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1、能源与动力工程学院能源与动力工程学院 喻方平喻方平 Yu_Yu_轮机系统微机测控技术轮机系统微机测控技术Application of MicrocomputerApplication of Microcomputerin Marine in Marine EngineeringEngineering system system （一）第一讲第一讲 概论概论1. 1.概述概述2 2. .计算机测控系统结构及特点计算机测控系统结构及特点3. 3.计算机控制系统的分类计算机控制系统的分类4. 4.计算机控制系统的设计过程计算机控制系统的设计过程典型微机应用船舶系统中微型计算机管理技术包括广泛的内容
2、微型计算机用于船舶控制系统，按其控制功能可以分为 集中监视报警系统； 主机遥控系统； 主机工况监测系统； 电站自动化系统，锅炉，辅机控制系统； 甲板机械控制系统，物贷装卸控制系统； 自动导航及舵机控制系统； 故障诊断及专家系统，等等。集中监控机舱集中监测报警系统是船舶自动化系统中应用 微机技术最早，也是最成熟的部分。国产JK88J系 列微机监控装置，可对机舱主，辅机系统的运行参数 和状态进行监测。任何参数超过设定值或出现异常状 况，将发出声光报警。报警值的上、下限，延时时间 ，组合报警等参数可由用户在现场设定或修改。设定 值保存在EEPROM中，因而不受停电的影响。系统可 在机舱集控室，驾驶室
3、或轮机员舱室等不同部位设置 显示终端。该系统采集的数据可打印，储存或与船舶 管理中心(SCC)连网，实现数据共享，全船实时状态 参数监视，重要参数实时曲线记录和趋势分析，或供 专家系统进行性能和故障分析。微机控制微处理器，应用微处理器技术的可编程控制器以及微型 计算机组成的控制系统，在性能、价格、可靠性诸方面 与常规电子系统相比，都有着明显的优越性。其取代常 规电子系统是必然的。事实上以微机系统取代传统的电 子、气动，液压或其它方式组成的控制系统，是微机在 船舶自动化系统中应用最早相最直接的型式。西门子 DIFA系列微机主机遥控系统，挪威的Autochief4微机主 机遥控系统都是成功的实例。
4、利用单片机，小型可编程 序控制器对各种泵、锅炉分油机及起货机的控制等在国 内已十分广泛。自动操舵微机自动控制操舵(Automadc Helmsman)系统，将 船舶情况、海况、天气等信息输入微机，由微机 计算决定为保持选定航向的最佳舵角；微机自动 雷达测绘器(Automatic RadarPlatter)，由微机计算 获得最合适的避碰航向和航速；全球卫星定位导 航系统(GPS)能将船位的经纬度绝对值实时输入自 动舵，使船舶在公海航行时，元人参与即可完全 不偏离设计航线自动航行，包括自动在预定点转 向出新航线。 综合应用微型计算机技术应用于过程控制，以改善系统的性能或使效率 最佳，是船舶技术的重
5、要研究课题之一。如日本船舶研究会社 (The Japanese Ship Research Instttute)研究的一种高效燃油喷油系 统(An Efficient Fuel system)，由微机控制主机燃油燃烧系统，可 提高燃烧效率，亦有助于减少由于不完全燃烧所带来的问题。采用微型计算机的推进控制系统，微机能够考虑油耗、转速 、螺距、推力等多方面的因素，使运行效率保持最佳。系统还 可监视主机和螺旋浆性能，也能用来指示由于脏污而引起的螺 旋浆效率下降。应用微机技术的性能监测(Performance Monitoring)和故障诊断 (Pault Diagnosis)系统以及以提高营运效率或
