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1、硕士学位论文船舶监控报警系统的设计与实现专 业 名 称： 软件工程 研究生姓名： 张 寅 昊 导 师 姓 名： 翟 玉 庆 倪 庆 剑 杨 东 THE DESIGN AND IMPLEMENTATION OF MONITORING AND ALARM SYSTEM ON VESSELS A Thesis Submitted toSoutheast UniversityFor the Academic Degree of Master of EngineeringBYZHANG Yin-haoSupervised byProf. ZHAI Yu-qingandDr. NI Qing-jianan
2、d YANG DongCollege of Software EngineeringSoutheast UniversityJune 2012东 南 大 学 学 位 论 文 独 创 性 声 明本人声明所呈交的学位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。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：日 期： 东 南 大 学 学 位 论 文 使 用 授 权 声 明东南大学、中国科学技
3、术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括刊登）论文的全部或部分内容。论文的公布（包括刊登）授权东南大学研究生院办理。研究生签名： 导师签名： 日 期：摘要随着我国经济和技术的发展，我国船舶行业对于信息化和安全保障的需求越来越高。在这种需求的推动下，船舶电子行业在船舶工业十二五规划中被列为重点领域的重点发展方向。而监控报警系统作为船舶信息化和安全保障的基础性设备，无论是新造船只还是旧船改造都需要配备，本课题正是在此背景下进
4、行的研究和开发。本文设计并实现了船舶监控报警系统，系统基于CAN总线组网，是集监视船舶状态、控制监测点和报警异常数据于一体的平台。它采用双CAN冗余热备份技术，有效的保证了系统的可靠性和数据的安全性。具体的，本文针对监控报警系统的开发做了如下工作：一通过研究FCS和DCS系统的特点和优劣势，设计了监控报警系统所使用的主架构，具体探讨了现场总线技术的性能指标和特点，采用了CAN总线作为系统的通信总线，通过对系统通信机制的研究，提出了双CAN冗余热备份技术，作为系统安全性和可靠性的保障。二在监控报警系统软硬件架构的具体设计中，通过对CAN总线数据结构和通信机制的分析，提出了模块化的设计方案，提高了
5、监控报警系统的开发效率，减少了维护成本。三通过监控报警系统的工作流程和报警处理流程的设计，保证了系统的安全性，并通过对系统启动后运转机制的优化处理，实现了系统资源的合理化运用。通过对监控报警系统UI的研究，开发了系统专用的控件库，实现了系统UI的模块化搭建。四通过延伸报警板系统的需求分析和性能指标的了解，对系统总体结构和功能进行了设计，实现了延伸报警板的通信同步，按键处理，报警搜索，CAN中断检测，自动消音，报警合并等功能。论文的研究工作初步解决了船舶监控报警系统设计过程中的一些关键技术问题，基本满足了船舶重要设备的监控报警，集中式监控报警，监测点可配置化和远程实时报警等需求，系统人机界面友好
6、，安全性和可靠性高，报警实时，具有很好的工程应用价值。关键词：CAN总线，数据帧，报警流程，UI，延伸报警板AbstractAs Chinas economic and technology development, Chinas shipbuilding industry is growing demand for information technology and security. Driven by this demand, the marine electronics industry is a focus on the development direction of the f
7、ocus areas by the 12th Five-Year Plan of the shipbuilding industry. Whether a new ship or an old one alteration, Monitoring and Alarm System as the basic ship information and security equipment needs to be equipped. So this subject is preciselybeen research and development.This paper designed and im
