专利名称：一种总线式调距桨联合控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及船舶控制领域，尤其涉及船舶可调螺距螺旋桨的控制技术，具体 地说是一种总线式调距桨联合控制器。
背景技术：
可调螺距螺旋桨(也称调距桨)通过电液控制系统无级调整螺旋桨桨叶的螺 距角，从而实现船舶动力传动的"无级变速"，从而提高船舶的操控性能；通过 调节螺旋桨桨叶螺距角可以实现特定工况下航速、负载与发动机工况的最优化匹 配，从而提高发动机燃油工作效率，降低能耗；在转向、风浪等突发性负载增大 工况下，调距桨控制系统可以自动降低桨叶螺距角，从而降低主机负载，达到保 护主机和传动轴的功能；是现代大型船舶动力传动系统的重要发展方向。
现有的调距桨系统只满足船舶螺距与转速的控制需求，不具备调距桨状态参 数、控制输出、操作指令等信息记录功能，而这些现场数据是船舶实现故障准确 分析、定位、排除、改正的前提条件与重要依据，是分析判断船舶运行工况与系 统状态的主要指标，是船舶安全保障系统迫切需求、亟待解决的重要系统功能
发明内容
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本发明要解决的是现有技术存在的上述问题，旨在提供一种改进型的总线式 调距桨联合控制器。
解决上述问题采用的技术方案是 一种总线式调距桨联合控制器，包括位于 船舶机舱的电控中心、集控室控制台、驾控室控制台、信号输入输出中心和液晶
显示，其特征在于所述的电控中心采用FRAM与FLASH芯片联合操作，每一 条保存信息先存入FRAM铁电芯片，达到批量信息后，再一次性批量写入FLASH 芯片，实时自动保存螺距角传感器、转速传感器、主机负荷传感器的输入信息， 实时自动记录发送到螺距角调节装置、主机调速装置、主机控制装置的控制输出 信息，并且实时记录驾驶员在集控室或驾控室控制台发送的操作指令信息；所有的保存信息通过总线发送到上位机，通过上位机软件进行数据处理。
船舶动力系统由主机、传动、螺旋桨、螺旋桨驱动和电液控制系统组成。其 中主机、传动等部件与本发明的调距桨控制器完成信息交互，主机运行状态(油 门、转速等)可以由调距桨控制器根据不同模式进行设定或者监控。
调距桨控制器的电控中心是系统核心部分，它负责与各个子系统协同工作， 也是实现信息存储功能的核心部件。其将主机与信号中心发送的系统状态参数如 螺距、转速、主机负荷等信息发送到集控室与驾控室面板进行显示，并实时记录 当前系统输入的状态信息；其监测驾控室与集控室驾驶员的操作指令，如航速指 令、驾集控制权切换指令、开关备用通道指令、正车倒车指令等，电控中心记录 所有驾驶指令；电控中心接收驾驶指令，经控制算法运算后，将其转化为控制输 出指令，发送到信号中心以控制螺距与转速，并记录控制输出信息。所以，电控 中心自动保存螺距、转速、主机负荷等动力系统实时状态信息，自动记录发送到 螺距角调节装置、主机调速装置、主机控制装置的实时控制输出信息，并且实时 记录驾驶员在集控室或驾控室控制台发送的操作指令信息。
电控中心可以通过CAN总线与上位机进行通讯，电控中心核心处理器自带 CAN控制器，而上位机需要以周立功USBCANII数据传输盒与下位机通讯，通 讯最高波特率可达1M bps，通讯协议为自主开发的MicroCAN协议，保障数据 传输成功。
上位机软件可以曲线显示采集的历史数据，每个数据点可以显示采样时间与 数据值。
电控中心以高性能ARM7系列的PHILIPS 2200芯片为核心处理器，外扩一 块FLASH芯片与一块FRAM芯片作为存储芯片。NOR FLASH芯片容量达 4MByte以上，寿命可以长达100,000次读写；FRAM芯片容量为2KByte，读写 无延时，可无限次读写，数据保存长达45年；FRAM具有读写速度快、数据保 存可靠等优点，但存储的数据量有限， 一般不超过16KByte，而FLASH具有存 储数据量大等优点，但擦写次数有限，FLASH操作以片为单元进行读写，如果 每个字节存储都进行FLASH操作，则需要频繁进行片操作。本发明以FRAM作 为缓冲区，以一片FLASH空间容量为缓冲区大小，当数据存储满一片时，再批 量整片写入FLASH,只需一次片操作，提高FLASH的使用寿命。FLASH—片 空间为528Byte，共8192片，加上FRAM缓冲池空间，共为4325904Byte，每条记录信息长度为8Byte，可记录540738条数据，以一秒钟一条数据计算，可以 保存一周左右时间。
