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基于CAN总线的船舶主推进冗余控制系统
| 论文题名： | 基于CAN总线的船舶主推进冗余控制系统 |
| 关键词： | 船舶主推进控制系统;CAN总线;通信网络;硬软件设计 |
| 摘要： | 随着经济全球化的发展，船舶和海运需求稳步增长。十二五规划对我国船舶制造业提出了做大做强的要求，而目前国内造船业形成的“只造壳体，设备进口”的现状与之背道而驰。主推进控制系统作为船舶自动化系统的核心部分，是具有高附加值的船舶配套设备。目前国内的船舶主推进控制系统基本被国外厂家垄断，对船舶主推进控制系统进行研究势在必行。 本文旨在研制一套具有自主知识产权的船舶主推进控制系统。首先，本文对比分析了国内外主推进控制系统的研究现状，提出了系统平台热冗余结构和总线完全冗余并行结构，确定了系统硬软件设计方案。其次，搭建了系统硬件平台，建立了系统基于CAN总线的通信网络。最后，对建立的软硬件系统进行实验验证。本文研究的主要内容如下: (1) CAN总线技术。首先对比分析了几种常用的现场总线，得出CAN总线的优势;其次介绍了CAN总线技术的相关规范。 (2)系统方案设计。首先对主推进控制系统中PCU、ECS、ACS和BCS操作站的功能进行设计，其次对主推进控制系统的硬件平台架构和平台冗余性进行设计，最后对主推进控制系统的软件结构和总线冗余性进行设计。本文设计的主推进控制系统硬件平台采用热备用的方式，通过232串行总线实现主备控制平台的切换;CAN总线采用完全冗余并行方案，两条总线同时处于工作状态。 (3)搭建系统硬件平台。硬件平台主控制器采用STM32F407，系统采用隔离电源供电，冗余CAN总线端口采用隔离收发器和终端电阻分断设计，底层设备I/O处理模块包括模拟量采集电路、模拟量输出电路、开关量输入电路和开关量输出电路。模拟量采集电路采用ADS8332，模拟量输出电路采用AD420，开关量输入电路采用模拟量采集方式，开关量输出电路采用继电器输出方式，所有I/O端子的分路处理电路采用模拟开关ADG619。 (4)建立系统软件平台。分别对软件结构中的应用层、中间层和物理层进行程序设计。应用层设计包括控制逻辑、CAN总线应用层、冗余控制节点切换机制和人机界面;中间层设计包括模数转换程序和数模转换程序;物理层设计包括CAN总线基本通信程序。 (5)实验验证。对搭建的系统硬软件平台进行实验验证，主要包括:上电自检、实时通信、CAN总线完全冗余并行方案和冗余控制节点热备用方案模块。实验结果表明:本文设计的主推进冗余控制系统方案成立。 |
| 作者： | 张加岭 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 时斌;韩征 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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