本文關(guān)鍵詞：基于CAN總線的船舶主推進(jìn)冗余控制系統(tǒng)

  更多相關(guān)文章： 主推進(jìn)控制系統(tǒng) 熱備用 CAN總線 總線冗余

【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展,船舶和海運(yùn)需求穩(wěn)步增長(zhǎng)。十二五規(guī)劃對(duì)我國(guó)船舶制造業(yè)提出了做大做強(qiáng)的要求,而目前國(guó)內(nèi)造船業(yè)形成的“只造殼體,設(shè)備進(jìn)口”的現(xiàn)狀與之背道而馳。主推進(jìn)控制系統(tǒng)作為船舶自動(dòng)化系統(tǒng)的核心部分,是具有高附加值的船舶配套設(shè)備。目前國(guó)內(nèi)的船舶主推進(jìn)控制系統(tǒng)基本被國(guó)外廠家壟斷,對(duì)船舶主推進(jìn)控制系統(tǒng)進(jìn)行研究勢(shì)在必行。本文旨在研制一套具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的船舶主推進(jìn)控制系統(tǒng)。首先,本文對(duì)比分析了國(guó)內(nèi)外主推進(jìn)控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀,提出了系統(tǒng)平臺(tái)熱冗余結(jié)構(gòu)和總線完全冗余并行結(jié)構(gòu),確定了系統(tǒng)硬軟件設(shè)計(jì)方案。其次,搭建了系統(tǒng)硬件平臺(tái),建立了系統(tǒng)基于CAN總線的通信網(wǎng)絡(luò)。最后,對(duì)建立的軟硬件系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。本文研究的主要內(nèi)容如下：(1)CAN總線技術(shù)。首先對(duì)比分析了幾種常用的現(xiàn)場(chǎng)總線,得出CAN總線的優(yōu)勢(shì)；其次介紹了CAN總線技術(shù)的相關(guān)規(guī)范。(2)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)。首先對(duì)主推進(jìn)控制系統(tǒng)中PCU、ECS、ACS和BCS操作站的功能進(jìn)行設(shè)計(jì),其次對(duì)主推進(jìn)控制系統(tǒng)的硬件平臺(tái)架構(gòu)和平臺(tái)冗余性進(jìn)行設(shè)計(jì),最后對(duì)主推進(jìn)控制系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)和總線冗余性進(jìn)行設(shè)計(jì)。本文設(shè)計(jì)的主推進(jìn)控制系統(tǒng)硬件平臺(tái)采用熱備用的方式,通過232串行總線實(shí)現(xiàn)主備控制平臺(tái)的切換；CAN總線采用完全冗余并行方案,兩條總線同時(shí)處于工作狀態(tài)。(3)搭建系統(tǒng)硬件平臺(tái)。硬件平臺(tái)主控制器采用STM32F407,系統(tǒng)采用隔離電源供電,冗余CAN總線端口采用隔離收發(fā)器和終端電阻分?jǐn)嘣O(shè)計(jì),底層設(shè)備I/O處理模塊包括模擬量采集電路、模擬量輸出電路、開關(guān)量輸入電路和開關(guān)量輸出電路。模擬量采集電路采用ADS8332,模擬量輸出電路采用AD420,開關(guān)量輸入電路采用模擬量采集方式,開關(guān)量輸出電路采用繼電器輸出方式,所有I/O端子的分路處理電路采用模擬開關(guān)ADG619。(4)建立系統(tǒng)軟件平臺(tái)。分別對(duì)軟件結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用層、中間層和物理層進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。應(yīng)用層設(shè)計(jì)包括控制邏輯、CAN總線應(yīng)用層、冗余控制節(jié)點(diǎn)切換機(jī)制和人機(jī)界面；中間層設(shè)計(jì)包括模數(shù)轉(zhuǎn)換程序和數(shù)模轉(zhuǎn)換程序;物理層設(shè)計(jì)包括CAN總線基本通信程序。(5)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。對(duì)搭建的系統(tǒng)硬軟件平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,主要包括：上電自檢、實(shí)時(shí)通信、CAN總線完全冗余并行方案和冗余控制節(jié)點(diǎn)熱備用方案模塊。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：本文設(shè)計(jì)的主推進(jìn)冗余控制系統(tǒng)方案成立。
【關(guān)鍵詞】：主推進(jìn)控制系統(tǒng) 熱備用 CAN總線 總線冗余
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U664.82
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-14
• 1.1 引言10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外主推進(jìn)控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀10-12
