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1、学校代码：10254密 级：论文编号：上海海事大学SHANGHAI MARITIME UNIVERSITY硕士学位论文MASTER DISSERTATION 论文题目： 船用中压发电机组机旁监控系统的研究与仿真 学科专业： 检测技术与自动化装置 作者姓名： 指导老师： 完成日期： 二一年五月 论文独创性声明 本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或其他机构已经发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中作了明确的声明并表示了谢意。作者签名： 日期： 论文使用授权声明本人同意上海海事大学有关保留、使用
2、学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以上网公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或者其它复制手段保存论文。保密的论文在解密后遵守此规定。作者签名： 导师签名： 日期： 摘 要随着船舶电站的容量增大，低压系统已经不能满足供配电要求。大型船舶采用中压发电系统将成为未来发展的趋势，船用中压发电机监控系统也会随之成为人们研究的重点。监控系统是船舶发电机的核心控制单元，通过发电机监控系统可以实时监视发电机运行状态，控制发电机的运行、停机，以及保护发电机免遭意外的伤害，延长发电机使用寿命。在先进国家，仿真技术早已成为一种工具，被广泛应用于各类系统的全生命周期活
3、动及人员训练决策等过程中。半个世纪以来，仿真技术以迅猛的发展趋势渗透到航空、航天、航海、石油、化工、核能、社会、经济等各个领域。国际上一致认为：仿真技术是迄今为止最为有效的、经济的综合集成方法，是推动科技进步的战略技术。SMSC 2008型智能化轮机综合模拟器由上海市教育委员会与中国海运（集团）总公司投资，由上海海事大学与上海海事职业技术学院联合开发，是目前国内技术领先的轮机综合模拟器，其技术内容充分反映了当代远洋运输船舶机电系统的最新技术和发展趋势。SMSC 2008型智能化轮机综合模拟器可以对多种专业的学生进行培训，包括轮机工程、电气工程与自动化、电力电子，还可以实现对管理级轮机员的应急操
4、作和故障分析与排除培训、对操作级轮机员的基本操作培训、对在职船员业务提高的在培训。WECS2000作为船用中压发电机控制系统，性能稳定、经济性高，在大型集装箱船舶的发电机控制领域得到广发应用。WECS2000是自带有微处理器的自动化系统，它的各种分布式结构模块可以直接安装在柴油上。从而高效地执行一些监视和控制功能。WECS2000系统的主要功能包括：发电机和涡轮增压器的转速测量测、启动停止柴油机、提供安全保护功能、数据的处理、测量各种运行参数、提供能够显示各种运行参数的监视仪表、提供连接到其它系统的现场总线接口、低温恒温阀的控制、排气阀门和废气旁通阀门的控制。作为SMSC 2008型智能化轮机
5、综合模拟器的一个组成部分，本课题重点分析和研究船用中压发电机机旁监控系统，实现WECS2000系统的仿真。文章首先叙述了船用发电机的发展历史以及未来的发展趋势。接着介绍了船用中压发电机控制系统概况，包括WECS2000系统的特性、组成部分和功能简介等。在对其分析的基础上设计了相应的仿真模拟器。仿真模拟器的主要功能是实现对WECS2000系统的操作环境、操作方法、安保功能、数据处理的模拟。该系统主要有主控制器、继电器指示面板、机旁监控面板组成。文中详细介绍了系统的组成框架、机旁监控面板与继电器指示面板的硬件设计及软件设计。机旁监控面板的硬件电路包括液晶驱动电路、仪表显示和按键采集电路、以及通信接
6、口电路等。软件部分包括主程序的流程设计、中断函数的设计、液晶驱动函数设计、通信函数的设计。文章最后详细介绍了CAN通信，包括CAN通信报文的格式、通信帧的分类等。该船用中压发电机控制模拟器已在轮机模拟器上得到应用，取得的测试效果基本符合预期，对于该系统投入培训后遇到的问题将是课题未来努力的方向。关键字：控制系统，中压发电机，模拟器，CAN通信，AT90CAN128ABSTRACTFor the marine power station capacity becomes larger, the low voltage switchboard system can no longer meet t
7、he requirement of electricity distribution. Large marine vehicle build up medium voltage generator, which is the trend of development of large marine generators. Meanwhile the control and monitoring system of the marine medium voltage generators would be focused by researchers in this field. The sup
8、ervision system is the main control unit, by which the crew could control and monitor the marine vehicle running and protect them from damaging or accident, to prolong the life the vehicle. SMSC2008 intelligence marine simulator is funded by Shanghai Municipal Education Commission and the China Ship
9、ping Group. It is developed by Shanghai Maritime University and Shanghai Marine Vocational Academy. That simulator is the most advanced integrated simulator that reflects the contemporary up-to-date technology and development trend. That simulator could be used to train several majors of students, s
10、uch as marine engineering, electric engineering and automation, as well as power electronics. It also could be utilized to train the program that emergency operation, fault analysis and fault reduction for management-level marine crew, the fundamental operation for operation-level marine crew, and c
