基于现场总线的船舶远程阀门驱动和自动化控制技术研究
《船舶阀门电动静液作动器设计及控制研究》
《船舶阀门电动静液作动器设计及控制研究》 一、引言 随着现代船舶技术的快速发展，船舶设备的自动化和智能化水平日益提高。其中，电动静液作动器作为船舶阀门控制的核心部件，其设计及控制技术对于提高船舶的安全性和运行效率具有重要意义。本文将重点研究船舶阀门电动静液作动器的设计及控制技术，为船舶自动化和智能化提供理论支持和实践指导。 二、电动静液作动器基本原理与组成 电动静液作动器（简称电液作动器）主要由电动机、传动装置和液压部分等组成。当电机接收指令信号后，通过传动装置将动力传递给液压部分，利用液体传递能量实现阀门开关动作。该技术利用液压系统的稳定性好、动力大、响应速度快等优点，实现船舶阀门的快速、精确控制。 三、船舶阀门电动静液作动器设计 （一）设计要求 船舶阀门电动静液作动器的设计需满足以下要求：一是结构紧凑、轻便，便于安装和维护；二是具有良好的可靠性和稳定性，确保在恶劣的海洋环境下仍能正常工作；三是具有较高的响应速度和精确度，以满足船舶快速响应和精确控制的需求。 （二）设计思路 设计过程中，应充分考虑电液作动器的结构、材料、工艺等因素。首先，根据船舶阀门的实际需求，确定电液作动器的输出力矩和速度等参数；其次，选择合适的电动机和传动装置，保证动力传递的效率和可靠性；最后，设计合理的液压系统，确保系统的稳定性和安全性。 （三）关键技术 在设计中，需关注以下几个关键技术：一是电机控制技术，通过精确控制电机转速和转矩，实现阀门的精确控制；二是液压系统设计技术，包括系统压力、流量、油路设计等，确保系统稳定性和安全性；三是系统保护技术，包括过载保护、过热保护等，提高系统的可靠性和安全性。 四、船舶阀门电动静液作动器控制研究 （一）控制策略 针对船舶阀门的实际需求，可采用以下控制策略：一是开环控制策略，适用于对精度要求不高的场合；二是闭环控制策略，通过反馈系统实时调整电机转速和转矩，实现高精度控制；三是智能控制策略，利用人工智能等技术，实现自动调节和优化控制。 （二）控制系统设计 控制系统是电液作动器的核心部分，包括硬件和软件两部分。硬件部分主要包括传感器、控制器等设备，用于实时监测和调整电液作动器的状态；软件部分则负责控制算法的实现和优化。在设计中，需充分考虑系统的实时性、可靠性和可扩展性等因素。 五、实验验证与结果分析 为验证设计的可行性和有效性，我们进行了大量的实验验证。实验结果表明，所设计的电液作动器具有良好的结构紧凑性、稳定性和可靠性等特点；同时，通过精确的电机控制和液压系统设计，实现了船舶阀门的快速、精确控制。此外，智能控制策略的应用进一步提高了系统的自适应性和鲁棒性。 六、结论与展望 本文对船舶阀门电动静液作动器的设计及控制技术进行了深入研究。通过设计合理的结构、选用合适的材料和工艺以及精确的电机控制和液压系统设计等手段，实现了船舶阀门的快速、精确控制。同时，智能控制策略的应用提高了系统的自适应性。然而，随着船舶技术的不断发展，电液作动器的设计和控制技术仍需进一步完善和优化。未来研究方向包括进一步提高系统的稳定性和可靠性、优化智能控制策略以及探索新型的电液作动器技术和材料等。 七、未来的挑战与探索 面对未来的船舶阀门电动静液作动器设计与控制研究，我们仍面临诸多挑战和探索方向。首先，随着船舶规模和复杂性的增加，对电液作动器的性能要求也日益提高。因此，如何进一步提高系统的稳定性和可靠性成为了一个重要的问题。我们需要不断优化作动器的结构设计，增强其抗干扰能力和长期运行的稳定性。 其次，随着智能化和自动化技术的发展，智能控制策略在电液作动器中的应用将更加广泛。未来的研究方向之一是探索更先进的控制算法，如深度学习、强化学习等，以实现更高级的智能控制。这需要我们在控制算法的设计和实现上进行更多的研究和探索。 此外，随着新材料和新技术的应用，电液作动器的设计和制造也将发生变革。例如，新型的复合材料、高强度合金等材料的应用，以及先进的制造工艺的引入，都将为电液作动器的设计带来新的可能性和挑战。 八、潜在应用领域拓展 除了在船舶阀门控制中的应用，电液作动器还具有广泛的应用前景。例如，在航空航天、汽车制造、机器人技术等领域，电液作动器都可以发挥重要作用。因此，我们可以进一步拓展电液作动器的应用领域，研究其在不同领域中的特殊需求和挑战，以实现更广泛的应用。 九、环境友好型设计 在未来的设计中，我们还应充分考虑环境友好型设计。例如，通过优化作动器的能效、降低噪音和减少排放等措施，实现电液作动器的绿色化。这不仅可以提高作动器的性能和可靠性，还可以为保护环境做出贡献。 十、总结与展望 综上所述，船舶阀门电动静液作动器的设计及控制技术是一个涉及多个学科和领域的复杂课题。通过深入研究和不断的实践，我们已经取得了显著的成果。然而，随着技术的不断发展和应用领域的拓展，我们仍需面临更多的挑战和机遇。未来，我们将继续致力于电液作动器的设计和控制技术的研究，以实现更高的性能、更好的可靠性和更广泛的应用。