1、基于 CAN 现场总线的喷水推进装置监控系统设计陈天平 工程师 、 葛玉琪 工程师(中船重工集团公司第七一一研究所)通讯地址：上海市南江路 18 号 711 研究所 自动化中心 邮编：200011摘要： 本文主要介绍了 CBJK01 型喷水推进装置的监控系统的主要组成和功能，本文还简述了系统的 CAN 总线接口技术、故障测定。关键词：喷水推进装置、监控系统、 CAN 现场总线1 前言船舶发展到今天，其动力装置已有很大的变化，按排水量及技术性能不同，可分为核动力、蒸汽动力装置、燃气轮机、柴油机、电力推进、喷水推进装置以及按不同方式组合的各种联合动力装置。在国外，特种船型的高速艇及一些高性能船已广
2、泛采用喷水推进动力装置：如地效翼艇、冲浪艇、快艇、潜艇等。但在国内，喷水推进动力装置在船上应用正处于起步阶段，为打破国外厂商对该领域的垄断，711 研究所自主开发了国内首套基于 CAN 总线的喷水推进监控系统。2 喷水推进装置组成喷水推进装置由方向舵、倒航斗、喷水泵和液压站等设备组成。喷水推进装置方向舵控制船舶的左/右转航行方向，倒航斗控制船舶的前进/后退，主机的转速控制喷水推进装置的输出功率。3 监控系统简介该监控系统是基于单片微处理器的遥控系统，通过冗余的 CAN 总线技术,连接驾驶室泵控制箱和泵旁控制箱，传输控制指令。主要用来控制喷水推进装置的方向舵、倒航斗及喷水泵的叶轮（由柴油机驱动）
3、的转速，离合器也由本系统进行控制。本监控系统可同时控制多台喷水推进装置，控制站对每片体的喷水推进装置可进行联合控制或单独控制。当通过控制手柄下达一个推进指令时，系统同时产生一个主机转速指令和一个倒航斗指令，倒航斗的转动位置和主机转速之间的关系可以通过设定的“联控曲线”来决定。控制站的指示系统可持续地显示方向舵和导航斗的实际位置。备用系统是对主控制系统的一个补充，备用系统是非随动类型的，它通过直接激活液压阀控制方向舵和倒航斗。备用系统和主控制系统在供电上是相互独立的。4 监控系统原理、功能及操作模式4.1 监控系统原理通过对喷水推进装置操纵方式的选择，操纵相应操纵手柄、手轮及开关按钮，向驾驶室泵
4、控制箱输入相应的喷水推进装置方向舵和倒航斗以及主机转速的控制指令，根据设定的程序，输出控制指令至相应的泵旁控制箱，执行对相应喷水推进装置方向舵、倒航斗、离合器以及主机转速的程序控制功能。通过计算机软件的编程，按照喷水推进装置联控曲线，可实现监控系统与喷水推进装置方向舵和倒航斗及主机转速、齿轮箱离合器接脱排状态的最佳匹配，确保喷水推进装置安全、可靠的运行。4.2 喷水推进装置联控曲线船舶所需的推力由柴油机转速与喷水推进装置倒航斗位置共同决定，为了达到所需要推力，又保证装置的安全，按照柴油机和喷水推进装置各自特性要求，再根据一定的逻辑关系求得最佳联控曲线，实现柴油机转速与倒航斗位置最佳的联控匹配。
5、 4.3 监控系统控制功能控制站设有操纵手柄和操纵手轮、控制选择模块、备用控制模块、离合器控制模块等，实现对喷水推进装置的下述控制及联锁功能：a. 操纵手柄控制使用操纵手柄可分别控制各自片体的主机的转速、喷水推进装置方向舵的角度和喷水推进装置倒航斗的位置；可以通过控制选择模块的按钮选择，选择设定控制手柄控制操纵一定的推进装置。通过改变控制手柄的位置可以实现控制船舶的速度、航向、平移、回转及倒航。b. 操纵手轮控制通过控制选择模块的按钮选择，操纵手轮可同时或单独控制片体的喷水推进装置的方向舵，操纵船舶的航向。c. 备用控制控制站设有备用控制模块，系统的备用控制功能为非随动控制方式，选择备用开/关
6、用于对所选泵组进行主控系统与备用系统的切换。通过四方向自复位操纵杆及独立转速操作按钮，实施对主机转速、喷水推进装置方向舵的偏转角度和倒航斗收放位置的控制。d. 离合器控制控制站设有离合器控制模块，用于对离合器的接排和脱排进行控制。e. 电子防碰撞功能在主控系统工作情况下，系统通过计算机软件保证每片体的泵在任何操作方式下不会发生相互碰撞。f. 操纵手柄与离合器的联锁功能当离合器处于脱排位置时，操纵手柄的操纵无效，只有当离合器处于接排位置时，操作手柄的操纵才有效。4.4 喷水推进装置操作模式通过控制选择模块，可进行喷水推进装置控制模式和操舵模式的选择。4.4.1 控制模式的选择a. 独立模式b.
7、公共手柄模式c. 手轮模式d. 手轮和公共手柄模式e. 自动驾驶操纵模式4.4.2 操舵模式的选择a. A 侧喷水推进装置操舵模式b. B 侧喷水推进装置操舵模式c. 全部喷水推进装置操舵模式4.5 监控系统监测报警功能控制站设有喷水推进装置方向舵偏转角度指示、倒航斗收放位置指示和动力推进装置的各种报警指示。5 CAN 总线接口技术现场总线在全世界范围内兴起，并迅速扩展到船舶领域，使船舶监控技术有了突破性发展。目前在船舶工业中使用较多的有 CAN、PROFIBUS 等现场总线。现场总线主要应用于设备长距离传输，以减少设备之间的传输电缆，借以提高系统的可维性及可靠性；另外，由于采用了现场总线技术
8、，系统可以根据需要方便的扩展多个控制站。本监控系统在机舱设备与驾驶室设备之间采用了双CAN 总线进行控制信号传输。由于本系统采用冗余 CAN 总线，因此，如某一条总线发生故障，系统会送出“系统报警”信号，但不会影响喷水推进装置的控制功能。当两条 CAN 总线都发生故障时，喷水推进装置监控系统发出“控制故障”报警，控制失效。只有在故障修复，并按控制重新投入后，系统才能正常工作。6 结束语基于 CAN 现场总线的喷水推进装置的监控系统具有很高的实时性和可靠性，按需要可以组合出多种操船模式，大大提高了船舶的机动、灵活的技术性能。可对系统中的设备进行灵活配置，组成各种小型系统（如只控制二台喷水推进装置） ，也可根据需要方便的扩展多个控制站，以满足不同用户的各种需求。主要参考文献1 阳宪惠，现场总线技术及其应用，清华大学出版社，1999 年2 陈兆良，舰船机舱自动化，海军工程学院，1996作者：陈天平 工程师通讯地址：上海市南江路 18 号 711 研究所 自动化中心 邮编：200011电话：63135195*381传真：63143707电子信箱：葛玉琪 工程师通讯地址：上海市南江路 18 号 711 研究所 自动化中心 邮编：200011电话：63135195*357传真：63143707