11、areer ability improvement for employed crew. The simulation technology is a tool in advanced countries, used in the lifetime of many system and the decision courses. In the latest half century, the simulation techniques were applied in aviation, navigation, petroleum, chemical industry, nuclear ener
12、gy, society, economy fields etc. Quickly. The simulation technique is the most effective and economical integrated method to propel the technology innovation.As marine medium voltage generator control system, WECS2000 is steady and economized, extensively in application of generator control field of
13、 large container vehicles. WECS2000 is automation system based on in-built controller. The function of WECS2000 include the detecting revolution, starting engine, stopping engine, guaranty safety, operating data and gauging all kinds of parameters. WECS2000 system also includes the indicator to disp
14、lay generator working parameters and status, the field bus interface to connect to other system, function to control the low and constant temperature valves as well as the function to control the exhaust and by-pass valves.As part of SMSC2008 intelligence marine integrated simulator, the subject res
15、earches the marine medium voltage generator local supervision simulation system and realizes the WECS200 system simulation. At the first of the paper, it recounts the history and the development trend of marine generator. Then it relates the marine medium voltage generator supervision system,includi
16、ng the WECS2000 specification, composition, function and so on. Based on analysing the WECS2000, the simulation model was made. The simulation model could simulate the operation environment, the operation method, the security function and the data operation. In accordance with the real supervision s
17、ystem, this simulating system comprises the Main Controller Unit, relay indicator panel and local supervision panel.The paper describes the system frame, hardware design and software design of local supervision panel and the relay indicator panel. The hardware include the LCD driving circuit, indica
18、tor display, button circuit and communication interface in local supervision panel. The software part narrates the main function flow, interrupt service, LCD drive program and communication. The paper details the CAN communication, how the CAN message protocol, construction and frame at last. The ma
19、rine medium voltage generator simulation supervision system had applied to marine simulator. The test result conformed the the original design. The Problem occurred in future training would be the direction for the subject to improve. KEYWORDS: control system，medium voltage generator， simulator，CAN
20、communication，AT90CAN128目 录第一章 绪论11.1船舶发电机简介11.1.1船用发电机的发展历史11.1.2船用中压发电机应用前景11.2船舶中压发电机监控系统的仿真21.2.1仿真技术的简介21.2.2船舶中压发电机机旁监控系统的仿真简介3第二章 船用中压发电机监控系统与仿真系统52.1 WECS2000船用中压发电机监控系统52.1.1 WECS2000转速测量装置和安全保护系统52.1.2 WECS2000控制系统的结构62.1.3 分布式控制器和传感器单元72.1.4 继电器单元和机旁监控面板（LSB)92.2 WARTSILA-6L32船用柴油发电机的简介10
21、2.3 船用中压发电机监控系统仿真112.4 船用中压发电机机旁监控面板仿真功能简介122.4.1 LCD单元132.5 继电器状态指示面板仿真功能简介21第三章 船用中压发电机机旁监控面板硬件电路设计223.1 主控芯片的选择223.2 机旁监控系统硬件电路总体规划243.2.1 外部RAM扩展电路253.2.2 液晶显示电路设计263.2.3 功能按键和数码管电路设计283.2.4 操作按键电路303.2.5 CAN通信电路设计313.2.6 调试接口JTAG313.2.7 复位电路和晶振323.3 印刷版电路（PCB）的设计333.3.1 PCB布局333.3.2 PCB布线343.3.
