（检测技术与自动化装置专业论文）基于fcs的电力推进船舶的综合监控系统.pdf

摘要“基于f c s 的电力推进船舶的综合监控系统”是交通部重点实验室在建的“多模式机舱综合仿真系统”的子项目，是其真实环境的一部分，得到了上海市市科委科技发展基金的资助，项目号：0 2 1 1 0 7 0 1 3 。开发这个新型的综合监控系统，主要是为了进一步完善电力推进船舶的综合监控功能。相对于柴油机推进船舶的热工参数而言，与电力推进相关的参数多半是快速变化的电参量，为能实时反映这些参数及其变化过程，要求系统的数据采集速度快、频率高，由此带来的数据流高速、量大，同时也带来了高速通信和大量实时数据处理与存储的问题。现有的船舶监控系统不能很好地完成这些任务，为此，必须从控制器到网络的关键部分进行彻底地改变，才能达到这一要求。针对上述要求，我们自主开发了姒一2 1 0 0 型微控制器和智能p c c a n 卡，摒弃了智能模块构成网络结构，采用基于现场总线技术、微控制器技术、分布技术，由现场监控网络、延伸监控网络、信息管理网络、远程网络组成的多重网络结构的集散型监控系统。现场监控网络完成对设备集散监控，它由6 组现场监控装置( m a 一2 1 0 0 微控制器) 和一个中央监控站组成，现场监控装置负责数据的高速采集、实时处理、报警、控制、设备运行参数显示等基本监控功能，并向中央监控站、其它现场监控装置传送过程检测数据和报警信息等，接受中央监控站的命令，实现参数的远程修改，执行远程操作指令。现场监控装置分布于设备现场，满足了船舶监控点高度分散的要求，它既可以与中央监控站连接成网工作，又可以脱离中央监控站而独立工作，提高了综合监控系统的可靠性：利用c a n 组成现场监控网络，满足了大量实时数据高速通信的要求；中央监控站的监控软件具有友好的人机交互界面，方便用户使用，中央监控站存储设备的实时运行参数，实现资源共享，同时它还实现集中监控管理、设备在线冗余，提高了系统的综合能力，配合以延伸监控网络，实现“无人值班”机舱。综合监控系统要求现场控制装置之间可以远程复示，即在一个现场控制装置的液晶显示器上可以远程显示另一个现场控制装置的液晶显示器上显示的内容，这要求通信必须实现具有一定实时性的大数据包传送；同时系统要求实现数据多优先级传送。现有的c a n 应用层协议不能满足这些要求，为此，本文制定并实现j m p l p 协议( m u l t i - p r i o r i t ya n dl a r g ep a c k a g ec a na p p l i c a t i o np r o t o c 0 1 ) 。m p l p 协议在h i l o nb 协议的基础上进行了改进，首先在协议格式上满足了数据多优先级传送的要求；其次在实现上采用十字链表技术、报文分割与重组技术、动态内存管理技术，保证了大数据包和数据多优先级传送的实现。大数据包传送意味着数据分割、重组、缓存，同时带来数据发送、接收过程中如何保证数据帧顺序问题，多优先级传送更增加了这个问题的复杂性；大数据包缓存、传送又带来存储问题，内存是微控制器极其宝贵的资源，如何有效合理利用内存，这些问题的解决构成了本文的重要内容。论文同时论述了m p l p 协议的完整实现过程。c a n 通信接口是现场控制装置实现通信的支持，本文论述了其硬件的实现，详细解释了接口的原理图，c a n 控制器s j a l 0 0 0 接口参数的设置，c p ua t m e g a l 2 8对c a n 控制器s j a l 0 0 0 的接口设置，用i c c a v r 编写中断程序和访问绝对地址的特殊方法，并介绍了增量调试、仿真调试和硬件调试相结合的硬件调试过程。综合监控系统采用“命令+ 参数”的应用协议，以示例论述了协议格式及其使用方法，阐述了协议的数据编码与解码问题。另外，在这里还介绍了通用网络管理工具。中央监控站是连接现场监控网络、延伸监控网络、信息管理网络连接的枢纽，其核心是c a n 总线通信接口适配器( 智能p c c a n 卡) 。本文结合p c i 协议和p c i 接口控制芯片c y 7 c 0 9 4 4 9 ，详细解释了p c i 智能p c c a n 卡的硬件设计原理，配置空间以及p n p 中的动态资源分配。驱动程序是设计p c c a n 卡的核心，本文详细论述了其实现过程，重点介绍了w i n d o w s2 0 0 0 下驱动程序的原理，驱动程序例程，请求包的处理过程，p n p 及硬件初始化等。p c c a n 卡同样实现了对m p l p协议的支持，更重要的是突出了事件驱动的设计目标。目前市场上能购买到的p c c a n 卡只提供d l l 库供用户调用，且要求用户使用查询方式获取数据，本p c c a n 卡向用户提供p c c a n c a r d 控件，一方面，使用控件比调用d l l 库函数方便，另一方面，它用事件驱动通知用户接收数据，这也方便了应用软件的开发。另外，本文还论述了c a n 控制局域网中的共性问题在综合监控系统中的具体解决，如多主网络的总线竞争与仲裁、广播与点对点通信、传输速率与节点间最大传输距离的关系、节点故障、节点丢失等问题。本文的章节组织如下：第章是“引言”，说明了选题依据，要解决的问题、方案及课题的意义；第二章是“基于f c s 的电力推进船舶的综合监控系统”，论述了系统的特殊要求、系统组成、系统的功能，以及系统平台与开发工具的选择等。第三章是“c a n 控制器局域网与总线控制器”。简介c a n 控制器局域网、c a n 控制器s j a l 0 0 0 的编程结构，及其在电力推进船舶监控系统汇总的应用。第四章是“c a n 智能节点”。首先论述了综合监控系统的设计目标对c a n应用层的特殊要求。