現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在裝備監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘 要：討論了目前我軍主要裝備監(jiān)控系統(tǒng)中存在的問(wèn)題，分析了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)及其在裝備監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用，并以電站實(shí)例闡述了其監(jiān)控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu).

關(guān)鍵詞：軍事裝備;監(jiān)控;總線技術(shù)

　　裝備作為軍隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力的重要體現(xiàn)和物質(zhì)載體，廣泛應(yīng)用于作戰(zhàn)行動(dòng)和其他相關(guān)軍事活動(dòng)中，數(shù)量多，型號(hào)繁雜。正是由于裝備自身的這一特性決定了裝備保障中的安全工作，尤其是監(jiān)控系統(tǒng)正常有效運(yùn)行的重要性。可以說(shuō)，近年來(lái)的多次事故，包括前段時(shí)間的“吉化事件”等，都給我們的裝備工作敲響了安全隱患的警鐘。因此，我軍裝備系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，安全監(jiān)控體系是頭等大事。

1、裝備監(jiān)控系統(tǒng)概述

　　裝備監(jiān)控系統(tǒng)是對(duì)裝備運(yùn)行機(jī)械進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制設(shè)備的總稱，包括主機(jī)監(jiān)控、輔機(jī)監(jiān)控、電站監(jiān)控等特殊設(shè)備的監(jiān)測(cè)與控制。

　　以微計(jì)算機(jī)（含單片機(jī)）為核心的監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)，起步是在70年代，經(jīng)過(guò)20年的發(fā)展，技術(shù)上已比較成熟，應(yīng)用范圍也非常廣泛。它有許多優(yōu)點(diǎn)，如集成度大大提高，功耗低，智能化、自動(dòng)化程度高。但也有其缺點(diǎn):品種多，標(biāo)準(zhǔn)化程度低，如陸軍主戰(zhàn)裝備用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)就有幾十種不同型號(hào)的裝備，互換性差。再加之設(shè)計(jì)、制造、管理使用等種種原因，造成這類系統(tǒng)可靠性、維修性方面還存在一些問(wèn)題。

　　90年代國(guó)際上裝備監(jiān)控系統(tǒng)迅速發(fā)展了一種以現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)為核心的全數(shù)字全網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控系統(tǒng)，該技術(shù)是一種高可靠的通用工業(yè)監(jiān)控技術(shù)，它是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與嵌入式電子技術(shù)的有效結(jié)合，具有過(guò)去系統(tǒng)無(wú)法相比的優(yōu)越性，既簡(jiǎn)單、可靠，功能又十分強(qiáng)大，是今后相當(dāng)一段時(shí)期工業(yè)監(jiān)控領(lǐng)域的主要發(fā)展潮流。

2、基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的全數(shù)字全網(wǎng)絡(luò)化裝備監(jiān)控系統(tǒng)

　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用范圍的日益拓展，以及分布式控制產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化的要求和趨勢(shì)，使近幾年現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)得以迅速發(fā)展，它較完整地實(shí)現(xiàn)了控制技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)的集成，其特點(diǎn)是可靠性高，性能穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)，維護(hù)及系統(tǒng)擴(kuò)充成本低。用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)組成的系統(tǒng)性能價(jià)格比高，已在歐美各國(guó)得到了較廣泛的應(yīng)用。幾種主流現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)如PROFIBUS，F(xiàn)F，CAN等已成為一些國(guó)家或洲際標(biāo)準(zhǔn)，世界上許多主要的PLC及智能儀表制造商，都推出了支持某種主流現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。

　　現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)核心的技術(shù)有兩點(diǎn):

　　（1）一個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)中，系統(tǒng)與系統(tǒng)、部件與部件之間只有4條線聯(lián)接，其中2條作供電電源，2條用于傳遞信息，信息傳遞采用串行編碼方式。

　　（2）整個(gè)系統(tǒng)中信息全部為數(shù)字量。

　　由于上述2種核心技術(shù)，以及現(xiàn)代完善的集成電路制造工藝，使得系統(tǒng)具有極高的可靠性和非常簡(jiǎn)單的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