22、3 信号的完整性363.4 继电器状态指示面板硬件设计36第四章 船用中压发电机机旁监控面板软件设计394.1 船用中压发电机监控面板软件总体设计404.2 中断程序的设计424.3 按键数据采集和LED的驱动434.4 LCD驱动程序简介434.5 继电器状态指示面板软件设计46第五章 通信网络的构建475.1 CAN通信总线简介475.2 CAN总线的特点495.3 CAN总线的数值表示与通信距离505.4 现场级控制器的CAN总线硬件设计515.5 远程监控工作站的CAN总线硬件设计525.6 CAN总线的软件设计53第六章 结论与展望616.1 机旁监控面板的仿真效果展示616.2 课
23、题展望62致谢63攻读学位期间发表论文情况64参考文献：65附录168附录270第一章 绪论本文的主要研究对象是船用中压发电机监视和控制系统，并最终实现该系统的仿真设计。课题来源于上海海事大学与上海海事职业技术学院联合开发的轮机模拟器项目。此课题于2008年12月开始，2010年4月成功通过验收。1.1船舶发电机简介1.1.1船用发电机的发展历史最早在船舶上使用的发电机是直流发电机，功率也在20千瓦以下。例如，美国海军最早使用的船用发电机是，在1883年特伦顿巡洋舰上安装的13.2千瓦、110伏特的直流并激发电机。随着科技与工业革命的不断发展，船用发电机逐渐向交流发电机方向发展，提高了电的利用
24、率和功率1。交流电相比直流电有诸多优势。例如交流发电机和电动机没有换向装置，维护和保养的工作量大大减少；绝大多数电动机可以采用交流电直接启动，运行可靠。随着交流电在船舶推进装置上的应用成功，交流电逐渐使用在了船舶辅机和照明。1932年美国海军从法拉格特号驱逐舰开始，对船舶辅机和照明采用交流供电。但是认为450伏电压过于危险，于是采用230伏。为避免使用降压变压器，将发电机每相抽头，来提供115伏的照明用电。次年，由于采取了一些措施，减少采用较高电压的顾虑，美国海军在波特号驱逐舰上采用了440伏的配电系统。之后船用发电机开始保持100伏440伏的低压发电状态。然而随着船舶消耗功率的日益增加，船舶
25、中压发电的功率也在不断增加，船舶发电机的数量也在不断增加，这些大大增加了船舶的质量、成本和负担。船舶发电机需要向中压发电方向发展12。1.1.2船用中压发电机应用前景随着船舶电站的容量增大，低压系统已经不能满足供配电要求。从20世纪60年代开始，一些大型的船舶采用中压电力系统（中压指135kV）。其中，有的只是在某些特定的大功率负载中，采用的局部中压系统。目前，中压系统较多应用在大型工程船舶、钻井平台以及工作性质较特殊的大型船舶上。促使船舶采用中压系统的主要原因如下2。一、船舶消耗的电力日益增长，要求电力系统的容量增大。这引起系统的故障短路电流增大，而目前低压（低压指110450V）空气断路器
26、的最大分断能力不能满足要求，即保护装置的最大短路电流限制了船舶电力系统容量的增大。采用中压系统可以减小短路电流的绝对值，增大电力系统的极限容量，缓解这一矛盾。二、发电机和负载电动机的单机容量增大。如仍采用低压、则制造困难，设备体积和重量庞大、而且不经济。美国造船和轮机工程协会认为，450V低压发电机的实际单机容量极限为2500kW，超过这个极限，则推荐采用2300V（电网电压2200V）。三、配电系统容量越来越大。采用低压电缆时，其电缆截面很大、用铜量大，给电缆敷设布线施工带来困难且不经济。在输送功率达到一定数值时，电缆的最大标称截面已不能满足要求，必须提高电压等级。船舶电力系统是否采用中压，
