【正文】 在建造檢驗后，應特別注意重要功能報警值的修改是否合理。 ：聲光報警、參數(shù)與狀態(tài)顯示、打印記錄、報警延時、報警閉鎖、延伸報警 、等。一般將報警信息分為四組：主機故障自動停車報警、主機故障自動降速報警、重要故障報警和一般故障報警。圖 為一體化工控機。在集控室還配置了打印機和報警燈板，是系統(tǒng)中的記錄打印單元和簡易報警單元。當系統(tǒng)主電源供電出現(xiàn)故障時，該系統(tǒng)應自動轉接到計算機系統(tǒng)的備用電源，該備用電源的容量應至少保證不中斷持續(xù)供電 30min。 振動：頻率在 ～ ，位移幅值為土 ，頻率在 ～ 80Hz 時，加速度幅值在士 。 ：聲光報警、參數(shù)與狀態(tài)顯示、打印記錄、報警延時、報警閉鎖、延伸報警、失職報警、值班呼叫、測試功能、備用電源的自動投入等。 東南大學碩士學位論文 14 第三章 監(jiān)控報警系統(tǒng) 的 分析與實現(xiàn) 船舶監(jiān)測報警系統(tǒng)因船舶的不同系統(tǒng)組成有所差異，機艙監(jiān)測設備越多，系統(tǒng)越復雜。軟件冗余是指在軟件設計時，為了解決軟件錯誤，崩潰等可能，通過一些冗余的代碼和技術來達到這個目的。而雙 CAN 冗余技術為這種情況起到了一個以防萬一的作用。 根據(jù) OSI/ISO 的網(wǎng)絡模型， CAN 總線技術規(guī)范只詳細定義了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的內(nèi)容，而關于應用層的協(xié)議則需要用戶自己定義。 東南大學碩士學位論文 12 信息傳遞機制 監(jiān)控報警系統(tǒng) 所采用的信息傳遞機制是基于 CAN 總線的信息傳遞，而 通過前面的描述可以知道 CAN 總線是以半雙工的方式工作 ，分時進行收發(fā)數(shù)據(jù)。錯誤標志通常有主動和第二章 通信方式及相關技術原理分析 11 被動兩種形式，主動錯誤標志包含 6個連續(xù)的顯性位，被動錯誤標志在最初包含 6個連續(xù)的隱性位，但它可能被其它節(jié)點的顯性位所覆蓋。圖 為數(shù)據(jù)幀的幀格式。當總線同時出現(xiàn)發(fā)送顯性位和隱性位時，總線上的數(shù)值顯示顯性。 ：報文的標識符定義了一個靜態(tài)的報文優(yōu)先權，每一個報文都有一個唯一的 11位或 29 位的標識符，標識符越小的報文具有越高的優(yōu)先權。報文中包含了將要發(fā)送的數(shù)據(jù)信息和一些頭尾和校驗信息等。 ，當多個節(jié)點向總線發(fā)送信息時，優(yōu)先級低的會主動等待，讓優(yōu)先級高的節(jié)點先和總線傳輸， 從而節(jié)省了沖突的時間，在網(wǎng)絡負載很嚴重的時候不會造成網(wǎng)絡癱瘓。 本文系統(tǒng) 選取方案三的設計方式進行機艙監(jiān)測報警系統(tǒng)的設計，采用 CAN 總線進行組網(wǎng)通信，保證通信的實時性和可靠性。 監(jiān)控報警系統(tǒng) 組網(wǎng)方案選擇 通過比較 市場上 現(xiàn)有監(jiān)測報警系統(tǒng)，可以發(fā)現(xiàn)監(jiān)測報警系統(tǒng)主要通過三種方式進行組網(wǎng)： 485 總線、現(xiàn)場總線（以 CAN 總線為主）、工業(yè)以太網(wǎng)?；ビ眯灾?的是不同廠商間的設備可以實現(xiàn)替換使用。對于現(xiàn)場總線的技術發(fā)展和制定標準，基金委員會取得以下共識：共同制定遵循IEC/ISA SP50 協(xié)議標準；商定現(xiàn)場總線 技術發(fā)展階段時間表。 80 年代中期，美國 Rosemount 公司開發(fā)了一種可尋址的遠程傳感器 (HART)通信協(xié)議。 