调距桨连续数据记录仪以输入指令信号作为判断依据，根据前数次指令值与 本次指令的差异，自动判断本次指令是否为指令事件。当调距桨记录事件大于数 据存储容量时，调距桨连续数据记录仪以循环队列结构自动丢弃最大数据存储容 量前的纪录数据，保存当前有效数据，并通过设置数据有效指针标记有效数据起 始点和终点,相应的PC软件将存储的有效记录全部以数据和曲线形式进行显示， 并标记相应的日历时间信息，保障系统保存信息为最新一周记录数据。
系统每条记录信息都为8个字节，记录信息格式为，前4个字节为时间信息， 后4个字节为信息数据内容。
电控中心具有RTC芯片，为系统提供指令记录的精确时间(年/月/日/时/秒/ 分)，时间存储格式为(年6bit、月4bit、日5bit、时5bit、分6bit、秒6bit)共 32bit， 4个Byte，最大可支持64年的时间跨度，时间精度精确到秒。系统时间 可在上位机进行显示和设置。
数据内容信息记录的4个字节的格式从高到低分配为，第一个字节为信息类 型，第二个字节为信息ID，后两个字节为信息数值。记录信息以信息类型、信 息ID分类，最多可记录65536种信息，保存信息的精度为16位，所以记录精度 可以达到1/65536。
本发明采用FRAM与FLASH芯片联合操作，实现海量数据保存。而这些记 录的现场数据是船舶实现故障准确分析、定位、排除、改正的前提条件与重要依 据，是分析判断船舶运行工况与系统状态的主要指标，海量信息存储功能是船舶 安全保障系统迫切需求的重要系统功能。
图1是本发明调距桨控制器的结构示意图。
图2是调距桨控制器模块化设计框图。
图3是电控中心存储功能硬件结构示意图。
图4是上位机软件三角波历史信号回放曲线。
图5是记录仪数据存储循环队列新旧数据更替示意图。
具体实施例方式
如图1所示，本发明的实施例中，调距桨控制器直接控制船舶的动力系统， 其监听主机转速、负荷等信息，并根据操作指令与系统状态，通过复杂算法运算， 发送主机转速指令到主机系统，主机通过传动系统控制螺旋桨转速，从而实现调 距桨控制器对螺旋桨转速的控制；正常运行状态下，控制器通过比例阀闭环控制 螺距角，在紧急情况下，可以通过备用通道的电磁阀开环调节螺旋桨螺距角。控 制器还接收集控台与驾控台驾驶员发送的操作指令信息，经控制算法分析后，转 化为操作指令以控制转速与螺距。所以，调距桨控制器需要监听转速、负荷、螺 距等输入信息，还要发送转速、螺距的控制信息，并接收驾驶员操作指令，在本 实施例中，调距桨控制器将这些信息全部保存，以备分析。
调距桨控制器模块化设计如图2所示，电控系统由电控系统中心、集控室、 驾控室、液晶显示、信号输入输出连接中心、PC软件控制端等六个子系统组成， 电控中心是系统核心部分，它负责与各个子系统协同工作，是完成数据处理、信 号传输、输出控制、信息存储等功能的核心部件，是系统的中枢控制区。
电控中心存储功能结构示意图如图3所示。电控中心以PHILIPS公司ARM7 系列2294芯片作为主控芯片，采用ATMEL公司的AT45DB321C芯片作为 FLASH存储设备，具有4M Byte以上的存储空间，以RAMTRON公司FM24CL16 芯片作为FRAM缓冲池，具有2KByte的数据存储空间。并且电控中心以XICOR 公司的1228芯片作为RTC时钟芯片，其由纽扣电池外部供电，保障时钟正常运 行不掉电。电控中心以2294芯片自带的CAN控制器芯片与上位机通讯，上位机 通过周立功USBCAN转换盒与电控中心通讯。