8、plemented the Vessels Monitoring and Alarm System. The system is based on the CAN bus network, and it is a set of monitoring ship status, control monitoring points and alarm abnormal data in one platform. It uses redundant dual CAN and hot backup technology to ensure system reliability and data secu
9、rity. Specifically, this papermade the following work for the development of Monitoring and Alarm System:Firstly, bystudying the FCS andthe DCS systemscharacteristics andthe advantages and disadvantages, this paper designedthe mainarchitectureof the Monitoring and Alarm System. The paperspecifically
10、 discussedthe performanceand characteristicsofthefieldbus technology, and the Monitoring and Alarm System used theCAN busasthe communication bus of the system. Studying on the systemscommunication mechanism, this paper raised redundant dual CAN and hot backup technology to ensure system reliability
11、and data security.Secondly, on designing thehardware and softwaresarchitecture of the Monitoring and Alarm System, and by theanalysisofthe CAN busdata structuresand communication mechanisms, this paper raised the modular design to improve the development efficiency of the system, and reduced mainten
12、ancecosts.Thirdly, the design on workflow andalarmhandlingprocess of the Monitoring and Alarm System ensured thesecurity of the system, and throughoptimizingtheoperationmechanismafter thesystem startup to achievearationalization ofthe useofsystem resources.After studying on the UI of the Monitoring
13、and Alarm System, the author developed asystem-specificcontrol library to achieve themodularstructuresofthesystemUI.Fourthly, by understandingof the requirements analysisand the performance indicators of the extension alarmboardsystem, designed the overall systemstructure and function, and achieved
14、the synchronouscommunication, the key processing, the alarm search, the CAN interrupt detection, the automatic silence and the alarm merger of the extension alarmboardsystem.The papers workinitiallysolvedsome of the keytechnical problemsin the design of the Vessels Monitoring and Alarm System, and b
