1 前语
船只电站监控体系首要用于监控船只发电机组的运转状况，调理改进船只供电的电力质量。本体系替代传统的点对点连线的操控办法，选用CAN 现场总线技能，完结发电机组的长途操控。依据CAN 总线具有结构简略、通讯方法灵敏的特色及其非损坏总线裁定技能，为该监控体系进步数据传输可靠性、增强体系运转稳定性供给了新的解决计划。
2 网络通讯渠道规划
船只电站监控体系选用 CAN 现场总线衔接各设备，通讯网络由监测网络与操控网络组成，选用双冗余总线结构，体系网络结构图如图1 所示。
图1 电站监控体系网络结构示意图
监测网络由若干个数据收集模块与1 个网关组成，首要担任收集传输现场用于丈量柴油发电机组绕组温度、燃油压力等传感器数据;操控网络由1 台上位机、1 台能量办理操控器与3 个输入输出模块组成，完结对柴油发电机组起动、泊车、合闸、解列以及能量办理的遥控操控。监测网络和操控网络均选用双绞线电缆作为通讯介质，依据网络规划与数据传输流量，设置网络总线速率为100kpbs。
数据收集模块：数据收集模块依据不同的传感器类型别离可以收集、丈量 Pt100 温度信号、4～20mA 电流信号以及开关量等信号。
能量办理操控器：完结电站监督与电能办理功用。
输入输出模块：接纳来自能量办理操控器的指令，操控发电机组运转，一起监测发电机组相关的电参数。
网关：完结不同网络间的数据交换。
监测网络部分：数据收集模块从外部收集传感器数据后，将数据发送至网关，网关将一切传感器数据发送至上位机完结会集显现与报警功用。
操控网络部分：上位机将人工操控指令发送至能量办理操控器，该操控器将操控指令进行处理表决，将成果发送至输入输出模块，由输入输出模块输出操控信号操控发电机组状况。别的，输入输出模块收集发电机组相关电参数(电压，电流，有功、无功功率等)发送至能量办理操控器进行监测与办理。
网络体系由两条总线构成硬件双冗余结构，若其间一条总线电缆受损或呈现毛病后，另一条总线仍能保持体系正常作业，防止通讯网络瘫痪。此外，为了保证通讯网络的可靠性与实事性，各个网络节点还具有在线毛病诊断，传感器毛病诊断等功用。
3 网络通讯标识符规划
在该网络通讯体系中，底层智能模块选用Intel16 位的MCU，CAN 网络操控器选用Philips 公司的SJA1000，完结CAN 网络数据收发功用，体系中网络总线运用CAN2.0B 协议格局，依据该体系监测网络与操控网络的不同功用，别离规划两种网络的报文标识符。
3.1 监测网络协议
监测网络中的数据收集模块收集现场传感器的模拟信号，经过 A/D 转化将其转化为数字量信号后发送至监测网络，数据改写频率为每秒2 批次。关于监测模块而言，只是发送丈量所得的现场传感器数据，不需求接纳其他网络数据，因而设置检验屏蔽寄存器制止其他网络数据接纳，网关接纳到各个数据收集模块发送的数据之后将其发送至上位机。下表为监测网络的报文标识符界说：
表 1 监测网络CAN 标识符
每个数据收集模块分配仅有的网络节点号，每个网络节点分配节点地址，此外，为了使网关设备快速判别各数据收集模块作业以及所发送的报文是否呈现异常状况，每个数据收集模块在发送各自的报文时设置索引值，运用CAN 标识符的第13～22 位标明。当某个数据收集模块起动新的一个批次数据发送时，索引值清零，每发送成功一帧报文后下一帧报文的索引值加1，当时批次数据发送结束后索引值计数器清零，然后可依据每个模块在一个批次内发送的报文个数承认该模块的最大索引值。接纳方在接纳到某一节点发送的报文后先判别标识符中的索引值信息，若接纳到报文的索引值为不合理数值，则抛弃对当时报文的接纳处理。由此可以防止网关接纳在传输时或许程序犯错时产生过错的报文，以进步网络数据的可靠性。此外，监测网络数据收集模块设置守时向网关设备发送标明本身通讯是否正常的协议帧，网关将其接纳后转发至上位机向用户显现体系网络各个单元当时的作业状况，即网络通讯状况。
3.2 操控网络协议
操控网络中产生的操控指令一般是猝发式的，关于操控体系而言有必要保证操控指令被及时而且成功的发送，操控网络报文标识符界说如下表所示：
表 2 操控网络CAN 标识符
