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船舶电站自动控制系统通信软件设计


V 1 2  N .   2 0 .  o .9 o 5 09 5

船 电技 术

20 0 9年

第 5期 

船舶 电站 自动控 制 系 统通 信 软件 设 计 
李军政  吕井 勇 2 刘擘    
(. 1海军 驻武 汉 7 2所 军事 代表 室 ,武汉 4 0 6 ;2海军 工程 大学 电气 与信 息工 程学 院 ,武汉 4 0 3 ) 1 30 4 . 3 0 3  摘 要 :实现 船舶 电站 自动 控 制 的关键是 通信 技 术 ,文章 基于 Mo b s通 信协 议 ,设计 了船 舶 电站 自动控  du

制 系统通信 软件 ,包 括 上位机 P 和下 位机 P C 部分 ,完成 对船 舶 电站 实时 监控 。给 出 了控 制 系统 的具体  C L 实施 方案 ,详 细讨 论 了通信协 议 的设 定及 通信 程序 的编程 要 点 。实践 证 明该通 信软件 具 有较 高 的可靠 性 。   关键 词 :船 舶 电站 Mo b s通信 协议  通 信软 件  监控 系统  du
文 献标 识码 :A   文 章 编 号 : 10 —8 2(0 9 0 —0 90  0 34 6 2 0 ) 50 2 —4

中 图 分 类 号 :T 2 1 P 7 

s o tc Co r l Co m u i a i n S fwa e D  i  n Aut m a i   nt o   m n c to   o t r   e gn i   S t m   fShi   w e   a s ys e o   p Po rPl nt 
LiJ n h ng ,   i y ng , u Bo   u z e   Lu Jng o   Li    
(. v l e rsnaie  f c  f 1  eerhIsi t, h n4 0 6 , hn ; .olg f lcr a n   1Nae  pee tt s i eo 7 2R sac  tue Wu a 3 0 4 C ia 2C l eo E et c l d R v Of n t e i a
I f r t n E gn e ig Na a Unv o   n ie r g Wu a   3 0 3 C ia  n omai   n ie r , v l i. f gn e i , h n4 0 3 , hn ) o n   E n

Ab ta t T  ai   e uo t  o t l n   hpp we lns c mmu iaint h oo yi aky T i sr c: or l et   tmai c nr l go i o r a t o e z ha c o i fs p . nc t   c n lg    e . hS o e s  
p p r i t d c s a   p o c   o r a ie t e r a   i   o a e   n r u e   n a pr a h t   e l   h   e l t o z me c mmu i a i n b t e   n c t   e we n PC  n   o a d PLC  a e   n b sd o  

Mo b s rtc l d s n  ec mm nc t nsfw r    a—i   o i rn   se   s i o e lns d u  oo o, e i st  o u i i  ot aeo r l mem nt igs tm o hpp w r a t  p g h ao f e t o y f p ,

a d p eet h p c c eeuiepa    h  ntrn  y t n   rsns e sei   xc t   ln o te mo i ig ss m.I dsuss h stn  o h   t i f v f o e t i se te et g f te   c i cmmu iain rtc l n   e e ons fte o o nct   oo o  dt   yp ito h  mmu iain rga    ealP a t e rvsta  e op a hk   c nct   o rm i d ti rci   o e  th  op n . cp h t
sfw r a ih r eibly ot aeh s g e  l i t  h r a i. Ke   r s s   p w r lns Mo b s rtc l c mmu iain ot a e mo i r gsse   ywo d : h o e  a t p ; d u  oo o, o p " nc t   fw r; nt i   tm os on y

1 引言   
船 舶 电站 自动 化 是 在 缩 减 船 员 编 制 的 情 况  下 提 出 “ 一 人 值 班 机 舱 ” “ 人 值 班 机 舱 ” 发  有 和 无 后 展 起 来 的 。其 自动 化 程 度 的提 高 对 提 高 船 舶 供 电 