　　現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的應(yīng)用系統(tǒng)中，從控制站到對(duì)象，無(wú)論有多少信息，無(wú)論多么復(fù)雜，無(wú)論是單一對(duì)象（如只控制一臺(tái)電機(jī)）或是多個(gè)對(duì)象（如電站4臺(tái)發(fā)電機(jī)組的監(jiān)測(cè)與控制），控制站與被監(jiān)控對(duì)象之間只有4條線相聯(lián)，只需在每個(gè)對(duì)象旁設(shè)置一塊CAN總線電路板，控制站便能對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制。對(duì)于不同的對(duì)象，CAN總線的線路板、執(zhí)行部件以及監(jiān)控軟件有所不同。

　　整個(gè)系統(tǒng)中，全部信息為數(shù)字量傳送，傳感器也可采用數(shù)字化傳感器，數(shù)字量在處理傳遞過(guò)程中，不會(huì)漂移，不出現(xiàn)誤差，絕對(duì)保證系統(tǒng)的精度與性能。

　　一個(gè)控制系統(tǒng)中，有大量完全不一樣的信息內(nèi)容，比如:溫度、壓力、轉(zhuǎn)速、主機(jī)啟動(dòng)、主機(jī)進(jìn)倒車等，它們均通過(guò)CAN總線的接口板將這些信息編碼后送上CAN總線，或是從CAN總線的接口板接收下來(lái)，再譯碼后進(jìn)行相應(yīng)的處理。

　　現(xiàn)場(chǎng)總線CAN技術(shù)又稱全分散化全數(shù)字化技術(shù)，是90年代國(guó)際上蓬勃發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)，是下個(gè)世紀(jì)工業(yè)控制、工業(yè)自動(dòng)化在各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)廣泛應(yīng)用的技術(shù)。實(shí)質(zhì)上現(xiàn)場(chǎng)總線是現(xiàn)場(chǎng)控制對(duì)象（儀表、機(jī)械等）與控制站之間的一種全分散、全數(shù)字、智能雙向、多變量、多點(diǎn)多站的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)。其特點(diǎn):

　　（1）可靠性高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。從CAN總結(jié)構(gòu)上看，系統(tǒng)的所有傳感器、執(zhí)行器、顯示器、計(jì)算機(jī)均智能化、數(shù)字化、模塊化，并全部掛在一條四芯線上（二芯用于傳遞編碼信息，二芯用于給CAN總線上的全部部件供電），無(wú)其他任何聯(lián)線，各模塊獨(dú)立工作。

　　CAN總線上使用的數(shù)字化芯片，其集成度非常高，功率極低，如12PA6主機(jī)遙控系統(tǒng)采用CAN技術(shù)后，其功耗只有十幾瓦。采用CAN總線技術(shù)的線路板，比過(guò)去并行式系統(tǒng)的電路板數(shù)量下降了一個(gè)數(shù)量級(jí)，如某電站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)過(guò)去采用一套計(jì)算機(jī)集中并行采集系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)4臺(tái)發(fā)電機(jī)組共有電路板38塊，后部隊(duì)院校用CAN技術(shù)進(jìn)行改裝后，4臺(tái)發(fā)電機(jī)組一共只有5塊電路板。

　　CAN總線技術(shù)采用全數(shù)字化技術(shù)，在壽命周期內(nèi)具有精度不變的良好性能，大大減少了系統(tǒng)的調(diào)試工作量與裝備維護(hù)工作量。CAN總線在系統(tǒng)布置上，可采用雙層環(huán)形布線，任意兩處中斷不會(huì)影響系統(tǒng)的工作，同時(shí)采用光電隔離，不怕網(wǎng)絡(luò)電纜短路。

　　從上述看到，由于CAN總線技術(shù)的種種優(yōu)點(diǎn)，它是一種可靠性極高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的高新技術(shù)，非常適用于裝備監(jiān)控系統(tǒng)。

　　（2）標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化程度高。由于CAN總線技術(shù)有國(guó)際上統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，加之結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使CAN技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)容易做到標(biāo)準(zhǔn)化與模塊化。

　　（3）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于維修。線路板數(shù)量和品種大大減少，從而減少了系統(tǒng)的維修量，四芯線的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)使維修人員非常容易進(jìn)行維修。

