分析船舶电站控制器异常信号采集方法

时建锋

大连中远海运海事工程技术有限公司南通分公司 江苏 南通 216002

1 设计船舶电站控制器异常信号的采集系统

1.1 优化设计采样结构

为了确保重组后控制器采集信号过程的安稳性，将一个ADSP-21060CZ-160处理器装置到控制器内，在同步处置多源对通道信号过程中其提供较可靠的支撑作用，且还参与4通道之下的信号合成、分析测算过程，起到保障性作用，较明显地提升了信号采集效率。

1.2 优化计算CAN总线协议

在控制器结构优化设计结束后，便进入到优化计算调控其内CAN总线异常信号采集协议的过程。在具体优化阶段，因收集、通讯电站异常信号阶段表现出连贯性、时效性特征，这就预示着在同一个时间点位下，若数个异常采集节点同步传送出特征存在差异的信号时，传送阶段CAN总线能识别到的各种异常信号周期量会出现相互抑制的状况[1-2]。在这样的工况下，如果不配合用传输协议自带的帧频进行干预，快速拓展传输信道的帧频参量，那么处在节点尾端的弱态信号传送过程会出现不同程度的延时情况，进而导致信号传输无法实现同步，滋生出延迟问题。

为规避以上不良状况，在本课题研究中提出的方法内，针对保留下来的CAN总线通信协议，采集异常信号阶段要优先计算出动态优先量[3]。密切监测信号采集节点通信阶段的传送状态，若辨识到某个节点突发传送失败或者节点传送出现临近末端等改变时，算法便会自动提升失败或靠后信号节点的优先等级，借此方式确保下一次采集阶段信号靠前传输的时效性。具体优化计算阶段，将被优化节点帧频协议细化为3层去进行相关操作，依次是指令优化层、优先级提升计算层、节点绑定层，对应的优化码分别为F24-F20、F19-F12、F3-F0。

本课题优化CAN总线协议阶段增置了停机传输控制指令，借此方式使停机动作发出过程安稳性有更强大保障。规划设计该指令阶段，把命令设定为最高优先级m，利用下式表示命令式[4]：

在①式内，s、i分别表示的是协议内初有的优先级参量、优先提升优化实施失败频次。优化期间，如果某个算法对连续3次优先提升一个节点均以失败告终，那么就智能启用保障性优化命令，同时把该命令的优先级提升至最优的级别。

1.3 测算异常信号对应的子空间空间追踪锁定情况

具体是应用子空间追踪算法去执行这个过程，具体运作过程可以做出如下阐述：

设异常采集信号对应的目标集合体是u =cγ ，u 是子空间内信号的向量Z×1，c表示信号的原始状态I×1（Z≤I×1＜I），γ 是子空间异常信号对应的采集矩阵，据此能获得被采集信号的原始误差值是t0=u ，信号出现的频次周期量用L表示，绑定异常信号的目标时主要运行如下几个流程：

首先，导入数据。具体是导送信号采集矩阵γ ，历经规范化监测分析以后，将异常信号设定成u ，信号出现的频率周期量设为L。

其次，进行归一化测算。假定内持有L个最大极值，这就誉为这把所有最大极值对应的异常节点空间参数设定成异常参量的基础参量集V0，重组信号参量，使信号目标量符合c0=0，误差量t0=u。

再者，推进循环计算过程。

（1）设定l=1，检查搜索该条件下误差数值极为相近的L个信号值。

（2）搜索异常信号集合o中储留最大的L个极值目标量，同时将检索量整合至绑定目标的合集N内。

（7）锁定以后，将异常信号c输出。

2 信号智能采集系统

该系统是实现自动采集船舶电站异常信号的重要基础，系统的功能主要有采集控制器的电压、电流、相位与功率等参数信息，并配合实施相应处理。本文在设计系统时选用DSP作为主控制芯片，通过完善设计过程、强化系统功能等，实现对各种异常信号数据的动态采集与处置。该系统的功能主要有三个：一是采集数据，以各种类型的传感器或互感器为基础，残疾各类参数信息，而后以A/D转换芯片为媒介，把模拟信号转型为便于处理的数字信号；二是处理数据：处理、判别、分析及存储数字信号，便于后期取用；三是CAN通讯，具体是利用CAN通信模块和上位机之间建设衔接关系，把前期收集到的各种数据信息统一传送至上位机，直观地呈现出来，促进和用户群体之间实时性、便捷式交互过程。

