嵌入式系统在船舶方面的应用.docx

嵌入式系统在船舶方面的应用（温度、电站、变频）唐涛（学号：200810123062）摘要：　嵌入式系统具有体积小、功耗低、可靠性高等特点,非常适合船舶领域的应用。本文总结了嵌入式系统的特点,介绍了嵌入式系统在船舶系统中电站、温度控制、变频控制的应用，并特别介绍了嵌入式系统在船舶变频技术中的应用。关键词:自动监控；船舶；自动控制系统；计算机系统；变频技术；温度控制；船舶电站；船舶电力推动系统；嵌入式系统1引言在计算机技术高速发展的今天,利用先进的计算机与网络技术来实现船舶各系统监控的自动化已经成为可能。从上世纪80 年代起,船舶控制产品就开始由模拟式向数字式发展。1995 年9 月,由国内外150 多家生产控制设备的厂商组成了国际FF 协会,标志着船舶控制系统开始向全数字化方向发展。此后数年,以现场总线(fildbus) 及超大规模数字集成电路(VL SI) 嵌入式电子技术为基础的全数字式控制系统开始在世界范围内兴起,并迅速扩展到船舶工业领域,使船舶自动化控制技术获得了突破性的发展。 由于嵌入式技术在船舶应用领域尚处于发展阶段,在现有船舶数据监控系统中,主要仍以采用PLC(可程序设计逻辑控制器) 、工业控制计算机(以下简称工控机) ,甚至简单的单片机系统为主来实现船舶各系统的数据采集、监测及控制功能。然而,船舶空间狭小,航行环境多变,因此相对陆用设备而言,我们希望这类船用设备具有体积小、安装接线方便、便于维修、可靠性高,并能适应船上盐雾、油雾、霉菌、潮湿、高热、振动、冲击、电磁干扰大等恶劣条件的性能。对应用于船舶这一特殊控制环境,嵌入式系统比以往的各类控制系统具有明显的优点。可以预见,嵌入式系统将在船舶监控系统中得到广泛的应用。2嵌入式系统简介2.1定义根据IEEE（电气和电子工程师协会）的定义，嵌入式系统是“控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置”（devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。从中可以看出嵌入式系统是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机械等附属装置。目前国内一个普遍被认同的定义是：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。目前，随着船舶机舱自动化程度要求日趋提高，人们对设备和系统的要求也越来越高。国内外建造的许多船舶自动化设备和系统都采用了嵌入式技术，使得船舶机舱自动化系统在自动化、网络化和智能化方面取得了大幅度的提高，其核心技术为船舶电站自动化系统。面向船舶机舱自动化的嵌入式系统分为船舶电站嵌入式监控系统和空调嵌入式控制器两个部分。（1）．船舶电站嵌入式监控系统船舶电站嵌入式监控系统按结构划分为管理层、控制层和设备层。管理层实现对电站的集中控制和管理；控制层采用高可靠性的嵌入式控制主机，具有数据采集和发电机组的控制功能；设备层控制器位于机旁，就近对机组的运行参数进行检测及报警。管理层与控制层之间通过工业以太网连接，控制层与设备层之间通过CAN总线连接，各层之间可以进行各种资料的交换，最终形成高度自动化、网络化和智能化的新型船舶电站监控系统。管理层是位于集控室的监视终端，是监控系统的最上层，可以通过以太网与控制层的控制主机通信获取电站运行信息，对电站的运行情况进行集中控制和管理，根据情况进行调频调载，还可以对发电机组的故障进行报警，当在网运行的发电机组出现故障时可以进行自动换机。控制层的嵌入式控制主机具有数据采集和发电机组的控制功能，可以通过CAN总线与设备层的控制主机连接以采集电站运行参数，如电网各节点的电压和频率，发电机组的三相电流、有功功率和功率因子等。它可以控制发电机组启动、停机、应急停机、加速和减速，控制发电机主开关的合闸（或同步）、分断，对发电机组的故障报警并进行相应处理。设备层的控制器位于发电机组的机旁，就近对机组的运行参数进行检测，如柴油机的转速、滑油压力、冷却水温度等。它可以直接控制发电机组启动、停机、应急停机、加速和减速，还可以对超过报警设定值的运行参数进行报警。当机组出现超速、滑油压力过低、冷却水温度极高等情况时自动对机组应急停机。电站嵌入式监控系统的管理层、控制层和设备层需要协调工作，才能够实现整个电站半自动和自动运行，有效地对发电机组、主配电板实施各种保护措施。（2）．温度嵌入式控制器温度嵌入式控制器的功能主要有温度采集、温度设备远程控制、能量预测和平衡控制、在线设备维护和远程设备状态和故障显示。设备远程控制功能通过键盘或触摸屏的操作和以太网通信的远程起停设备。能量预测和平衡控制功能可根据预测的接触面积、传热系数、加热设备工况等参数预估未来一定时段测控点热负荷变