15、asically met the requirements of theshipcritical equipmentmonitoring alarm, the centralizedalarm, the configuration of monitoring points and remote real-timealarm. Thesystem has friendly interface,highsecurity and reliability, real-time alarm, and it has goodengineering applications.Keywords: CAN bu
16、s, data frame, alarm process, UI, extended alarm board 目录摘要IAbstractII目录I第一章 绪论11.1 研究背景11.2 研究动机与目的11.3 国内外研究现状21.3.1 发展历史21.3.2 国内外主要厂商及产品21.3.3 DCS和FCS31.4 章节安排4第二章 通信方式及相关技术原理分析52.1 现场总线技术52.1.1 现场总线发展历史及标准化52.1.2 现场总线技术特点62.1.3 监控报警系统组网方案选择62.2 CAN总线72.2.1 CAN的一些基本概念和特点82.2.2 四种数据帧及帧结构92.3 信息传递
17、机制122.4 双CAN冗余热备份技术122.5 本章小结13第三章 监控报警系统的分析与实现143.1 系统主要技术指标要求143.1.1 主要功能技术指标143.1.2 产品行业规范要求153.2 系统硬件架构153.3 系统软件架构183.3.1 软件需求193.3.2 软件设计的规范及要求193.3.3 软件体系结构193.3.4 人机界面功能模块具体划分203.3.5 通信模块213.3.6 系统数据库管理223.3.7 报警管理233.3.8 用户操作243.4 工作流程逻辑分析243.4.1 报警处理流程243.4.2 系统工作流程263.5 系统的具体实现273.5.1 监测点
18、研究273.5.2 帧的传输、接收和解析293.5.3 报警信息的发送313.6 本章小结31第四章 系统界面设计和控件库的开发324.1 UI设计思路324.2 UI展示与描述334.3 控件库374.3.1 报警灯374.3.2 仪表盘384.3.3 柱状图394.3.4 趋势图404.3.5 报警列表控件414.3.6 其它控件414.4 本章小结43第五章 延伸报警板系统445.1 系统指标445.1.1 硬件基础445.1.2 性能指标445.1.3 必备功能445.2 软件模块和功能455.3 数据帧接收，解析和显示465.4 本章小结47第六章 总结与展望486.1 论文工作总结
19、486.2 研究工作展望50致谢51附录一52参考文献53第一章 绪论1.1 研究背景我国是造船大国，随着我国对外经济贸易的迅猛发展，国内船舶的需求量将急剧扩大。据预测，20112015我国将达到每年840万载重吨，巨大的船舶需求为中国的船舶企业带来了机遇。但我国船舶的配套设备研发滞后，质量和性能均不能满足我国船舶工业的需求，尤其是许多关键设备仍然依赖进口，这就极大的压缩了我国造船企业的利润率，严重影响了船舶产品的竞争力，成为制约我国船舶工业发展的障碍 刘洪滨，齐俊婷，孙丽. 打造造船强国之方略J. 中国海洋大学学报，2008(3)：13-16。船舶机舱设备众多和复杂，为确保船舶及各机舱设备安
20、全运行，需要经常检查和测试，而人工检查的实时性不高，人工成本较高，工作强度大。为了及时监测设备运行状态，提高发现问题和解决问题的及时性，降低营运成本，减轻船员工作强度，需要全面及时的机舱自动监测报警设备。一套船舶监测报警系统的售价在十几万二十几万(200个监测点)，监测点多的产品超过三十万元，而高端产品的售价可以达到几十万至上百万。目前，新造船只基本都需要配备船舶监测报警系统，旧船改造时也往往增加船舶监测报警系统，因此市场对船舶监测报警系统的需求较大。1.2 研究动机与目的在工业和信息化部发布的船舶工业“十二五”发展规划中，提出了“十二五”时期我国船舶工业的发展目标：到2015年，产业体系更为