本章的重点内容是m p l p 协议，从协议格式及其实现方法论述所做的创新，以及m p l p 协议是如何满足综合监控系统的特殊要求的。另外，i i本章还论述了c a n 通信接口的硬件实现、综合监控系统使用的“命令+ 参数”的应用协议j f 口通用网络管理工疑。第五章是“c a n 总线通售接口适酲器的设计”。先论述了接口适酝器的硬 串实现以及接口适戮器的p c i 接口实现。接着羹点论述了接口适配器的驱动程序设计，以及p c c a n c a r d 羧件设计。第六章是“结论与展望”。它总结了本文所做工作的完成情况，尚待继续的工作，并袋望了本系统的应用前景。附录列举了本人读礤期闻发表懿论文，以及m p l p 协议程序实璎的尼个羹要例程代码。关键词：f c s ；综合监控系统；m p l p 协议；大数据包、多优先级；智能p c c a n卡；事件驱动i i ia b s t r a c ta ni n t e g r a t e dm o n i t o r i n ga n dc o n t r o l l i n gs y s t e mb a s e do nf c sf o re l e c t r i c a lm a r i n ep r o p e l l e rt h ep r o j e c to ft h ed i s s er t a t i o n ，a ni n t e g r a t e dm o n i t o r i n ga n dc o n t r o l l i n gs y s t e mb a s e do nf c sf o rs h i p sp r o p e l l e db ye l e c t r i c a lp o w e r ，i sa ni m p o r t a n tp a r to ft h ep a r e n tp r o j e c tm u l t i m o d ee n g i n er o o ms i m u l a t i o ns y s t e m ，al a b o r a t or y - c o n s t r u c t i n gp r o j e c to fs h i p p i n gs i m u l a t i o nc e n t e ro fs h a n g h a im a r i t i m eu n i v e r s i t y , o n eo ft h ek e yl a b o r a t o r i e so ft h em i n i s t r yo fc o m m u n i c a t i o n ，a n di sf i n a n c e db yt h es c i e n c ea n d - r e c h n o l o g yd e v e l o p m e n tf u n do fd e p a r t m e n to fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g yo fs h a n g h a i t h ea i mo ft h i st a s ki st oi m p l e m e n tm o n i t o r i n ga n dc o n t r o l l i n gs y s t e mf o re l e c t r i c a lm a r i n ep r o p e l l e rs y s t e mt h eq u a n t i t i e st om o n i t o ra n d o rc o n t r o la r er e a l - t i m ea n dh i g h l yv a r i a b l e ，i no r d e rt os h o wt h e i rs t a t u s e sa n dp r o c e s s e s ，t h ed a t am u s tb ea c q u i r e di nr e a lt i m e ，a n dt h e nt h ed a t af l o ww i t hh i g hs p e e da n dl a r g eq u a n t i t yf o l l o w s 。a sw e l la sh i g hs p e e dc o m m u n i c a t i o n ，r e a lt i m ed a t ap r o c e s s i n ga n ds t o r a g et h e s eg o a l sc a nn o tb ea c h i e v e db yo l d f a s h i o nm o n i t o r i n ga n dc o n t r o l l i n gs y s t e m ，a n dc o m p l e t ec h a n g e ss h o u l dt a k ep l a c ef r o mc o n t r o l l e rt on e t w o r kt oa c c o m p l i s ht h eo b j e c t i v e t om e e ta b o v er e q u i r e m e n t s m a - 2 10 0m c ua n di n t e l l i g e n tp c c a nc a r da r ed e s i g n e da n dd e v e l o p e d t h ef r a m e w o r ko fi n t e g r a t e dm o n i t o r i n ga n dc