基于CAN總線的艦船推進(jìn)監(jiān)控系統(tǒng)

熊永坤+王東陽

本文研究了一種基于CAN總線的艦船推進(jìn)監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)是由工業(yè)以太網(wǎng)和CAN總線構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)具有主推進(jìn)系統(tǒng)控制、安全保護(hù)、監(jiān)測信息顯示及報警功能。重點研究了系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)軟件設(shè)計。

【關(guān)鍵詞】CAN 推進(jìn)監(jiān)控 系統(tǒng)

計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展對船舶工業(yè)發(fā)展產(chǎn)生了極大的推動作用，尤其是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和現(xiàn)場總線技術(shù)對船舶自動化帶來了巨大的變革。現(xiàn)場總線監(jiān)控系統(tǒng)將逐步取代傳統(tǒng)的集散式、分布式控制的艦船自動化監(jiān)控系統(tǒng)。本文研究了一種基于CAN總線的艦船推進(jìn)監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)是由工業(yè)以太網(wǎng)和CAN總線構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)具有主推進(jìn)系統(tǒng)控制、安全保護(hù)、監(jiān)測信息顯示及報警功能。

1 CAN 總線的特點

CAN現(xiàn)場總線只具有物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層等3層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。它是一種多主總線，可掛接上百個節(jié)點，網(wǎng)絡(luò)上任意節(jié)點可隨時主動向其他節(jié)點發(fā)送信息；具有抗干擾能力強、速度快、容錯性好、數(shù)據(jù)傳輸可靠性高等特點，因此在船舶監(jiān)控系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

艦船推進(jìn)監(jiān)控系統(tǒng)主要由主推進(jìn)控制分系統(tǒng)、安全保護(hù)分系統(tǒng)和監(jiān)測報警分系統(tǒng)組成。

2.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

艦船推進(jìn)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計為兩層雙冗余網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。上層為數(shù)據(jù)信息傳輸網(wǎng)，采用高速工業(yè)以太網(wǎng)；下層為實時數(shù)據(jù)采集網(wǎng)和實時控制網(wǎng)，采用CAN現(xiàn)場總線。為提高系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性，上下兩層均采用雙冗余結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障切換和熱備份。在信號采集和控制方面， 基于CAN總線的主推進(jìn)控制系統(tǒng)采用分布式布置， 達(dá)到信號就地采集， 就地控制的目的，提高了系統(tǒng)的可靠性。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2.2 主推進(jìn)控制分系統(tǒng)

主推進(jìn)系統(tǒng)由2臺主機、2臺齒輪箱和2套可調(diào)螺距槳（ CCP）等組成， 為雙機雙槳推進(jìn)系統(tǒng)。艦船左右兩舷各設(shè)一套控制系統(tǒng)，分別控制兩舷主推進(jìn)系統(tǒng)，兩控制分系統(tǒng)相對獨立，功能相同?？刂葡到y(tǒng)可以實現(xiàn)在駕駛室、機艙控制室和機旁控制站能對主推進(jìn)系統(tǒng)實行3級控制，其中機旁控制優(yōu)先于機艙控制，機艙控制優(yōu)于駕駛室控制，三個控制站之間相互聯(lián)鎖，任何時刻只能一個控制站可操縱。

控制分系統(tǒng)可按三種控制方式實現(xiàn)對主推進(jìn)裝置的控制：自動控制、半自動控制和手動控制。自動控制方式：控制分系統(tǒng)在不同的主推進(jìn)系統(tǒng)運行模式下，按照預(yù)定的控制曲線自動控制主推進(jìn)系統(tǒng)運行。半自動控制方式：控制分系統(tǒng)根據(jù)操作人員的指令自動控制主推進(jìn)系統(tǒng)運行。手動控制方式：操作人員在機旁控制站可進(jìn)行主機起停、調(diào)距槳螺距設(shè)定等操作。還可以通過軟件程序?qū)χ魍七M(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行控制。

2.3 安全保護(hù)分系統(tǒng)

艦船左右兩舷各設(shè)一套安全保護(hù)分系統(tǒng)，分別保護(hù)兩舷主推進(jìn)系統(tǒng)，兩安全保護(hù)分系統(tǒng)相對獨立，功能相同。安全保護(hù)分系統(tǒng)具有故障降速、故障停車的保護(hù)功能，不受操控站和控制方式限制。當(dāng)出現(xiàn)故障時，安保分系統(tǒng)發(fā)出故障降速或故障停車信號，并發(fā)出聲光報警信號。

2.4 監(jiān)測報警分系統(tǒng)

艦船機艙設(shè)置一套檢測報警分系統(tǒng)，由數(shù)據(jù)采集單元分別采集左右兩舷推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)備現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)，通過下層CAN現(xiàn)場總線匯聚到顯控模塊，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、監(jiān)測報警、現(xiàn)場顯示等，并通過上層以太網(wǎng)與主推進(jìn)工作站或其他系統(tǒng)交互數(shù)據(jù)信息。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件主要包括控制分系統(tǒng)、安全保護(hù)分系統(tǒng)和監(jiān)測報警分系統(tǒng)等三個分系統(tǒng)軟件。

3.1 控制分系統(tǒng)軟件設(shè)計

控制分系統(tǒng)軟件主要包括遙控控制模塊、主機調(diào)速模塊、遙控操作顯示模塊等方面設(shè)計，對主推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行主機的啟動、停車、轉(zhuǎn)速增減、離合器脫排等操作，通過輸出油門對主機進(jìn)行調(diào)速控制。

3.2 安全保護(hù)分系統(tǒng)軟件設(shè)計

左右舷主推進(jìn)裝置各設(shè)一套安全保護(hù)分系統(tǒng)，由安?？刂颇K和安保頻率輸入模塊組成。

3.3 監(jiān)測報警分系統(tǒng)設(shè)計

監(jiān)測報警分系統(tǒng)主要是通過分布在主推進(jìn)系統(tǒng)上的各個傳感器來實時監(jiān)測系統(tǒng)的狀態(tài)，并傳回顯控模塊分析處理、顯示。監(jiān)測報警分系統(tǒng)軟件顯控模塊人機界面主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理和顯示、參數(shù)設(shè)定和修改、監(jiān)測越線報警、數(shù)據(jù)記錄和打印等功能。

4 結(jié)束語

本文研究的基于CAN總線的艦船推進(jìn)監(jiān)控系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)的集散式、分布式系統(tǒng)的缺點，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力和數(shù)據(jù)傳輸可靠性能力，該系統(tǒng)切實可行，已在工程船舶上取得了良好的實際應(yīng)用效果。

參考文獻(xiàn)

[1]張顯庫，任光，劉軍，趙衛(wèi)軍.綜合船舶監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].中國造船，2002，43（02）：71-80.

[2]張旭，李迪陽，孫建波等.船舶機艙監(jiān)測報警系統(tǒng)[J].計算機工程與應(yīng)用，2005（22）：229-232.

[3]鄔寬明.CAN總線原理和應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1986：20-39，59-68，78-105.

[4]滿慶豐.CAN 總線的發(fā)展及應(yīng)用[J].電子技術(shù)應(yīng)用（刊），1994（12）：38-41.

作者簡介

熊永坤（1984-），男，湖南省婁底市人?，F(xiàn)為91404部隊工程師，從事綜合平臺管理系統(tǒng)研究。

作者單位

91404部隊 河北省秦皇島市 066200