基于网络环境的舰船机舱动力装置监控系统技术研究

摘要

本文以“211”重点建设项目之一“网络式舰船机舱动力装置监控”和海军装备发展中提出的‘三化’要求为背景，对网络环境下舰船机舱监控系统进行了深入研究，针对我国船舶动力装置的技术现状，提出并研究了基于设备网(DeviceNet)、控制网(ControlNet)和以太网(EtherNet)的三层网络体系的监控系统，并对相关技术进行了深入研究，并结合国防科工委“动力专项”研究项目“燃气轮机化学回热实验台”进行实物仿真研究(正在进行中)。论文的主要工作有以下几个方面： 首先，系统地描述了现场总线的基本原理、技术特点、发展方向及应用前景，结合舰船机舱动力装置自动化监控的发展历程及适应全数字现场控制和信息化的要求，提出了网络环境下的舰船机舱及动力装置监控必要性及技术特点。阐明了应用以现场总线控制系统(Field-BusControlSystem，FCS)为基础的基于三层网络架构(设备层、控制层、管理层)的舰船机舱动力装置监控系统的思想。在此网络架构下，将使舰船动力装置监控设备(其他设备也如此)构成具有开放性、分散性和数字通讯为特征的网络体系结构，具有全数字化通讯、抗干扰能力强、测量及控制精度高、可扩展能力强的优点。 其次，采用Netlinx(由Net网络和Linux开放式接口组成的结构)开放式现场总线网络在底层设备和管理层之间提供连接，有效地实现系统组态、数据采集和控制，将高速离散控制、过程控制、协调传动控制、批次控制和安全控制等融合于一个控制引擎(Logix控制平台)上，采用过程控制对象链接与嵌入(OPC)技术，使得实时数据平台可以通过此标准接口实现控制系统对现场设备与过程管理级进行信息交互，建立现场设备动态对象链接与嵌入，并给出实现方法，用OPC服务器封装对DeviceNet和ControlNet现场总线的访问，实现控制系统开放性。在OPC服务器上实现了诸如地址空间映射，同步读写接口，异步读写接口对现场总线的访问，使得网络可以用标准的OPC接口实现对现场总线的访问和对现场设备的监控功能。在数据传送上，采取多播式、事件触发和周期性触发等发送机制，能很好的保证无缝信息连接和控制数据流传输，再次，为解决功能不同的控制设备(或系统)既能完成其分布控制功能、又能通过网络集成到信息层的上位机实现统一管理，采用Lonworks技术将控制计算机通过神经元芯片的网络智能模块通过相应的网关协议转换与网络相连，组成一个特殊的智能节点。为实现高效、高可靠的智能控制，提出基于组件对象模型(COM)网络监控方案，利用COM的虚函数表接口的最底层优势，通过定义清晰的接口使得客户端与服务器之间能够良好地通信。以OLE/COM机制作为应用程序级的通信标准，将管理层的数据和控制参数迅速传送到指定的Lon节点，并传送给相应的控制设备。 考虑到网络环境的特点，同时考虑到PID控制器在工业控制上仍占据主要地位，我们进行了基于网络环境下的PID参数模糊自整定控制器的研究。应用基于DeviceNet和ControlNet的总线控制系统构成的网络，采用ControlLogix架构提供范围宽广的输入和输出功能，数据处理上采用生产者/消费者技术，具有多信道广播性能，可以使多个节点同时收到一台设备发送的数据，允许多个控制器共享输入信息和输出状态，以适应从高速离散控制到过程控制需求的多种应用场合。 最后，对基于Web的舰船机舱动力装置监测系统及其关键技术进行了深入探讨，将自动控制技术和信息技术相结合，使控制系统网络和Internet网络互连，从而实现现场控制信息在Internet上的实时共享，并可实现由岸基对现场设备的运行在线监测与控制。以MicrosoftSQLServer2003作为岸基监测系统的网络数据库平台，提出了一种基于B2B的解决方案。该方案借鉴企业间管理流程的思想，整合、管理全船资源，使得实现对全船的资源监控分布、管理集中。针对造成实时监测难以实现的主要原因是在于HTTP协议的无状态特性使得客户的每次请求都需重新建立联接，提出了基于Internet的.NET架构的船舶机舱远程监测系统构造，并讨论了利用SOA架构下的软件体系及B/S、C/S混合离岸远程监测系统解决方案。

目录

文摘

英文文摘

哈尔滨工程大学学位论文原创性声明

第1章绪论

第2章 基于三层网络环境的舰船机舱动力装置监控系统研究

第3章基于网络环境下舰船机舱动力装置监控系统用户层动态对象链接与嵌入研究

第4章基于LonWorks的机舱网络监控智能模块设计研究

第5章基于网络环境的舰船动力装置PID参数模糊自整定控制器设计研究

第6章基于Web的船舶机舱远程监控系统关键技术研究

结论

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