27、需要综合分析主发电机和大功率负载的容量及电力负载可能达到的实际数量，根据自动开关将来可能分断的电力容量来确定2。随着船舶大型化和电力推进系统的应用，船舶电力消耗日益增强，发电机单机和负载电动机的单机容量增大，大型船舶逐渐开始采用中压发电系统，并将成为未来大型船舶的发展趋势。为了满足船员培训的需求，对船用中压发电机控制系统仿真具有十分重要的意义。1.2船舶中压发电机监控系统的仿真大型船舶采用船用中压发电机系统会成为未来发展趋势，配套的控制系统显得格外重要。在航运事业发展中，需要培养大批航运人才，对船用中压发电机控制系统的培训就成为必不可少的部分。使用模拟器培养人才可节省能源，培训不受时间和场地的
28、限制，并且模拟器的建造一般又比实际系统经济。总而言之，采用模拟器培训人才的方法具有成本低、见效快、周期短、寿命长等一系列好处34。1.2.1仿真技术的简介仿真技术就是建立实际系统的物理模型或者数学模型。仿真技术应用在多个领域，首先采用仿真技术设计的模拟器可以用来培训人才，例如培养航运人才，大型船舶不会放下业务，而专门为人才培训服务，这就需要建立模拟器完成人才培训。仿真技术还可以对某些系统进行试验和研究，对于某些系统来说，其作用分析和研究，经济代价是相当昂贵的，有时甚至是不可能的，采用仿真技术，可以完全克服这些弊端5。最初仿真技术被应用于那些危险性较高而且经济上花费很大的领域，如武器系统、航天系
29、统等。之后，仿真技术逐渐应用于人才培训领域，由于使用仿真器培养人才可节省被实际装置诸如飞机、船舶、电站等运行而消耗的燃料能源。仿真器的建造一般又比实际系统经济，而且人员的培训不受时间和场地的限制，目前国际上一致认为采用模拟器培训人才是最好的选择。常见的模拟器有：为培养飞行员的飞机模拟器、为培养大型常规电站和核电站操作人员的电站模拟器、为石油化学工业培养技术人员的化工操作培训模拟器、为培养船舰长和轮机人员和其它专门的技术人员的船舰模拟器、船舰操作模拟器、轮机人员培训模拟器、核潜艇训练模拟器、鱼雷攻击训练模拟器。尽管培训的对象与目的有所不同，但是仿真设备大都采用虚实结合的方式。例如，仿真器中的座舱
30、、驾驶室、操纵人员、指示仪表、操纵装置等是实物外，其它如视景系统、音响系统、振动系统、运动系统等均借助其它技术得以实现。通常依据模型的种类可将仿真分为两大类：物理仿真和数学仿真。如果仿真采用的模型是物理模型，则称为物理仿真。例如将船舶按比例缩小制作的船模型，在水池中作拖拽实验，以研究实际船舶的阻力特性和抗风浪性能，以便对所设计的船舶性能和所需要功率进行估算。如果仿真采用的模型是数学模型，则称为数学仿真。由于应用数学仿真手段来研究实际系统十分复杂，计算量相当大，往往要使用计算机才能顺利地进行仿真运行，所以在数学仿真中，计算机是一个重要的计算工具，正因为如此，数学仿真被称为计算机仿真。1.2.2船
31、舶中压发电机机旁监控系统的仿真简介本课题采用半实物仿真技术，设计实现船用中压发电机机旁监控的仿真系统。仿真系统主要由三部分构成，包括继电器状态指示面板、计算机/主控制器（MCU）和机旁监控面板。继电器状态指示面板通过一些不同颜色LED的亮与灭，来指示发电机和控制系统一些运行和工作状态，功能类似于WECS2000系统的继电器模块。计算机/主控制器（MCU）为放置在集控室的一台PC机，PC机运行在Windows XP环境，在对发电机的各种运行参数进行数学建模的基础上采用Visual Basic 6.0软件平台开发上位机软件、并实现与其它设备通信。可以认为WECS2000系统中的主控制器、分布式控制
32、单元和传感器多路复用单元的所有功能集合在一台计算机上。机旁监控面板包括机旁监视仪表、机旁控制按钮，实现对发电机的机旁监控。这样，通过计算机的处理和实物演示相结合达到与真实操作环境相一致或接近的效果。仿真系统的通信系统包括CAN通信和以太网通信，仿真系统内部采用CAN通信、仿真系统与其它系统（计算机）采用以太网通信6。船用中压发电机控制仿真系统属于轮机模拟器的一部分，在培训未来船员的教学过程中发挥重要作用。仿真系统具备与WECS2000系统所一致的操作、监视等功能。通过与轮机模拟器的其它系统配合，能够使受培训者有种进入真实船舶环境的体验。受培训者可以对发电机进行操纵、监视发电机仪表和运行状态。并
