船舶机舱自动化系统研究背景及发展现状.doc

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1、船舶机舱自动化系统研究背景及发展现状1研究背景11.1船舶自动化技术11.2CAN总线22船舶机舱自动化系统的发展现状42.1机舱自动化发展历史及国外现状42.2机舱自动化国内现状及发展趋势61研究背景1.1船舶自动化技术船舶自动化起源于20世纪50年代，经过近60年的发展已经由单个设备的自动控制进入到信息化、智能化的阶段。船舶自动化技术产业已成为当今世界主要海洋强国的支柱产业之一。自20世纪70年代起，由于海洋事业和国际贸易迅速发展需要，在船舶自动化技术及新设备研制方面出现了蓬勃发展形势，通过几十年的持续发展，奠定了坚实的基础。船舶机舱自动化系

2、统是集机舱动力系统及辅助系统自动控制、监测、报警等于一体化的监控系统，船舶机舱自动化技术是船舶工业科技战略发展应用研究的重要技术之一，是涉及计算机网络、数字化信息技术、现代控制技术、通讯、信息处理、光纤、传感器、电力电子等多种学科和技术综合应用的一体化产物。机舱自动化系统包括主动力系统、发电系统等多个子系统的控制与监测，例如，主机遥控、机舱监测报警、电站管理、泵控制等，需要研究数字监控技术（包括单元系统模块技术、电子模块技术、系统接口模块技术）、光纤数字传输技术、网络技术（包括船用光纤、现场总线、工业以太网等技术）、智能柴油机电控技术、全电力电子

3、技术、微机电技术等，以集成化、网络化、标准化、模块化、智能化、系列化等方式，向实现机舱综合自动化这个高层次阶段发展。其是开放式和网络化的未来船舶机舱自动化的创新模式，具有自动化程度高、可靠性高、维护简洁等特点。而船舶机舱自动化系统及设备技术是以计算机网络、现场总线技术为标志的集成平台管理系统IPMS技术、柴油机遥控技术、全自动电站及电能管理技术、全电力推进系统的监控技术、标准操控台的数字监控系统技术、设备软硬件模块化、标准化、系列化技术、船舶光纤数字传输技术、船舶机舱微机电系统的新技术、机舱自动化系统可靠性理论为基础上发展起来的。船舶机舱自动化目

4、前正面临一场技术变革,经历了集散式控制,分布式控制,局域网络控制的船舶机舱自动化监控系统将逐步被现场总线监控系统所取代。现场总线监控系统(FieldbusControlSystem,FCS)将传统的分布式监控系统DCS(DistributedControlSystem)的控制功能进一步下放到现场智能设备,由现场智能设备(监控分站)完成数据采集、数据处理、控制运算和数据输出等功能,所有数据和指令通过双向现场总线传输，实现信息资源共享。FCS通过网关可以实现和上位管理机网络和全船网络相连,把监控系统所有现场数据信息、故障信息传送到上位管理机和上一级网

5、络,从而更利于实现船舶机舱的监控。20世纪90年代中期,以现场总线技术为基础的全数字式控制系统扩展到船舶工业领域,使舰船自控技术获得了新的发展。不过,对于船舶这个具体的对象,现场总线的应用又有其特殊性:首先,船舶的空间相对较小,没有像石化工厂那么广阔的空间，因而，引入现场总线所造成的连线减少不会节约太多的成本。第二,控制对象规模相对较小。控制网络上节点较少，而且基本不会出现多个系统集成的问题。因此，对控制网络的容量及互可操作性的要求不是很高。第三,机舱空间狭小,设备布局紧凑,信号干扰严重。综合以上因素,船舶自控系统应该采用实时性好、抗干扰能力强、

6、成本较低、开发和使用难度较小的现场总线系统。目前,有报道的应用于船舶总线主要是以下几：CAN，LonWorks，WorldFIP。其中使用较多的为CAN总线。全世界所有船舶自动化设备公司,如SIEMENS、NORCOTROL、MTU等,几乎都支持CAN标准。中国国内,如上海船舶运输科学研究所等,也都开发了基于CAN总线的船舶监控平台。1.2CAN总线CAN(ControllerAreaNetwork)即控制器局域网，是一种多主方式的串行通信总线，是德国Bosch公司80年代初为解决现代汽车中众多的控制与检测仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通

7、信协议。由于采用了许多新技术和独特的设计，与一般的通信总线相比，CAN总线网络的数据通信具有突出的实时性、可靠性和具有良好的可扩展性，其主要特点如下：①属于多主网络协议，网络上的任意一个节点可在任意时刻主动向网络上的其他节点发送信息，不分主从。②采用非破坏性仲裁机制，当多个节点同时向总线发送信息出现冲突时，优先级较低的节点会主动停止数据发送，而优先极高的节点可不受影响的继续传送数据，有效地避免了总线冲突，大大降低了在网络负载很重的情况下系统出现瘫痪的可能性。③CAN总线的节点只需通过对报文的标识符的滤波就能实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方

8、式传送和接收数据。网络上的节点信息分成不同的优先级，可以满足不同的实时性要求。④CAN总线的直线通信距离最远可达10km(速率5kbps