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智能传感器和FCS技术实现全艇性系统的监测与控制设计

小序

跟着谋略机技巧的成长和传感器技巧的进步,传统传感器的毛病日益突显。为了最大年夜限度地掘客现有潜艇设置设备摆设的潜能,前进作战能力,增大年夜生计概率,有需要形成以智能传感器为根基的现场总线节制系统(FCS:FieldBus Control System)。

1、 实现潜艇设置设备摆设传感器智能化的主要措施

1.1 用智能传感器代替传统传感器

今朝实现智能传感器有三种:①采纳非集成化;②采纳集成化;⑧混杂实现。为此,实现传感器智能化应以非集成化智能传感器为主,适当加装集成化智能传感器为辅的措施。步伐如下:

(1)压力、温度、湿度传感器非集成化改造。可经由过程加装旌旗灯号疗养电路单片机及总线数字接口使其成为非集成化的智能传感器。该措施既可实现传感器的智能化又可充分使用原有的传感器资本,是一种最便捷有效而且节省开支的措施。

(2)加装气体传感器。潜艇中大年夜气成份对照繁杂,可检测到数十种,如表1。潜艇的大年夜气监测设备较少,没有形成收集化,导弹发射后的废气无设备监测。为包管潜艇的安然和艇员的身段康健,可加装智能气体传感器对上述气体进行监测。

(3)改进深度计事情要领。为降服传统深度计在测深历程中存在的毛病,可在艇外加装智能压力传感器,将物理旌旗灯号转变为数字旌旗灯号传输至艇内,则包管潜艇员准确懂得潜艇深度。对压力传感器的选择有电容式压力传感器和压阻式压力传感器,一样平常电容式压力传感器比压阻式压力传感器灵敏度高(Sc要比Sr高约50 倍),以是应选择电容式压力传感器作为深度计的灵敏元件。

(4)构建全艇性的智能传感器系统。应着重构建三条全艇性的智能传感器收集:

(a)全艇性的舱室气压监测智能传感器收集;

(b)全艇性的气体监测智能传感器收集;

(c)全艇性的温度智能传感器收集。

1.2 采纳现场总线节制系统(FCS)

智能传感器的应用要求有一种传输数字旌旗灯号的现场总现进行各个底层设备与节制层间的通信,由智能传感器和现场总线合营构成现场总线合营构成现场总线节制系统(FCS)。今朝,现场总线标准共有12种,此中主流的现场总线技巧特点对照如表2、表3。

斟酌潜艇舱室的特殊情况,电池舱和鱼雷舱对现场仪表的防爆要求及全艇信息流量,应在各主流总线中选择技巧成熟、市场份额较大年夜、具有本征安然的PROFIBUS总线作为底层智能传感器与事情站间的信息互换总线。

2 、总体技巧规划

2.1收集布局

因潜艇各舱室相对自力,艇员能对本舱室设备进行操纵,且能将底层数字旌旗灯号传输给批示舱,实现全艇性系统的监测与节制,以是应采纳三层线性收集布局。第一层:以太网ETHERNET)。实现各舱室事情站向批示舱的数据传输,批示舱可由该收集进行数据采集、互换与监测;第二层:PROFIBUS现场总线收集,收集拓扑布局为线性总线型,用樊篱双绞线连接,该层由PROFIBUS-DP和PROFIBUS-FMS组成,在爆炸危险区域采纳本征安然的 PROFIBUS-PA。因PROFIBUS-DP与PROFIBUS-FMS系统应用相同传输技巧和总线造访协议,而该系统可在同一根电缆上同时操作。为能使本征安然的PROFIBUS-PA与总线相连可用分段耦合器。第三层:AS-I接口收集层。AS-I总线用于传感器和履行器的联网通信,可作操纵履行器件。依数据流量也可用光纤进行数据传输。如图1。

2.2事情道理

该收集中的PROFIBUS-DP总线用于各舱室底层智能传感器与舱室主站(PLC)间的高速数据传送。舱室主站(PLC)周期地读取从站(智能传感器)的输入信息并周期地向从站发送输出信息。总线轮回光阴比主站法度榜样轮回光阴短。除周期性用户数据传输外,PROFIBUS-DP还供给智能化现场设备所需的非周期性通信以进行组态、诊断和报警处置惩罚。总线的存取要领为各舱室主站间令牌通报,主站与从站间为主一从传送。可采纳单主或多主系统。通信要领为点对点(用户数据传送)或广播(节制指令),轮回主一从用户数据传送和非轮回主—主数据传送。该系统具有强大年夜的诊断功能。由总线给PROFIBUS-DP从站付与地址。每个从站的输入和输出数据最大年夜为246字节。

牌总线协议是多主站协议,持有令牌主站可采纳令牌和查询其它主站。当某一主站获得令牌后,主站可在必然光阴内与从站或其它主站通信。令牌轮回一周光阴要能包管有足够光阴完成通信义务。PROFIBUS-DP按该要领,完成周期性与非周期性数据互换。而PROFIBUS-DP协议设置有:①是令牌实际运行周期计时的周期计时器:②是令牌维持光阴计时的持牌计时器。

2.3 事情流程

各舱室主站(PLC)经由过程PROFIBUS-DP总线以令牌要领与智能传感器进行数据传输,根据智能传感器得到的数据,艇员可经由过程主站对底层设备进行节制,以实现对本舱履行器件的监控。批示舱可经由过程以太网(ETHERNET)对各舱室数据进行采集、阐发、监测,并需对各舱室履行器件进行节制。

3、结语

根据我国潜艇设置设备摆设环境提出智能化进级规划,引入PROFIBUS现场总线节制系统,对我国现役潜艇传感器智能化改造有必然借鉴感化。该总线系统采纳令牌进行数据传送,当收集负载较轻时,效率较低,且需对令牌进行掩护,避免令牌损掉或令牌重复,对该要领的节制电路对照繁杂。

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