2.1 硬件设计

（1）高速A/D转换模块：把采集到的模拟量转型成数字量是DSP处理数据的基础，A/D的功能以转换数据为主，其转换与处理数据的准确性影响着整个系统的作业性能[6]。本系统研发阶段选用了TI公司的ADS8364高速转换芯片，该芯片的特征有低功耗、抗噪性强等特征，其带有6个同步采集的模拟量输入通道，这就预示着其能同步采集到6路信号数据。

（2）DSP控制模块：该模块是信号智能采集系统的关键部分，其运转新能直接影响这为整个系统的功能。本文应用TI公司自主研发的TMS320F2812芯片，该芯片的速度高达150MHz，能准确处理32位数。TMS320F2812芯片最典型的特征是持有12位置16通道的AD信息采集，外设CAN、SCI等接口，能顺利的落实采集与处理故障信号数据的任务，满足实时采集与处置船舶电站控制器异常信号的主观需求。

（3）高速缓存模块：流经船舶电站控制器的电量数据容量相对较大，为实现对批量化数据的快速存储，需要增设高速缓存模块。缓存方案通常有先进先出（FIFO）、双口RAM与高速SRAM切换方式三种[7]。本文课题研究中综合分析如上三种缓冲方案的性能、成本及实现便捷性以后，参照既往船舶电站控制器故障信号的发生规律与特征，最后决定选用FIFO去构建A/D高速缓存模块。结合采集与处理异常信号的需求，选用CY7C4245芯片作为FIFO存储器，该芯片存储量和存储宽带是4k×18bit，大体能满足存储电站控制器异常信号数据的现实需求，且芯片有独立的18位输入输出接口，能使用读写操作的同步性得到更大保障，读写速度最大为100MHz，且自带重发数据的功能。

2.2 软件设计

软件是采集系统实现采集信号数据功能的主要部门之一，其通过和硬件设施配合、整合，将采集与处理数据的功能充分出来。本系统设计时选用了IT公司CGS作为集成研发环境，利用C语言完成编程设计。

分析DSP主程序的实施过程，可以做出如下概括：首先，对系统进行初始化处理，而后装设扫描仪表、开启数据采集按钮，判别FIFO缓存时候达到存满状态，存满时传送出断离信号用于断离触发DSP控制系统[8]。其次，DSP系统检测到断离信号，中断检测过程，获取相应数据信息并加以处理。最后，利用CAN总线自带的通信功能把处理后的数据传送到上位机。针对上位机是否接收到数据的情况做出科学判断，若确定收到，则暂停数据采集过程，反之系统自动返回循环采集下一轮异常信号数据。

3 仿真实验与统计结果

利用仿真测试流程去仿真模拟船舶电站异常信号采集情况，共计模拟100组，将每10组异常信号设定为1个测试周期进行规划，共计设定了10个测试周期；记录各周期的信号采集率和采集响应具体时间，并和优化设计之前的采集方法进行对照分析，获得相应的结论。检测结果被统计在表1内[9]。

比较表1内的数据信息后发现，提出优化设计建议以及对控制器采集方法实施相应策略以后，和优化前的异常信号采集方法相比较，异常信号采集率显著提升，处理响应时间显著短缩，由此可见，本课题研究中提出的新型电站异常信号采集方法灵敏度、准确度均处于较高层面上，具有一定推广价值。

表1 异常信号采集效果仿真实验结果统计表

4 结束语

针对常既往的船舶电站异常信号采样方法在实施阶段存在的信号传输同步性较差、延迟问题等，在分析控制器结构特征及相关算法实施步骤的基础上，本文提出了一种新型的电站控制器异常信号采集法，有针对性的重组设计了控制器结构、CAN总线通信协议及优化计算了异常信号的目标锁定情况，较明显地提升了控制器异常信号采集敏感度和精准性，基于仿真实验过程得以检测验证。希望能和同行分享经验方法，为控制与专研船舶电站异常信号提供崭新的思路。