33、且此发电机控制仿真系统可以方便地通过计算机设置故障。而在实际船舶，一旦故障发生，可能造成严重的经济损失、甚至威胁到员工的人身安全。仿真系统人为的设置故障并不会造成任何经济损失，并且能够保证受培训者的人员安全。此仿真系统不受时间和地点的限制，可以无限次的利用，如果想要对船员进行强化训练，使用此仿真系统无疑是最好的选择。第二章 船用中压发电机监控系统与仿真系统船用中压发电机监控系统是船员们监视和控制柴油机的重要单元。一个良好的监控系统不仅可以保证船舶安全正常运行，而且可以延长发动机和附属部件的使用寿命。2.1 WECS2000船用中压发电机监控系统WECS2000是柴油发电机控制系统。WECS20
34、00于1992年首次出现在人们的视野当中，至今在柴油机控制领域已经成为相当成熟的产品。由于WECS2000卓越的监控性能，使得这套系统很受许多造船厂和船东们的青睐。本课题便是对WECS2000监制系统的仿真，下面具体介绍WECS2000系统7。WECS2000是自带有的微处理器的自动化系统。它的各种分布式结构模块可以直接安装在柴油机上。从而高效地执行一些监视和控制功能。WECS2000系统的主要功能包括：发电机和涡轮增压器的转速测量、启动停止柴油机、提供安全保护功能、数据的处理、测量各种运行参数、提供能够显示各种运行参数的监视仪表、提供连接到其它系统的现场总线接口、低温恒温阀的控制、控制排气阀
35、门和废气旁通阀门。2.1.1 WECS2000转速测量装置和安全保护系统WECS2000的转速测量装置能够实现对柴油机转速测量、透平机转速测量、超速检装置（辅加测速器）、对转速的数字量和模拟量输出7。WECS2000柴油机转速检测原理如图1所示。柴油机通过主测速片将转速传送给分布式传感器单元，传感器单元将转速传给MCU；同时柴油机也可以通过附加测速片将转速传送给继电器模块，继电器模块将转速传给MCU。两套测速系统同时运行，增加控制系统的可靠性。WECS2000安全保护系统可以实现保护柴油发电机免遭意外伤害的目的。通过对柴油机的各个设备启动顺序的控制、停机顺序的控制、负荷消减请求的检查与指示、报
36、警的检查与指示、油门限位器的控制实时保护柴油发电机。图2-1 WECS2000转速监测原理图2.1.2 WECS2000控制系统的结构图2-2 WECS2000控制系统的结构WECS2000系统是由各个独立的控制和监视模块组合而成。它的构成包括分布式控制单元（DCU）、主控制器（MCU）、传感器多路复用单位（SMU）、继电器模块（RM）、机旁显示单元（LDU）和机旁监控面板（LSU)，它的结构如图2-2所示7。主控制器安装在控制柜内，额定工作电压为24V直流电压。它附带了一个直流电源DPS50，可以为自己提供能量，同时为整个控制系统提供部分电源。主控制器内部安装了存储设备，记录发电机的历史运行
37、状况。主控板上还集成了CAN通信接口、RS485通信接口和Modbus现场总线通信接口等丰富的接口，可以方便连接系统的其它部件，MCU的接口单元示意图如图2-3所示。主控制器还可以在较恶劣的工作环境中工作，工作环境温度极限为-5085。图2-3 MCU接口单元作为Modbus网络的一个从站，MCU向其它设备传送传感器的模拟量值、报警状态值、负载消减与否状态值、停车与否的状态值、启动闭锁、柴油机状态、柴油机的运行时间。同时其它系统通过Modbus网络可以向MCU发出启动柴油机和停止柴油机的命令。2.1.3 分布式控制器和传感器单元传感器多路复用单元（SMU）内置微处理器，支持10路模拟量输入，包
