基于CAN总线的舰船推进监控系统

2017-02-23熊永坤王东阳

电子技术与软件工程 2016年24期

关键词：系统

熊永坤+王东阳

本文研究了一种基于CAN总线的舰船推进监控系统，该系统是由工业以太网和CAN总线构成的网络控制系统，系统具有主推进系统控制、安全保护、监测信息显示及报警功能。重点研究了系统网络结构和系统软件设计。

【关键词】CAN 推进监控系统

计算机技术的迅猛发展对船舶工业发展产生了极大的推动作用，尤其是网络技术和现场总线技术对船舶自动化带来了巨大的变革。现场总线监控系统将逐步取代传统的集散式、分布式控制的舰船自动化监控系统。本文研究了一种基于CAN总线的舰船推进监控系统，该系统是由工业以太网和CAN总线构成的网络控制系统，系统具有主推进系统控制、安全保护、监测信息显示及报警功能。

1 CAN 总线的特点

CAN现场总线只具有物理层、数据链路层和应用层等3层网络结构。它是一种多主总线，可挂接上百个节点，网络上任意节点可随时主动向其他节点发送信息；具有抗干扰能力强、速度快、容错性好、数据传输可靠性高等特点，因此在船舶监控系统中得到了广泛的应用。

2 系统构成

舰船推进监控系统主要由主推进控制分系统、安全保护分系统和监测报警分系统组成。

2.1 系统网络结构

舰船推进监控系统网络结构设计为两层双冗余网络结构。上层为数据信息传输网，采用高速工业以太网；下层为实时数据采集网和实时控制网，采用CAN现场总线。为提高系统网络通信的可靠性，上下两层均采用双冗余结构，可实现网络故障切换和热备份。在信号采集和控制方面，基于CAN总线的主推进控制系统采用分布式布置，达到信号就地采集，就地控制的目的，提高了系统的可靠性。系统网络结构图如图1所示。

2.2 主推进控制分系统

主推进系统由2台主机、2台齿轮箱和2套可调螺距桨（ CCP）等组成，为双机双桨推进系统。舰船左右两舷各设一套控制系统，分别控制两舷主推进系统，两控制分系统相对独立，功能相同。控制系统可以实现在驾驶室、机舱控制室和机旁控制站能对主推进系统實行3级控制，其中机旁控制优先于机舱控制，机舱控制优于驾驶室控制，三个控制站之间相互联锁，任何时刻只能一个控制站可操纵。

控制分系统可按三种控制方式实现对主推进装置的控制：自动控制、半自动控制和手动控制。自动控制方式：控制分系统在不同的主推进系统运行模式下，按照预定的控制曲线自动控制主推进系统运行。半自动控制方式：控制分系统根据操作人员的指令自动控制主推进系统运行。手动控制方式：操作人员在机旁控制站可进行主机起停、调距桨螺距设定等操作。还可以通过软件程序对主推进系统进行控制。

2.3 安全保护分系统

舰船左右两舷各设一套安全保护分系统，分别保护两舷主推进系统，两安全保护分系统相对独立，功能相同。安全保护分系统具有故障降速、故障停车的保护功能，不受操控站和控制方式限制。当出现故障时，安保分系统发出故障降速或故障停车信号，并发出声光报警信号。

2.4 监测报警分系统

舰船机舱设置一套检测报警分系统，由数据采集单元分别采集左右两舷推进系统设备现场实时数据，通过下层CAN现场总线汇聚到显控模块，进行数据处理、监测报警、现场显示等，并通过上层以太网与主推进工作站或其他系统交互数据信息。

3 系统软件设计

系统软件主要包括控制分系统、安全保护分系统和监测报警分系统等三个分系统软件。

3.1 控制分系统软件设计

控制分系统软件主要包括遥控控制模块、主机调速模块、遥控操作显示模块等方面设计，对主推进系统进行主机的启动、停车、转速增减、离合器脱排等操作，通过输出油门对主机进行调速控制。

3.2 安全保护分系统软件设计

左右舷主推进装置各设一套安全保护分系统，由安保控制模块和安保频率输入模块组成。

3.3 监测报警分系统设计

监测报警分系统主要是通过分布在主推进系统上的各个传感器来实时监测系统的状态，并传回显控模块分析处理、显示。监测报警分系统软件显控模块人机界面主要实现数据处理和显示、参数设定和修改、监测越线报警、数据记录和打印等功能。