基于CAN現(xiàn)場總線的噴水推進(jìn)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

1、基于CAN現(xiàn)場總線的噴水推進(jìn)裝置監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計陳天平 工程師 、 葛玉琪 工程師(中船重工集團(tuán)公司第七一一研究所)通訊地址：上海市南江路18號 711研究所 自動化中心 郵編：摘要： 本文主要介紹了CBJK01型噴水推進(jìn)裝置的監(jiān)控系統(tǒng)的主要組成和功能，本文還簡述了系統(tǒng)的CAN總線接口技術(shù)、故障測定。關(guān)鍵詞：噴水推進(jìn)裝置、監(jiān)控系統(tǒng)、CAN現(xiàn)場總線1 前言 船舶發(fā)展到今天，其動力裝置已有很大的變化，按排水量及技術(shù)性能不同，可分為核動力、蒸汽動力裝置、燃?xì)廨啓C(jī)、柴油機(jī)、電力推進(jìn)、噴水推進(jìn)裝置以及按不同方式組合的各種聯(lián)合動力裝置。在國外，特種船型的高速艇及一些高性能船已廣泛采用噴水推進(jìn)動力裝置：如地效翼

2、艇、沖浪艇、快艇、潛艇等。但在國內(nèi)，噴水推進(jìn)動力裝置在船上應(yīng)用正處于起步階段，為打破國外廠商對該領(lǐng)域的壟斷，711研究所自主開發(fā)了國內(nèi)首套基于CAN總線的噴水推進(jìn)監(jiān)控系統(tǒng)。2 噴水推進(jìn)裝置組成噴水推進(jìn)裝置由方向舵、倒航斗、噴水泵和液壓站等設(shè)備組成。噴水推進(jìn)裝置方向舵控制船舶的左/右轉(zhuǎn)航行方向，倒航斗控制船舶的前進(jìn)/后退，主機(jī)的轉(zhuǎn)速控制噴水推進(jìn)裝置的輸出功率。3 監(jiān)控系統(tǒng)簡介該監(jiān)控系統(tǒng)是基于單片微處理器的遙控系統(tǒng)，通過冗余的CAN總線技術(shù),連接駕駛室泵控制箱和泵旁控制箱，傳輸控制指令。主要用來控制噴水推進(jìn)裝置的方向舵、倒航斗及噴水泵的葉輪（由柴油機(jī)驅(qū)動）的轉(zhuǎn)速，離合器也由本系統(tǒng)進(jìn)行控制。本監(jiān)控系

3、統(tǒng)可同時控制多臺噴水推進(jìn)裝置，控制站對每片體的噴水推進(jìn)裝置可進(jìn)行聯(lián)合控制或單獨(dú)控制。當(dāng)通過控制手柄下達(dá)一個推進(jìn)指令時，系統(tǒng)同時產(chǎn)生一個主機(jī)轉(zhuǎn)速指令和一個倒航斗指令，倒航斗的轉(zhuǎn)動位置和主機(jī)轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系可以通過設(shè)定的“聯(lián)控曲線”來決定?？刂普镜闹甘鞠到y(tǒng)可持續(xù)地顯示方向舵和導(dǎo)航斗的實(shí)際位置。備用系統(tǒng)是對主控制系統(tǒng)的一個補(bǔ)充，備用系統(tǒng)是非隨動類型的，它通過直接激活液壓閥控制方向舵和倒航斗。備用系統(tǒng)和主控制系統(tǒng)在供電上是相互獨(dú)立的。4 監(jiān)控系統(tǒng)原理、功能及操作模式4.1 監(jiān)控系統(tǒng)原理通過對噴水推進(jìn)裝置操縱方式的選擇，操縱相應(yīng)操縱手柄、手輪及開關(guān)按鈕，向駕駛室泵控制箱輸入相應(yīng)的噴水推進(jìn)裝置方向舵和倒航斗

4、以及主機(jī)轉(zhuǎn)速的控制指令，根據(jù)設(shè)定的程序，輸出控制指令至相應(yīng)的泵旁控制箱，執(zhí)行對相應(yīng)噴水推進(jìn)裝置方向舵、倒航斗、離合器以及主機(jī)轉(zhuǎn)速的程序控制功能。通過計算機(jī)軟件的編程，按照噴水推進(jìn)裝置聯(lián)控曲線，可實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)與噴水推進(jìn)裝置方向舵和倒航斗及主機(jī)轉(zhuǎn)速、齒輪箱離合器接脫排狀態(tài)的最佳匹配，確保噴水推進(jìn)裝置安全、可靠的運(yùn)行。4.2 噴水推進(jìn)裝置聯(lián)控曲線船舶所需的推力由柴油機(jī)轉(zhuǎn)速與噴水推進(jìn)裝置倒航斗位置共同決定，為了達(dá)到所需要推力，又保證裝置的安全，按照柴油機(jī)和噴水推進(jìn)裝置各自特性要求，再根據(jù)一定的邏輯關(guān)系求得最佳聯(lián)控曲線，實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速與倒航斗位置最佳的聯(lián)控匹配。 4.3 監(jiān)控系統(tǒng)控制功能控制站設(shè)有操縱手