我们相信，通过不断的努力和创新，我们将为船舶和其他领域的自动化和智能化发展做出更大的贡献。 十一、技术挑战与解决方案 在船舶阀门电动静液作动器的设计及控制技术中，仍然存在许多技术挑战需要克服。其中，最主要的挑战包括高精度控制、高可靠性、高效率以及适应复杂环境的能力。 对于高精度控制，我们需要深入研究作动器的控制系统，包括传感器技术、控制算法和执行器设计等方面。通过优化控制算法和传感器技术，我们可以提高作动器的控制精度和响应速度，从而满足船舶阀门的高精度控制需求。 对于高可靠性，我们需要关注作动器的材料选择、制造工艺和耐久性等方面。通过选择高质量的材料和采用先进的制造工艺，我们可以提高作动器的可靠性和寿命，降低故障率。此外，我们还需要对作动器进行严格的测试和验证，以确保其在实际应用中的可靠性和稳定性。 对于高效率，我们需要优化作动器的能量转换效率和运动效率。通过改进作动器的结构设计、优化液压系统和电机控制系统等方面，我们可以提高作动器的工作效率和能效比，降低能源消耗和运行成本。 对于适应复杂环境的能力，我们需要考虑作动器在船舶中的安装位置、工作环境和外部环境等因素。通过采用防水、防尘、耐腐蚀等措施，我们可以提高作动器在复杂环境中的适应能力和可靠性。此外，我们还需要对作动器进行定期的维护和保养，以确保其长期稳定运行。 十二、发展趋势与未来展望 随着科技的不断发展，船舶阀门电动静液作动器的设计及控制技术将迎来更多的发展机遇和挑战。未来，作动器将更加智能化、高效化和环保化。 首先，智能化将成为作动器的重要发展趋势。通过引入人工智能、机器学习等技术，作动器将具备更高的自学习和自适应能力，能够根据不同的工况和需求进行智能控制和优化。这将大大提高作动器的性能和可靠性，降低维护成本。 其次，高效化也是作动器的重要发展方向。通过优化作动器的结构设计、液压系统和电机控制系统等方面，我们将进一步提高作动器的工作效率和能效比，降低能源消耗和运行成本。这将有助于实现船舶的节能减排和绿色发展。 最后，环保化也将成为作动器的重要发展方向。在作动器的设计和制造过程中，我们将更加注重环保和可持续发展。通过采用环保材料、优化制造工艺和降低噪音等措施，我们将实现作动器的绿色化，为保护环境做出贡献。 总之，船舶阀门电动静液作动器的设计及控制技术将迎来更多的挑战和机遇。我们将继续致力于研究和创新，为船舶和其他领域的自动化和智能化发展做出更大的贡献。 十三、当前研究进展与挑战 在当前的科技发展背景下，船舶阀门电动静液作动器设计及控制研究已经取得了显著的进展。随着新材料、新工艺和新技术不断应用于这一领域，作动器的性能得到了极大的提升。在现有的技术条件下，电动静液作动器已经在船舶的自动化和智能化方面发挥了重要作用。 在作动器设计方面，研究者们通过采用先进的计算机辅助设计（CAD）和有限元分析（FEA）等技术，对作动器的结构进行了优化设计。这不仅提高了作动器的结构强度和刚度，还降低了其重量和体积，从而提高了船舶的运输效率。 在控制技术方面，随着现代控制理论的发展，如模糊控制、神经网络控制等，作动器的控制精度和响应速度得到了显著提高。这些先进控制方法的应用使得作动器能够更好地适应复杂的工况和环境变化，提高了船舶的稳定性和安全性。 然而，尽管取得了显著的进展，船舶阀门电动静液作动器设计及控制仍然面临一些挑战。首先，随着船舶向大型化和复杂化发展，对作动器的性能要求越来越高，如需要承受更大的工作压力、更快的响应速度等。因此，如何在满足性能要求的前提下，进一步优化作动器的设计和制造工艺是一个重要的研究方向。 其次，随着环保理念的日益深入人心，船舶的节能减排和绿色发展成为了重要的发展方向。因此，如何降低作动器的能耗、减少噪音和振动等对环境的影响也是当前研究的重要课题。 十四、未来研究方向与建议 针对未来船舶阀门电动静液作动器设计及控制的研究方向，我们提出以下几点建议： 首先，继续加强基础研究。包括对作动器的工作原理、性能特点、优化设计等方面进行深入研究，为作动器的设计和制造提供理论支持。 其次，加强智能化技术研究。通过引入人工智能、机器学习等技术，提高作动器的自学习和自适应能力，实现作动器的智能化控制和优化。 此外，注重环保和可持续发展。在作动器的设计和制造过程中，应注重环保和可持续发展，采用环保材料、优化制造工艺等措施降低能耗和噪音等对环境的影响。 最后，加强产学研合作。通过与高校、科研机构和企业等合作，共同推动作动器设计及控制技术的发展和应用推广，为船舶和其他领域的自动化和智能化发展做出更大的贡献。 总之，随着科技的不断发展，船舶阀门电动静液作动器的设计及控制技术将迎来更多的机遇和挑战。我们需要继续加强研究和创新，为推动船舶和其他领域的自动化和智能化发展做出更大的贡献。 十五、创新技术与未来应用 在船舶阀门电动静液作动器设计及控制的研究中，未来我们将迎来更多的创新技术和应用场景。随着新材料、新工艺、新控制策略的不断发展，作动器的性能将得到进一步提升。
《船舶阀门电动静液作动器设计及控制研究》范文
《船舶阀门电动静液作动器设计及控制研究》篇一一、引言随着现代船舶技术的快速发展，船舶设备的自动化和智能化水平日益提高。
