基于网络环境的舰船机舱动力装置监控系统技术研究

论文摘要

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-Bus Control System，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

论文目录

• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外船舶机舱动力装置自动化发展及现状
• 1.2.1 国外船舶机舱动力装置自动化发展现状
• 1.2.2 国内舰船机舱自动化的发展现状及存在的问题
• 1.2.3 我国舰船动力监控发展的“三化”要求
• 1.3 现场总线控制系统（FCS）发展概述
• 1.3.1 FCS发展的历史沿革
• 1.3.2 现场总线的定义和技术特点
• 1.3.3 现场总线与 IT计算机网络技术的区别
• 1.3.4 现场总线系统发展现状
• 1.4 论文背景及本文的主要工作
• 1.5 本章小结
• 第2章 基于三层网络环境的舰船机舱动力装置
• 2.1 舰船机舱动力装置监控平台网络体系构架
• 2.1.1 实现原理
• 2.1.2 DeviceNet（设备网）
• 2.1.3 ControlNet（控制网）
• 2.1.4 管理层（Ether Net）
• 2.2 软件设计与实现
• 2.2.1 设备对象模型
• 2.2.2 对象类的实现
• 2.2.3 DeviceNet应用层协议实现
• 2.3 设计要求及实现方法
• 2.3.1 设计要求
• 2.3.2 定义数据结构及数据编号表
• 2.3.3 约定报文格式
• 2.4 功能模块实现
• 2.4.1 现场设备功能实现
• 2.4.2 上位机管理功能实现
• 2.5 本章小结
• 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
• 3.1 过程控制中对象链接与嵌入（OPC Server）应实现的功能
• 3.2 OPC Server模块
• 3.2.1 用户层动态对象连接通讯模块的建立
• 3.2.2 DeviceNet中OPC Server需要实现的OPC接口
• 3.2.3 实现通信模块的主要问题
• 3.2.4 接口的结构与实现
• 3.3 OPC Server管理模块的研究开发
• 3.3.1 设备描述的规划
• 3.3.2 设备配置规划
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于 LonWorks的机舱网络监控智能模块设计研究
• 4.1 LonWorks网络智能监控模块研究
• 4.1.1 LonWorks 硬件结构
• 4.1.2 神经元（Neuron）芯片
• 4.1.3 机舱动力装置监控网络下的LonWorks通信模型
• 4.2 基于 LonWorks的智能监测模块设计
• 4.2.1 系统组成
• 4.2.2 DI/DO模块设计
• 4.2.3 Neuron芯片与MCS-96系列单片机串行通信的实现
• 4.3 LonWorks与 LAN互联的解决方案研究
• 4.3.1 网关接口方案
• 4.3.2 协议配置
• 4.3.3 基于 COM的网络监控方案
• 4.4 本章小结
• 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
• 5.1 基于 ControlNet的 PID控制器
• 5.1.1 网络环境下 PID自整定控制器的构造
• 5.1.2 设计方法
• 5.2 引入模糊控制方法的智能化改进
• 5.3 本章小结
• 第6章 基于 Web的船舶机舱远程监控系统
• 6.1 基于 Web的分布式机舱网络控制系统的基本思想及目标
• 6.2 基于 Web的远程机舱监测系统的总体结构
• 6.3 基于 Web的远程监测系统关键技术研究
• 6.3.1 面向服务的体系架构（Service Oriented Architecture，SOA）
• 6.3.2 远程监控系统的网络体系架构
• 6.4 岸基机舱远程监测系统安全性解决方案
• 6.5 本章小结
• 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