二功能部分的协作来实现发动机的冗余。

但是，上述方案涉及的部件较多，结构比较复杂，实用性不高，且成本也比较高。

发明内容

本发明提供一种船用低速发动机主控制单元冗余的方法及装置，以简单、有效且经济的方式实现低速发动机主控制单元的冗余设计。

第一方面，本发明实施例提供了一种船用低速发动机主控制单元冗余的方法，该主控制单元包括主处理器和从处理器，主处理器和从处理器均通过总线与执行单元通信，主处理器与从处理器通信连接，该方法包括：

主处理器和从处理器同步运行，接收相同的数据并进行运算，得到相应的运算结果；

主处理器与从处理器将各自的运算结果进行比较，并基于二者的比较结果，确定是否向所述执行单元输出控制指令。

第二方面，本发明实施例还提供了一种船用低速发动机主控制单元冗余的装置，该装置包括：主处理器、从处理器和执行单元；

其中，主处理器与从处理器通信连接，主处理器和从处理器均通过总线与执行单元通信；

主处理器和从处理器同步运行，主处理器和从处理器分别用于接收相同的数据并进行运算，得到相应的运算结果；

主处理器与从处理器还用于将各自的运算结果进行比较，并基于二者的比较结果，确定是否向执行单元输出控制指令。

本发明通过在主控制单元中设置主处理器和从处理器，主处理器和从处理器同步运行，接收相同的数据并进行运算，主处理器与从处理器将各自的运算结果进行比较，并基于二者的比较结果，确定是否向执行单元输出控制指令，由此可见，通过该技术方案可以判断出在主处理器是否工作正常，且能够在主处理器出现故障时，由从处理器向执行单元输出控制指令，解决现有的发动机控制冗余设计存在涉及部件较多，结构比较复杂，实用性不高，且成本也比较高的问题，实现以简单、有效且经济的方式实现低速发动机主控制单元的冗余设计的效果。

附图说明

图1是本发明实施例一中的船用低速发动机主控制单元冗余方法的流程图；

图2是本发明实施例二中的船用低速发动机主控制单元冗余方法的流程图；

图3是本发明实施例三中的船用低速发动机主控制单元冗余方法的流程图；

图4是本发明实施例四中的船用低速发动机主控制单元冗余装置的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的船用低速发动机主控制单元冗余方法的流程图，本实施例可适用于发动机控制系统冗余设计实现的过程，该方法可以由本发明任意实施例的船用低速发动机主控制单元冗余装置来执行，具体包括如下步骤：

步骤110、主处理器和从处理器同步运行，接收相同的数据并进行运算，得到相应的运算结果；

示例性的，主处理器和从处理器可通过CAN总线实现通信，主处理器和从处理器接收相同的数据，该数据可以是来自发动机曲轴发出的曲轴转角信号，可以是来自船体各处的传感器(如，压力传感器、温度传感器、油量检测器等)信号，可以是来自船体其他控制系统的控制信号，如定位导航系统。

步骤120、主处理器与从处理器将各自的运算结果进行比较，并基于二者的比较结果，确定是否向执行单元输出控制指令。

示例性的，当主处理器和从处理器为首次运算时，将主处理器和从处理器的首次运算结果进行比较；当主处理器和从处理器为非首次运算时，将主处理器当次的运算结果与根据之前的运算结果推测出的结果进行比较，看是否一致，同样的，将从处理器当次的运算结果与根据之前的运算结果推测出的结果进行比较，看是否一致，从而根据比较结果，确定主处理器是否可以正常向执行单元输出控制指令。

该船用低速发动机主控制单元冗余方法的工作原理：主处理器和从处理器之间通过总线实现通信，主处理器和从处理器也均通过总线与执行单元进行通信，主处理器和从处理器均接收可来自发动机曲轴、船体各处的传感器、船体其他控制系统等发出的数据信号，二者接收的数据信号是相同的，并对接收的数据进行运算，得到相应的运算结果。正常工作态下，主处理器负责输出控制指令到执行单元，从处理器负责监测主处理器的工作状态；主处理器和从处理器同步运行，接收相同的数据信号，并对接收的数据进行运算，然后主处理器和从处理器将各自的运算结果进行比较，主控制单元根据比较情况执行相应的输出。

本实施例的技术方案，通过在主控制单元中设置主处理器和从处理器，主处理器和从处理器同步运行，接收相同的数据并进行运算，主处理器与从处理器将各自的运算结果进行比较，并基于二者的比较结果，确定是否向执行单元输出控制指令，由此可见，通过该技术方案可以判断出在主处理器是否工作正常，且能够在主处理器出现故障时，由从处理器向执行单元输出控制指令，解决了现有的发动机控制冗余设计存在涉及部件较多，结构比较复杂，实用性不高，且成本也比较高的问题，实现了以简单、有效且经济的方式实现低速发动机主控制单元的冗余设计的效果。

实施例二

在上述实施例的基础上，本实施例对当主处理器和从处理器的运算为首次运算时的主处理器和从处理器的工作情况加以说明。图2为本发明实施例二中的船用低速发动机主控制单元冗余方法的流程图，具体包括如下步骤：