议 的优 点 ,实 现 P C机 与 P C 的 实 时通 信 ,完 成  L 对 船 舶 电站 的现 场 监 控 。设 计 的通 讯 软 件 具 有 较  高 的 可 靠 性 ,在 实 验 室 长 期 运 行 良好 ,可 以在 实 
船上推广运用 。  

质 量 和 减 轻 船 员 的 劳 动 强 度 具 有 重 要 的意 义 。随  着 计 算 机 软 硬 件 水 平 的提 高 ,船 舶 电站 自动 化 成 
为 了可 能 ,船 员 可 以通 过 软 件 显 示 界 面 直 观 的 看 

2 硬 件 设计 
系 统 主 要 由 电站 集 控 台和 P C控 制 箱 2部 分  L 组成 。 系统 框 图 如 图 1所 示 。   其 中 , P C 控 制 箱 内部 以 ABB 公 司 P C L L 

到 电站 的整 个 状 态 ,通 过 鼠标 来 控 制 主 开 关 的 通  断 ,甚 至通 过 设 定 完成 发 电机 的 自动 启动 、 自动  并 车 等 功 能 。实现 船 舶 电站监 控 的 关键 是通 讯 技  术 , 本 文 结合 舰 船 装 备 的需 要 , 设计 了船 舶 电站  监 控 系统 通 讯 软 件 。该 软 件 利 用 Mo b s通 信 协  du
收 稿 日期 :2 0 .22   0 81 —4

K 9 为核心 作为下位机实现模拟 量和开关量 的 T7  
操 作 ,而 控 制 台 内 的工 控 机 作 为上 位 机 实现 开 关  的遥 控 、 电站 状 态 和 各 种 电 能参 数 的显 示 ,包 括 
发 电机 及 电 网 电压 、频 率 等 的显 示 。上 位 机 与 下 

作者 简介 :李军 政(9 7) ,研究 方 向:舰 船 电力系 统 。 1 7 .,男  
29  

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第 5 期 

位 机 通 过 串 口通 信 ,遵 循 Mo b s 讯 协 议 ,P   du 通 C
机 作 为 主 设 备 初 始 化 查 询 ,P C作 为 从 设备 根 据  L 主设 备 的查 询 提 供 相 应 的 数 据 。 保 证 通 讯 距 离 , 为   中 间 经 过 RS 8 转 换 器 转 换 。 借 助 于 P 机  45 C Wid ws 台 下 的 图形 化 软 件 ,设 计 出 界面 友 好  no 平 的监 控 系 统 。RS4 5总线 具 有 信 号 传 输 速 率 快 、 一8  

协 议 需要 对 数 据 进 行 校 验 ,对 串行 通 信 而 言 ,除  串行 协 议 中 已具 备 的奇 偶 校 验 之 外 ,AS I 式  C I模 采 用 L C 校 验 ,R U 模 式 采 用 1 位 C R T 6 RC 校 
验 。因 此 ,Mo b s协 议 具有 较 高 的可 靠 性 。 du  
I l     r. 1   。一   l  

传 输 距 离 远 、抗 干 扰 能 力 强 等 优 点 ,软 件协 议 采 
用支 持 R . 8 S 4 5网络 的 Mo b s 业通 信 协议 ,它  du 工 是 当今 全 球 工 业 领 域 最 流 行 的协 议 ,支 持 传 统 的  RS2 2 .3 、RS4 2 . 2 、RS4 5和 以 太 网设 备 。不 同厂  一8 商 生 产 的控 制 设 备 包 括 单 片 机 、P C、 智 能 仪表  L 等 都 可 以通 过 Mo b s协 议 连 成 工 业 网 络 ,进 行  du 集 中 监控 。  