其中，船舶阀门电动静液作动器作为船舶控制系统中的关键部件，其设计及控制技术的研究显得尤为重要。
本文旨在探讨船舶阀门电动静液作动器的设计原理、结构特点及控制策略，为船舶自动化和智能化提供技术支持。
二、电动静液作动器设计1. 设计原理电动静液作动器是一种利用电力驱动液体进行工作的装置。
其设计原理主要基于帕斯卡定律和流体传动原理，通过电动机驱动液压泵，将机械能转化为液压能，从而实现对船舶阀门的控制。
2. 结构特点电动静液作动器主要由电动机、液压泵、油缸、控制系统等部分组成。
其中，电动机提供动力，液压泵将动力转化为液压能，油缸则将液压能转化为机械能，实现阀门的开启和关闭。
此外，控制系统作为作动器的“大脑”，负责控制作动器的运行状态和动作顺序。
三、作动器设计要点1. 电机选择：作动器的电机应具有高转矩、低速性能好、调速范围广等特点，以满足作动器在低速高转矩工况下的需求。
2. 液压泵设计：液压泵的选型应考虑作动器的流量、压力等参数要求，以确保作动器的正常工作。
同时，应采用高效、低噪音的液压泵，以提高作动器的工作效率。
3. 油缸设计：油缸是作动器的执行机构，其结构设计应考虑密封性能、耐磨性、抗腐蚀性等因素，以确保作动器的长期稳定运行。
4. 控制系统设计：控制系统是作动器的核心部分，应采用先进的控制策略和算法，实现对作动器的精确控制。
同时，应考虑控制系统的可靠性和稳定性，以确保作动器的安全运行。
四、控制策略研究1. 传统控制策略：传统的控制策略主要包括PID控制、模糊控制等。
这些控制策略在作动器的控制中具有一定的应用效果，但存在响应速度慢、抗干扰能力差等问题。
2. 现代控制策略：为提高作动器的控制性能，可采用现代控制策略，如自适应控制、神经网络控制等。
这些控制策略具有响应速度快、抗干扰能力强等优点，可有效提高作动器的控制精度和稳定性。
基于ControlNet现场总线的船舶控制系统设计简
基于ControlNet现场总线的船舶控制系统设计杨国伟(河南轻工职业学院，河南郑州 450000)摘要: 当前海洋船舶运输对船舶自动化的要求越来越高，船舶控制系统自动化水平的高低决定着船舶性能的优劣，并且也决定着船舶运输的安全。
现场总线技术已经在船舶控制系统中得到广泛应用，本文提出一种基于ControlNet现场总线的船舶控制系统，该总线能够采用同时间多路访问机制，寻址方式灵活，传输速度不受传输距离影响。
本文对基于ControlNet现场总线的船舶控制系统进行整体设计，并对同时间多路访问机制在船舶传感器数据读取中的应用进行分析。
关键词：ControlNet；船舶；控制系统；现场总线中图分类号：U665.12 文献标识码：A文章编号： 1672 – 7649(2018)2A – 0187 – 03 doi：10.3404/j.issn.1672 – 7649.2018.2A.063The control system design of the ship based on ControlNet fieldbusYANG Guo-wei(Henan Vocational College of Light Industry, Zhengzhou 450000, China)Abstract: The ocean shipping is more and more high to the requirement of ship automation, the level of automation control system determines the ship performance, and also determine the safety of shipping. Field bus technology has been widely used in ship control system, this paper proposes a ship based on ControlNet fieldbus control system, the bus can use multiple access mechanism at the same time, flexible addressing mode, transmission speed is not affected by the transmis-sion distance. This paper designs the ship control system based on ControlNet fieldbus, and analyzes the application of the same time multi-way access mechanism in the data reading of ship sensor.Key words: ControlNet；the ship；control system；the fieldbus0 引 言船舶的自动化系统是将现代化的计算机技术、通信技术、大规模集成电路技术等应用到船舶控制系统中的结果，现代船舶的控制系统是一种高度自动化、智能化的系统，系统具有实时性高、稳定性好、安全性能好等特点，能最大程度地降低船舶工作人员的工作强度，不仅可以实现对船舶自身的控制，同时也可以完成对船舶的定位和其他船舶的通信等功能。