步骤210、主处理器和从处理器同步运行，接收相同的数据并进行运算，得到相应的运算结果；

步骤220、主处理器与从处理器将各自的运算结果进行比较，且是首次运算结果；

其中，当主处理器和从处理器是首次运算时才执行步骤230。

步骤230、判断主处理器的运算结果与从处理器的运算结果是否一致；若是则执行步骤240，若否则执行步骤250。

本实施例的判断过程为：如果主处理器的运算结果与从处理器的运算结果一致，则说明主处理器为正常工作状态，由主处理器向执行单元输出控制指令；如果主处理器的运算结果与从处理器的运算结果不一致，说明主处理器发生了故障，此时主处理器停止向执行单元输出控制指令，主控制单元停止工作。

实施例三

在实施例一的基础上，本实施例对当主处理器和从处理器的运算为非首次运算时的主处理器和从处理器的工作情况加以说明。图3为本发明实施例三中的船用低速发动机主控制单元冗余方法的流程图，具体包括如下步骤：

步骤310、主处理器和从处理器同步运行，接收相同的数据并进行运算，得到相应的运算结果；主处理器和从处理器均将每次的运算结果和每次的运行数据进行存储；

步骤320、主处理器根据存储的运算结果和运行数据对下一次的运行结果进行预测，得到主预测结果；从处理器根据存储的运算结果和运行数据对下一次的运行结果进行预测，得到从预测结果；

其中，主处理器对每次的运行数据和运算结果进行存储，并根据存储的数据对下一次的运行结果进行运算预测，得到主预测结果，该主预测结果用于和当次的运算结果进行比较，以判断主处理器的工作情况；同样的，从处理器对每次的运行数据和运算结果也进行存储，并根据存储的数据对下一次的运行结果进行运算预测，得到从预测结果，该从预测结果用于和当次的运算结果进行比较，以判断主处理器的工作情况；将主处理器和从处理器各自运算结果和各自的预测结果比较后的结果综合对比，可以确定主处理器是否为正常工作状态，进而可以确定是否向执行单元输出控制指令以及由哪个处理器向执行单元输出控制指令，由此可以实现低速发动机主控制单元的冗余，可以确保在主处理器出现故障的情况下由从处理器代替主处理器向执行单元输出控制指令，确保发动机主控制单元的正常运行。

步骤330、主处理器与从处理器将各自的运算结果进行比较，主处理器的运算结果和从处理器的运算结果不一致，且是非首次运算结果；

如果主处理器的运算结果与从处理器的运算结果一致，同上述任意实施例的情况，则说明主处理器工作正常，由主处理器向执行单元输出控制指令；在本实施例中重点分析当主处理器和从处理器的运算结果出现不一致且为非首次运算时的情况，如果主处理器的运算结果与从处理器的运算结果不一致，则说明发生了故障，可能是主处理器发生故障或从处理器发生故障，也可能是两个处理器都出现故障，那么具体的故障情况需要根据主处理器和从处理器各自的运算结果与各自的预测结果的比较结果来具体分析判断，即根据步骤340、350和360分析可能出现的几种情况。

步骤340、如果主处理器的运算结果与主处理器的主预测结果一致，则主处理器正常运行并输出控制指令给执行单元。

在本实施例的技术方案中，如果主处理器的运算结果与主处理器的主预测结果一致，则说明主处理器和从处理器的运算结果出现不一致是由从处理器的运算结果和从处理器的从预测结果不一致而导致的，说明从处理器发生故障，主处理器正常，则主处理器正常运行并输出控制指令给执行单元。其中，主处理器存储的运算结果可以是主处理器从首次运算到当次运算之间的各次的运算结果，或者可以是在当次运算结果之前的一次或几次运算结果等，在此不作限定。

步骤350、如果从处理器的运算结果与从处理器的从预测结果一致，则主处理器停止工作，换至由从处理器运行并输出控制指令给执行单元。

在本实施例的技术方案中，如果从处理器的运算结果与从处理器的从预测结果一致，则说明主处理器和从处理器的运算结果出现不一致是由主处理器的运算结果和主处理器的主预测结果不一致而导致的，说明主处理器发生故障，从处理器正常，则主处理器停止工作，由从处理器运行并输出控制指令给执行单元。其中，从处理器存储的运算结果可以是从处理器从首次运算到当次运算之间的各次的运算结果，或者可以是在当次运算结果之前的一次或几次运算结果等，在此不作限定。

步骤360、如果主处理器存储的运算结果与主处理器的主预测结果不一致，且从处理器存储的运算结果与从处理器的从预测结果对比均不一致，则主控制单元停止工作。

在本实施例的技术方案中，如果主处理器的运算结果与主处理器的主预测结果不一致，且从处理器的运算结果与从处理器的从预测结果也不一致，则说明主处理器和从处理器的运算结果出现不一致是由主处理器的运算结果和主处理器的主预测结果不一致和从处理器的运算结果和从处理器的从预测结果不一致而导致的，说明主处理器和从处理器均发生故障，则此时主控制单元停止工作。

