專利名稱：一種總線式調距槳聯(lián)合控制器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及船舶控制領域，尤其涉及船舶可調螺距螺旋槳的控制技術，具體 地說是一種總線式調距槳聯(lián)合控制器。
背景技術：
可調螺距螺旋槳(也稱調距槳)通過電液控制系統(tǒng)無級調整螺旋槳槳葉的螺 距角，從而實現船舶動力傳動的"無級變速"，從而提高船舶的操控性能；通過 調節(jié)螺旋槳槳葉螺距角可以實現特定工況下航速、負載與發(fā)動機工況的最優(yōu)化匹 配，從而提高發(fā)動機燃油工作效率，降低能耗；在轉向、風浪等突發(fā)性負載增大 工況下，調距槳控制系統(tǒng)可以自動降低槳葉螺距角，從而降低主機負載，達到保 護主機和傳動軸的功能；是現代大型船舶動力傳動系統(tǒng)的重要發(fā)展方向。
現有的調距槳系統(tǒng)只滿足船舶螺距與轉速的控制需求，不具備調距槳狀態(tài)參 數、控制輸出、操作指令等信息記錄功能，而這些現場數據是船舶實現故障準確 分析、定位、排除、改正的前提條件與重要依據，是分析判斷船舶運行工況與系 統(tǒng)狀態(tài)的主要指標，是船舶安全保障系統(tǒng)迫切需求、亟待解決的重要系統(tǒng)功能
發(fā)明內容
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本發(fā)明要解決的是現有技術存在的上述問題，旨在提供一種改進型的總線式 調距槳聯(lián)合控制器。
解決上述問題采用的技術方案是 一種總線式調距槳聯(lián)合控制器，包括位于 船舶機艙的電控中心、集控室控制臺、駕控室控制臺、信號輸入輸出中心和液晶
顯示，其特征在于所述的電控中心采用FRAM與FLASH芯片聯(lián)合操作，每一 條保存信息先存入FRAM鐵電芯片，達到批量信息后，再一次性批量寫入FLASH 芯片，實時自動保存螺距角傳感器、轉速傳感器、主機負荷傳感器的輸入信息， 實時自動記錄發(fā)送到螺距角調節(jié)裝置、主機調速裝置、主機控制裝置的控制輸出 信息，并且實時記錄駕駛員在集控室或駕控室控制臺發(fā)送的操作指令信息；所有的保存信息通過總線發(fā)送到上位機，通過上位機軟件進行數據處理。
船舶動力系統(tǒng)由主機、傳動、螺旋槳、螺旋槳驅動和電液控制系統(tǒng)組成。其 中主機、傳動等部件與本發(fā)明的調距槳控制器完成信息交互，主機運行狀態(tài)(油 門、轉速等)可以由調距槳控制器根據不同模式進行設定或者監(jiān)控。
調距槳控制器的電控中心是系統(tǒng)核心部分，它負責與各個子系統(tǒng)協(xié)同工作， 也是實現信息存儲功能的核心部件。其將主機與信號中心發(fā)送的系統(tǒng)狀態(tài)參數如 螺距、轉速、主機負荷等信息發(fā)送到集控室與駕控室面板進行顯示，并實時記錄 當前系統(tǒng)輸入的狀態(tài)信息；其監(jiān)測駕控室與集控室駕駛員的操作指令，如航速指 令、駕集控制權切換指令、開關備用通道指令、正車倒車指令等，電控中心記錄 所有駕駛指令；電控中心接收駕駛指令，經控制算法運算后，將其轉化為控制輸 出指令，發(fā)送到信號中心以控制螺距與轉速，并記錄控制輸出信息。所以，電控 中心自動保存螺距、轉速、主機負荷等動力系統(tǒng)實時狀態(tài)信息，自動記錄發(fā)送到 螺距角調節(jié)裝置、主機調速裝置、主機控制裝置的實時控制輸出信息，并且實時 記錄駕駛員在集控室或駕控室控制臺發(fā)送的操作指令信息。
電控中心可以通過CAN總線與上位機進行通訊，電控中心核心處理器自帶 CAN控制器，而上位機需要以周立功USBCANII數據傳輸盒與下位機通訊，通 訊最高波特率可達1M bps，通訊協(xié)議為自主開發(fā)的MicroCAN協(xié)議，保障數據 傳輸成功。
上位機軟件可以曲線顯示采集的歷史數據，每個數據點可以顯示采樣時間與 數據值。
電控中心以高性能ARM7系列的PHILIPS 2200芯片為核心處理器，外擴一 塊FLASH芯片與一塊FRAM芯片作為存儲芯片。NOR FLASH芯片容量達 4MByte以上，壽命可以長達100,000次讀寫；FRAM芯片容量為2KByte，讀寫 無延時，可無限次讀寫，數據保存長達45年；FRAM具有讀寫速度快、數據保 存可靠等優(yōu)點，但存儲的數據量有限， 一般不超過16KByte，而FLASH具有存 儲數據量大等優(yōu)點，但擦寫次數有限，FLASH操作以片為單元進行讀寫，如果 每個字節(jié)存儲都進行FLASH操作，則需要頻繁進行片操作。本發(fā)明以FRAM作 為緩沖區(qū)，以一片FLASH空間容量為緩沖區(qū)大小，當數據存儲滿一片時，再批 量整片寫入FLASH,只需一次片操作，提高FLASH的使用壽命。FLASH—片 空間為528Byte，共8192片，加上FRAM緩沖池空間，共為4325904Byte，每條記錄信息長度為8Byte，可記錄540738條數據，以一秒鐘一條數據計算，可以 保存一周左右時間。