船舶远程操作与无人船舶探索船舶远程操作和无人船舶技术的应用和前景
船舶远程操作与无人船舶探索船舶远程操作和无人船舶技术的应用和前景船舶远程操作和无人船舶技术是近年来迅速发展的领域，它们在船舶运输、海洋勘探和救援等方面发挥着重要的作用。
本文将介绍船舶远程操作和无人船舶技术的背景及其在不同领域的应用，同时对其发展前景进行展望。
一、船舶远程操作的背景随着科技的不断进步，船舶远程操作的概念逐渐被提出。
传统上，船舶操纵和控制都需要人员直接在船舶上进行操作，但这种方式存在一定的安全风险和成本压力。
因此，研究人员开始思考如何通过远程操作技术来改变这种情况。
二、船舶远程操作的应用1. 船舶运输领域船舶远程操作技术在船舶运输领域有着广泛的应用。
通过远程操作技术，船舶操纵员可以在岸上通过传感器和监控设备对船舶进行实时监控和控制，从而提高船舶的安全性和操作效率。
此外，远程操作还可以减少人员在船舶上的工作时间和压力，提高工作环境的舒适性。
2. 海洋勘探领域船舶远程操作技术在海洋勘探领域也有着重要的作用。
通过远程操作技术，研究人员可以远程控制和操作无人船舶来进行海底地质勘探、海洋生物采样和海洋环境监测等工作。
这种方式可以减少人员在海上的工作时间和风险，提高数据采集的效率和准确性。
三、无人船舶技术的背景无人船舶技术是指不需要人员直接操纵的船舶系统。
它利用自主导航、无线通信和传感器等技术来实现船舶的自动化运行。
四、无人船舶技术的应用1. 海洋科学研究无人船舶技术在海洋科学研究中扮演着重要角色。
科研人员可以使用无人船舶携带各种传感器设备，对海洋环境、海底地质和海洋生物进行全面的监测和调查。
这种方式可以减少人力投入，降低成本，提高科学研究的效率和可靠性。
2. 海上救援无人船舶技术在海上救援中具有潜在的应用价值。
通过无人船舶，救援人员可以远程监控和操纵船舶，对事故现场进行救援。
这种方式可以减少救援人员的危险性和工作压力，提高救援效率和成功率。
五、船舶远程操作和无人船舶技术的前景船舶远程操作与无人船舶技术的快速发展显示了其巨大的前景。
基于现场总线的船舶柴油发电机组智能控制装置
基于现场总线的船舶柴油发电机组智能控制装置杨斌曹寒夏朱艳丽肖超群赵芳芳河南柴油机重工有限责任公司动力控制设备公司，河南洛阳 471000摘要：伴随着船舶电站系统不断发展及应用领域的不断深入，对柴油发电机组监控系统智能化、网络化要求也越来越高。
为了实现船舶电站系统的智能化、集成化管理需求，对机组的实时运行参数的数量要求也益增多。
本文介绍了一种基于现场总线的船舶柴油发电机组智能控制装置，通过设置内部通讯总线和外部通讯总线的总线架构，实现了现代船舶电站管理系统对机组监控系统智能化、网络化的需求。
关键词：现场总线；PLC；触摸屏；智能电站中图分类号：U665.1 文献标识码：A 文章编号：1671-5799(2015)17-0140-02传统的船舶电站监控系统对柴油发电机组（后简称机组）的监控多采用分立元器件来获取机组各项运行参数。
机旁监控系统通过变送模块将机组的温度、压力等各项参数转换成标准的4～20mA模拟信号及普通开关量信号后远传至集控台进行集中显示。
机组安装处所与集控室之间需要大量的传输电缆进行各项数据传输。
智能化、网络化是未来船舶电站系统的发展方向，智能监控系统的终极目标是为了使船舶电站系统更加安全、高质、高效。
安全就是让电站系统具有更强的抵御故障能力，通过对电站系统各机组的运行参数进行实时监控，具备对机组运行故障的预判断能力，能够及时定位故障机组并投入备用机组。
高质就是船舶电站系统能够提供更好、更稳定的电能质量。
高效就是使船舶电站系统管理更加的智能和高效，让更多的信息技术、通讯技术、自动化技术融入到电站管理之中，提高电站电站运行的效率。
下面介绍一款基于西门子可编程控制器（以后简称PLC）及HMI触摸屏为核心的采用工业总线架构的发电机组智能控制装置。
1 系统硬件组成控制装置由基本监控系统、安全保护系统、显示单元三部分组成。
基本监控完成参数显示、操作控制、非紧急停机报警、扩展延伸接口、提供通讯等功能，是机组可靠运行的基础保证。
开题报告[杜威1]
![开题报告[杜威1]](https://img.taocdn.com/s3/m/b6931f35f111f18583d05a29.png)
二本课题的基本内容，预计解决的难题
本课题来源于横向科研课题。
目前，船用阀门控制方式比较简单，一对一的控制方式造成大量的铜材的浪费与船体空间的占用。本课题重点研究485接口技术、单片机技术、机电一体化技术，以及485接口技术在船用阀门中的应用。从而通过先进的通信方式来解决船用阀门的控制问题。