一I   I   嘿 
P  
L 

C  





 

l I    

L’ l  

l  

图 1系 统硬件 框 图 

AS I 通 信 模 式 中 ,消 息 中 的每 8 Bt CI   i字节 
都 作 为 每 两 个 AS I 字 符 发 送 。这 种 方 式 的主 要  CI 优 点是 字 符 发 送 的 时 问 间 隔 可达 到 1 而 不 产 生  秒 错 误 。R U 通 信 模 式 中 ,消 息 的每 个 8 Bi字 节  T   t 包 含 两 个 4B t   i 的十 六 进 制 字 符 。 这种 方 式 的主 要  优 点是 在 同样 的波 特 率 下 可 比 AS I 方式 传 送 更  CI 多 的数 据 。  

3 通 信软 件 的实现 
31 d u . Mo b s通 信协 议 简 介    Mo b s协 议 主 要 包 括 AS I 美 国标 准 信  du C I(

息 交 换 代码 ) R U( 程 终 端 单 元 ) 信模 式 。 和 T 远 通  

这两种模式的消息帧结构 如表 12所示。 du  、 Mo b s

表 1 AS I 式 消 息 帧    CI 模
地  功 能  数 据  数据

址 

代 码 

数 量 

1  

数据 n  

L   RC

L C R 

高 字 节 

低 字 节 

回 车  换 行  

表 2 R U 模 式 消息 帧    T

32 通 信帧 格 式 设 定  .

据传 送 给 控 制 软 件 ,格 式 见 图 3  。 其中 5 1个 单 元 的 数 据 共 有 4 8位 ( 个字 节  0 每
:  

在 本 文 设 计 的 电 站 控 制 系 统 查 询 的数 据 量 
较 多 ,采 用 的是 R U 通 信 模 式 。上位 机 在 空 闲 时  T

8位 ) ,这 些 数 据 经 过 处 理报 警 子程 序 处 理 ,分 离 

以 查询 方 式 读 取 数 据 ,发 送 数 据 采 用 中断 方 式 。  
32 1数 字 量 的 查 询  ..

出各 种 数 字 信 息 ( 如 第 1 为 1 示 2 汽 轮机  例 位 表  
0 30 3数据1数据2..数据5 o )[ 10 03 . 1) o (  
  ’

控 制 软 件 发 送 如 下 命 令 :如 图 2  。
1  

0  0   0 0   0 3   E 1   1 32   0 0  3 0  F

图3  

有 电, 0表 示 2j 轮 机 没 有 电 ) 理报 警 子 程 序  { f } 汽 ,处
就对 每 一 位 逐 一 进 行 判 断 ,然 后 转 化 成 相应 的状 
图 2  

态信 息 ,在 控 制 界 面 上 直 观 地 显 示 出来 。报 警 信  号 的信 息也 包 含 在 这 些 数 据 中 ,例 如 第 8位 表 示 

从 P C 0 2 0 单 元 开始 读 5 L   x00 1个 单 元 的数  据 。P C 接 收 到 以上 命 令 ,就 将 5 L 1个 单 元 的数 
3  0

岸 电欠压 ( 表示欠压 ) 1 ,如果接 收到的数据第 8  

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第 5期 

位为 1 ,就 在 显 示 界 面 的报 警 条 中 显 示岸 电欠 压 
的报 警 信 息 。   322 模 拟 量 的 查询  .. 控 制 软件 发送 如 下命 令 : 4 图  
地 址 

功能码,强置一个逻辑继电器的通断  逻辑继电器的高位地址 
逻辑 继 电器 的低 位地址  

从 P C 026 L   x 0 0单 元 开 始 读 2 1个 单 元 的数 
据 。因 为 R U 模 式 中每 字 节 包 含 两 个 4 i T B t的十 

置位数据  CC R校验 

六进 制 数 据 ,这 样 就 可 以获 得 4 个 模 拟 帚 的数  2
据 。P C 接 收 到 以上 命 令 ,就 将 2 L 1个 单 元 的数  据 传 送 给 控 制 软 件 ,格 式 如 下 :如 图 5  。
0  0   0 0 0   5 8   B 1 3 2  6   0 1   F D  