o n t r o l l i n gs y s t e m ，b a s e do nt h ec a nb u s ，m c u a n dd i s t r i b u t e dt e c h n o l o g y ，i sc o m p o s e do ff o u rn e t w o r k s ：f i e l dm o n i t o r i n ga n dc o n t r o l l i n gn e t w o r k ，e x t e n dm o n i t o r i n ga n dc o n t r o l l i n gn e t w o r k ，i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n tn e t w o r ka n dr e m o t en e t w o r k t h ef i e l dm o n i t o r i n ga n dc o n t r o l l i n gn e t w o r kc o n s i s t so f1c e n t e rn o d eo fm o n i t o r i n ga n dc o n t r o l l i n ga n d6p a i r so ff i e l dm o n i t o r i n ga n dc o n t r o l l i n ge q u i p m e n t s ，r e s p o n s i b l ef o ri m p l e m e n t i n gb a s i cf u n c t i o n s ：h i s p e e dd a t a a c q u i s i t i o n ，r e a l t i m ep r o c e s s i n g a l a r m i n g c o n t r o l l i n ga n do p e r a t i v ed a t a d i s p l a y i n g ，t r a n s f e r r i n gt e s t e dd a t ao ft h ep r o c e s st ot h ec e n t e rn o d ea n do t h e rf i e l de q u i p m e n t s r e c e i v i n go r d e r sf r o mt h ec e n t e rn o d et or e m o t e l ym o d i f yt h e i rp a r a m e t e r s ，a n de x e c u t i n gr e m o t ei n s t r u c t i o n s f i e l dm o n i t o r i n ga n dc o n t r o l l i n ge q u i p m e n t s ，w h i c ha r el o c a t e di nt h ef i e l da n dm e e tt h ei vr e q u i r e m e n t so fd e c e n t r a l i z a t i o no fm o n i t o r i n gp o i n t s ，c a nn o to n l yb ec o n n e c t e ，dt ot h ec e n t e rn o d ev i ac a nn e t w o r kb u ta l s or u na l o n ew i t h o u tt h ec e n t e rn o d e ，s ot h e yi m p r o v et h er e l i a b i l i t yo ft h es y s t e m ，t h er e q u i r e m e n to fl a r g ea m o u n to fr e a l t i m ed a t ah i s p e e dc o m m u n i c a t i o ni sm e tb yc a n t h es o f t w a r el nt h ec e n t e rn o d ew i t hf r i e n d l ym m li se a s yt ou s e 。t h eo e n t e rn o d es t o r e st h er e a l t i m eo p e r a t i v ep a r a m e t e r so fe q u i p m e n t sa n di m p l e m e n t st h er e s o u r c es h a r i n g m e a n w h i l ei ta c c o m p l i s h e sc e n t r a l i z e dm a n a g e m e n ti nm o n i t o r i n ga n dc o n t r o l l i n g ，a n do n l i n er e d u n d a n c yo fe q u i p m e n t s ，s oi te n h a n c e st h es y n t h e s i sc a p a b i l i t y c o o p e r a t e dw i t he x t e n dm o n i t o r i n ga n dc o n t r o l l i n gn e t w o r k ，t h ec e n t e rn o d ea c h i e v e st h eu n a t t e n