21、完善，产业结构更趋合理，创新能力和产业综合素质显著提升，国际造船市场份额稳居世界前列，成为世界造船强国。 规划中明确了船舶配套业（主要为船舶电子）作为重点领域的重点发展方向。在与浙江临海众多造船企业的交流过程中，笔者得知目前新造船和旧船改造通常要求配备一些必须的船舶电子设备，但是国外厂商的设备虽然质量较好，但价格昂贵，国内除非是豪华游轮会采购，普通船舶无法承担这个成本，而国内的一些船舶配套厂商，要么就是直接代理国外产品，要么就是产品虽然价格便宜，但功能和指标均无法达到需求。造船厂也无法负担自己直接投资生产配套产品的人才，时间和经济成本，他们需要一些有相对比较强的人才和科研实力的企业来开发价格适
22、中，功能强大的产品。因此，本论文在此机遇和形势中，依托中电36所船舶电子项目部，参与其船舶监控报警系统的研究开发而成。本论文主要针对整个系统的实现原理，通信方式，软件架构，安全保障等方面进行了分析和讨论，并详细描述了系统模块化 战兴群，翟传瑞. 周期无人值守机舱监测报警系统方案研究J. 中国造船，2002(1)：75-79. Wills L, Kannan S, Sander S, etc. An open platform for reconfigurable controlJ. IEEE Control Systems Magazine, 2001,21(3)：49-64的相关设计与实现过
23、程。1.3 国内外研究现状1.3.1 发展历史船舶监控报警系统是随着电子信息技术和工业控制理论的发展而发展起来的。在20世纪60年代以前，工业控制还以经典控制理论为基础 王琪. 船舶机舱监测报警系统的应用现状及发展趋势J. 机电设备，2007,24(6)：32-35，在船舶中没有集中的监控报警系统，只有单项调节控制装置在机舱中得以应用 刘世居. 机舱监测系统新发展J. 船电技术，1999,4：33-37，使用的监测工具也以常规仪表盘为主。20世纪60年代初期，得益于晶体管和集成电路的发展，在一些大型船舶中出现了集中监控室，解放了生产力，将原有需要十几个轮机员的工作变成只需要一个轮机员在机舱中值
24、班就可以监控整个机舱的运行。到了20世纪60年代中后期，随着电子工业的发展和晶体管可靠性的进一步提高，为了满足船舶运行过程中的无人值守的需求，船舶电子开始出现使用电、气驱动以及集成电子模块组合逻辑控制的机舱监视报警系统。20世纪70年代到80年代是船舶电子飞速发展的时期，一方面电子计算机的飞速发展让其在船舶领域内的使用变成了可能，另一方面，预测控制 Clarke, D.W. Generalized Predictive Control: A Robust Self-Tuning AlgorithmC. American Control Conference, 1987：990 - 995、自适
25、应控制 Clark, D.W.Gawthrop, P.J.Selftuning controllerJ. Proceedings of the Institution of Electrical Engineers, 1975,122(9)：929-934 Clark, D.W.Gawthrop, P.J.Selftuning controlJ. Proceedings of the Institution of Electrical Engineers, 1979,126(6)：633-640、非线性控制、鲁棒控制 Zames, G. Feedback and optimal sensiti
26、vity: Model reference transformations, multiplicative seminorms, and approximate inversesJ. IEEE Transactions on Automatic Control, 1981,26(2)：301-320 Michael K. Sain. Special Issue on Linear Multivariable Control SystemsM. IEEE Transactions on Automatic Control, 1981. 621-623以及智能控制 Fu, K. Learning
27、control systems and intelligent control systems: An intersection of artifical intelligence and automatic controlJ. IEEE Transactions on Automatic Control, 1971,16(1)：70-72.等一系列现代控制理论的发展，使得世界上许多国家相继造出了自动化程度非常高的船舶。先后出现过集中型控制系统，分散型控制系统以及集散型控制系统（DCS）。其中集散型控制系统使用局域网通信，并逐渐以数字信号取代模拟信号。进入20世纪90年代，集散型控制系统逐步演