調距槳連續(xù)數據記錄儀以輸入指令信號作為判斷依據，根據前數次指令值與 本次指令的差異，自動判斷本次指令是否為指令事件。當調距槳記錄事件大于數 據存儲容量時，調距槳連續(xù)數據記錄儀以循環(huán)隊列結構自動丟棄最大數據存儲容 量前的紀錄數據，保存當前有效數據，并通過設置數據有效指針標記有效數據起 始點和終點,相應的PC軟件將存儲的有效記錄全部以數據和曲線形式進行顯示， 并標記相應的日歷時間信息，保障系統(tǒng)保存信息為最新一周記錄數據。
系統(tǒng)每條記錄信息都為8個字節(jié)，記錄信息格式為，前4個字節(jié)為時間信息， 后4個字節(jié)為信息數據內容。
電控中心具有RTC芯片，為系統(tǒng)提供指令記錄的精確時間(年/月/日/時/秒/ 分)，時間存儲格式為(年6bit、月4bit、日5bit、時5bit、分6bit、秒6bit)共 32bit， 4個Byte，最大可支持64年的時間跨度，時間精度精確到秒。系統(tǒng)時間 可在上位機進行顯示和設置。
數據內容信息記錄的4個字節(jié)的格式從高到低分配為，第一個字節(jié)為信息類 型，第二個字節(jié)為信息ID，后兩個字節(jié)為信息數值。記錄信息以信息類型、信 息ID分類，最多可記錄65536種信息，保存信息的精度為16位，所以記錄精度 可以達到1/65536。
本發(fā)明采用FRAM與FLASH芯片聯(lián)合操作，實現海量數據保存。而這些記 錄的現場數據是船舶實現故障準確分析、定位、排除、改正的前提條件與重要依 據，是分析判斷船舶運行工況與系統(tǒng)狀態(tài)的主要指標，海量信息存儲功能是船舶 安全保障系統(tǒng)迫切需求的重要系統(tǒng)功能。
圖1是本發(fā)明調距槳控制器的結構示意圖。
圖2是調距槳控制器模塊化設計框圖。
圖3是電控中心存儲功能硬件結構示意圖。
圖4是上位機軟件三角波歷史信號回放曲線。
圖5是記錄儀數據存儲循環(huán)隊列新舊數據更替示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本發(fā)明的實施例中，調距槳控制器直接控制船舶的動力系統(tǒng)， 其監(jiān)聽主機轉速、負荷等信息，并根據操作指令與系統(tǒng)狀態(tài)，通過復雜算法運算， 發(fā)送主機轉速指令到主機系統(tǒng)，主機通過傳動系統(tǒng)控制螺旋槳轉速，從而實現調 距槳控制器對螺旋槳轉速的控制；正常運行狀態(tài)下，控制器通過比例閥閉環(huán)控制 螺距角，在緊急情況下，可以通過備用通道的電磁閥開環(huán)調節(jié)螺旋槳螺距角?？?制器還接收集控臺與駕控臺駕駛員發(fā)送的操作指令信息，經控制算法分析后，轉 化為操作指令以控制轉速與螺距。所以，調距槳控制器需要監(jiān)聽轉速、負荷、螺 距等輸入信息，還要發(fā)送轉速、螺距的控制信息，并接收駕駛員操作指令，在本 實施例中，調距槳控制器將這些信息全部保存，以備分析。
調距槳控制器模塊化設計如圖2所示，電控系統(tǒng)由電控系統(tǒng)中心、集控室、 駕控室、液晶顯示、信號輸入輸出連接中心、PC軟件控制端等六個子系統(tǒng)組成， 電控中心是系統(tǒng)核心部分，它負責與各個子系統(tǒng)協(xié)同工作，是完成數據處理、信 號傳輸、輸出控制、信息存儲等功能的核心部件，是系統(tǒng)的中樞控制區(qū)。
電控中心存儲功能結構示意圖如圖3所示。電控中心以PHILIPS公司ARM7 系列2294芯片作為主控芯片，采用ATMEL公司的AT45DB321C芯片作為 FLASH存儲設備，具有4M Byte以上的存儲空間，以RAMTRON公司FM24CL16 芯片作為FRAM緩沖池，具有2KByte的數據存儲空間。并且電控中心以XICOR 公司的1228芯片作為RTC時鐘芯片，其由紐扣電池外部供電，保障時鐘正常運 行不掉電。電控中心以2294芯片自帶的CAN控制器芯片與上位機通訊，上位機 通過周立功USBCAN轉換盒與電控中心通訊。
