MEC-X1型控制器在艦船用機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用

楊東升

● （海軍駐滬東中華造船（集團(tuán)）有限公司軍代表室，上海 200129）

MEC-X1型控制器在艦船用機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用

楊東升

● （海軍駐滬東中華造船（集團(tuán)）有限公司軍代表室，上海 200129）

MEC-X1型控制器是一款能夠滿足艦船用環(huán)境和電磁兼容性要求，具有事件記錄功能的系列化、通用化、組合化的嵌入式艦船用機(jī)電設(shè)備控制器。它解決了一般工業(yè)級(jí)控制器不能滿足艦船用環(huán)境，沒(méi)有數(shù)據(jù)記錄功能等一系列問(wèn)題，并在幾型艦船用設(shè)備上得到了良好的應(yīng)用。

MEC-X1型控制器；艦船用；電磁兼容

0 概述

相較于陸上或是民用船舶機(jī)電設(shè)備，艦船用機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境更為惡劣，艙室內(nèi)往往是一個(gè)高溫高濕，伴隨著鹽霧的環(huán)境，且在航行中，由于艦船姿態(tài)的變化，艦船用機(jī)電設(shè)備必須能夠經(jīng)受住沖擊與振動(dòng)的考驗(yàn)。這對(duì)艦船用機(jī)電設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性提出了很高的要求。

目前，艦船用機(jī)電設(shè)備的控制方式主要有兩種：繼電器邏輯控制和PLC控制，但它們也存在著一些缺陷。繼電器邏輯控制無(wú)法對(duì)故障狀態(tài)（包括故障類別和時(shí)間）進(jìn)行完整的記錄，為后續(xù)的故障定位和排故帶來(lái)了困難；而工業(yè)用PLC控制器本質(zhì)上不能滿足艦船用環(huán)境和電磁兼容性的要求，需要額外的防護(hù)設(shè)計(jì)。

MEC-X1型嵌入式控制器（MEC-X1型），很好的解決了艦船用問(wèn)題。該型控制器以“三化”為目標(biāo)，充分考慮了現(xiàn)代艦船用輔機(jī)設(shè)備自動(dòng)化程度高、復(fù)雜度高的特點(diǎn)以及環(huán)境和電磁兼容性要求。MEC-X1型控制器能夠?qū)ν獠啃盘?hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集與分析，同時(shí)能對(duì)這些信息予以記錄，即使在掉電情況下也不會(huì)丟失數(shù)據(jù)；同時(shí)MEC-X1型控制器在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了艦船上的使用環(huán)境，按照軍用標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)了各項(xiàng)環(huán)境試驗(yàn)。隨著艦船設(shè)備對(duì)于控制智能化要求的逐步提高，艦船機(jī)電控制器的智能化、通用化、集成化將會(huì)成為重點(diǎn)，MEC-X1型控制器在艦船設(shè)備領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

1 艦船用機(jī)電設(shè)備控制器應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

國(guó)外艦船機(jī)電設(shè)備的智能化控制程度較高，已經(jīng)從單一設(shè)備、子系統(tǒng)的自動(dòng)化向全船綜合自動(dòng)化這個(gè)高層次階段發(fā)展，所有艦船用機(jī)電設(shè)備都能夠掛接到艦船綜合自動(dòng)化平臺(tái)進(jìn)行監(jiān)控操作。相應(yīng)的艦船用機(jī)電控制器也從早期單一的邏輯結(jié)構(gòu)繼電器控制器、PLC控制器發(fā)展為以ARM、DSP、FPGA等多型高性能MCU為主控的嵌入式控制設(shè)備。它們有著強(qiáng)大的計(jì)算能力，滿足現(xiàn)代艦船對(duì)于控制設(shè)備復(fù)雜性的要求；也有著多種外部通訊接口，使得與其它各型設(shè)備能組成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并掛靠全船自動(dòng)化平臺(tái)網(wǎng)進(jìn)行管控。