28、变，形成了一种新的技术，现场总线式全分布式系统（Fieldbus Control System-FCS）。它是因为计算机技术、通信技术和控制技术的发展而发展起来的。现场总线分布式系统最初是由加拿大海军研发，并于1988年首次将其应用于巡逻护卫舰上 林叶锦. 轮机自动化M. 大连：大连海事大学出版社，2009。1.3.2 国内外主要厂商及产品l 挪威康斯伯格(kongsberg) 吕健，刘贇等. 信息化船舶主机监控报警系统的最新发展J. 柴油机，2006,28(6)：11-14：康斯伯格成立于1814年，总部位于挪威康斯伯格市，在25个国家设有分支机构，员工6472人，销售服务网络遍及北美洲、南
29、美洲、亚洲、欧洲、大洋洲、南极洲等全球主要经济区。产品涵盖商船队、海工、海底、海运信息技术、仿真、工序自动化、渔业及渔业研究及石油天然气工业，为客户提供动力定位及航行系统、自动控制、货运管理系统及液位传感器、海事训练仿真及位置参考系统、VDR、AIS、雷达等（几乎涵盖海洋电子各大领域）。2010年营业收入约合人民币170亿元。康斯伯格目前的机舱监控报警系统主要分为K-Chief 600和K-Chief 700船舶自动化系统，前者主要为标准商船的安全性和可靠性设计，后者能够满足复杂船只的定制化需求。l 德国SAM Electronics公司：SAM船舶电子有限公司已有一百多年的历史，总部位于德国
30、汉堡，公司拥有员工1700人，销售服务网络遍及全球主要港口城市。业务涉及广泛的自动化系统，通信导航系统，配电和动力及推进系统。中国业务依托于上海公司全权代理，并在泰州设有独资企业专门生产配电板，自动化和导航系统。2010年度销售收入约合人民币23.3亿元。目前最新的产品为MOS 2200。l 上海驷博集团：公司成立于1992年，总公司设在上海，由总公司和三个子公司组成。已有一支覆盖国内的售后服务团队，在新加坡建立了东南亚地区的售后服务站点。主要从事开发、生产船舶电气及船舶自动化设备，主要针对国内市场的中小船舶配套和挖泥船舶的配套，年平均承接100条左右的民船订单，以低成本和价格优势在国内中小船
31、厂、设计院推荐自己的产品，在国内市场有较大的影响力。2010年产值约2亿元。目前最新的监控报警系统型号为SB-2001。1.3.3 DCS和FCSDCS(Disttributed Control System)是分布式控制系统的缩写，在国内普遍称为集散型控制系统。它的出现得益于计算机技术、控制技术和网络技术的高速发展和结合，从而成为目前最先进的过程控制系统，整个系统具有很高的可靠性。它的控制点分散，但通过集中的监控和操作，使得DSC具有操作和维护的简便性。20世纪80年代后，由于微处理器在控制领域的大规模使用，各种仪器仪表中都嵌入了微处理器，从而每个微处理器都能被指定任务，互相之间通过具有网关
32、的专用网络通信，网关程序需要用户自己编写。于是，大多数DCS的供应商都为自己的产品制定了自己标准，但是DCS的开发者不愿意去花费时间制定统一的标准，而用户需要更标准化的产品，因此随着测控技术的发展，DCS被逐渐意识到存在系统综合信息能力差、系统构成复杂、各厂商产品互操作性差异及现场仪表与控制设备不具有双向通信能力、控制速度不能满足要求等问题 林德秋. 试谈FCS与DCSJ. 自动化与仪器仪表，1999(1)：1-3,7。现场总线控制系统（FCS）是在DCS的基础上发展起来的新技术，它利用现场总线作为各个子系统的内部控制网络，并实现了各个测控设备间的互联 甘永梅. 现场总线技术及其应用M. 北京
33、：机械工业出版社，2004。FCS继承了DCS的许多成熟技术，例如人机界面、基于IEC61131-3的组态编程、冗余了热备份的思想和方法等，但FCS完全超越的DCS的框架，它实现了测控设备的智能化，利用现场总线将一个个分散设备的信息集中起来，更好的体现了“控制分散，信息集中”的特点。因为具有统一的技术标准和通信协议，使得不同厂商产品具有互操作性和信息交换 高敏，夏安邦. 对PLC, DCS, FCS三大控制系统特点和差异的探讨J. 应用能源技术，2008(11)：42-45。表1.1是对DCS和FCS的比较表1.1 DCS与FCS比较系统名称DCSFCS信号和传输方式1. 模拟数字混合信号2.
34、 单一信号传输3. 模拟信号易受干扰1. 数字信号2. 数字通信网络传输3. 数字化信号抗干扰能力强，实时性好通信协议封闭的通信协议，不同厂商的产品无法互联标准的通信协议，测控设备和控制系统互联，不同产品间的互操作快捷方便系统结构多级分层网络结构，点对点的接线方式，计算机，控制站，测控设备3层结构使用现场总线连接多台测控设备，简化为计算机和测控设备2层结构尽管DCS系统以其成熟的技术和应用仍然占据一部分市场，但FCS取代其的趋势不可逆转，本论文正是基于FCS系统的开发和研究所展开。1.4 章节安排本论文的内容做如下编排：第一章主要介绍了研究目的，国内外研究进展，主要厂商及产品和发展历史，以及内