可选的，主处理器和从处理器根据船用低速发动机第一个缸到达上止点的位置为基准来同步信号。

其中，为了使主处理器和从处理器能够产生同步的输出信号，定义由船用低速发动机第一个缸到达上止点的位置为基准来同步信号。

可选的，发动机第一个缸以第一个缸到达上止点为基准，曲轴每转动预设角度，同时分别对主处理器和从处理器发送指令，主处理器和从处理器进行数据转换和结果比较，根据比较结果执行相应操作。

示例性的，当发动机第一个缸到达上止点，记为Φ₀，主处理器和从处理器分别对接收的数据进行处理，比较处理结果，根据比较结果执行相应操作；继而以发动机第一个缸以Φ₀为基准，曲轴每转动预设角度，比如每转动20度，就会同时分别对主处理器和从处理器发送指令，主处理器和从处理器进行数据转换和结果比较，根据比较结果执行相应操作，将主控制单元运算结果输出给执行单元。以此工作机制进行船用低速发动机主控制单元的冗余，发动机第一个缸每转动360度，即为一个触发周期，保证了主控制单元的主处理器和从处理器之间运算的同步性。

实施例四

图4是本发明实施例四中的船用低速发动机主控制单元冗余装置的结构框图，参考图4，该装置包括主控制单元410和执行单元420，主控制单元410包括主处理器411和从处理器412；

其中，主处理器411与从处理器412通信连接，主处理器411和从处理器412均通过总线与执行单元420通信；

主处理器411和从处理器412同步运行，主处理器411和从处理器412分别用于接收相同的数据并进行运算，得到相应的运算结果；

主处理器411与从处理器412还用于将各自的运算结果进行比较，并基于二者的比较结果，确定是否向执行单元420输出控制指令。

该船用低速发动机主控制单元冗余方法的工作原理：主处理器411和从处理器412之间通过总线实现通信，主处理器411和从处理器412也均通过总线与执行单元420进行通信，主处理器411和从处理器412均接收可来自发动机曲轴、船体各处的传感器、船体其他控制系统等发出的数据信号，二者接收的数据信号是相同的，并对接收的数据进行运算，得到相应的运算结果。正常工作态下，主处理器411负责输出控制指令到执行单元420，从处理器412负责监测主处理器411的工作状态；主处理器411和从处理器412同步运行，接收相同的数据信号，并对接收的数据进行运算，然后主处理器411和从处理器412将各自的运算结果进行比较，主控制单元410根据比较情况执行相应的输出。

本实施例的技术方案，通过在主控制单元中设置主处理器和从处理器，主处理器和从处理器同步运行，接收相同的数据并进行运算，主处理器与从处理器将各自的运算结果进行比较，并基于二者的比较结果，确定是否向执行单元输出控制指令，由此可见，通过该技术方案可以判断出在主处理器是否工作正常，且能够在主处理器失效时，由从处理器代替主处理器控制执行单元的运行，解决了现有的发动机控制冗余设计存在涉及部件较多，结构比较复杂，实用性不高，且成本也比较高的问题，实现了以简单、有效且经济的方式实现低速发动机主控制单元的冗余设计的效果。

可选的，执行单元420包括N个气缸控制单元或N个执行器，N为大于等于2的正整数；每个气缸控制单元421、423、425包括气缸422、424、426。

示例性的，在本实施例中，执行单元以气缸控制单元421、423、425为例，每个气缸控制单元均电连接一个气缸，每个气缸均由对应的气缸控制单元控制。

可选的，从处理器412与主处理器411用于根据气缸控制单元421、423、425中的一个气缸控制单元的气缸活塞到达气缸上止点的位置为基准进行同步运行。

示例性的，参考图4，以气缸控制单元421和气缸422为例，为了使主处理器411和从处理器412能够产生同步的输出信号，定义由船用低速发动机第一个气缸422到达上止点的位置为基准来同步信号。当发动机第一个气缸422到达上止点，记为Φ₀，继而以发动机第一个缸以Φ₀为基准，曲轴每转动预设角度，比如每转动20度，主处理器411和从处理器412分别对接收的数据进行处理和运算，并对运算结果进行比较，根据比较结果执行相应操作，将主控制单元的运算结果输出给气缸控制单元421。以此工作机制进行船用低速发动机主控制单元的冗余，发动机第一个缸每转动360度，即为一个触发周期，保证了主控制单元的两处理器间的运算的同步。

本实施例的技术方案，通过在主控制单元中设置主处理器和从处理器，主处理器和从处理器同步运行，接收相同的数据并进行运算，主处理器与从处理器将各自的运算结果进行比较，并基于二者的比较结果，确定是否向执行单元输出控制指令，由此可见，通过该技术方案可以判断出在主处理器是否工作正常，且能够在主处理器失效时，由从处理器代替主处理器控制执行单元的运行，解决了现有的发动机控制冗余设计存在涉及部件较多，结构比较复杂，实用性不高，且成本也比较高的问题，实现了以简单、有效且经济的方式实现低速发动机主控制单元的冗余设计的效果。

本发明实施例所提供的船用低速发动机主控制单元冗余装置可执行本发明任意实施例所提供的船用低速发动机主控制单元冗余方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。