38、括热电偶、0-10V、420mA；支持8路数字量输入/输出；两路频率量输入；一路020mA的电流输出量；所有的通道支持软件设置；集成RS-485串行通信接口；工作电压为直流24V；工作环境温度范围-501007。分布式控制器（DCU）具有SMU的所有功能特性，同时DCU还支持多种通信协议。支持CAN通信协议，与主控制器和系统其它的DCU单元通信；支持RS-485通信，与传感器单元通信；支持RS-232通信，跟PC或者机旁显示单元通信。分布式控制器上有5个指示灯，传感器单元没有。图a传感器多路复用单元 图b分布式控制单元图2-4 DCU、SMU内部结构绿色LED1 POWER 分布式控制器供电后
39、指示灯点亮绿色LED2 STATUS 控制器正常工作时候，状态灯不断闪烁黄色LED1 CAN 控制器正常通信时，CAN灯不断快速闪烁黄色LED2 FLASH 当对控制器内部程序更新时，此灯点亮红色LED RESET 当出现控制器复位情况，此灯点亮图2-5 分布式控制器指示灯示意图2.1.4 继电器单元和机旁监控面板（LSB)通过控制继电器单元，可以向其它系统提供直流24伏电压源。通过继电器线圈可以启动、停止柴油机运行。其它系统可以向继电器单元发送紧急停车、停车越控、故障停车复位等命令。同时继电器单元还可以向安保系统提供一些参数，例如由辅助测速片测量的柴油机转速、以及滑油压力和高温淡水温度7。继
40、电器单元面板上除了接口、还有多个指示灯，如图2-6所示。图2-6 继电器单元面板机旁监控面板由三部分构成，包括机旁显示模块（LDU）、机旁控制模块（LCU）和备用仪表单元（Backup Instruments Unit），机旁监控面板的结构图如图2-7所示。机旁监控面板单元代替了常规的压力仪表板、温度计及其它仪表。同时，操作者通过操作按键可以发出所有需要的指令。柴油机的运行状态参数通过液晶显示，增加人机界面的可对话性。在备用仪表单元，三个LED组直接显示三个重要的运行参数，例如发电机转速、滑油压力、高温冷却水温度。机旁监控面板的里面还集成有RS-485通信接口，直接跟系统的主控制器通信。图2-
41、7 机旁监控面板（LSU)2.2 WARTSILA-6L32船用柴油发电机的简介本课题仿真的对象是WECS2000系统，其主要功能为对WARTSILA-6L32船用柴油发电机实行监视与控制，下面对WARTSILA-6L32船用柴油发电机进行简单介绍8。图2-8 WECS2000监控系统与WARTSILA-6L32柴油发电机WARTSILA-6L32船用柴油发电机便是属于瓦锡兰发电机系列，为4冲程6汽缸柴油机，额定转速为720r/min。发电机的转序为顺时针方向转动，不可逆转。发电机自带有涡轮增压机冷却系统。发电机的喷油系统为燃油直喷式。输出电压为3相、同步交流电。发电机的额定输出电压为6.6千
42、伏，电流频率为60Hz，功率因子为0.8。发电机能够持续供应的最大额定功率为2880千瓦，并且有一定的超载能力，在每个12小时的工作时间内，发电机可以超载10%运行1个小时。WECS2000控制柜安装在WARTSILA-6L32柴油机自由端的橡皮垫上，如图2-8所示。图中的红色方块表示分布式控制单元模块，绿色方块表示传感器多路复用单元模块（直接连接发电机内部的各种传感器）。2.3 船用中压发电机监控系统仿真本课题采用半实物仿真的方式，对WECS2000船用中压发电机监视和控制系统进行仿真。此中压发电机的监控仿真系统主要由三部分构成，包括继电器状态指示面板、计算机/主控制器（MCU）、机旁监控面