35、容安排。第二章分析了监测报警系统使用的CAN总线通信技术及原理。第三章研究了监测报警系统软件的架构和流程执行的逻辑分析，并描述了系统的具体实现。第四章监测报警系统软件界面的UI以及系统控件库的设计与实现。第五章延伸报警板系统的设计与实现。第六章总结和展望。第二章 通信方式及相关技术原理分析监控报警系统采用的是基于CAN(Controller Area Network)总线的FCS系统，CAN总线以其通信速率高、可靠性高、连接方便和性价比优等特点成为现场总线的推荐标准之一。监控报警系统的信号采集模块将采集的模拟信号经过处理后通过CAN总线送往计算机，计算机担任中心处理器的角色，完成总线数据的获取
36、和处理。船舶中需要监测的所有信息和参数的报警阈值都存储在本地数据库中，当某个监测点的监测数据超出报警阈值时，计算机进行报警显示，并将报警信息发送到船内各区域的复视器和相应报警灯。本章围绕监控报警系统的通信方式展开，通过描述现场总线技术发展及特点来介绍监控报警系统的底层通信技术，比较不同现场总线的优缺点来确定监控报警系统采用CAN总线作为其现场总线。本章对于监控报警系统的信息传递机制进行了一个简要的描述，并基于此提出了双CAN冗余热备份技术来保证监控报警系统的可靠性和稳定性。2.1 现场总线技术现场总线是作为目前在工业智能控制领域比较流行的一种数据总线，它最初的出现是为了把可编程逻辑器件(pro
37、grammable logic controller, PLC)以一种比较简洁的方式连接起来 范铠. 现场总线的发展趋势J. 自动化仪表，2000，21(2)：1-4。现场总线技术主要解决了工业现场的智能化仪器仪表、控制器等现场设备间的通信以及现场设备和控制系统间的信息传递问题 JP. Thomesse, Fieldbus Technology in Industrial AutomationJ. Proceedings of the IEEE，2005，93(6)：10731101。由于现场总线的简单、可靠、经济实用等一系列优点，受到许多厂商的青睐。2.1.1 现场总线发展历史及标准化198
38、4年美国intel公司提出一种计算机分布式控制系统位总线(Bitbus)，它主要是将计算机中低速的输入输出和高速的总线分离，从而形成现场总线的最初概念。80年代中期，美国Rosemount公司开发了一种可寻址的远程传感器(HART)通信协议。采用在420mA模拟量叠加了一种频率信号，用双绞线实现数字信号传输。HART协议已是现场总线的雏形。1985年由Honeywell和Bailey等大公司发起，成立了World FIP制定了FIP协议。1987年，以Siemens，Rosemount，横河等几家著名公司为首也成立了一个专门委员会互操作系统协议（ISP）并制定了PROFIBUS协议。后来美国仪
39、器仪表学会也制定了现场总线标准IEC/ISA SP50。随着时间的推移，世界逐渐形成了两个针锋相对的互相竞争的现场总线集团：一个是以Siemens、Rosemount、横河为首的ISP集团；另一个是由Honeywell、Bailey等公司牵头的WorldFIP集团。1994年，两大集团宣布合并，融合成现场总线基金会(Fieldbus Foundation)简称FF。对于现场总线的技术发展和制定标准，基金委员会取得以下共识：共同制定遵循IEC/ISA SP50协议标准；商定现场总线技术发展阶段时间表。 国际电工委员会于1984年就开始着手制定现场总线的标准，但由于各国的意见非常不一致，导致进展非
40、常缓慢，先后经过9次投票表决，终于在1999年底通过了IEC61158国际标准。在IEC61158标准中，采用了8种类型的标准，分别为：IEC技术报告(FF H1)、Control Net(Rockwell公司支持)、Profibus(SIEMENS公司支持)、P-Net(Process Data公司支持)、FF HSE(原FF H2，Fisher Rosemount公司支持)、Swift Net(美国波音公司支持)、WorldFIP(Alston公司支持)、Interbus(Phoenix Contact公司支持) 施一明，冯冬芹，金建祥. 现场总线的标准与发展J. 电子技术杂志，2000(
