基于分布式处理技术的CAN 总线冗余主机遥控系统外文翻译资料

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关于智能控制和信息处理的国际会议

2010年8月13号至15号在中国大连

基于分布式处理技术的CAN

总线冗余主机遥控系统

曹辉，马杰，张贵晨，张俊栋，和任广

摘要：对于四冲程船舶柴油机，提出了一种基于分布式处理和双冗余网络通信技术的主机遥控系统。它包括主机控制单元，指示面板单元，安全控制单元，主机接口数字调速器单元和分布式处理单元，系统的数据可以通过冗余总线网络交换。分布式处理单元完全独立，当一些单元出现故障时不会对其他单元产生影响。系统的通信单元设计成CAN总线开放式协议，它有自检和故障排除功能。当断电时，这套系统有自保功能，当停气时，这套系统能够延迟关闭，它的操作方式和人机界面方便友好。

关键词：主机遥控；中速柴油机；CAN总线

0 介 绍

目前，先进的主机遥控系统的代表是是康斯堡公司生产的AC20和AC4推进控制系统，这两个系统一般用在大型低速二冲程柴油机上。AC4这套系统比AC20这套系统的应用更加广泛，但是AC20系统比AC4系统先进，而且具有更高的自控性。AC4这套系统被设计在具有换向齿轮的中速机上，它参照和吸收了AC20的设计优点。这套理论分析了系统的硬件配置，功能设计和组成原理。

1 系统结构设计

这套系统的设计基于模块化结构，它包含驾驶台单元。集控室单（ECR）和机旁控制单元。所有单元数据可以通过冗余CAN总线网络进行交换。当系统出现错误或者断电时，它能够保护和锁存当前数据。每一个通讯模块都有一个单独处理单元用于逻辑操作。CAN总线网络被设计成与已经建立的数据交换协议保持一致。另外，不系统的输入和输出接口设计成能控制不同的操作系统。

2 系统功能设计

2.1操纵转换功能的设计

操纵部位转换必须联系辅车钟，优先级较低的一端必须得到权限才能进行操作。操控优先级如下：1）机旁操作优先级最高；2）远程操作台，集控室优先级别比驾驶台高。操纵部位的转换通过设在机旁控制箱上的三位转换气阀来完成，驾驶台和集控室的转换，用来切换驾驶室遥控操纵器输向遥控控制单元的信号，使之只有一个信号有效。

2.2齿轮箱的控制

当遥控装置手柄从“停止”位置打到“前进”（或者“后退”），远程控制单元首先应该自动将主机速度设置成允许。

离合器接通，离合程度比最大值小一点。在此期间，如果速度没有被调节为“允许离合器接通”，那么离合器将强行接通。如果远程控制手柄从“前进”（或“后退”）设置成“停止”位置，那么远程控制单元应该首先将主机速度设置成“允许离合器断开”，断开程度比最大值小一点。在此期间，如果速度没有被调节成“允许离合器断开”，那么也会强制进行。

3数字调节器系统设计

数字调节器是主机遥控系统的核心，图2显示了数字调节器的功能块。功能设计如下：

图1 数字调节器

3.1速度和负荷限制

为了避免主机及其附件在运转过程中受到过大的热应力和不必要的磨损等破坏，主机遥控系统必须设置转速及负荷限制环节，防止主机超负荷运行，使主机转速更加平稳。

数字调速系统设计包括转速限制和负荷限制，其中，转速限制包括：手动转速负荷程序和加减速速率限制，启动速率限制、最小转速限制、故障降速和临界转速限制。负荷限制包括扭矩限制和废气温度限制。部分限制原理如下所示：

3.2恒燃油模块

当连续测量转速或者转速已经维持一段时间稳定时，调速器系统会发出信号，此时恒燃油模块开始工作。在此调节时间内，调速器会将油量输出值信号锁在一个固定量。当燃油指数被锁，转速将会波动。有时候会需要这个功能，也就是，当指示图很相似时。在这个过程中，会连续检测转速，和之前转速相比，如果转速波动到比限定值高或者低，燃油输出信号量锁存将会打开，转速会被调节回设定值。 在更高的限制区，这个功能将被限制使用。也就是在低转速区域使用时，主机可能会停机，在高转速区时主机可能会超速。

3.3闭环转速控制单元

闭环转速控制单元包含一个转速设定的前馈环节。设经过PID调节后的输出主机油量增量为Y，则闭环转速控制环节油量调节增量的PID算法如下：

式中， 为油量控制输出，为前馈增益系数，和是本次和上一次转速设定值，是比例增益系数，T是采样时间，和是积分时间常数和微分时间常数，是本次采样偏差，是上次采样偏差值，是前次采样的偏差值，该调速环节具有两种控制工作模式：正常工作模式和恶劣海况控制。