43、板，仿真系统的框图如图2-9所示。继电器状态指示面板通过一些不同颜色LED的亮与灭，来指示发电机和控制系统一些运行和工作状态，与WECS200系统的继电器模块的功能相类似。计算机/主控制器（MCU）为放置在集控室的一台PC机，PC机运行在Windows XP环境下运行，在对发电机的各种运行参数进行数学建模的基础上采用Visual Basic 6.0软件开发应用软件、并实现与其它设备的通信9，即将WECS2000系统中的主控制器、分布式控制单元和传感器多路复用单元的所有功能集合在一台计算机上。机旁监控面板包括机旁监视仪表、机旁控制按钮，实现对发电机的机旁监控，功能与WECS2000系统的机旁监控
44、面板无异7。图2-9 船用中压发电机组机旁监控仿真系统的组成仿真器的通信系统包括CAN通信和以太网通信，仿真系统内部采用CAN通信、与其它系统（计算机）采用以太网通信。CAN通信网络的构建是通过在计算机/主控制器PCI插槽安装CAN卡，来构建计算机/主控制器的CAN通信接口；通过在继电器状态指示面板和机旁监控面板上，采用AT90CAN128芯片设计一个CAN通信接口10。以太网通信网络由计算机自带的以太网接口实现的11。机旁监控面板、继电器状态指示面板是本课题设计的重点，通过硬件电路设计和软件编程，实现对发电机的监视与控制，这两部分是作者设计并完成，而仿真系统的计算机/主控制器部分不仅实现对发
45、电机的控制，而且涉及到整个中压电站的监控与管理，具体功能由位于集控室的仿真计算机实现。此文的将重点介绍仿真系统的机旁监控面板、和继电器状态指示面板、以及CAN通信部分。2.4 船用中压发电机机旁监控面板仿真功能简介船用中压发电机机旁监控面板仿真如图2-10所示。监控面板仿真主要由仪表单元、LCD单元和操作单元3部分构成。机旁监控面板是一个独立的监控模块，主要包括：机旁起动按钮（绿色)机旁停车按钮 (红色)机旁复位按钮/故障停车指示 (红色)机旁/遥控起动方式选择器 (机旁/遥控起动闭锁)机旁吹风控制（绿色小按钮）机旁显示单元，显示柴油机运行的所有必要的信息备用柴油机转速指示器备用滑油压力指示器
46、备用高温冷却水温度指示器。三个备用仪表独立于系统的其余部分。图2-10 发电机机旁监控面板仿真该控制面板能实现对发电机现场控制的基本操作功能。例如，仪表单元的3组LED分别显示发电机的转速、滑油温度、高温冷却水温度。在LCD单元，通过按下相应的按键可以在LCD上面显示更具体的信息，包括主页、历史业以及状态页。若要观察相应页面的发电机状态，只需按下液晶周围的功能按键，例如， 当按下MAIN按键，LCD界面显示6个气缸的温度柱状图、发电机转速、油门位置、操作模式；按下F3按键，LCD界面显示排气温度的具体信息。在操作单元，4个按键和3态开关分别实现控制发电机的启动、停止、紧急停止、吹风以及现场、遥
47、控和启动闭锁模式的选择。监控面板单元代替了常规的压力仪表板、温度计及其它仪表。同时，操作者通过操作按键可以发出所有需要的指令。LDU的读数来自于的上位机，通过CAN现场总线网络传输。采用液晶显示压力、温度、及其他仪表参数，增加人机界面的可读性。2.4.1 LCD单元LCD单元是由一些功能按键和一块240*320像素的液晶组成，可以分为显示部分和功能按键部分。LCD显示画面主要包括三个部分：主页、历史页和状态页。LCD单元结构如图2-11所示。 如图2-11 LCD单元结构图一、显示部分781）主页部分主页显示柴油机的参数和状态信息，包括：（1）柴油发电机的重要参数，包括转速和负荷（油门齿条位置）；各个气缸的排气温度精确值和温度柱状图。（2）柴油发电机的状态信息和控制模式，STOP、Start Blocking、Ready to start、Running共4种状态信息。这些控制模式在主页面的下部MODE栏目，用文本形式显示。例如，如当发电机停止运行时，即转速为0时候，MODE一栏显示STOP模式；如果发电机处于STOP模式，此时