本课题涉及现场总线技术，以及机电一体化技术。通过本课题的研究，可以使学生熟练地掌握这些先进技术。
撰写论文完成日期
评议答辩完成日期
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教
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教
研
室
意
见
教研室主任签名：年月日
学院
意见
通过开题（ ）
开题不通过（ ）
教学院长签名：年月日
[15]赵恒.基于OPC技术的船舶机舱监测及报警软件系统的研究[D].大连:大连海事大学,2003
[16]杨瑾.OPC在现场总线控制系统中的应用研究[D].武汉理工大学,2006
[17]485用户指南;
[18]Ki-Yeol Seo.Gyei-Kark Park.Chang-Shing Lee and so on.Ontology-based fuzzy support agent for ship steering control[J].Expert Systems with Applications,2009,36:755-765
《船舶阀门电动静液作动器设计及控制研究》
《船舶阀门电动静液作动器设计及控制研究》一、引言随着现代船舶技术的快速发展，船舶设备的自动化和智能化水平日益提高。
其中，船舶阀门电动静液作动器作为船舶控制系统中的关键部件，其设计及控制技术的研究显得尤为重要。
本篇文章旨在研究船舶阀门电动静液作动器的设计及其控制技术，探讨其关键问题与优化措施，以促进其在船舶自动化控制中的实际应用。
二、电动静液作动器的工作原理电动静液作动器是一种利用电机驱动液压泵，通过液压系统实现执行机构动作的装置。
其工作原理主要包括电机驱动、液压泵输出、液压系统控制等环节。
在船舶阀门控制系统中，电动静液作动器通过接收控制信号，驱动液压泵产生压力和流量，从而实现对阀门的开启和关闭。
三、船舶阀门电动静液作动器的设计（一）设计要求船舶阀门电动静液作动器的设计需满足以下要求：一是具有较高的控制精度和响应速度；二是具备较好的耐久性和可靠性；三是便于维护和检修；四是符合相关安全标准和规范。
（二）设计内容1. 电机选型与参数设计：根据实际需求，选择合适的电机类型和参数，确保其能够满足作动器的驱动需求。
2. 液压泵的设计：根据电机的输出功率和压力需求，设计合适的液压泵，以实现阀门的精确控制。
3. 液压系统的设计：包括液压油的选择、液压管道的布置、压力和流量的控制等，以保证作动器的稳定性和可靠性。
4. 控制系统设计：包括信号接收、处理和输出等环节，以实现对阀门的精确控制。
四、船舶阀门电动静液作动器的控制技术（一）控制策略采用先进的控制策略是实现船舶阀门电动静液作动器精确控制的关键。
常用的控制策略包括PID控制、模糊控制、神经网络控制等。
这些控制策略可以根据实际情况进行选择和优化，以实现最佳的控制效果。
（二）信号处理与传输信号处理与传输是船舶阀门电动静液作动器控制系统中的重要环节。
通过对接收到的信号进行滤波、放大、转换等处理，以实现对阀门的精确控制。
同时，采用可靠的信号传输方式，确保信号的稳定性和可靠性。
浅析阀门遥控系统在海工船舶上的应用
浅析阀门遥控系统在海工船舶上的应用随着海洋资源开发和海洋工程建设的不断推进，海工船舶的使用日益普遍。
而作为海工船舶中重要的控制系统之一，阀门遥控系统的应用也日益受到关注。
本文将从阀门遥控系统的基本原理、在海工船舶上的应用及未来发展方向等方面进行浅析。
一、阀门遥控系统的基本原理阀门遥控系统是一种基于现代控制原理和通信技术的自动化控制系统，它通过遥控设备实现对阀门的开关控制。
其基本原理是将控制信号通过信号线传输到阀门控制装置上，再由控制装置对阀门执行机构进行控制，实现阀门的开关操作。
在海工船舶上，阀门遥控系统主要用于管路的控制和调节，以确保海工船舶的正常运行。
1. 管路控制海工船舶上存在大量的管路系统，如供水系统、油水分离系统、消防系统等，这些管路系统的正常运行对于船舶的安全和运行都至关重要。
阀门遥控系统可以实现对这些管路的控制和调节，确保管路系统的正常运行，如根据需要调节供水系统的水流量，控制油水分离系统的排放速度等。
2. 舱室排水海工船舶在航行过程中会受到海水侵入和舱室内水的产生，因此需要进行舱室排水。
阀门遥控系统可以实现对舱室的排水操作，通过远程控制可以减少人力投入和提高排水效率，确保船舶的安全航行。
3. 液体货物装卸对于一些液体货物的装卸作业，需要通过阀门进行控制。
在海工船舶上，阀门遥控系统可以实现对液体货物的装卸操作，减少人员在危险环境中的作业时间，增加工作效率，提高安全性。
三、阀门遥控系统在海工船舶上的未来发展1. 智能化随着智能技术的不断发展，阀门遥控系统也将朝着智能化方向发展。
未来的阀门遥控系统将具有更加智能化的功能，如自动诊断和报警功能、远程监控和控制功能等，提高系统的可靠性和安全性。
2. 节能环保未来的阀门遥控系统将更加注重节能环保。