6、节能效果为目的而 建立在模型基础上的控制系统，连同所必须的数据库(Date Base) 是船舶微机系统较为复杂且具竞争力的部分。 航行决策电站系统及其它系统的诊断，分析技术也都取得重大成果。利用微型计算机完成性能的监测，故障诊断与分析，对于提 高船朗安全性和效率都具有重要意义。综合的诊断分析系统， 可根据所需的数据，如船舶航行区域的水深、风向风速、船舶 吃水、装载情况、燃油和压载舱等，监测船体及机器的性能， 进行故障诊断与趋势分析以及对控制操作进行整定或调整，使 船舶运行于最佳状态。当然，由于涉及大量的数据及传感器和 复杂的软件系统，自然导致价格和可靠性的问题。目前通常的 做法是采用部分人工输
7、入资料以减少传感器的数量。随着技术 的进一步成熟和微机及系统的进一步普及，价格的下降，这种 综合分析系统更显其巨大的优越性。微机监控系统结构原理微机监控系统结构原理1 1检测检测控制控制运行人员人机接口 外部设备系统软件支持软件应用软件主机电源人机接口过程数据输出过程数据输入视频处理执行机构 测量变送 图像检测生 产 过 程监测控制计算机监测控制计算机监视通信通信计算机控制系统组成硬件组成 主机 输入输出设备 人机接口设备 通信设备 软件组成 系统软件 应用软件 管理软件单片机基本结构单片机基本结构 基 本 功 能 单 元外外 围围 扩扩 展展 单单 元元CPUCPU外围单元外围单元程序存储器
8、程序存储器 ROMROM数据存储器数据存储器 RAMRAM输入输出口输入输出口I/0I/0操作管理操作管理 寄存器寄存器SFRSFR总线控制逻辑总线控制逻辑CPUCPU时钟时钟基本功能单元基本功能单元P0 P1 P2 P3P0 P1 P2 P3XTAL1XTAL1XTAL2XTAL2RST ALE EA PSENRST ALE EA PSEN单片机单片机MCUMCU（Micro Controller UnitMicro Controller Unit）是单芯片形态、嵌入式应用、面对测控对）是单芯片形态、嵌入式应用、面对测控对 象的计算机系统。单片机典型的组成：象的计算机系统。单片机典型的组成：
9、CPU CPU系统系统CPU CPU外围单元：外围单元： CPUCPU系统与系统与CPUCPU外围单元构成计算机外围单元构成计算机最小系统最小系统；基本扩展单元：基本扩展单元：单片机最小系统和基本功能单元组成了单片机的单片机最小系统和基本功能单元组成了单片机的基础部分基础部分（ 基本结构）；基本结构）；外围扩展单元外围扩展单元单片机的基本结构的基础上，扩展不同的外围功能电路，形成单片机的基本结构的基础上，扩展不同的外围功能电路，形成 兼容体系下的衍生兼容体系下的衍生系列产品系列产品。80C51系列的内部资源扩展 单片机应用单片机应用智能仪表智能仪表(Intelligent Instrument
10、)(Intelligent Instrument)即所谓微机化仪器。用单片机改造原有的测量、即所谓微机化仪器。用单片机改造原有的测量、控制仪表，使其向数字化、智能化、多功能化、综合化、柔性化发展控制仪表，使其向数字化、智能化、多功能化、综合化、柔性化发展 ，同时，测，同时，测量仪表中的误差修正，线性化处理等问题也可迎刃而解。量仪表中的误差修正，线性化处理等问题也可迎刃而解。 智能接口：智能接口： 单片机作为智能接口完成对局部区域设备状态的监测，参数采取和单片机作为智能接口完成对局部区域设备状态的监测，参数采取和数据处理，并以通信的方式和上位微机交换信息。这样既减轻了主机的负担，还数据处理，并以
11、通信的方式和上位微机交换信息。这样既减轻了主机的负担，还大大减少了信号电缆。同时，单片机还可作为独立的监测仪，对局部状态进行监大大减少了信号电缆。同时，单片机还可作为独立的监测仪，对局部状态进行监测和报警，提高了可靠性。测和报警，提高了可靠性。单片机测控装置单片机测控装置：特别是在微机网络中，由单片机构成各种测控子站，使用单片：特别是在微机网络中，由单片机构成各种测控子站，使用单片机装置有以下优点：机装置有以下优点：1 1单片机适应于现场环境，可靠性高。可将其它装在机舱等条件恶劣场合。单片机适应于现场环境，可靠性高。可将其它装在机舱等条件恶劣场合。2 2单片机体积小，给现场安装带来极大方便，甚