3、基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的某裝備監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

　　某裝備倉(cāng)庫(kù)電站有4臺(tái)MWM234柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組（3臺(tái)主發(fā)電機(jī)、1臺(tái)副發(fā)電機(jī)），每臺(tái)柴油機(jī)監(jiān)測(cè)參數(shù)有:轉(zhuǎn)速、排氣溫度、滑油壓力、滑油溫度、出機(jī)水溫、蓄電池電壓、功率、電流、電壓、頻率、主開(kāi)關(guān)通斷、逆功、發(fā)電機(jī)內(nèi)部溫度共13個(gè)參數(shù)。該電站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)是:每臺(tái)發(fā)電機(jī)組旁配置一個(gè)采集盒，采集盒后通過(guò)二芯網(wǎng)絡(luò)線發(fā)往上位計(jì)算機(jī)，4臺(tái)機(jī)組共有4個(gè)一樣的采集盒，4臺(tái)機(jī)組與集控室里的上位計(jì)算機(jī)只有一條二芯線相聯(lián)，結(jié)構(gòu)極為簡(jiǎn)單。上位計(jì)算機(jī)通過(guò)二芯網(wǎng)絡(luò)收集機(jī)組采集盒送來(lái)的信息并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、顯示、打印與報(bào)警。

4、硬件組成

　　監(jiān)控系統(tǒng)主要由機(jī)旁采集盒與上位計(jì)算機(jī)組成，機(jī)旁采集盒有一塊高集成化電路板，將信號(hào)調(diào)理（濾波和放大）、AD變換、采樣處理、通訊等功能全部集中在這塊板上。板上的芯片采用了90年代國(guó)際上最新模擬數(shù)字電路，使其功能強(qiáng)、體積小、功耗低，可靠性好。

　　CAN總線接口采用了PCX82C200芯片。通訊介質(zhì)（通訊線）采用普通電纜，對(duì)電纜沒(méi)有特殊要求，十分便于現(xiàn)場(chǎng)安裝與施工。每個(gè)采集盒負(fù)責(zé)處理一臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)的全部數(shù)據(jù)，采樣結(jié)束后，通過(guò)CAN總線發(fā)往上位計(jì)算機(jī)，采集盒里只有一塊電路板，面積200×150mm，功耗約5W。

5、軟件組成

　　軟件由采集軟件、通訊軟件、人機(jī)界面軟件3大塊組成:

　　（1）采集軟件:此軟件為固化程序，存于27256中，放在采集盒中線路板上。其任務(wù)是完成信號(hào)通道切換、放大、AD轉(zhuǎn)換、采樣、數(shù)字濾波、線性化處理、標(biāo)度變換等工作。此軟件由8031匯編語(yǔ)言組成。

　　（2）通訊軟件:和采集軟件固化于同一塊27256中，其任務(wù)是將采集處理好的數(shù)據(jù)按CAN總線規(guī)則進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊。

　　（3）人機(jī)界面軟件:此軟件存于上位計(jì)算機(jī)（486、586計(jì)算機(jī)）的硬盤里，此軟件由顯示、報(bào)警、打印等模塊組成，完成由采集盒送來(lái)的柴油機(jī)發(fā)電機(jī)數(shù)據(jù)的漢字顯示、漢字打印、報(bào)警與人機(jī)對(duì)話，此軟件用C語(yǔ)言編寫，并進(jìn)行了顯示與打印的漢化，美化了屏幕，方便了操作。

　　以現(xiàn)場(chǎng)總線組成的分布式監(jiān)控系統(tǒng)，不僅可節(jié)省大量電纜及敷設(shè)費(fèi)用，而且調(diào)試維護(hù)簡(jiǎn)單方便，大大提高了系統(tǒng)的實(shí)用性及可靠性，同時(shí)還降低了工程造價(jià)。

論文創(chuàng)新點(diǎn)：

　　本論文在對(duì)目前流行的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，分析我軍裝備監(jiān)控系統(tǒng)的主要特點(diǎn)及其不足之處，并運(yùn)用CAN方法對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與再應(yīng)用，對(duì)我軍裝備管理工作具有一定的啟示意義。

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