通过对阀门控制装置的优化设计和控制算法的改进，可以实现对能源的更加有效利用，减少能源浪费，实现节能减排的目标。
3. 综合化未来的阀门遥控系统将向着综合化方向发展，与其他控制系统实现联网集成，与船舶的其他系统进行协同操作，提高整个船舶的自动化程度和系统的集成程度。
船舶电气自动化控制系统研究
船舶电气自动化控制系统研究船舶电气自动化控制系统是指利用计算机、自动化和通讯技术对船舶舱室的机电设备、灯光、舱门，以及船舶的动力、导航、通讯等方面的各种系统进行自动化集中控制。
随着科技发展和人们需求的不断增加，船舶电气自动化控制系统已经成为船舶上不可或缺的一部分。
本文将从船舶电气自动化的概念、应用、技术、优点和发展前景等方面进行阐述。
一、船舶电气自动化控制系统的概念船舶电气自动化控制系统是现代船舶上的必备系统，它主要是应用先进的计算机技术、控制技术和通讯技术，对船上的各种机电设备进行全自动化的控制和监测，以确保船舶在航行中能够充分发挥其性能和功能。
该系统的重要性主要在于，第一，可以大大提高船舶的安全性和航行效率，减少人为错误和操作不当引起的安全事故；第二，提高船员的工作效率和质量，降低船员的劳动强度和工作压力；第三，降低成本和节约能源，提高经济效益。
二、船舶电气自动化控制系统的应用船舶电气自动化控制系统的应用范围十分广泛，主要体现在以下五个方面：1. 机舱系统：船舶各种机电设备，如主机、辅机、冷却水泵和风机等，均可实现远程控制和监测。
2. 输电系统：包括主柜、配电柜、缆线系统等，采用计算机辅助设计，并采用保护继电器保证供电安全。
3. 动力系统：包括主发电机、副发电机、变频器等，可实现全自动控制和智能管理。
4. 航行系统：包括舵机、推进器、牵引电机等，可实现远程控制和航行状态监测。
5. 辅助系统：包括空调、冷藏、生活供水、供气系统等，可实现智能控制和集中管理。
三、船舶电气自动化控制系统的技术1. 中央处理器技术：即船舶电气自动化控制系统所采用的主要控制器，主要由主机和各个分机构成。
主机负责各种信号的输入、计算和判断，分机则负责信号的输出和执行。
2. 通讯技术：船舶电气自动化控制系统内部的各个控制器之间通过网络相互连接，以完成信息的交互和传输。
3. 传感技术：传感技术主要用于采集各个机电设备的实时数据，在主机进行分析和控制。
船舶自动化控制系统设计与研究
船舶自动化控制系统设计与研究第一章绪论船舶自动化控制系统在现代海洋运输中扮演着重要的角色。
船舶自动化控制系统可以提高船舶的安全性、可靠性和经济性。
因此，越来越多的船舶拥有自动化控制系统。
本文将对船舶自动化控制系统的设计和研究进行探讨。
第二章船舶自动化控制系统的模块化设计船舶自动化控制系统架构由多个模块组成，每个模块负责不同的功能。
模块化设计是一种常用的设计方法。
该方法将系统划分为多个模块，每个模块负责不同的功能。
在模块化设计中，各个模块间可以独立设计，方便系统升级和扩展。
第三章船舶自动化控制系统的信号处理在船舶自动化控制系统中，不同的模块需要交换信息。
因此，信号处理在船舶自动化控制系统中起着至关重要的作用。
信号处理负责将模块之间传输的信号正确地解码和重编码。
第四章船舶自动化控制系统的可靠性设计在航海过程中，船舶自动化控制系统必须保证高可靠性。
高可靠性设计是一项极其重要的任务。
高可靠性设计需要考虑输入信号的可靠性、输出信号的可靠性以及系统本身的可靠性。
第五章船舶自动化控制系统的性能优化船舶自动化控制系统的性能优化是一个重要的研究方向。
性能优化可以通过软件和硬件两种方式实现。
软件性能优化主要包括算法优化和代码优化。
硬件性能优化主要包括硬件架构优化和硬件性能测试。
第六章船舶自动化控制系统的实现船舶自动化控制系统的实现需要经过多个阶段。
这些阶段包括需求分析、软件设计、硬件设计、集成测试、系统测试和验证等。
在实现过程中，需要充分考虑交互性、可靠性、安全性和可扩展性。
第七章船舶自动化控制系统的未来发展船舶自动化控制系统的未来发展趋势是集成化、高效化和智能化。
在未来，船舶自动化控制系统将更多地采用新型传感器和新型控制算法，以实现更高效的运行和更佳的用户体验。
第八章结论本文对船舶自动化控制系统的设计和研究进行了探讨。
模块化设计、信号处理、可靠性设计和性能优化等方面的问题在船舶自动化控制系统的设计中具有重要意义。
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基于现场总线的船舶远程阀门驱动和自动化控制技术研究
李 夜(包头钢铁职业技术学院，内蒙古 包头 014010)
摘 要: 随着自动化技术和通信技术的发展，我国的阀门控制技术得到了很大提高，数字化和自动化的程度
都有了质的改变。本文将CAN总线应用与船舶远程阀门驱动控制中，首先对整个控制系统进行系统设计，然后利用CAN中的驱动器PCA82C250对上位机和下位机之间的通信进行功能分析和实现。关键词：CAN现场总线；阀门驱动；自动化控制中图分类号：U665.26 文献标识码：A
