基于CAN现场总线的喷水推进监控系统设计.doc

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。
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）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。
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
独立模式
公共手柄模式
手轮模式
手轮和公共手柄模式
自动驾驶操纵模式
4.4.2操舵模式的选择
A侧喷水推进装置操舵模式
B侧喷水推进装置操舵模式
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。
5CAN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