上位机软件接收数据后，可以以曲线显示方式回放历史数据，如图4所示， 软件具有缩放功能，并能显示每一点记录时间与记录的数据。，时间存储格式为 (年6bit、月4bit、日5bit、时5bit、分6bit、秒6bit)共32bit， 4个Byte;数据 格式为第一个字节为信息类型，第二个字节为信息ID，后两个字节为信息数值。
图5中，电控中心存储模块总是以最新数据替换最老数据。将FLASH分为 8192个扇区，开始时，头指针与尾指针都指向0地址，当缓冲区满时，头指针 指向0地址，而尾指针指向8191地址，当FRAM缓冲池再次满时，向FLASH 再写入数据，需要通过同一方向顺序移动数据存储的头指针与尾指针，保障最新 数据替换掉老数据。应该理解到的是上述实施例只是对本发明的说明，而不是对本发明的限制， 任何不超出本发明实质精神范围内的发明创造，均落入本发明的保护范围之内。
权利要求
1、一种总线式调距桨联合控制器，包括位于船舶机舱的电控中心、集控室控制台、驾控室控制台、信号输入输出中心和液晶显示，其特征在于所述的电控中心采用FRAM与FLASH芯片联合操作，每一条保存信息先存入FRAM铁电芯片，达到批量信息后，再一次性批量写入FLASH芯片，实时自动保存螺距角传感器、转速传感器、主机负荷传感器的输入信息，实时自动记录发送到螺距角调节装置、主机调速装置、主机控制装置的控制输出信息，并且实时记录驾驶员在集控室或驾控室控制台发送的操作指令信息；所有的保存信息通过总线发送到上位机，通过上位机软件进行数据处理。
2、 根据权利要求1所述的总线式调距桨联合控制器，其特征在于保存有效信 息达到或超出54万条， 一般可保存船舶控制一个星期以上的信息量，实现海 量数据保存功能。
3、 根据权利要求1所述的总线式调距桨联合控制器，其特征在于保存的数据 通过CAN总线传输到上位机软件，上位机软件接收数据后，以曲线形式显示 历史记录信息，并具有曲线縮放与查询功能。
4、 根据权利要求2所述的总线式调距桨联合控制器，其特征在于系统总是保 存最新信息数据，当系统达到最大记录量之后，总是以最新的数据信息替换 最老的数据信息，保障系统记录信息总为最近一个星期的数据。
5、 根据权利要求2所述的总线式调距桨联合控制器，其特征在于每条记录信 息都为8个字节，记录信息格式为，前4个字节为时间信息，后4个字节为 信息数据内容。
6、 根据权利要求5所述的总线式调距桨联合控制器，其特征在于时间信息记 录的4个字节32位的格式从高到低分配为，6位为年信息，4位为月信息，5 位为日信息，5位为时信息，6位为分信息，6位为秒信息，时间信息可以精确到秒，记录最长时间跨度为64年。
7、 根据权利要求5所述的总线式调距桨联合控制器，其特征在于数据内容记录的4个字节的格式从高到低分配为，第一个字节为信息类型，第二个字节 为信息ID，后两个字节为信息数值；记录信息以信息类型、信息ID分类， 最多可记录65536种信息，保存信息的精度为16位，可以达到1/65536。
全文摘要
本发明公开了一种总线式调距桨联合控制器，包括电控中心、集控室控制台、驾控室控制台、信号输入输出中心和液晶显示，其特征在于所述的电控中心采用FRAM与FLASH芯片联合操作，每一条保存信息先存入FRAM铁电芯片，达到批量信息后，再一次性批量写入FLASH芯片。本发明具有自动保存螺距、转速、主机负荷等动力系统实时状态信息，自动记录发送到螺距角调节装置、主机调速装置、主机控制装置的实时控制输出信息，并且实时记录驾驶员在集控室或驾控室控制台发送的操作指令信息功能，并且保存有效信息可以达到54万多条，实现海量数据保存。而这些记录的现场数据是船舶实现故障准确分析、定位、排除、改正的前提条件与重要依据。
文档编号G05B19/418GK101620440SQ200910098418
公开日2010年1月6日 申请日期2009年5月7日 优先权日2009年5月7日
发明者叶树明, 汤亚伟, 凯 蒋 申请人:浙江大学