文章编号： 1672 – 7649(2017)8A – 0130 – 03 doi：10.3404/j.issn.1672 – 7649.2017.8A.044
Research on remote valve drive and automatic control technology ofship based on field busLI Ye(Baotou Iron and Steel Vocational Technical College, Baotou 014010, China)
Abstract: With the development of automation technology and communication technology, the valve control techno-logy in our country has been greatly improved. The quality of digitization and automation has changed qualitatively. In thispaper, CAN bus was applied to ship remote valve drive control. Firstly, the whole control system was designed. Then, thecommunication between the host computer and the lower computer was analyzed and realized by using the driver CAN inPCA82C250.Key words: CAN field bus；valve drive；automatic control
0 引 言阀门控制是自动化控制中研究分支之一，但是我国的控制阀起步较晚，产品的更新换代较慢。随着工业和远程通信技术的发展，近十年来，我国的阀门控制技术得到了飞速的进步，数字化和智能化的程度不断提高，人机对话和设备的控制精度也迅猛提高，这些技术的变革为阀门控制的发展带来了新的契机。船舶阀门是船舶管网运输中的重要装置之一，船舶的阀门根据其动力源不同分为气动类型、电动类型、液动类型和电液类型。应用最多的是气动类型的阀门，但是此类型会受到环境和空间的限制，局限性大，所以本文研究的是电动类型的阀门，这种阀门体积小、可以进行扩展，能够利用计算机进行远程控制。本文利用CAN总线进行船舶阀门的远程自动化控制，首先设计阀门自动控制系统，然后研究CAN总线阀门远程控制中的驱动器PCA82C250工作方式。1 阀门自动控制系统设计本文设计的阀门控制装置含有控制模块和执行模块，通过控制模块接收上位机或者下位机信号，并将其转换为能够直线输出的信号，执行模块执行阀门的开关。其实现过程如图1所示。对阀门的控制本文采用的是闭环控制，首先输入标准信号，通过传感器进行阀位信号的收集，然后信号反馈给控制器，通过对标准信号和反馈信号的处理，最后进行阀门电机的控制，从而实现对阀门的操作[1]。本文下位机的核心控制器是CAN控制中的AT89C51CC03芯片[2]。
第39 卷 第 8A 期舰 船 科 学 技 术Vol. 39, No. 8A
2017 年 8 月SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGYAug. , 2017
收稿日期: 2017 – 06 – 09
作者简介: 李夜(1984 – )，女，硕士，讲师，主要从事电气自动化研究。本文设计的阀门控制结构含有上位计算机的远程监管控制、下位机CAN控制的现场控制和CAN总线的通信连接。下位机在阀门中进行现场信息的采集，通过控制接口电路实现对阀门动作的关/启，并将采集到的信息通过远程通信总线传送给上位机。上位机对阀门的开启进行监视，在远程控制情况下，上位机利用监控系统对阀门进行远程控制。本文的控制系统是二级结构，其中上位机是可控制的计算机，下位机是CAN控制处理器，二者通过CAN总线进行通信，其总的控制结构如图2所示。
整个工作流程为：阀门输入信号和反馈信号进行滤波等预处理，然后进行A/D转换，经过软件数字信号处理后得到调节后的阀门位置信号，从而使得阀门电机转动，带动了阀杆的动作对阀门产生闭合。在整个过程中通过CAN总线进行远程通信。通过阀门的开度型号和扭矩型号来判断阀门是否正常打开和关闭。在阀门的开度是全闭状态，且扭矩也是出于关闭时的最大信号，主控制器会发出控制信号使得电机停止工作。当上位机或者下位机发生故障时，系统会发出警报，操作人员会进行故障排查。本文在下位机中用到的位置传感器是深圳市奥德克电子有限公司的直线位移传感器，其结构如图3所示。在输入信号不同的情况，电子尺输出的模拟信号是不同的，在本文中电压是+5V的，接地的电压是0V。由图4可知，经过调节后的开度信号经过2次滤波后输入到单片机的P1.3口处，然后进行A/D转换，最后通过可视化现实将阀门的开合状态显示出来。