監(jiān)控報警系統(tǒng) 的 信號采集模塊將采集 的模擬 信號經(jīng)過處理后通過 CAN 總線送往計算機，計算機擔任中心處理器的角色，完成總線數(shù)據(jù) 的獲取和處理。表 是對 DCS 和 FCS的比較 表 DCS 與 FCS 比較 系統(tǒng)名稱 DCS FCS 信號和傳輸方式 ，實時性好 通信協(xié)議 封閉的通信協(xié)議，不同廠商的產(chǎn)品無法互聯(lián) 標準的通信協(xié)議，測控設備和控制系統(tǒng)互聯(lián)，不同產(chǎn)品間 的互操作快捷方便 系統(tǒng)結構 多級分層網(wǎng)絡結構，點對點的接線方式，計算機，控制站，測控設備 3 層結構 使用現(xiàn)場總線連接多臺測控設備，簡化為計算機和測控設備 2 層結構 盡管 DCS系統(tǒng)以其成熟的技術和應用仍然占據(jù)一部分市場，但 FCS取代其的趨勢不可逆轉，本論文正是基于 FCS 系統(tǒng)的開發(fā)和研究所展開。 DCS 和 FCS DCS(Disttributed Control System)是分布式 控制系統(tǒng)的縮寫，在國內(nèi)普遍稱為集散型控制系統(tǒng)。中國業(yè)務依托于上海公司全權代理，并在泰州設有獨資企業(yè)專門生產(chǎn)配電板，自動化和導航系統(tǒng)。它是因為計算機技術、通信技術和控制技術的發(fā)展而發(fā)展起來的。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 發(fā)展歷史 船舶監(jiān)控報警系統(tǒng)是隨著電子信息技術和工業(yè)控制理論的發(fā)展而發(fā)展起來的。 一套船舶監(jiān)測報警系統(tǒng)的售價在十幾萬～二十幾萬 (200 個監(jiān)測點 )，監(jiān)測點多的產(chǎn)品超過三十萬元，而高端產(chǎn)品的售價可以達到幾十萬至上百萬。s economic and technology development, China39。它采用雙 CAN 冗余熱備份技術，有效的保證了系統(tǒng)的可靠性和數(shù)據(jù)的安全性。 研究生簽名： 日 期： 東 南 大 學 學 位 論 文 使 用 授 權 聲 明 東南大學、中國科學技術信息研究所、國家圖書館有權保留本人所送交學位論文的復印件和電子文檔， 可以采用影印、縮印或其他復制手段保存論文。本人電子文檔的內(nèi)容和紙質論文的內(nèi)容相一致。 具體的， 本文 針對 監(jiān)控 報警 系統(tǒng) 的開發(fā)做了如下工作： 一． 通過 研究 FCS 和 DCS 系統(tǒng)的 特點和優(yōu)劣勢 ， 設計 了監(jiān)控報警 系統(tǒng)所使用的主架構，具體探討了現(xiàn)場總線技術的性能指標和特點，采用了 CAN 總線作為系統(tǒng)的通信總線，通過對系統(tǒng)通信機制的研究，提出了雙 CAN 冗余熱備份技 術，作為系統(tǒng)安全性和可靠性的保障。s 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 focus areas by the 12th FiveYear 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 precisely been research and development. This paper designed and implemented the Vessel39。目前，新造船只基本都需要配備船舶監(jiān)測報警系統(tǒng)，舊船改造時也往 往增加船舶監(jiān)測報警系統(tǒng)，因此市場對船舶監(jiān)測報警系統(tǒng)的需求較大。