3.4 直接燃油设定环节

当调速器或转速检测装置等发生故障，可以采用直接设定模式，该模式下调速器的基本功能和转速反馈信号都将被切除，授权的车令信号直接控制电动执行机构实现调油调速，手动燃油设定值与转速的关系如下：

此时，各种燃油限制仍然起作用，所以主机不会超负荷，但是容易超速，在这种模式下加减速操车不能太快。

3.5速度测量和反馈单元

基于可变频率循环测量的时间窗口是用来完成速度测量。可变时间窗口的概念；每次启动和停止的时间不再固定，而只是要求大于一个固定的时间，它显示了通过可变时间窗口测量的速度输入信号，其频率计算公式为：

F为转速脉冲输入信号频率，T为基准时钟周期，N为时间窗口内的转速脉冲信号上升个数，n为时间窗口基准时钟的脉冲个数。

4 结论

本主机遥控系统以四冲程中速柴油机为对象，设计了基于分布式处理和冗余CAN总线网络通讯技术方案。它包含系统结构设计、操纵转换设计、齿轮箱离合和脱开设计、数字调速设计、速度测量和反馈设计。系统数据可以通过冗余CAN总线网络进行交换。系统通讯单元具有自检和消除故障等功能。在船上应用之后，系统的功能是令人满意的，所有种类的仪表都符合船上的应用要求。

汽轮机的组成及系统

查普林

加拿大纽布伦斯威克大学化学工程系

关键词：汽轮机，气缸，转子，叶片，密封，轴承，润滑

目录：

1.1介绍

1.2汽轮机气缸

1.3汽轮机工作原理

1.4作者简介

概论

蒸汽轮机基本上是由一个固定在内部的叶片和一个带动叶片的转子组成。该转子装在外壳内，其内部有一排排的固定刀片。因此，蒸汽流经涡轮机通过固定和移动的叶片与固定的叶片，引导蒸汽从正确的角度进入动叶片，从而交替传递能量。转子和叶片的安装都必须要尽可能小的减轻热应力的影响。

转子和外壳的尾端，必须要有轴封来防止蒸汽泄露。而且在外壳内，密封件也必须要防止蒸汽的泄漏，而不是穿过叶片。在固定部件和旋转部件之间的密封是机械接触式的，因此泄露并没有真正消除，只是控制到了最低程度。

轴承支撑着转子并与电气发电机。轴承必须正确对齐，以适应自然重力弯曲的轴。补贴也必须由转子和壳体之间的热瞬态过程中胀差。允许让转子更快速地转动，并以比壳体更大程度地润滑所需的轴承，由替代能源驱动的多联泵保证在所有操作情况下都能充分的润滑轴承。

1.汽轮机气缸结构

1.1 介绍

正如在前文中解释的，大型汽轮机是由几个气缸连接在一起并同驱动单个发电机。典型的汽轮机结构可包含一高压气缸、一中压缸和两个或三个低压缸。这些都是设计成能够容纳更多蒸汽，因为它膨胀可以至低于大气压的压力。这样可以充分利用蒸汽热能。

通过用重新加热和局部膨胀的蒸汽来加热给水，还有利于蒸汽质量改善。蒸汽条件（特别是温度）由材料性质限制，而压力通常由蒸汽供应系统决定。

1.2 汽轮机气缸

汽轮机汽缸必须能承受住蒸汽的压力，为此他们的设计必须要非常坚固，通常都是带有厚厚的缸壁。它们同时也受到很高的蒸汽温度影响，这些厚壁部件，有时候是并不是很理想的。因为刚性组件中的温度梯度在材料中的产生高应力，当与机械应力联接时，可引起材料失效。这就需要均匀的厚度来提供外壳内的蒸汽循环的部分，以温度变化变得比较均匀，特别是该装置的启动过程中。传入的蒸汽是在比通常的普遍缸迫使适当的安排，以考虑热应力和胀差在这些区域更高的温度下。

在汽轮机启动和停止时，汽轮机各部分温度升高和冷却的情况不同。这时如果气缸的膨胀和收缩收到限制，经常会产生巨大的热应力和不正常的变形，使气缸、隔板或者转子间的正确相对位置遭到破坏，甚至发生定子与转子相碰。

图1 汽轮机气缸图

如图2，这是由发电厂联盟开发的，克服了需要在高压缸中一个加上一个非常重的凸缘，而是被水平分割高压涡轮的整个外壳的形状。在组装过程中的内壳从端并装配在末端的大螺旋塞滑动英寸内壳被垂直分割，并通过在壳体壁上，而不是通过突起凸缘长螺栓栓接在一起。这些汽缸的结构相对简单。