與國(guó)外相比，我國(guó)艦船用機(jī)電設(shè)備智能化程度較低。機(jī)電設(shè)備控制器的實(shí)現(xiàn)形式主要有繼電器邏輯控制和PLC兩種。繼電器邏輯控制主要應(yīng)用于簡(jiǎn)單的邏輯控制設(shè)備中；PLC控制器則主要應(yīng)用于控制算法簡(jiǎn)單的輔機(jī)設(shè)備中。由于控制器網(wǎng)絡(luò)通訊能力及數(shù)據(jù)處理能力的不足，難以構(gòu)建覆蓋全船機(jī)電設(shè)備的全船自動(dòng)平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)，限制全船自動(dòng)化、信息化能力的提高[1][2]。

1.2 主要存在問(wèn)題

從現(xiàn)代艦船的發(fā)展趨勢(shì)考慮，為滿足各型機(jī)電設(shè)備智能化控制的需求，對(duì)于艦船控制器來(lái)說(shuō)，必須解決以下幾個(gè)問(wèn)題：1）現(xiàn)有控制器缺少大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行故障信息的記錄，給故障分析、定位、可靠性數(shù)據(jù)采集帶來(lái)困難；2）外圍接口單一并且沒(méi)有冗余的備份，網(wǎng)絡(luò)化及通訊可靠性能力不足；3）現(xiàn)有控制器對(duì)電磁兼容性考慮不足，難以滿足今后艦船復(fù)雜電磁環(huán)境要求；4）目前對(duì)每型設(shè)備的控制器均進(jìn)行定制開(kāi)發(fā)，在資源上有著嚴(yán)重的浪費(fèi)，設(shè)計(jì)驗(yàn)證周期較長(zhǎng)。

因此，需要開(kāi)發(fā)通用化、組合化、系列化的嵌入式艦船用機(jī)電設(shè)備控制器以滿足今后艦船機(jī)電設(shè)備的控制需求。

2 MEC-X1型控制器介紹

2.1 MEC-X1型控制器組成與特點(diǎn)

以艦船用機(jī)電設(shè)備控制器現(xiàn)階段面臨的主要問(wèn)題為突破口，MEC-X1型控制器進(jìn)行了針對(duì)性的設(shè)計(jì)，其組成、接口和特點(diǎn)如表1。

表1 MEC-X1型控制器模塊組成

為了滿足艦船用使用環(huán)境，MEC-X1型控制器通過(guò)了表2所示試驗(yàn)。

表2 試驗(yàn)表格

MEC-X1型控制器具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：1）MEC-X1型控制器能夠通過(guò)豐富的外設(shè)，外擴(kuò)存儲(chǔ)器，能夠?qū)Υ笕萘康墓收闲畔⑦M(jìn)行記錄、查詢，方便了對(duì)于故障原因的查找；2）MEC-X1型控制器對(duì)以太網(wǎng)、CAN、RS485等通訊接口都進(jìn)行了雙冗余設(shè)計(jì)，可滿足艦船上對(duì)于設(shè)備可靠性的要求；3）MEC-X1型控制器各型單一模塊都按GJB151A要求通過(guò)了電磁兼容性測(cè)試；4）MEC-X1型控制器針對(duì)現(xiàn)代艦船輔機(jī)設(shè)備控制特點(diǎn)，對(duì)接口模塊進(jìn)行了系列化設(shè)計(jì)，可以進(jìn)行靈活的組合以滿足不同控制設(shè)備的需求。

2.2 MEC-X1型控制器使用配置

根據(jù)不同的艦船用機(jī)電設(shè)備控制功能及接口要求，MEC-X1型控制器可以進(jìn)行靈活的配置，按使用類型典型的配置方式有兩種：

1）對(duì)于無(wú)圖形界面顯示需求的控制系統(tǒng)，以可編程控制器CM00A為控制核心，IO擴(kuò)展模塊為擴(kuò)展接口，進(jìn)行系統(tǒng)性的組合，形成控制系統(tǒng)。

2）對(duì)于有圖形界面顯示需求的控制系統(tǒng)，以可編程控制器CM00A為控制核心，可編程人機(jī)界面控制器MMI-S6為圖形化顯示設(shè)備，IO擴(kuò)展模塊為擴(kuò)展接口，進(jìn)行系統(tǒng)性的組合，形成控制系統(tǒng)。如圖1。

