一种适用于遥控水下作业系统的通信装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种适用于遥控水下作业系统的通信装置，它包括水上子网络装置和水下子网络装置二部分，水上子网络装置由水上主控制器，多个水上从控制器，以及水上工业交换机，水上波分复用收发器构成，水上主控制器通过工业以太网与各水上从控制器电信号连接，并依次通过水上工业交换机和水上波分复用收发器与水下子网络装置电信号连接；水下子网络装置由水下主控制器，多个水下从控制器，以及水下工业交换机，水下波分复用收发器构成；水下主控制器通过工业以太网与各水下从控制器电信号连接，并依次通过水下工业交换机和水下波分复用收发器与水上子网络装置电信号连接。本实用新型专利技术可以提高系统通信的可靠性和实时性，保证系统在出现通信故障时具备应急回收能力。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及通信装备技术，特别涉及一种适用于遥控水下作业系统的通信装置。
技术介绍
水下作业技术是非常广泛的领域，涉及国防军事、水利设施建设、抗洪抢险、海洋资源开发利用等。相比于陆地，水下作业环境更加恶劣，作业系统失效后救援回收困难，易造成重大人员或财产损失。因此水下智能作业系统是典型的安全关键系统，需要在设计时充分考虑系统的可靠性和应急功能。随着水下作业任务要求的不断提高，水下作业系统的复杂度也越来越高。传统的集中式控制结构存在主控制器负荷大、功能扩展难、容错能力差、故障率高等缺点；而基于工业通信网络的分布式控制结构则可以通过把控制功能下放到各本地控制器降低控制风险，提高系统的可扩展性和容错能力。传统控制网络一般采用专用网络，如各种现场总线网络，多为短报文数据交换，强调通信延时的确定性和传输可靠性。由于以太网技术具有成本低、速度高、通用性等特点，目前已经逐步应用到一些实时控制领域，以取代原有的专用网络。为适应工业系统的实时性要求，工业以太网多采用基于时间片的分时调度方法，如Powerlink，Profinet I/0,EPA等，或者采用集总帧的方法，如EtherCAT。这些方法都需要专用的设备或协议来实现网络精确的时间同步，在一定程度上提高了系统的成本。而对于非实时数据，工业以太网仍采用传统的TCP/IP协议。
技术实现思路
本技术提出一种适用于遥控水下作业系统的通信装置，其特征在于，它包括水上子网络装置和水下子网络装置二部分，其中，所述水上子网络装置由水上主控制器，多个水上从控制器，以及水上工业交换机，水上波分复用收发器构成，水上主控制器通过工业以太网与各水上从控制器电信号连接，并依次通过水上工业交换机和水上波分复用收发器与水下子网络装置电信号连接；水下子网络装置由水下主控制器，多个水下从控制器，以及水下工业交换机，水下波分复用收发器构成；水下主控制器通过工业以太网与各水下从控制器电信号连接，并依次通过水下工业交换机和水下波分复用收发器与水上子网络装置电信号连接。本技术针对大型遥控水下作业系统的实时性及可靠性要求，提出一种通信装置，具有如下优点：(1)通信装置设计双主从控制器完成并发调度，使交换机内不存在端口报文发送冲突，提高控制系统通信的确定性和实时性；(2)本专利技术采用双主从控制器有利于实现完备的通信错误检测机制，保证报文的完整性及系统的自检能力，提高系统的可靠性。(3)本技术由于采用双主从控制器可以保证在出现通信故障时具备应急回收能力。附图说明图1为本技术提出的遥控水下作业系统网络结构；图2为本技术提出的一种双主从以太网调度时序图。具体实施方式下面结合附图对本技术的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本技术，但并不构成对本技术的限定。此外，下面所描述的本技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本技术提出的一种适用于遥控水下作业系统的通信装置，如图1所示，网络分为水上和水下两部分，水上主控制器，M个水上从控制器，以及水上工业交换机，水上波分复用收发器构成水上网络，水下主控制器，N个水下从控制器，以及水下工业交换机，水下波分复用收发器构成水下网络。M、N为大于等于1的正整数。水上、水下子网络装置由水上主控制器和水下主控制器通过光纤进行远距离数据交换。