图6  

让 P C中地 址 为 0 2 3 L x 3 B的逻 辑 继 电器 接 通 。   如果 接 通 P C将 给 上 位 机 一 个 回 应 信 号 , 示 界  L 显 面 中相 应 开 关 闭合 ;如 果 没 有 接 通 ,则 给 出相 应 

故 障报 警 信 号 。  
33P C端 通 信 软 件 的设 计  . L  

编 程 语 言 采 用 与 I C 13 . 标 准 兼 容 的  E 6 1 13

F D 功 能块 图编 程 语 言 , B 语 言 源 于 信 号 处 理  B FD 领 域 ,具 有 直 观 、可 读 性 强 的特 点 ,在 工 业 控 制  领 域 被 普 遍 采 用 。P C与 上 位 机 通 信 采 用 查 询 方  L
图4  

式 。通 信 采 用 C m2端 口 ,波 特 率 1 2 0bs o 9 0  /,无 

奇偶校验位 ,1 停止位 。 个  
34P . C端 通 信 软 件 的 设 计   

这些 数 据 经 过 计 算 子 程 序 处 理 计 算 ,转 化 成 
相应 的模 拟 量 ( 发 电机 的 电压 、电流 、 率 等 )  如 频 。
323 开 关的 通 断 控制  ..

P C端 监 控 通 信 程 序 采 用 vC + 写 ,通 信 参  +编
数 和 下位 机 设 置 相 同 。上 位 机 读 采用 查 询 方式 ,  

控 制 软 件 发送 如 下 命 令 : 如 图 6  。
0  3D 5数据 1数据2..数据2 。 )( 10 0l . 1) D (  

写采 用 中 断 方 式 。上位 机 每 隔 固 定 的 时 间读 一 次 
下位 机 P C,一 个 周 期 为 3 0ms L 0   。为读 写 的数 据  开设 7 3个 内存 缓 冲 区 , 写入 下 位 机 的命 令 放 在  要 固 定 的 缓 冲 区 中 。 通 信 部 分 的 初 始 化 程 序 放 在  VC + 话 框 窗 口 的初 始 化 函 数 ( nnt ao () +对 o Ii lg) Di   里 , 要 包 括 串 口 、读 写 标 志 、定 时器 的初 始 化 。 主   发 送 程 序 放 在 定 时 响 应 函 数 
( Tme( NT l v n) 。接 收 程 序 放 在 串 口 On i rUI nDE e t) 里  

图5  

响应函数里 。  

c n r ES   o tol V
— .

c nr1RS  ot o
. .

MODI f  Nf

R  S %I     ×622 5  s SE T 

—E   S

刚 。— EMIY      NO E H r C DR _ O lR   ND M TR     
。, 日AUD  ERNO   P TY

M  ERR   I
。  

-Y :TP  0 8   P 
R 8 T L T C R  

SC RD N  E
F T C 

T8 L 
CDL   Y

CH O T 
h 8   L  I T SV I A

图 7P C端通 信部 分 F D程 序   L B

4 通 信软 件 的实现 
实现船舶 电站监控 的关键是通信技术 ,基于 

Mo b s通信协 议 的船舶 电站 实时监控系统通信  du
软件 在 船 舶 电 站 实 验 室 进 行 了 实 机 调 试 ,P 机  C 与 P C通 信 稳 定 、可 靠 ,监 控 功 能 完 善 ,界面 友  L
31  

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好 ,可 视 性 强 ,而 且 能 够 很 方 便地 移 植 到其 它 实 
际应 用 系 统 ,在 船 舶 电站 集 中监控 设 计 中具 有 广 

泛 的应 用 价 值 。  

图 8 电站控 制 台主界面  世 界 海 运 , 0 2 2 ()4 ~ 4 . 2 0 , 56 : 1 2   [] 何 衍 庆 ,黎 冰 ,黄 海 燕 .可 编 程 控 制 器 编 程 语 言 及 运   3 用 [ .北 京 :电 子 工 业 出版 设 , 0 6 M] 20 .  