圖1 有圖形界面的艦船用機(jī)電設(shè)備控制器典型配置圖

3 MEC-X1型控制器應(yīng)用情況

目前，MEC-X1型控制器已經(jīng)在多型艦船的多種機(jī)電設(shè)備上得到了應(yīng)用。如某型艦船大功率調(diào)距槳設(shè)備、汽輪發(fā)電機(jī)組機(jī)旁控制屏、汽輪發(fā)電機(jī)組給水泵控制箱等。在這些設(shè)備中，控制對(duì)象各不相同，既有電機(jī)也有泵；網(wǎng)絡(luò)組成多樣，有以太網(wǎng)、CAN、RS485；采集信號(hào)類型復(fù)雜，有溫度、壓力、液位等。在如此多樣化的應(yīng)用環(huán)境中，MEC-X1型控制器都能夠進(jìn)行靈活配置，以滿足設(shè)計(jì)要求，充分體現(xiàn)了此型控制器的通用化和組合化的特點(diǎn)。

例如在某型大功率調(diào)距槳項(xiàng)目，通過(guò)對(duì)控制信號(hào)的類型數(shù)量分析，結(jié)合控制器各接口模塊的參數(shù)，很快地完成了控制器的配置（見(jiàn)表3），大大縮短了在方案初期對(duì)于控制器配置的設(shè)計(jì)時(shí)間。在該項(xiàng)目中，MEC-X1型控制器能夠準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)對(duì)槳葉角度的閉環(huán)控制，并且指令的響應(yīng)時(shí)間小于10ms。此項(xiàng)目現(xiàn)已完成陸上調(diào)試試驗(yàn)，在陸上試驗(yàn)期間，MEC-X1型嵌入式控制器連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行了500小時(shí)以上，各項(xiàng)性能指標(biāo)均能滿足要求，并已滿足下階段裝船使用條件。

表3 控制器組成配置

通過(guò)在某型大功率調(diào)距槳項(xiàng)目上的應(yīng)用，驗(yàn)證了MEC-X1型控制器的應(yīng)用能力能夠滿足現(xiàn)代艦船機(jī)電設(shè)備高復(fù)雜度的控制需求，由于內(nèi)置了大容量存儲(chǔ)器，對(duì)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行試驗(yàn)中的設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行了完整記錄，方便了設(shè)計(jì)人員進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及故障定位，控制器自帶雙冗余CAN網(wǎng)絡(luò)接口及雙冗余以太網(wǎng)接口，具備快速接入上級(jí)信息網(wǎng)絡(luò) 的能力為總體集成優(yōu)化設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語(yǔ)

MEC-X1型控制器完全滿足艦船用條件，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理能力強(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)通訊接口完備，滿足艦船機(jī)電設(shè)備控制器的發(fā)展需求。由于采用通用化、模塊組合化設(shè)計(jì)，MEC-X1型控制器可顯著提高艦船用機(jī)電設(shè)備的開(kāi)發(fā)效率和設(shè)備通用性。

[1]李紅衛(wèi). PLC技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) [J]. 科技信息. 2011 (23).

[2]胡職焱. PLC在船用輸送裝置電氣控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].機(jī)電設(shè)備. 2010(1): 14-16.

Application of MEC-X1 Embedded Controller on Warship Electromechanical Devices

YANG Dong-sheng
(Navy Representative Office at HUDONG-ZHONGHUA SHIPBUILDING (GROUP) Co. , Ltd. , Shanghai 200129,China)

MEC-X1 embedded controller is designed to meet the ship with environment and electromagnetic compatibility requirements，with a series of event record function，universal combination of embedded ship electromechanical device controller. It has resolved a series problem of other controllers that can’t meet the ship with environment and data record function etc. And it has been good application on the equipments used in the a few type of ship.

MEC-X1 embedded controller; warship equipments; EMC

U664

A

楊東升（1979-），男，本科。研究方向：艦船機(jī)電設(shè)計(jì)研究與監(jiān)造。