基于CAN总线的船舶发电机保护系统

论文摘要

船舶电站自动化是机舱自动化的重要组成部分,电站自动化最主要的目的在于保证船舶供电的连续性、可靠性和供电品质。近年来,随着计算机、控制、通信以及网络等技术的发展,自动化监控系统的结构发生了很大变化,逐步形成以网络集成自动化系统为基础的管理信息系统。现场总线技术在这一形势下发展起来并在船舶电站自动化监控系统中得到了广泛应用。本论文将对船舶电站中发电机保护设备进行研究,针对自动化、智能化、高可靠性的要求,系统摒弃了MCU+A/D的参数测量方案,取而代之是专用测量芯片ATT7022的使用。同时采用双CAN总线的冗余通信系统,将CANopen协议应用到系统中。整个系统包括LPC2129中央控制单元,发电机参数测量单元, 485通信单元,与上级系统通信的CAN接口单元,开关量输入单元,开关量输出单元。系统通过参数测量单元测量发电机交流电压、交流电流、内部直流、视在功率、有功功率、无功功率、功率因数、线频率等参数。这些参数通过CAN接口使用高层CANopen通信协议发给上级单元。系统软件设计基于μCOS-II实时操作系统,包括驱动程序、应用程序的开发。该系统是船舱检测报警系统的一个模块,通过CAN总线与其他海事设备相连,各个系统之间按照CANopen协议进行通信。整个报警系统参考CiA DSP301,DSP302,DSP307,实现了浮动主的功能和冗余通信的机制,使系统容错能力更强,运行更稳定。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 第一章 绪论
• 1.1 船舶发电机保护概述
• 1.1.1 短路保护
• 1.1.2 过流、过载保护
• 1.1.3 欠压保护
• 1.1.4 逆功率保护
• 1.2 船舶发电机保护设备
• 1.2.1 船舶发电机保护设备现状
• 1.2.2 船舶发电机保护设备发展趋势
• 1.3 本论文的主要任务
• 第二章 专用芯片ATT7022 参数测量
• 2.1 ATT7022 芯片简介
• 2.2 ATT7022 参数测量原理
• 2.2.1 有功功率测量
• 2.2.2 有功能量测量
• 2.2.3 无功功率测量
• 2.2.4 无功能量测量
• 2.2.5 视在功率测量
• 2.2.6 电压有效值测量
• 2.2.7 电流有效值测量
• 2.2.8 电压线频率测量
• 2.2.9 功率因数测量
• 2.2.10 电压电流相角测量
• 2.2.11 电压夹角测量
• 2.2.12 电压相序检测
• 2.2.13 电流相序检测
• 2.3 ATT7022 校表方法
• 2.3.1 软件校表简介
• 2.3.2 校表寄存器参数计算
• 第三章 CAN 总线以及CANopen 协议
• 3.1 CAN 总线
• 3.1.1 CAN 总线概述
• 3.1.2 CAN 总线的特点
• 3.2 CAN2.0 协议
• 3.2.1 CAN2.0 协议简介
• 3.2.2 CAN 2.0 协议的分层结构
• 3.2.3 CAN 2.0 协议的基本概念
• 3.2.4 CAN 2.0 协议报文传输
• 3.3 CANopen 应用层协议介绍
• 3.3.1 CANopen 协议概述
• 3.3.2 CANopen 对象字典
• 3.3.3 CANopen 通讯对象
• 第四章 系统结构及硬件设计
• 4.1 系统结构
• 4.2 中央控制单元
• 4.2.1 简介
• 4.2.2 LPC2129 芯片介绍
• 4.2.3 微处理器单元电路
• 4.3 参数测量单元
• 4.3.1 简介
• 4.3.2 LPC2129 A/D 变换器
• 4.3.3 参数测量单元电路
• 4.4 串口通信单元
• 4.4.1 简介
• 4.4.2 LPC2129 串口UART0
• 4.4.3 串口通信单元电路
• 4.5 CAN 通信接口单元
• 4.5.1 简介
• 4.5.2 LPC2129 CAN 控制器
• 4.5.3 CAN 通信接口单元电路
• 4.6 开关量输入、输出单元
• 4.6.1 简介
• 4.6.2 开关量输入、输出单元电路
• 4.7 PCB 设计
• 4.7.1 简介
• 4.7.2 PCB 布局原则
• 4.7.3 PCB 布线原则
• 4.7.4 系统PCB 版图
• 第五章 系统软件设计
• 5.1 系统软件架构
• 5.2 嵌入式实时操作系统μCOS-II
• 5.2.1 嵌入式实时操作系统简介
• 5.2.2 μCOS-II 简介
• 5.2.3 μCOS-II 体系结构
• 5.2.4 μCOS-II 内核工作原理
• 5.3 驱动程序设计
• 5.3.1 简介
• 5.3.2 I/O 驱动程序
• 5.3.3 A/D 驱动程序
• 5.3.4 SPI 串口驱动程序
• 5.3.5 485 串口驱动程序
• 5.3.6 板级初始化程序
• 5.4 应用程序设计
• 5.4.1 简介
• 5.4.2 校表程序
• 5.4.3 发电机参数测量任务
• 5.4.4 开关量输入、输出任务
• 5.4.5 CANopen 通信任务
• 项目总结与工作展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