d e de n g i n er o o m ，o n el o c a lm o n i t o r i n ga n dc o n t r o l l i n ge q u i p m e n tc a ne n t i r e l yd i s p l a yw h a ti ss h o w no na n o t h e rr e m o t en o d e sl c di nt h es y s t e m ，w h i c hm e a n sl a r g ed a t ap a c k a g e sm o v eb e t w e e nt h et w on o d e s f u r t h e r m o r e ，d a t ai nt h es y s t e mh a v ef o u rp r i o r i t i e s ，a n dt h o s ew i t hh i g hp r i o r i t ym u s tb et r a n s f e r r e df i r s t t h ea b o v et w of u n c t i o n sc a nn o tb es a t i s f i e db yc u r r e n tc a na p p l i c a t i o np r o t o c o l s ，s oan e wc a na p p l i c a t i o np r o t o c o l ，m p l pb a s e do nt h ep r o t o c o lh i l o nbi sb r o u g h tf o r w a r di nt h ed i s s e r t a t i o n t h ef o r m a to fp r o t o c o lh i l o nbi sc h a n g e dt os u p p o r tf o u rd a t ap r i o r i t i e s ，b e s i d et h i s ，s e v e r a lt e c h n o l o g i e s ：c r o s sl i n k ，s e g m e n t a t i o na n dr e s e m b l eo fp a c k a g ea n dd y n a m i cm e m o r ym a n a g e m e n t ，a r eu s e dt oa c h i e v et h et w of u n c t i o n s ：t r a n s m i s s i o no fl a r g ed a t ap a c k a g ea n dm u l t i p r i o r i t y i tn e e d sd a t as e g m e n t a t i o n ，r e s e m b l ea n db u f f e rt oa c h i e v et h ef o r m e ro n e s oh o wt ok e e pf r a m eo r d e rp r o p e r ? t h i sp r o b l e mb e c o m e sm o r ec o m p l i c a t e dw i t hm u l t i - p r i o r i t y a n o t h e rp r o b l e mo fc o n f l i c tw i t hm e m o r yl i m i t a t i o no c c u r st ob u f f e rl a r g ep a c k a g e s ，s oh o wt om a k er e a s o n a b l eu s eo fm e m o r y ? t h ed i s s e r t a t i o nf o c u s e so nh o wt os o l v et h es e r i e sp r o b l e m s ，a n dt h ew h o l ei m p l e m e n t a t i o no ft h ep r o t o c o lm p l pi sg i v e n 。t h ec a nc o m m u n i c a t i o ni n t e r f a c ei st os u p p o r tt h ef i e l dm o n i t o r i n ga n dc o n t r o l l i n ge q u i p m e n t t h eh a r d w a r ed e s i g no ft h ei n t e r f a c ei sg i v e ni nt h ed i s s e r t a t i o nw i t hf u l le x p l a n a t i o n m e t h o d st os e t u pi n t e r f a c ep a r a m e t e r so fc a nc o n t r o l l e rs j a l 0 0 0a n dc p ua t m e g a l 2 8 ，a n ds p e c i a lf o r m a tt op r o g r a mi n t e r r u p ts u b r o u t i n ea n dt or e a d w r i t el na b s o l u t ea d d r e s sl ni c c a v ra r ed e s c r i b e di n c r e m e n t a ld e b u g ，s i m u l a t i o nd e b u ga n dh a r d w a r ed e b u ga r ea l s op r e s e n t e di nt h ed i s s e r t a t i o n ；va ne x a m p l ei st a k e nt oe x p l a i na n o t h e rp r o t o c o lu s e di nt h ei n t e g r a t e ds y s t e m ，i n c l u d i n gt h ef o r m a t “o r d e r + p a r a m e t e r ”，u s a g e ，e n c o d i n ga n dd e c o d i n g i na d d i t i o n ，c a nn e t w o r km a n a g e m e n tt o o l sa r eg i v e n t h ec e n t e rn o d ei st h ec o n j u n c t i o na m o n gf i e l dm o n i t o r i n ga n dc o n t r o l l i n gn e t w o r k ，e x t e n dm o n i t o r i n ga n dc o n t r o l l i n gn e t w o r k ，a n di n f o r m a t i o nm a n a g e m e n tn e t w o r k ，t h ef o u n d a t i o ni st h ec a nb u sa d a p t e r i n t e l l i g e n tp c c a nc a r d ) t h eh a r d w a r ed e s i g no ft h ea d a p t e ri sd e s c r i b e d ，s p a c ec o n f i g u r a t i o na n dd y n a m i ca s s i g n m e n to fr e s o u r c ei np n pa r ei n t r o d u c e dw h e np r o t o c o lp c ia n dp c ii n t e r f a c ec o n t r o l l e rc y 7 c 0 9 4 4 9a r ei n t r o d u c e dt h ec o r et a s ko fp c c a nc a r di st od e s i g ni t sw i n d o w s2 0 0 0d r i v e r t h ed i s s e r t a t i o nf o c u s e so ni t si m p l e m e n t a t i o n ，i n c l u d i n gp r i n c i p l e ，s u b r o u t i n e s ，i r p , p n p , h a r d w a r ei n i t i a l i z a t i o n 。t h ep r o t o c o lm p l pi ss u p p o r t e di nt h ea d a p t e r t h em o s ti m p o r t a n tt h i n gi st h em e s s a g e d r i v em o d e 。w h i c hn o t i f i e su s e r st of e t c hd a t a 1 na d d i t i o n s o m ec o m m o np r o b l e m sa b o u lc a na r ed i s c u s s e di nt h ed i s s e r t a t i o ns u c ha sm u l t i - m a s t e r , a r b i t r a t i o n ，m u l t i - c a s t t h ep a p e ri so r g a n i z e da sf o t l o w s ：t h ef i r s tc h a p t e ri st h ep r e f a c e ，i nw h i c ht h eo r i g i no ft h ep r o j e c t ，t h ep r o b l e m st os o l v e ，t h es o l u t i o na n di t ss i g n i f i c a n c ea r ed e s c r i b e d ，t h es e c o n dc h a p t e ri s a ni n t e g r a t e dm o n i t o r i n ga n dc o n t r o l l i n gs y s t e mb a s e do nf c sf o rs h i p sp r o p e l l e db ye l e c t r i c a lp o w e r ”，i nw h i c hp l a t f o r m ，a r c h i t e c t u r ea n df u n c t i o no ft h es y s t e m ，a n dt o o l st od e v e l o pt h ep r o j e c ta r ei n t r o d u c e dt h et h i r dc h a p t e ri n t r o d u