水上主控制器负责收集M个水上从控制器对水下作业平台的控制指令，并将这些指令打包成一个集成指令报文发送给水下主控制器。水下主控制器接收到集成指令报文后，将控制指令分解转发至相应的N个水下从控制器，接收这些从控制器反馈的状态信息，并将其打包成一个水下网络的状态信息报文反馈给水上主控制器。水上、水下工业交换机用于连接水上控制器和水下控制器。水上、水下波分复用收发器用于实现信号的光电转换和远距离传输。从网络拓朴上看，水上网络和水下网络分别以各自的工业交换机为根节点形成星型网络。若不进行通信调度管理，所有控制器均具有主动发起通信的能力，交换机通过存储转发机制来消除各端口的报文发送冲突，理论上讲冲突不会造成报文的丢失，但会造成报文延时的不确定性，特别是当网络通信负荷比较重时，这种延时的不确定性更加突出，以西门子工业交换机为例，有报文冲突时最高延时可达100毫秒，难以满足控制系统的实时性、确定性要求。对于上述通信装置可以采用双主从确定性调度方式，使交换机所有端口不出现报文发送冲突，因而，节点间的通信时延仅由交换机的报文处理速度来决定，是确定性的。以西门子工业交换机为例，无报文冲突时交换机内的最高延时为10毫秒。水上主控制器是水上网络的主节点，负责调度管理水上的M个从控制器；水下主控制器是水下网络的主节点，负责调度管理水下的N个从控制器。水下主控制器同时受控于水上主控制器，只有当其接收到水上主控制器的指令报文后，才开始将该指令报文调度分发给水下其他控制器。双主从以太网调度主要在水上主控制器和水下主控制器中实现，水上、水下各从控制器只需被动响应主控制器的调度报文。假定水上主控制器代号为A，水下主控制器代号为B，Ai(i＝1，2，…，M)为水上主控制器对水上从控制器i的查询报文，iA为水上从控制器i对水上主控制器回复的指令报文；AB为水上主控制器发送给水下主控制器的含有水上各从控制器对水下各从控制器指令的集成指令报文；Bj(j＝1，2，…，N)为水下主控制器对水下从控制器j的指令报文，jB为水下从控制器j对水下主控制器回复的控制器状态报文；BA为水下主控制器发送给水上主控制器的水下各控制器状态集成报文。本技术提出的调度时序如图2所示。微调度时刻是指调度报文的发送时刻，即t＝KT时刻，微调度周期是指两个相邻微调度时刻之间的间隔，即T。其中T为微调度周期，其取值决定于从控制器对主控制器调度报文的响应时间，一般最小取所有从控制器最长响应时间的2～3倍。图2中上方时间轴为水上主控制器的调度时序，水上主控制器在各微调度时刻依次向水上从控制器i发送调度报文Ai，并在下一个微调度时刻到来之前完成对水上从控制器i反馈报文iA的接收，从而消除了水上工业交换机内的报文冲突；图2中下方时间轴为水下主控制器的调度时序，水下主控制器在各微调度时刻依次向水下从控制器j发送调度报文Bj，并在下一个微调本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于遥控水下作业系统的通信装置，其特征在于，它包括水上子网络装置和水下子网络装置二部分，其中，所述水上子网络装置由水上主控制器，多个水上从控制器，以及水上工业交换机，水上波分复用收发器构成，水上主控制器通过工业以太网与各水上从控制器电信号连接，并依次通过水上工业交换机和水上波分复用收发器与水下子网络装置电信号连接；水下子网络装置由水下主控制器，多个水下从控制器，以及水下工业交换机，水下波分复用收发器构成；水下主控制器通过工业以太网与各水下从控制器电信号连接，并依次通过水下工业交换机和水下波分复用收发器与水上子网络装置电信号连接。

【技术特征摘要】
1.一种适用于遥控水下作业系统的通信装置，其特征在于，它包括水
上子网络装置和水下子网络装置二部分，其中，
所述水上子网络装置由水上主控制器，多个水上从控制器，以及水上
工业交换机，水上波分复用收发器构成，水上主控制器通过工业以太网与
各水上从控制器电信号连接，并依次通过水上工业交换机和...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦元庆，徐国华，张琦，周纯杰，夏英凯，赵寅，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：新型
国别省市：湖北;42