CAN 总线中非损坏性总线裁定技能，是从协议帧标识符的最高位开端，即BIT.28 逐位比较下去，当呈现参与裁定的两边在某一位第一次呈现显隐性不一起，为显性位的那个协议帧赢得裁定。依据CAN 总线的这一特性，即标识符值越小发送优先级越高，依据体系中总线流程以及操控网络中各网络节点优先级的凹凸从小到大设置各个模块的网络节点号，如表3 所示：
表3 操控网络模块网络节点分配
当操控网络数据发送频频时，或许导致部分操控指令帧由于标识符优先级的原因而丢掉SJA1000 操控器的裁定，尽管SJA1000 具有丢掉裁定后的主动从头发送该报文的功用，但该操控指令帧依然存在发送失利的或许性，终究导致操控功用的失效。CAN 协议帧优先提升计划可以大大下降上述状况产生的或许性，为完结操控指令帧发送时在丢掉裁定后重发的优先级提升，则有必要制止MAC 子层的主动重发功用，由应用层来完结报文的重发。该体系选用Philips 公司的SJA1000 作为CAN 网络操控器，可以经过在报文发送时设置其指令寄存器的第0、1 位制止其主动重发功用，改为单次发送。
起动发送报文之后，MCU 须判别该网络节点是否现已成功发送了一条报文或许报文发送失利：首要，当SJA1000 中止寄存器呈现了裁定丢掉中止或许发送中止，标明该节点现已处理完了一条报文，可是依然不知道是否发送成功。假如成功，中止寄存器就没有裁定丢掉中止，可是会产生发送中止，由于发送成功后发送缓冲区会开释。假如发送不成功，一定是与较高优先级的协议帧竞赛的成果，所以会有裁定丢掉中止。可是改为单次发送后，发送失利今后也会开释缓冲区，因而将一起产生裁定丢掉中止以及发送中止。在得到节点现已处理完一条报文后，只需用以上的规矩进行判别就能知道上一条报文是否发送成功，也便是用来判别是否需求提升节点所发送信息帧的优先级并重发该帧。
操控网络的标识符划分为三个部分，其间标识符的第 21 至28 位用于协议帧优先提升，这部分标识仅标明协议帧的优先级，它由调度机制分配给协议帧的优先级的改变而改变，设Pi=(2n-1)-kt，Pi 项为当时操控指令协议帧的优先级，(2n-1)代表其优先级行列的初始值，即为队尾;n 为优先级行列的二进制数，BIT28:21 共有8 位数，所以这一项数值为0FFH。kt标明优先级提升项，t 为初次发送以来协议帧丢掉裁定的次数，k 为提升权重，k 取值越大协议帧优先提升速度就越快(该体系中取k=1)。由此可见，当某协议帧第一次发送时，Pi=0FFH，当它在发送时与其他协议帧磕碰并失掉裁守时，退出发送而且置Pi=0FEH 从头发送，由于此刻其优先级高于其他协议帧，在整个网络中假如没有其他和它具有相同优先级的协议帧一起发送时，即便与其他第一次发送的协议帧磕碰，也会赢得裁定，所以增大了该帧发送成功的概率。下图为报文优先级提升操控流程：
图 2 报文优先级提升操控流程
除此之外，体系具有操控参数在线修正的功用(如修正体系参数)。参数修正指令由上位机宣布修正帧，能量办理操控器接纳后进行操作履行。当进行在线操控参数修正时，能量办理操控器将宣布播送音讯告诉操控网络一切节点制止一切操控动作的输出，以防止意外状况的产生。
在进行参数的下载修正过程中，为防止修正帧发送失利或丢掉，然后导致体系参数紊乱，乃至导致体系瘫痪的状况产生，运用帧标识符的第11、12 位表征修正帧的结构类型：单帧、非结束多帧和结束多帧。当待修正的参数数量较少，单个协议帧可以包含一切修正信息时，能量办理操控器接纳到来自上位机的修正帧，并判别该修正帧为单帧标识后，则当即进行参数存储空间的修正;若待修正的参数较多，单个协议帧无法包含一切待修正数据时，上位机首要宣布部分修正帧运用非结束多帧标识，发送至最终一个修正帧时，标记为结束多帧。功率办理模块只要在将悉数待修正的参数接纳结束(即收到结束多帧标识)之后，才开端对相应参数存储空间进行数据修正的操作。完结操作之后，能量办理操控器再将相应存储空间修正结束的数据发送反应至上位机，进行握手承认。选用以上体系参数修正机制一起结合协议帧优先提升计划，大幅提升了电站重要参数修正的可靠性。
表 4 参数修正帧的标识
4 结束语
船只电站监控体系网络通讯的完结，节省了很多的现场线缆，整个体系便于调试。网络数据传输过程中运用的协议帧优先级提升算法机制等处理计划以及双冗余的网络硬件结构，进步了现场总线网络的可靠性和稳定性。一起，此网络适应力及扩展力强，可依据不同船只电站体系的结构差异灵敏装备体系的设备，而且随时能参加新的站点及第三方设备。
