基于CAN總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)的船舶電站自動(dòng)控制系統(tǒng)

2．4帶 CAN總線的執(zhí)行器
MCU的 I/O口可以配置為輸出，根據(jù)需要將相應(yīng)的 I/O配置成輸出后，接到光電耦合單元，其輸出再經(jīng)過三極管驅(qū)動(dòng)繼電器實(shí)現(xiàn)繼電器的輸出。執(zhí)行器的控制為其控制電源經(jīng)過繼電器的觸點(diǎn)后送到執(zhí)行器上，控制其正反運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的調(diào)節(jié)，或控制電磁閥回路的通斷等。在一些特殊場合，MCU的輸出可經(jīng)過光電耦合后再經(jīng)三極管驅(qū)動(dòng)MOSFET，實(shí)現(xiàn) PWM的調(diào)節(jié)控制，或有關(guān)的執(zhí)行器件的動(dòng)作調(diào)節(jié)。

3. 帶CAN總線接口的各種控制器
帶 CAN總線的控制器 CAN接口與上述 MCU的相同，在控制器中，輸入輸出不是主要的，主要的是 MCU的運(yùn)算能力，存儲(chǔ)能力，控制能力，顯示驅(qū)動(dòng)等，所以考慮使用的 MCU為 PIC系列中較為高端的MCU，其硬件電路也大同小異，除與圖 3使用 CAN接口電路相同外，另外為配合需要使用了一些帶I 2C的擴(kuò)展電路，如EEPROM，時(shí)鐘電路等，如圖5所示，其中SCL,SDA為 MCU中自帶的 I 2C的接口，定義為時(shí)鐘線和數(shù)據(jù)線，A0,A1,A2為相同器件同時(shí)使用時(shí)的選擇信號(hào)，由 MCU控制，U3為時(shí)鐘芯片DS1307,與為時(shí)鐘源晶振，24C08為I 2C接口的EEPROM。如需要其他功能，可以在原來I 2C總線接口電路上再擴(kuò)展。在此硬件基礎(chǔ)上，通過 CAN接受總線上的信息，各控制器按其需要的功能編制相應(yīng)的軟件，并將相應(yīng)的輸出信號(hào)通過 CAN發(fā)送到對(duì)應(yīng)的輸出 CAN接口模塊去。控制器按具體位置和功能分成發(fā)動(dòng)機(jī)控制器、自動(dòng)調(diào)壓及無功調(diào)節(jié)控制器、配電保護(hù)控制器、同步并車控制器、電能管理控制器等。
4．冗余控制技術(shù)

除主要的電能管理控制器 PMU外，設(shè)計(jì)的其他幾個(gè)控制器的硬件電路接近，實(shí)現(xiàn)的功能不同，但是可以通過軟件實(shí)現(xiàn)相互間的控制冗余，所以在實(shí)際設(shè)計(jì)中，每個(gè)控制器內(nèi)設(shè)計(jì)
成兩套控制程序，正常情況下，一套本身主要的程序在工作，另一套作為其它控制器的備用在讀取 CAN總線上的數(shù)據(jù)，但是備用的程序不作輸出動(dòng)作。當(dāng)系統(tǒng)中某控制器故障出現(xiàn)時(shí)，CAN總線網(wǎng)絡(luò)上無該控制器正常工作的心跳信號(hào)后，作為它備用的控制器將其備用的程序喚醒工作并輸出，以替代故障的控制器，同時(shí)在工作的控制器上出現(xiàn)相應(yīng)的顯示。系統(tǒng)設(shè)計(jì)中各控制相互冗余備用的關(guān)系如表 1所示，其中電能管理控制器可以作為其他控制器的備用。

除控制器具備的冗余外，前述 CAN總線均采用雙 CAN接口，實(shí)際線路也是對(duì)應(yīng)的雙 CAN網(wǎng)絡(luò)，其中一個(gè) CAN總線出現(xiàn)故障后，系統(tǒng)可以自動(dòng)啟用備用 CAN網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn) CAN總線的冗余控制。
5. 結(jié)論
船舶電站控制系統(tǒng)采用分布式結(jié)構(gòu) , 硬件設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化，軟件設(shè)計(jì)模塊化，使整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)組合較為靈活，這種設(shè)計(jì)方法對(duì)于其他項(xiàng)目的研制也具有一定參考價(jià)值。系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行效果良好，工作可靠，說明 CAN總線技術(shù)在船舶電站中的使用是成功的，并可推廣使用。
本文創(chuàng)新點(diǎn)：昀初開發(fā)的 CAN協(xié)議被運(yùn)用于汽車制造領(lǐng)域，現(xiàn)把 CAN技術(shù)移植到船舶電站的控制方面，實(shí)現(xiàn)了船舶電站的無人操縱、過程自動(dòng)控制及遠(yuǎn)程監(jiān)控，提高了船舶自動(dòng)化程度，改善了系統(tǒng)性能。