c e se a na n dc a nc o n t r o l l e rs j a o o oa sw e l la st h e i ra p p l i c a t i o ni nt h ei n t e g r a t e dm o n i t o r i n ga n dc o n t r o l l i n gs y s t e m i nt h ec h a p t e ri s “c a ni n t e l l i g e n tn o d e ”，an e wc a na p p l i c a t i o np r o t o c o lm p l pi sd e s c r i b e da f t e rs o m es p e c i a lr e q u i r e m e n t so ft h es y s t e ma r ep r e s e n t e d t h i sc h a p t e rf o c u s e so nt h r e ea s p e c t so ft h ei m p l e m e n t a t i o no ft h ec a ni n t e l l i g e n tn o d e ：t h ei m p l e m e n t a t i o no fm p l p , t h eh a r d w a r ed e s i g no fc a nc o m m u n i c a t i o ni n t e r f a c ea n di m p l e m e n t a t i o no fc a nc o m m u n i c a t i o ns o f t w a r el r lt h ee n di st h ef o r m a to fc o m m u n i c a t i o nd a t au s e 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o c i a t ep r o fh u a n gx u e w u ，p r o fz h e n gh u a y a o论文独创性声明v6 4 0 8 7 8本撇我食柏笙导师指导下进行的研究工作及取得的研! 泐嫌论文中除了李裙蜘以餐注和致谢的锺痨外r 不包含其他 或其他机构已经发表或撰写过的研究成果，其他同志对本研究的扁发和所徽的贡献均已在论文中作了明确的声明并表示了谢意；二生丝日瓤型笙型?本人同意上j 铋瞅酷囊关保霉、使鼹学位沦文构规定，鄹；学校有投保留送交论文复印馋，允诲论文被查嬲积借阅；学校霹l ：董上网公布论文的全都孽鞠汾内容，可以采用影臻、臻印或者其它复舞季葭蘩鸯谠炭。裸密韵论文在鬃密后遵守此规定懈名：啪师徘二茏童立晦划第一章引言1 1 课题依据“基于f c s 的电力推进船舶的综合监控系统”研制课题是交通部重点实验室上海海运学院航运仿真中心在建项目“多模式机舱综合仿真系统”的一个子项目。上海海运学院航运仿真中心是交通部重点实验室，在轮机模拟器的研发与教学上颇有建树，每年都有许多学员在海运学院的轮机模拟器上接受培训。科技进步毫无停顿，五年前的s m s c 2 0 0 0 轮机模拟器只有单一的模式，培养的人才已滞后当代航运发展的需要迫切需要改观。船舶正朝着大型、节能、高效等方向发展，变距桨、电力推进等多种模式应运而生，机舱中低速机、高速机及其他动力装置并存。机舱的自动控制系统变化多端，日新月异，强化和开拓这方面的仿真研究，建设网络型的多模式机舱仿真系统实验室很有必要。上海正在努力建设成为未来的国际航运中心，航运仿真系统的不断创新进步，必将为培养接受良好职业教育的航海人才作出新的贡献“”。当代船舶的发展出现了一些新的动向。电力电子和交流技术的发展，使电力推进系统和中压电力系统在船舶中开拓了市场，并迅速进入中国造船界和航运界。船舶机舱的管理已从面向对象的维护、保养，转向面向过程、旨在保障安全运行的集中管理控制。新技术如嵌入式微处理器技术、现场总线技术向船舶机舱的控制系统中渗透“”。研究这种新动向，运用新技术提高船舶机舱的自动化水平，解决电力推进船舶中面临的新问题，既有理论必要性，又有现实的的可能性，为此，航运仿真中心立项开发“多模式机舱综合仿真系统”。机舱综合监控系统是“多模式机舱综合仿真系统”的一个重要组成部分。它主要用于集中检测船舶电力推进系统、发电机组及其能源管理系统、以及各种辅助设备等的相关参数，将其以图表方式予以显示，并在设备异常时给出声光报警，此外，还可对机舱设备进行远程控制。由于电力推进与柴油机动力推进在原理上差别很大，需要监控的对象性质不同，其实时性远高于柴油机动力推进方式，由此带来了高速通信、大数据量处理与存储等新问题，这要求建立新型的监控系统。这便构成了本课题的主要任务。基于现场总线技术、微控制器技术、分布技术的多重网络结构的集散型监控系统能够满足这种需求。1 2 国内外在这一领域的研究情况及主要问题2 0 世纪8 0 年代中期以来，综合电力系统和船舶电力推进进入了一个蓬勃发展的时期，相对来说，我国的研究相当滞后。国外已经有电力推进船舶进入市场，但这方面先进的技术资料目前还很难传入国内，国内基本上还没有成熟的经验。电力推进船舶监控对象性质与柴油机推进船舶监控对象性质有很大差别。柴油机动力推进船舶的核心是主柴油机，对它的监控主要是温度、粘度、压力、液位、速度等热工参数。这些信号的变化速度慢，实时性不高，带来的数据流低速、量小，因此对监控系统的反应及数据处理量的要求也低。而电力推进系统则相反，由于在电力推进中，柴油机产生的电能经变频装置变换驱动电动机推动舵桨，在这个过程中变频装置和电动机成了核心部分。