• 1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3 課題的研究意義與來源12
• 1.4 主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)構(gòu)12-14
• 第二章 CAN總線技術(shù)14-22
• 2.1 常用的現(xiàn)場(chǎng)總線14-15
• 2.2 CAN總線優(yōu)勢(shì)15-16
• 2.3 CAN總線技術(shù)規(guī)范16-21
• 2.3.1 分層結(jié)構(gòu)16-17
• 2.3.2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/span>17-18
• 2.3.3 報(bào)文傳輸18-19
• 2.3.4 報(bào)文仲裁、濾波與編碼19-20
• 2.3.5 錯(cuò)誤處理與故障界定20-21
• 2.4 本章小結(jié)21-22
• 第三章 主推進(jìn)冗余控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)22-30
• 3.1 主推進(jìn)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)22-24
• 3.1.1 主推進(jìn)控制系統(tǒng)的組成22
• 3.1.2 主推進(jìn)控制系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)22-23
• 3.1.3 主推進(jìn)控制系統(tǒng)中底層I/O信號(hào)23-24
• 3.2 系統(tǒng)硬件方案設(shè)計(jì)24-28
• 3.2.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)24-25
• 3.2.2 系統(tǒng)硬件平臺(tái)冗余性設(shè)計(jì)25-26
• 3.2.3 系統(tǒng)通用硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)26-28
• 3.3 系統(tǒng)軟件方案設(shè)計(jì)28-29
• 3.3.1 系統(tǒng)軟件模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)28
• 3.3.2 CAN總線冗余性設(shè)計(jì)28-29
• 3.4 本章小結(jié)29-30
• 第四章 主推進(jìn)冗余控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)30-42
• 4.1 控制節(jié)點(diǎn)主控制器的選擇30
• 4.2 系統(tǒng)供電電路設(shè)計(jì)30-31
• 4.3 隔離型CAN接口電路設(shè)計(jì)31-34
• 4.3.1 CAN總線終端電阻分?jǐn)嘣O(shè)計(jì)31-32
• 4.3.2 CAN總線隔離電路設(shè)計(jì)32-34
• 4.4 主推進(jìn)控制系統(tǒng)底層設(shè)備I/O處理電路設(shè)計(jì)34-41
• 4.4.1 模擬量采集電路設(shè)計(jì)34-36
• 4.4.2 模擬量輸出電路設(shè)計(jì)36-39
• 4.4.3 開關(guān)量輸入電路設(shè)計(jì)39-40
• 4.4.4 開關(guān)量輸出電路設(shè)計(jì)40-41
• 4.5 本章小結(jié)41-42
• 第五章 主推進(jìn)冗余控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及工程驗(yàn)證42-64
• 5.1 主推進(jìn)控制系統(tǒng)軟件應(yīng)用層設(shè)計(jì)42-53
• 5.1.1 控制邏輯軟件模塊設(shè)計(jì)42-43
• 5.1.2 人機(jī)界面模塊設(shè)計(jì)43-44
• 5.1.3 CAN總線應(yīng)用層設(shè)計(jì)44-52
• 5.1.4 冗余控制節(jié)點(diǎn)切換程序設(shè)計(jì)52-53
• 5.2 主推進(jìn)控制系統(tǒng)軟件中間層設(shè)計(jì)53-54
• 5.2.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)53
• 5.2.2 數(shù)模轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)53-54
• 5.3 主推進(jìn)控制系統(tǒng)軟件物理層設(shè)計(jì)54-57
• 5.3.1 節(jié)點(diǎn)CAN控制器初始化54-55
• 5.3.2 CAN總線發(fā)送程序設(shè)計(jì)55-56
• 5.3.3 CAN總線接收程序設(shè)計(jì)56-57
• 5.4 系統(tǒng)工程驗(yàn)證57-62
• 5.4.1 CAN總線上電自檢和實(shí)時(shí)通信驗(yàn)證58
• 5.4.2 冗余CAN總線切換機(jī)制驗(yàn)證58-60
• 5.4.3 系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)切換機(jī)制驗(yàn)證60-62
• 5.5 本章小結(jié)62-64
• 第六章 結(jié)論與展望64-66
• 6.1 結(jié)論64
• 6.2 展望64-66
• 致謝66-68
• 參考文獻(xiàn)68-70

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