上位機軟件接收數據后，可以以曲線顯示方式回放歷史數據，如圖4所示， 軟件具有縮放功能，并能顯示每一點記錄時間與記錄的數據。，時間存儲格式為 (年6bit、月4bit、日5bit、時5bit、分6bit、秒6bit)共32bit， 4個Byte;數據 格式為第一個字節(jié)為信息類型，第二個字節(jié)為信息ID，后兩個字節(jié)為信息數值。
圖5中，電控中心存儲模塊總是以最新數據替換最老數據。將FLASH分為 8192個扇區(qū)，開始時，頭指針與尾指針都指向0地址，當緩沖區(qū)滿時，頭指針 指向0地址，而尾指針指向8191地址，當FRAM緩沖池再次滿時，向FLASH 再寫入數據，需要通過同一方向順序移動數據存儲的頭指針與尾指針，保障最新 數據替換掉老數據。應該理解到的是上述實施例只是對本發(fā)明的說明，而不是對本發(fā)明的限制， 任何不超出本發(fā)明實質精神范圍內的發(fā)明創(chuàng)造，均落入本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1、一種總線式調距槳聯(lián)合控制器，包括位于船舶機艙的電控中心、集控室控制臺、駕控室控制臺、信號輸入輸出中心和液晶顯示，其特征在于所述的電控中心采用FRAM與FLASH芯片聯(lián)合操作，每一條保存信息先存入FRAM鐵電芯片，達到批量信息后，再一次性批量寫入FLASH芯片，實時自動保存螺距角傳感器、轉速傳感器、主機負荷傳感器的輸入信息，實時自動記錄發(fā)送到螺距角調節(jié)裝置、主機調速裝置、主機控制裝置的控制輸出信息，并且實時記錄駕駛員在集控室或駕控室控制臺發(fā)送的操作指令信息；所有的保存信息通過總線發(fā)送到上位機，通過上位機軟件進行數據處理。
2、 根據權利要求1所述的總線式調距槳聯(lián)合控制器，其特征在于保存有效信 息達到或超出54萬條， 一般可保存船舶控制一個星期以上的信息量，實現海 量數據保存功能。
3、 根據權利要求1所述的總線式調距槳聯(lián)合控制器，其特征在于保存的數據 通過CAN總線傳輸到上位機軟件，上位機軟件接收數據后，以曲線形式顯示 歷史記錄信息，并具有曲線縮放與查詢功能。
4、 根據權利要求2所述的總線式調距槳聯(lián)合控制器，其特征在于系統(tǒng)總是保 存最新信息數據，當系統(tǒng)達到最大記錄量之后，總是以最新的數據信息替換 最老的數據信息，保障系統(tǒng)記錄信息總為最近一個星期的數據。
5、 根據權利要求2所述的總線式調距槳聯(lián)合控制器，其特征在于每條記錄信 息都為8個字節(jié)，記錄信息格式為，前4個字節(jié)為時間信息，后4個字節(jié)為 信息數據內容。
6、 根據權利要求5所述的總線式調距槳聯(lián)合控制器，其特征在于時間信息記 錄的4個字節(jié)32位的格式從高到低分配為，6位為年信息，4位為月信息，5 位為日信息，5位為時信息，6位為分信息，6位為秒信息，時間信息可以精確到秒，記錄最長時間跨度為64年。
7、 根據權利要求5所述的總線式調距槳聯(lián)合控制器，其特征在于數據內容記錄的4個字節(jié)的格式從高到低分配為，第一個字節(jié)為信息類型，第二個字節(jié) 為信息ID，后兩個字節(jié)為信息數值；記錄信息以信息類型、信息ID分類， 最多可記錄65536種信息，保存信息的精度為16位，可以達到1/65536。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種總線式調距槳聯(lián)合控制器，包括電控中心、集控室控制臺、駕控室控制臺、信號輸入輸出中心和液晶顯示，其特征在于所述的電控中心采用FRAM與FLASH芯片聯(lián)合操作，每一條保存信息先存入FRAM鐵電芯片，達到批量信息后，再一次性批量寫入FLASH芯片。本發(fā)明具有自動保存螺距、轉速、主機負荷等動力系統(tǒng)實時狀態(tài)信息，自動記錄發(fā)送到螺距角調節(jié)裝置、主機調速裝置、主機控制裝置的實時控制輸出信息，并且實時記錄駕駛員在集控室或駕控室控制臺發(fā)送的操作指令信息功能，并且保存有效信息可以達到54萬多條，實現海量數據保存。而這些記錄的現場數據是船舶實現故障準確分析、定位、排除、改正的前提條件與重要依據。
文檔編號G05B19/418GK101620440SQ200910098418
公開日2010年1月6日 申請日期2009年5月7日 優(yōu)先權日2009年5月7日
發(fā)明者葉樹明, 湯亞偉, 凱 蔣 申請人:浙江大學