图2 汽轮机叶片图

这需要均匀的厚度和提供在外壳内的蒸汽循环的部分，如图1以促进均匀的温度变化，特别是本机的启动期间。

传入蒸汽是在比气缸迫使适当的安排，以考虑热应力和在这些领域胀差在一般流行的高的温度。

为了组装涡轮机和拆卸它进行维护，外壳必须以某种方式进行分割。接头通常是水平的，使得上半部可以除去留在适当的位置的下半部分与所述旋转部件，上如图1所示图解此联合必须承受在外壳中的压力和凸缘是特别厚和鲁棒性。这些凸缘可以是在壳体的加热和冷却过程中受失真，外壳具有常规法兰和螺栓。一旦在服务内筒与转子必须以去除收缩环维修转子的单元被移除。

另一独特套管设计示于图2。这是由发电厂乐团联盟开发的，也克服了需要在高压缸中一个非常沉重的凸缘。而不是被水平分割高压涡轮的整个外壳的形状像一个桶。在组装过程中的内壳从端并装配在末端的大螺旋塞滑动英寸。内壳被垂直分割，并通过在壳体壁上，而不是通过突起凸缘长螺栓栓接在一起。热的优点是相同的，与以往的双肠衣。这些桶缸的结构简单，但一旦在服务整个气缸必须除去能够得到访问该转子之前撤回内壳。

这两个具有与排气蒸汽在壳体之间的环形空间循环如在高压涡轮机的情况下双饱和。此外，这些涡轮机有用于一些部分地膨胀的蒸汽用于给水加热的提取。该蒸汽通道作为围绕内套管环形空间可见一斑。蒸汽通入经由内壳的槽，这些通道和通过高于或低于涡轮管道流出。在这些涡轮机中，两个内和外壳被水平分割并配有法兰和螺栓。在双流动涡轮从蒸汽流所产生的轴向推力平衡。在低压涡轮机的温度和压力是相对低的和外壳是不够健壮如在较高的压力缸。施工主要是制造。有一个内壳支承固定旱冰和通过其蒸汽被吸取用于给水加热的环形通道。围绕整个涡轮是排气罩到其中的排气蒸汽通入汽轮机下面冷凝器之前流动。

1.3汽轮机工作原理

来自于主锅炉的过热蒸汽经过蒸汽滤网先进入速关阀 。汽轮机正常运行时，速关阀保持全开；在紧急情况下，任何一个自动保护装置动作时，都使速关阀自动迅速关闭，截止汽轮机进汽。一般来讲，汽轮机转速超过额定转速一定百分比时，高压缸或低压缸汽轮机转子轴向位移过大时，任何一个自动保护设备动作时或在滑油系统中滑油压力过低时，按动超速自动保护装置中紧急停机机构按钮，或按逆时针扳动压力油截止器上的手柄，手动紧急停机等情况时，都能使速关阀自动迅速关闭。过热蒸汽经过速关阀后分成两路，分别是去正车级和倒车级。船舶前进时，过热蒸汽去正车级，经过正车操纵阀后进入分别安装在高压汽轮机汽缸上、下两部分内的喷嘴箱中。喷嘴的功用是使蒸汽膨胀加速，将热能转变为动能，并引导气流按一定方向流进动栅。纵阀控制或者由独立的喷嘴阀控制。根据舰船的实际情况不同，喷嘴的数量也不尽相同，一般分成2--4组，进入每一组喷嘴的蒸汽流量由一个独立的喷嘴阀控制。此时，倒车操纵阀和倒车隔离阀是关闭的，防止蒸汽漏入倒车汽轮机。船舶后退时，过热蒸汽进倒车级，经过倒车隔离阀、倒车操作阀后进入倒车汽轮机。在船舶前进的过程中，过热蒸汽进入高压缸后，推动高压汽轮机转子转动。汽轮机内所有的动叶和转轮或转鼓和机轴及其它在工作时做回转运动的零件，组成汽轮机的转子。转子的功用是传递作用在动叶上蒸汽作用力产生的转矩和输出机械功。蒸汽经过高压汽轮机之后压力下降，从中部进入低压汽轮机，分成两股后向两端背后流动，分别流过两个完全对称的正车级部分，并推动低压汽轮机转子转动。在低压缸内工作后的蒸汽排入汽缸下面的冷凝器。在船舶后退时，蒸汽经由倒车隔离阀和倒车操作阀后从低压缸两端进入，向中部对向流动，分别流过两个完全对称的速度级。

简介：Robin Chaplin

1965年和1968年这两个研究期间，他花了两年时间获得了在南非运行的燃煤电厂获得维修经验。随后，他花了一年获得在南非和英国的研究原型核反应堆的经验，并与1971年在伦敦大学帝国学院核工程专业获得硕士学位后回国，采在Eskom公司获得了工作，他最初花了将近十二年时间来管理项目，然后才成为汽轮机专业的负责人。在此期间，他参与了在纳米比的亚鲁阿卡纳水电站和库贝赫核电站的建设，在南非负责地下机械设备和土建结构和平衡的工厂。他继续在电厂进行建模和仿真的实验，他获得博士学位。1986在加拿大大学机械工程和

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