基于網(wǎng)絡環(huán)境的艦船機艙動力裝置監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)研究.pdf

1、本文以“211”重點建設項目之一“網(wǎng)絡式艦船機艙動力裝置監(jiān)控”和海軍裝備發(fā)展中提出的‘三化’要求為背景，對網(wǎng)絡環(huán)境下艦船機艙監(jiān)控系統(tǒng)進行了深入研究，針對我國船舶動力裝置的技術(shù)現(xiàn)狀，提出并研究了基于設備網(wǎng)(DeviceNet)、控制網(wǎng)(ControlNet)和以太網(wǎng)(EtherNet)的三層網(wǎng)絡體系的監(jiān)控系統(tǒng)，并對相關(guān)技術(shù)進行了深入研究，并結(jié)合國防科工委“動力專項”研究項目“燃氣輪機化學回熱實驗臺”進行實物仿真研究(正在進行中)。論文的主

2、要工作有以下幾個方面： 首先，系統(tǒng)地描述了現(xiàn)場總線的基本原理、技術(shù)特點、發(fā)展方向及應用前景，結(jié)合艦船機艙動力裝置自動化監(jiān)控的發(fā)展歷程及適應全數(shù)字現(xiàn)場控制和信息化的要求，提出了網(wǎng)絡環(huán)境下的艦船機艙及動力裝置監(jiān)控必要性及技術(shù)特點。闡明了應用以現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(Field-BusControlSystem，F(xiàn)CS)為基礎的基于三層網(wǎng)絡架構(gòu)(設備層、控制層、管理層)的艦船機艙動力裝置監(jiān)控系統(tǒng)的思想。在此網(wǎng)絡架構(gòu)下，將使艦船動力裝置監(jiān)控設

3、備(其他設備也如此)構(gòu)成具有開放性、分散性和數(shù)字通訊為特征的網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)，具有全數(shù)字化通訊、抗干擾能力強、測量及控制精度高、可擴展能力強的優(yōu)點。 其次，采用Netlinx(由Net網(wǎng)絡和Linux開放式接口組成的結(jié)構(gòu))開放式現(xiàn)場總線網(wǎng)絡在底層設備和管理層之間提供連接，有效地實現(xiàn)系統(tǒng)組態(tài)、數(shù)據(jù)采集和控制，將高速離散控制、過程控制、協(xié)調(diào)傳動控制、批次控制和安全控制等融合于一個控制引擎(Logix控制平臺)上，采用過程控制對象鏈接與嵌

4、入(OPC)技術(shù)，使得實時數(shù)據(jù)平臺可以通過此標準接口實現(xiàn)控制系統(tǒng)對現(xiàn)場設備與過程管理級進行信息交互，建立現(xiàn)場設備動態(tài)對象鏈接與嵌入，并給出實現(xiàn)方法，用OPC服務器封裝對DeviceNet和ControlNet現(xiàn)場總線的訪問，實現(xiàn)控制系統(tǒng)開放性。在OPC服務器上實現(xiàn)了諸如地址空間映射，同步讀寫接口，異步讀寫接口對現(xiàn)場總線的訪問，使得網(wǎng)絡可以用標準的OPC接口實現(xiàn)對現(xiàn)場總線的訪問和對現(xiàn)場設備的監(jiān)控功能。在數(shù)據(jù)傳送上，采取多播式、事件觸發(fā)和周

5、期性觸發(fā)等發(fā)送機制，能很好的保證無縫信息連接和控制數(shù)據(jù)流傳輸，再次，為解決功能不同的控制設備(或系統(tǒng))既能完成其分布控制功能、又能通過網(wǎng)絡集成到信息層的上位機實現(xiàn)統(tǒng)一管理，采用Lonworks技術(shù)將控制計算機通過神經(jīng)元芯片的網(wǎng)絡智能模塊通過相應的網(wǎng)關(guān)協(xié)議轉(zhuǎn)換與網(wǎng)絡相連，組成一個特殊的智能節(jié)點。為實現(xiàn)高效、高可靠的智能控制，提出基于組件對象模型(COM)網(wǎng)絡監(jiān)控方案，利用COM的虛函數(shù)表接口的最底層優(yōu)勢，通過定義清晰的接口使得客戶端與服務

6、器之間能夠良好地通信。以OLE/COM機制作為應用程序級的通信標準，將管理層的數(shù)據(jù)和控制參數(shù)迅速傳送到指定的Lon節(jié)點，并傳送給相應的控制設備。 考慮到網(wǎng)絡環(huán)境的特點，同時考慮到PID控制器在工業(yè)控制上仍占據(jù)主要地位，我們進行了基于網(wǎng)絡環(huán)境下的PID參數(shù)模糊自整定控制器的研究。應用基于DeviceNet和ControlNet的總線控制系統(tǒng)構(gòu)成的網(wǎng)絡，采用ControlLogix架構(gòu)提供范圍寬廣的輸入和輸出功能，數(shù)據(jù)處理上采用生產(chǎn)

7、者/消費者技術(shù)，具有多信道廣播性能，可以使多個節(jié)點同時收到一臺設備發(fā)送的數(shù)據(jù)，允許多個控制器共享輸入信息和輸出狀態(tài)，以適應從高速離散控制到過程控制需求的多種應用場合。 最后，對基于Web的艦船機艙動力裝置監(jiān)測系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)進行了深入探討，將自動控制技術(shù)和信息技術(shù)相結(jié)合，使控制系統(tǒng)網(wǎng)絡和Internet網(wǎng)絡互連，從而實現(xiàn)現(xiàn)場控制信息在Internet上的實時共享，并可實現(xiàn)由岸基對現(xiàn)場設備的運行在線監(jiān)測與控制。以Microsoft