与它相关的参数多半是快速变化的电参量，为能实时反映这些参数及其变化过程，要求系统的数据采集速度快、频率高，由此带来的数据流高速、量大，同时也带来了高速通信和大量实时数据处理与存储的问题。为此，必须从控制器到网络的关键部分进行彻底地改变，才能达到这一要求。1 3 课题主要研究内容、任务、解决方案及创新“基于f c s 的电力推进船舶的综合监控系统”是一个内容复杂，涉及面广泛的项目，将分期完成。现在开始的是前期，在这一阶段，首要任务就是确定总体方案，我们将系统结构确定为基于f c s 的、多重网络结构的集散型的监控系统。这个系统由现场监控网络、延伸监控网络、信息管理网络和远程网络综合成一个多重网络。其中的现场监控网络主要连接综合监控系统中的现场监控装置( 微控制器、也称分站) 。综合监控系统中的现场监控装置既自成一体，又互相连接成网，在现场监控装置中设有现场监控网络的硬件基础c a n 通信接口，实现现场监控装置的互相连接；现场监控网络、延伸监控网络和信息管理网络相通过p c c a n 卡互相连接，这些便构成了本文的另两个主要任务：为微控制器设计c a n通信接口；为现场监控网络、延伸监控网络和信息管理网络连接设计p c c a n 卡。综合监控系统的特殊设计目标的实现依靠本文中所作的创新：m p l p 协议，它对h i l o nb 协议格式进行了改进，在实现上采用了全新的方法，实现了大数据包传送以及数据的多优先级传送。另一个特色是，p c c a n 卡向用户提供了p c c a n c a r d 控件，并实现了事件驱动。目前市场上能买到的p c c a n 卡几乎只提供d 【i 库，要求用户程序以查询方式获取数据函数方便，以事件驱动通知用户接收数据，1 5 课题实际意义本p c c a n c a y d 控件的使用比d l l 库可以简化用户程序的设计。本文需完成的课题是“多模式机舱综合仿真系统”的子项目。它是“多模式机舱综合仿真系统”中真实环境的一部分，是对“多模式机舱综合仿真系统”所要达到的目标的直接支持。本文完成的课题是“多模式机舱综合仿真系统”的组成部分，而且也可望作为产品进入市场。它最直接的应用是可对现有的船舶监控系统改造，不仅如此，其中的p c c a n 卡单独成为产品，控制系统还可以用在其他工业控制领域，构成现场监控网络。第二章基于f c s 的电力推进船舶的综合监控系统2 1 综合监控系统的特殊要求本综合监控系统的主要问题：实现高速、大数据量的通信。同时还要满足高分布性、高可靠性的要求。船舶监测点分布范围广且分散。系统中一个现场监控装置出现故障应不影响其他现场监控装置的正常工作；并且现场监控装置独立工作，不依赖于中央监控站是否正常工作。解决这些要求的关键在于对系统结构的选择，c a n 网络可以满足要求。c a n 属于现场总线( f i e l db u s ) ，通信速率可达i m b p s ( 4 0 m ) ，支持实时监控，传输距离长，可达l o k m s k b p s ，支持分布控制，可靠性高，它传输的是数字信号，可排除模拟信号转换中所产生的误差。c a n 是双向的，使得检测和控制可一起实现。c a n 为多主式，依据优先权( 报文标识符) 进行总线访问，仲裁基于优先权，无破坏性。可以广播和点对点通信。c a n 每帧只有8 个字节的数据，传输不容易出错，数据链路层的m a c 子层具有严格的错误检测功能，出错率低，c a n 节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，总线上其他节点的操作不受影响。通过c a n 控制器接口的差动发送和接收，提高了驱动能力“”。本综合监控系统的第二个问题是大数据包的传送。系统要求可以从一个站点远程复示另一个站点的监测信息，也就是说在本站点的屏幕上出现远程站点屏幕上同样的内容。这要求通信时能够传送大数据包。本综合监控系统的第三个问题是多级优先权传送。报警按其危害程度分为三类。第一类说明设备很可能立即有破坏性的危险，如发动机超速、滑油压力过低等，这时必须立即停机，称为故障停机；第二类指设备不会立即破坏，但对其可靠性将产生影响，如冷却水温度过高，应当采取如降速或减负荷等措施，称为故障降速。第三类提醒操作人员的注意并予以处理。三类报警的紧急程度不同，传送的优先级也不同。报警信息的紧急程度比设备运行参数都高，传送也要比运行参数优先。第二、三两个问题和协议有关，目前现有的各种c a n 高层协议都不能很好地满足需要，本人在开发时改进了h i l o nb 协议，改进后的协议m p l p 协议满足了要求。簧强令澜题是设鍪互提冗余。这罴要在硬髂积软 孛上互相配合鼹决。为了增加可靠性，现场监控装置组成对，互为冗余。将6 4 个通道的监控信息同时接到互为冗余的两个现场监控装鬣( 如l 号和2 号) ，正常时，每个现场监控装置各鑫接收、楚理其中靛3 2 令邋遥豹信惑。这时，现场燕控装饕鲶于最佳豹工作状态，采样速度快，处理糙度糍。一旦其中一个现场监控装置损坏，中央监控站发出指令，让另一个自动转为接收、处理6 4 个通道的信息。此时，现场监控装置以降低采样速度、处理精度为代价，谦证系统在最低工作校态下维持工簿。第五令问题楚褰 牛驱动，它是关予中央监控站收集觋场控铡网终监测数据的方法问题。以往中央监控站采用查询方式接收来自现场监控装髓的数据，本系统采用辫件驱动，当中央监控站的硬件收到一个具有完整意义的数据盾，主动向中央整控菇赘管理程；葶融发一令事传。这萃孛方式豹改变害孥含现代设计爨想，捱毫了开发效率，也有利于产品的市场搬广。2 2 系统基本组成2 2 1 醮a 一2 1 0 0 微控铡器m a 一2 0 8微控制器愁为满足船舶电力推进对综合监控静凝要求露开发了一种新型的微控制器，宅是绦合监控系统蓉统的核心装餐，在现场益掇网络中，它怒现场监控装髓，在延伸