5、柄和操縱手輪、控制選擇模塊、備用控制模塊、離合器控制模塊等，實(shí)現(xiàn)對噴水推進(jìn)裝置的下述控制及聯(lián)鎖功能：a. 操縱手柄控制使用操縱手柄可分別控制各自片體的主機(jī)的轉(zhuǎn)速、噴水推進(jìn)裝置方向舵的角度和噴水推進(jìn)裝置倒航斗的位置；可以通過控制選擇模塊的按鈕選擇，選擇設(shè)定控制手柄控制操縱一定的推進(jìn)裝置。通過改變控制手柄的位置可以實(shí)現(xiàn)控制船舶的速度、航向、平移、回轉(zhuǎn)及倒航。b. 操縱手輪控制通過控制選擇模塊的按鈕選擇，操縱手輪可同時或單獨(dú)控制片體的噴水推進(jìn)裝置的方向舵，操縱船舶的航向。c. 備用控制控制站設(shè)有備用控制模塊，系統(tǒng)的備用控制功能為非隨動控制方式，選擇備用開/關(guān)用于對所選泵組進(jìn)行主控系統(tǒng)與備用系統(tǒng)的切換

6、。通過四方向自復(fù)位操縱桿及獨(dú)立轉(zhuǎn)速操作按鈕，實(shí)施對主機(jī)轉(zhuǎn)速、噴水推進(jìn)裝置方向舵的偏轉(zhuǎn)角度和倒航斗收放位置的控制。d. 離合器控制 控制站設(shè)有離合器控制模塊，用于對離合器的接排和脫排進(jìn)行控制。e. 電子防碰撞功能在主控系統(tǒng)工作情況下，系統(tǒng)通過計算機(jī)軟件保證每片體的泵在任何操作方式下不會發(fā)生相互碰撞。f. 操縱手柄與離合器的聯(lián)鎖功能 當(dāng)離合器處于脫排位置時，操縱手柄的操縱無效，只有當(dāng)離合器處于接排位置時，操作手柄的操縱才有效。4.4 噴水推進(jìn)裝置操作模式通過控制選擇模塊，可進(jìn)行噴水推進(jìn)裝置控制模式和操舵模式的選擇。4.4.1 控制模式的選擇a. 獨(dú)立模式b. 公共手柄模式c. 手輪模式d. 手輪和

7、公共手柄模式e. 自動駕駛操縱模式4.4.2 操舵模式的選擇a. A側(cè)噴水推進(jìn)裝置操舵模式b. B側(cè)噴水推進(jìn)裝置操舵模式c. 全部噴水推進(jìn)裝置操舵模式4.5 監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測報警功能控制站設(shè)有噴水推進(jìn)裝置方向舵偏轉(zhuǎn)角度指示、倒航斗收放位置指示和動力推進(jìn)裝置的各種報警指示。5 CAN總線接口技術(shù)現(xiàn)場總線在全世界范圍內(nèi)興起，并迅速擴(kuò)展到船舶領(lǐng)域，使船舶監(jiān)控技術(shù)有了突破性發(fā)展。目前在船舶工業(yè)中使用較多的有CAN、PROFIBUS等現(xiàn)場總線?，F(xiàn)場總線主要應(yīng)用于設(shè)備長距離傳輸，以減少設(shè)備之間的傳輸電纜，借以提高系統(tǒng)的可維性及可靠性；另外，由于采用了現(xiàn)場總線技術(shù)，系統(tǒng)可以根據(jù)需要方便的擴(kuò)展多個控制站。本監(jiān)控系

8、統(tǒng)在機(jī)艙設(shè)備與駕駛室設(shè)備之間采用了雙CAN總線進(jìn)行控制信號傳輸。由于本系統(tǒng)采用冗余CAN總線，因此，如某一條總線發(fā)生故障，系統(tǒng)會送出“系統(tǒng)報警”信號，但不會影響噴水推進(jìn)裝置的控制功能。當(dāng)兩條CAN總線都發(fā)生故障時，噴水推進(jìn)裝置監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出“控制故障”報警，控制失效。只有在故障修復(fù)，并按控制重新投入后，系統(tǒng)才能正常工作。6 結(jié)束語基于CAN現(xiàn)場總線的噴水推進(jìn)裝置的監(jiān)控系統(tǒng)具有很高的實(shí)時性和可靠性，按需要可以組合出多種操船模式，大大提高了船舶的機(jī)動、靈活的技術(shù)性能?？蓪ο到y(tǒng)中的設(shè)備進(jìn)行靈活配置，組成各種小型系統(tǒng)（如只控制二臺噴水推進(jìn)裝置），也可根據(jù)需要方便的擴(kuò)展多個控制站，以滿足不同用戶的各種需求。主要參考文獻(xiàn)1 陽憲惠，現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用，清華大學(xué)出版社，1999年2 陳兆良，艦船機(jī)艙自動化，海軍工程