12、至可作成单片机体积小，给现场安装带来极大方便，甚至可作成“ “智能零件智能零件” ”，安装在，安装在设备上。设备上。3 3单片机价格便宜，可以有更大的余地将功能分散单片机价格便宜，可以有更大的余地将功能分散( (即故障亦分散即故障亦分散) )，采用冗余，采用冗余措施而不至于太多增加费用。措施而不至于太多增加费用。举例可编程序控制器可编程序控制器可编程序控制器可编程序控制器(Programmable (Programmable controlercontroler) )起源于起源于6060年代末由美国数字设备公司年代末由美国数字设备公司 ( (DEcDEc) )首次推出，并由美国通用汽车公司首次
13、推出，并由美国通用汽车公司(GM)(GM)首次采用的可编程序逻辑控制器首次采用的可编程序逻辑控制器 (Programmable (Programmable LgicaLLgicaL ControlerControler PLC) PLC)。随着微处理器和大规模集成电路。随着微处理器和大规模集成电路( (LIcLIc) ) 技术的发展和应用，技术的发展和应用，PcPc机已发展到成熟井逐渐完善的阶段。使用微型计算机技术机已发展到成熟井逐渐完善的阶段。使用微型计算机技术 的的PcPc机具有结构紧凑，安装简单，使用方便和抗干扰能力强等特点，将成为船舶机具有结构紧凑，安装简单，使用方便和抗干扰能力强等特
14、点，将成为船舶自动化理想的部件之一。自动化理想的部件之一。I IOOP P过过 程程例：例：IOPIOP读取输入信号过程读取输入信号过程(1)IOP(1)IOP读指定输入模块的采集信号，并把它们读指定输入模块的采集信号，并把它们( (每个模块每个模块1616点输人点输人) )置入寄存器表置入寄存器表 。输入信号如果是二。输入信号如果是二 十进制，则要把它转换成二进制代码后再置人寄存器表。十进制，则要把它转换成二进制代码后再置人寄存器表。(2)IOP(2)IOP第二次读同一指定额人模块的采集信号，并和第一次读取的倍号进行比第二次读同一指定额人模块的采集信号，并和第一次读取的倍号进行比 较。如果比
15、较两次选取的结果相同，较。如果比较两次选取的结果相同，IOPIOP将该模块的将该模块的1616点信号存人静态点信号存人静态RAMRAM相应相应 的单元中。的单元中。(3)(3)如果比较两次读取的结果不一致，则再次读取该模块的如果比较两次读取的结果不一致，则再次读取该模块的1616个输人信号，并和个输人信号，并和 原来获得的状态时行比较。这个过程一直继续到两个依次相邻采集的状态相同时原来获得的状态时行比较。这个过程一直继续到两个依次相邻采集的状态相同时 ，或作完五次比较后为止。，或作完五次比较后为止。(4)(4)如果经过六次采集、五次比较后，两个连续的采集状态仍不相同，则如果经过六次采集、五次比
16、较后，两个连续的采集状态仍不相同，则IOPIOP视视 那个输人模块的全部输人为那个输人模块的全部输人为oFFoFF状态，置人相应的静态状态，置人相应的静态RAMRAM单元中。并产生一个单元中。并产生一个 错误信息代码送给错误信息代码送给CPUCPU。PLCPLC特点特点1 1可靠性高，抗干扰性强可靠性高，抗干扰性强(1) (1)工作温度工作温度o o一一5555，最高为，最高为6060；(2)(2)存放温度一存放温度一2020一一8585；(3)(3)相对温度相对温度5 5一一9595不结露；不结露；(4)(4)振动和冲击满足国际电工委员会标准。振动和冲击满足国际电工委员会标准。 2 2 构成简单，使用方便构成简单，使用方便采用模块化结构，用户只要根据被控系统筋采用模块化结构，用户只要根据被控系统筋 入输出信号的性质及点数多少选置相应的入输出信号的性质及点数多少选置相应的 模块，便可象塔积木