2 利用CAN总线的船舶阀门远程控制Smax在利用CAN总线进行上位机和下位机之间的信号传输时，主要使用的是CAN控制的微处理器和CAN收发器[3]。首先CAN微处理器进行数据的采集和处理，然后发送至CAN控制器，CAN收发器会将其转换成能被识别的电文，再转换成CAN总线能够接收的差分电平，最后发送到上位机上。本文采用的CAN总线驱动器PCA82C250[4]本身能够进行通信，还可以提供控制器和物理总线之间接口，其提供了3种工作模式：高速模式、斜率控制模式和待机模式。在斜率模式中，由于人为因素会造成总线的转换速率降低，从而增加了CAN总线节点的循环延迟，即可认为在这种情况下最大总线长度变短了。令在CAN总线中通信的最大线路长度是，可得：Smax=tprop2−tloop.ess−tloop.ess.othtp。(1)tproptloop.esstloop.ess.oth式中：为最大CAN总线信息传播延迟；和为CAN总线和其他元件的有效的收发器循环延迟；tp为总线的特定延迟。从式（1）可看出，若收发器的循环延迟变小，最
图 1 阀门自动控制系统的实现过程Fig. 1 The realization process of automatic valve control system
图 2 阀门总的控制系统的结构图Fig. 2 Structure diagram of valve general control system
图 3 直线位移传感器Fig. 3 Linear displacement sensor
图 4 开度信号处理电路Fig. 4 Opening signal processing circuit
第 39 卷李 夜：基于现场总线的船舶远程阀门驱动和自动化控制技术研究· 131 ·大的总线长度会变大，其增大的长度为：∆Smax=tloop.ess(斜率控制模式)−tloop.ess(高速模式)tp=∆tloop.ess
tp
。(2)
CAN网络上总的节点数是根据驱动器所能驱动的负载的最小电阻值确定的，其电路图如图5所示。
Vout
RwRdVin
图5中，Rt是终端电阻，是发送节点的差动电压，是总线的阻抗，和是差动节点的输入阻和电压[5]。Rw=0在理想状态下，总线的阻抗，此时节点的最大数为：RK=Rt×Rd(n−1)Rt+2Rd⇒n⩽[1+Rd×(1RK−2Rt)]。(3)Rdmin=20kΩ在CAN总线驱动器的最小差动输入阻抗时，可得到不同终端阻抗下的总线最大节点数，如表1所示。Ω考虑到CAN总线驱动器PCA82C250与总线接口间的安全性和干扰问题，并没有将PCA82C250中的CANH和CANL与CAN总线直接相连，在其中增加了一个5 上网电阻，并且还并联了一个30pF的电容，以这种方式解决总线上的高频干扰。总线间的防雷击管可以在输入端和地面之间的干扰瞬变时起到保护作Ω用。瞬时干扰如雷击等现象时，干扰的能量大，持续时间短，脉冲幅度值大，因此本文通过在PCA82C250驱动器上连接了一个斜率电阻，通过实际应用中CAN总线的通信速度本文设定的斜率电阻是48 k。3 结 语本文研究了基于总线的船舶阀门远程控制系统，首先对系统进行了总体，包含上位机和下位机的功能和控制过程，并且详细分析了传感器采集数据是如何进行处理的，如何对阀门进行开合控制的。同时，还构建了CAN通信的结构，选用了CAN控制器对系统进行收发信息控制。
参考文献：WANG Y, MEGLI T, HAGHGOOIE M, et al. Modeling andcontrol of electromechanical valve actuator[J]. Society ofAutomotive Engineers, Inc., 2002: 25–38.
[1]
AT89C51CC03 UART Bootloader. USA: ATMEL. 2006: 1–7.[2]
杜尚丰, 曹晓钟, 等. CAN 总线测试技术及其应用[M]. 北京:电子工业出版社, 2006.[3]
ATMANAND M A, KONNUR M S. A novel method of using acontrol valve for measurement and control of flow[J]. IEEETransaction and Measurement, 1999: 1125–1216.
[4]
张培建, 杜文静, 盛巍巍, 等. 基于CAN总线技术的电液式阀门控制器设计[J]. 伺服控制, 2010, (4): 87–89.[5]
表 1 不同终端阻抗下的总线最大节点数
Tab. 1 The maximum bus node number under different terminalimpedance
RtΩ终端阻抗值/
Ω
RK/节点数/个
12146113
1204611111946109
图 5 CAN总线上节点最大数量的电路图Fig. 5 Circuit diagram of maximum number of nodes on CAN bus