在 20 世紀 60 年代以前，工業(yè)控制還以經(jīng)典控制理論為基礎 [4]，在船舶中沒有集中的 監(jiān)控報警系統(tǒng) ，只有單項調(diào)節(jié)控制裝置在機艙中得以應用 [5]，使用的監(jiān)測工具也以常規(guī)儀表盤為主?，F(xiàn)場總線分布式系統(tǒng)最初是由加拿大海軍研發(fā)，并于 1988 年首次將其應用于巡邏護衛(wèi)艦上 [12]。 2020 年度銷售收入約合人民幣 億元。它的出現(xiàn)得益于計算機技術、控制技術和網(wǎng)絡技術的高速發(fā)展和結合，從而成為目前最先進的過程控制系統(tǒng)，整個系統(tǒng)具有很高的可靠性。 章節(jié)安排 本論文的內(nèi)容 做 如下編排 ： 第一章主要介紹了研究目的，國內(nèi)外研究進展，主要廠商及產(chǎn)品和發(fā)展歷史，以及內(nèi)容安排。 船舶中需要 監(jiān)測的 所有 信息和參數(shù)的報警閾值都存儲在 本地 數(shù)據(jù)庫中，當某個監(jiān)測點的監(jiān)測數(shù)據(jù)超出報警閾值時，計算機進行報警顯示，并將報警信息發(fā)送到船內(nèi)各區(qū)域的復視器和相應報警燈。采用在 4～ 20mA模擬量疊加了一種頻率信號，用雙絞線實現(xiàn)數(shù)字信號傳輸。 國際電工委員會于 1984 年就開始著手制定現(xiàn)場總線的標準，但由于各國的意見非常不一致，導致進展非常緩慢，先后經(jīng)過 9 次投票表決，終于在 1999 年底通過了 IEC61158 國際標準。 。下表 為三種通信方式的比較 [21]。通過分布式信號處理模塊完成信號采集和報警輸出的功能，利用工控機進行監(jiān)測點參數(shù)顯示和報警信息的顯示，并且通過 延伸報警板 （通過 CAN總線）將報警信息延伸到輪機員值班室等區(qū)域 。 ，就能實現(xiàn)點對點、一對多以及廣播等數(shù)據(jù)傳輸方式，接收站只需通過報文中的數(shù)據(jù)信息來決定是否接收。報文的長短不一，但要受到幀結構的限制。因此，一個擁有全 0 標識符的報文具有最高的優(yōu)先權。 四種數(shù)據(jù)幀及幀結構 監(jiān)控報警系統(tǒng) 的數(shù)據(jù)傳輸是基于 CAN 總線的 報文 傳輸 ， 而 CAN 總線上的報文傳輸使用四種不同的幀來表示和控制，分別為數(shù)據(jù)幀、遠程幀 、出錯幀和過載幀。 東南大學碩士學位論文 10 圖 數(shù)據(jù)幀結構 ：一個節(jié)點作為數(shù)據(jù)的接收者，通過發(fā)送遠程幀來開啟某個節(jié) 點的數(shù)據(jù)傳輸。錯誤界定符包含了 8 個隱性位，在發(fā)送了錯誤標志以后，每個節(jié)點就開始發(fā)送隱性位和一直監(jiān)視總線，直到發(fā)現(xiàn)隱性位后，節(jié)點就會把剩余的 7 個隱性位再一起發(fā)送。 CAN 總線 以廣播的方式，一個節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)，多個節(jié)點接受數(shù)據(jù)。公司項目作為一個工程項目，由于時間和經(jīng)費有限，沒有自己開發(fā)新的協(xié)議，轉而使用現(xiàn)有的 CAN 總線應用層協(xié)議。 冗余的資源一般包括信息冗余、硬件冗余、時間冗余和軟件冗余等 [27]。比如說 Windows中的系統(tǒng)自動恢復等。本系統(tǒng)以一艘 2500 噸的載機漁政船為監(jiān)測對象進行機艙監(jiān)測報警系統(tǒng)的設計，該船監(jiān)測點數(shù)量較少，系統(tǒng)結構較大型船舶簡單，但包含了 監(jiān)測報警系統(tǒng)必備的各項關鍵組成。 ：一類是開關量，另一類是模擬量。 ：如報警己經(jīng)應答，而且在第一次故障消除前又發(fā)生了第二次故障，此時應再次發(fā)出視覺和聽覺報警信號。 、振動、濕熱、防鹽霧、耐壓、防靜電、浪涌等電氣指標進行認證。 在駕控室配置一臺監(jiān)測計算機供駕駛者查詢機艙設備狀態(tài)和報警故障信息，駕控室的報警燈板作重要故障的報警指示用。 圖 一體化工控機 模塊 功能 位置區(qū)域 處理單元 顯示和報警處理 集控室、駕控室 報警記錄單元 報警和事件打印 集控室 人機接口單元 參數(shù)輸入和更改 集控室， 駕控室 信號采集單元 傳感器信號采集 機艙 網(wǎng)絡通信單元 通信中繼和接口轉換 機艙，集控室 延伸報警顯示單元 報警信息遠端顯示 駕控室，公共場所、輪機長， 值班輪機員房間等 電源保障單元 保證供電的可靠性 集控室 簡易報警單元 主要參數(shù)快速報警 集控室，駕控室 東南大學碩士學位論文 18 信號采集單元主要的功能是對機艙內(nèi)所有的傳感器信號進行采集，并將采集信號傳送到處理單元。 電源保障單元的主要功能是實現(xiàn)船舶主電源失電時機艙監(jiān)測報警系統(tǒng)的不間斷工作和保證設備在電源切換時不受損害，主要包括 UPS 和無擾動電源切換模塊。 ：一類是開關量，另一類是模擬量。 ：在報警觸發(fā)時應在 2s 時間內(nèi)顯 示出報警通道 。 ：監(jiān)視和報警值的修改，僅限于指定人員借助鑰匙等工具，或使用專用代碼等方法才能進行。 軟件需求 ，一旦運行設備發(fā)生故障，自動發(fā)出聲、光報警信號。機艙的所有故障報警信號通過分組后傳送到駕駛室臺、公共場所、輪機長及值班輪機員住所的延伸報警板。一般由計算機作為處理單元，考慮到船舶設備對監(jiān)測計算機的特殊要求，如抗振、防潮、防鹽霧等，采用已通過 CCS 認證的一體化工控機，保證船 舶應用中的可靠性。集控室配備兩臺監(jiān)測計算機，工作時分別擔任參數(shù)顯示和報警的任務，同時兩臺機算機進行冗余備份，提高可靠性。 ：監(jiān)視和報警系統(tǒng)用計算機系統(tǒng)應由獨立的饋 電線供電。 濕度：當溫度小于或等于 40℃ 時，相對濕度為 95%～ 100%，當溫度大于 40℃ 時，相對濕度為 70%。對于無人值守機艙，監(jiān)測報警系統(tǒng)還能把報警信號延伸到駕駛臺、公共場所、輪機長房間和值班輪機員的住所。 下一章將描述整個系統(tǒng)的軟硬件架構和具體實現(xiàn)。比如說網(wǎng)絡上的斷線重連等技術。 雙 CAN 冗余熱備份技術 船舶在海上運行時的情況復雜，因此監(jiān)控報警系統(tǒng)需要很高的可靠性，而 冗余技術正是一種用來提高系統(tǒng)可靠性的技術，特別是對于在海上長時間運行的船只，在運行的過程中如果發(fā)生 CAN 物理的斷裂的話，整個系統(tǒng)就報廢了。報文傳輸依賴其優(yōu)先級，使得每個節(jié)點都是有均等的機會取得總線的控制發(fā)送權，避免了因為沖突而造成的信息破壞。 圖 過載幀的結構 監(jiān)控報警系統(tǒng)正是通過這四種不同類型的幀進行數(shù)據(jù)的發(fā)送，接收，仲裁和出錯重發(fā)等工作，保證了系統(tǒng)通信的安全性和可靠性。第一個場是由不同節(jié)點的錯誤標志 (ERROR FLAG)的疊加而成，第二個場是錯誤界定符 (ERROR DELIMITER)。其中，數(shù)據(jù)場的長度是可以為 0 的。 表 CAN 總線中位速率與最大距離之間的關系 位速率 /kbps 1000 500 250 125 100 50 20 10 5 最大距離 /m 40 130 270 530 620 1300 3300 6700 10000 ： CAN 總線上使用顯性和隱性來表示 0 和 1。 CAN技術規(guī)范版本 中定義的 CAN 報文格式，能提供 11 位地址；而 和擴展的兩種報文格式，提供 29 位地址。下面是CA