参 考文 献 :  
【】 王 虹 飞 ,向 先 波 ,刘 土 光 .船 舶 电 站 实 时 监 控 系 统 通   1 讯 软 件 设 计 【] 舶 工 程 , 0 7 () J.船 2 0 ,3 .  

[】 何健辉 ,董方 鹏.实用 V saC + . 4 i l+ 60教程 【 .北京 : u M]  
清华 大学 出版社 ,0 2 20.  

【】 张 少华 ,刘 慧 敏 .船 舶 自动 化 电站 模 拟 器 系 统 【 . 2 D]  

[ 装 动态] 海  
● 俄 罗 斯 舰 艇 产 购 项 目面 临 延 误 
【 英 国 《 氏 国际 海 军 》报 道】俄 罗 斯 海 军  据 简 两 个 主 要 水 面 舰 艇 的 采购 项 目— — 新 的 护 卫 舰 和 
轻 护 舰 — — 已经 延 误 了 2 年 。俄 罗 斯 海 军 直 到  2 1 .0 3 年 才 会 接 收 第 一 艘 “ 尔 什 科 夫 ” 0 22 1 戈   ( o sk v 级护 卫舰 ,或 者 直 到 2 1 G rh o ) 0 0年 才 会 接 收  第 二 艘 “ 护 ”See u h hy级 多用 途 轻 护 舰 。 守 ( trg sc i)  

此 外 ,伊 万 诺 夫称 :“ 二艘 ‘ 第 守护 ’ 轻护 舰  级 将 在 2 1 完 成 ,比预 计 的要 晚 一 年 。 轻 护舰  0 0年 该

的排 水 量 为 2 0 2 0吨 ,将 命 名 为“ tiy ,这个 名  Sok ”
字 以前 是 2 0 0 6年 1 1月铺 设 龙骨 的第 五 艘 轻 护舰 
的名 字 。  

该级轻护舰准备替换 2 5艘 仍然 在 服 役 的“ 俄 

格里莎

( i a 级轻 护 舰 。第 一 批 的 4 艘 正  Gr h )” s

在 北 方 造 船 厂 建 造 , 括 该 级 的第 一 艘 “ 护” , 包 守 号  该舰 已经 于 2 0 0 7年 1 1月服 役 。  

据 俄 通 讯 社 报 道 : 副 总 理伊 万诺 夫 ( eg i 俄 S re   Ia o )1 vn v 0月 3 0日对 俄 罗斯 军 事 工 业 委 员 会 称 :  

第 五 艘 轻 护 舰 于 2 0 年 6 在 共青 城 的阿 穆  06 月
尔 船 厂铺 设 了龙 骨 ,该 舰 是 签 订 的 2艘 轻护 舰 建 

第一艘护卫舰将在 2 1 年下水 。然而 ,2 0 01 0 5年 
1 0月与 圣 彼 得 堡 北 方 造 船 厂 ( e en y   ef 签  S v r a aV r)

造 合 同中 的一 艘 。 目前 还 不 清 楚 这 两 艘 舰 的进 展   
情 况 。2 0 0 8年 6月 北 方造 船 厂 宣 布 被 选 为 “ 护” 守   级 轻 护舰 项 目的 唯一 建 造 商 。   伊 万 诺 夫 称 :“ 计划 产 购 2 0艘 ‘ 守护 ’ 级轻 护  舰 用 于 俄 罗 斯 波 罗 的海 和 黑 海 的近 海 防 御 。”  

订“ 尔什 科 夫 ” 护 卫舰 建 造 合 同 的 时候 ,下 水  戈 级
时 间 定 的是 2 0 0 9年 。  

最初 的计 划 是 到 2 1 0 5年 采 购 5艘排 水 量 为  40 5 0吨 的护 卫 舰 ,现 在 很 可 能 要 到 2 1 0 7年 ,尽  管 海 军 希 望采 购 1 O艘— — 很 可 能多 达 2 O艘 。  
3  2


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