41、9)：5-8 缪学勤. 现场总线技术的最新进展J. 自动化仪表，2000，21(6)：1-4,7。2.1.2 现场总线技术特点现场总线作为监控报警系统信息传递的保障，拥有如下特点：1.通信协议公开，系统开放。由于通信协议的公开和标准，各家厂商的设备就可以实现互联和信息交换。开放的系统就把系统的集成交给了用户，用户可以按照自己需求把不同厂商的产品组合成不同的系统。2.互操作性与互用性。互操作性指的是不同的设备之间互联，不同系统之间互相传递信息与通信。互用性指的是不同厂商间的设备可以实现替换使用。3.智能化。在每一个设备中嵌入单片机或者处理器，将传感器的测量、补偿计算、设备处理与控制的功能下放到现
42、场的设备中进行，并且可以完成自我诊断等功能。4.系统结构的分散。在DCS中，需要一个个控制器来控制设备，每个控制器虽然可以连接多个设备，但还是无法做到完全的分散。而现场总线则直接简化了控制器的那一层，利用总线将测控设备直接和上层计算机连接，而设备本身就能完成自动控制的基本功能，既简化了结构也提高了可靠性。5.对环境的适应性。现场总线的技术可以视现场环境的不同而设计，可以支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等，具有较强的抗干扰能力。2.1.3 监控报警系统组网方案选择通过比较市场上现有监测报警系统，可以发现监测报警系统主要通过三种方式进行组网：485总线、现场总线（以CAN总线为主）
43、、工业以太网。下表2.1为三种通信方式的比较 魏庆福. 现场总线技术的发展与工业以太网总述J. 工业控制计算机，2002，15(1)：1-5。表2.1 三种通信方式比较项目通信方式RS485CAN以太网工作方式主从方式多主方式CSMA/CD平等竞争通讯方式半双工轮询终端全双工最大传输速度10Mbit/s(距离12m)1Mbit/s(距离40m)10/100/1000Mbits最大传输距离1.2km（9600Kbs）10km(5kbs)105m(速率100M)最大驱动器数量32个110个不限通讯实时性慢快快仲裁机制无有有故障界定无有无传输介质双绞线双绞线，同轴电缆，光纤UTP-5,STP-5组网
44、设备数量少多多对这三种通信组网方式进行比较，可以得到如下方案：方案一：利用RS485总线进行组网，采用计算机作为监测系统微机进行信号分析和报警处理，机舱信号的采集通过IO采集模块实现。监控计算机只能通过轮询方式获取模块采集的信号，属于被动传输，实时性较差，效率低，且总线上某个节点一旦发生故障将会引起整个网络瘫痪，不适合负载较重的应用场合。方案二：利用工业以太网的方式进行组网，机舱参数显示和报警通知由监测计算机实现，机舱信号的采集控制由PLC完成，这是一种分布式的监测系统，可以保证机舱信号采集的可靠性和实时性，同时在监控微机之间采用工业以太网通信，支持大数据量通信，保证数据的冗余备份。但该方案成
45、本较高，对于中小型船舶的机舱监测系统相对浪费。方案三：利用现场总线进行组网，利用分布式IO模块进行机舱信号的采集和控制，大大降低了监测报警系统的硬件成本。通过总线中继器可以将CAN总线上节点数进行扩容，理论上可以扩容无限个，可适合不同类型的船舶机舱，且CAN总线能够保证数据通信的可靠性。本文系统选取方案三的设计方式进行机舱监测报警系统的设计，采用CAN总线进行组网通信，保证通信的实时性和可靠性。通过分布式信号处理模块完成信号采集和报警输出的功能，利用工控机进行监测点参数显示和报警信息的显示，并且通过延伸报警板（通过CAN总线）将报警信息延伸到轮机员值班室等区域。2.2 CAN总线CAN(Con
46、troller Area Network)作为监控报警系统采用的现场总线，由德国BOSCH公司开发，并最终成为国际标准，是国际上应用最广泛的现场总线之一。CAN总线由于高性能和高可靠性，被广泛的应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等领域 D. Bishop, etc. Distributed Power Supply Control Using CAN-BusC. Proc. of the 1997 International Conference on Accelerators and Large Physics Control Systems, 1997，315-317。CAN总线是德国BOSCH公司在80年代初为了解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维，通信速率可达1Mbps。本系统正是采用双绞线作为CAN总线的通信介质。2.2.1 CAN的一些基本概念和特点本系统之所以采用CAN总线作为系统的现场总线，还因为CAN总线与其它总线相比，它具有突出的性能、实时性、可靠性和灵活性，具体特点可以概括为以下几点
