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篇1：可编程控制器在船舶减摇鳍随动系统中的应用
可编程控制器在船舶减摇鳍随动系统中的应用
摘要：介绍了船舶减摇鳍的减摇原理和随动系统的组成，说明了可编程控制器在减摇鳍随动系统中的应用，同时讨论了程序设计方法。最后将设计完成后的系统应用于实际减摇鳍控制系统中，并对其进行了测试，结果表明应用PLC改造后的系统性能优良。关键词：减摇鳍 PLC 随动系统
减摇鳍是最为行之有效的一种主动式船舶减摇装置，它的减摇效率高，经过60多年的发展，已广泛应用于各种船舶中。它的减摇原理是：船舶在水中行驶过程中，当鳍在水中有一个速度和倾斜角的时候，就会产生一个升力，利用此升力产生的力矩来抵抗海浪的干扰力矩，便可达到减小船舶横摇的目的。随着科学技术的发展，减摇鳍系统正在逐步完善，减摇效果也在不断提高。
近年来，在工业生产的自动化控制领域中，正普遍利用一种新型控制设备――可编程控制器?PLC?。目前的PLC正在向着精度更高、功能更多、使用更方便的方向发展。从PLC的发展趋势来看，PLC控制技术将成为今后工业自动化的主要手段。将其引入减摇鳍控制系统中，实现数字化控制，将进一步提高控制系统的灵活性和可靠性。
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1 减摇鳍随动系统的构成及工作原理
减摇鳍的随动系统连接来自控制系统的控制信号，是转鳍机构的中间转换和功率放大环节。改造前，每个随动系统由±15V稳压电源板DYCJ、综合放大板SKCJ、操纵转换板SCCJ、液压控制系统以用转鳍机构、反馈、限位元件等组成。随动系统应尽可能“快速、准确、稳定”地工作。目前，大多数减摇鳍的随动系统都是“电－液随动系统”。本系统以NJ4型减摇鳍的阀控式电液随动系统为原型，对其做了适当的改进，下面进行详细介绍。
原有随动系统的工作原理图如图1所示。首先将来自控制器的信号送到综合放大电路板SKCJ（该插件板能对控制信号进行隔离），与升力反馈信号进行代数求和、校正、放大，然后再与鳍角反馈信号进行二次代数求和、校正、放大，接着送到鳍机械组合体上的射流管电液伺服阀，进行电－液信号转换。电液伺服阀根据SKCJ板输出信号的大小和极性调节来自油源机组的液压油的流量和流向，使液压缸的活塞速度和运动方向发生变化，带动鳍机械组合体上的摇臂转动，使鳍转动到一定的角度产生相应的对抗力矩。
改造后，以上各功能完全由PLC实现，原有随动系统中的各电源、插件板也将由PLC各模块取代。
2 随动系统的改造
2．1 减摇鳍随动系统的改造设计
PLC随动系统接收来自控制器的控制信号，经过处理后传递给伺服系统，驱动减摇鳍移动到指定位置，同时将输出信号反馈回PLC，构成控制回路。系统改造后的原理如图2所示。
2．2 系统中PLC的选择
由于船舶航行在环境瞬息万变的海面上，工作环境非常恶劣，比如机舱内的温度能够达到55℃，湿度更可以达到95％，并且存在各种强烈的冲击、振动和盐雾，这就要求安装在舰船上的减摇鳍系统有较强的抗干扰能力。而船舶上空间狭小，对所安装设备的体积也有一定的要求。由于减摇鳍随动系统工作环境的特殊性，对系统中的PLC有较高的要求。考虑到性能指标、功能、体积和价格等因素，本文选择了松下电工的FP0系列可编程控制器。
系统主要包括电源单元、控制单元和两个模拟量输入输出单元。PLC工作环境温度在0～55℃范围内，工作环境相对湿度为30％～85％，模拟输入与PLC内部电路之间采用光电耦合器进行隔离，同时输入输出端设置滤波器，使之符合减摇鳍系统工作环境的要求。
2．3 PLC软件实现的功能
根据系统要求，程序需要实现以下功能：
（1）对来自系统油源机组的信号进行检测，如发现油温、油位等出现故障，系统停机并自动报警。
（2）对来自控制器的输入信号进行检测，保证其始终被限定在规定范围内，以保证减摇鳍工作转角不超过其极限值；并对控制信号按一定控制规律进行处理。
（3）在鳍转动工作时，将从鳍角电位计接收到的反馈信号与输入的控制信号进行比较，构成回路，实现负反馈。将控制信号与反馈信号综合处理得到的结果作为控制指令发送给输出端口。
（4）检测PLC输出给电液伺服阀的信号是否超过额定范围，如超出则做相应处理，保证伺服阀和减摇鳍正常安全地工作。
（5）在工作前或停机时根据操作需要随时将减摇鳍运行到零位或其它需要的位置。
随动系统软
件功能框图如图3所示。
2．4 系统改造中存在的问题及解决方法
系统正常工作时，油温应低于60℃，油位应大于300mm，若超出上述指标，设在油箱内部的传感器开关将闭合，输出电压信号。为实现对油温和油位的检测，需要将代表油温和油压的两路信号输入给PLC进行检查?这样将占用PLC模拟量输入／输出单元的两个输入端口，增加单元块的数量。考虑到油温和油压变化较缓慢? 没有必要时刻监视其变化，因此用软件设置定时器，控制两个继电器交替开关，使油温和油压信号只通过一路通道交替输入PLC，在PLC内部进行检测?达到降低成本的目的。
不同鳍工作时的饱和角度不同，设计中将鳍的正常工作角度设定在±25°以内。根据真实鳍角与反馈电压的比例关系，可以确定鳍角在±25°时对应的反馈电压是±2．2V，将这两个电压值作为PLC对输入电压信号进行检测的参考值。在PLC程序中分别用十进制数值±K440表示两个参考电压。PLC控制信号在输出给电液伺服阀前也要进行检测，这一步检测的标准不是减摇鳍的工作额定电压，而是电液伺服阀的额定电流，目的是保证伺服阀可以正常安全工作。伺服阀工作的额定电流为±8mA，线圈电阻为1000±100Ω。由于FP0系列PLC输出电流范围在0～20mA之间，无法为伺服阀提供负电流，但PLC的电压输出范围在±10V之间，因此将电压值作为指令信号输入伺服阀。伺服阀串联后线圈电阻为2000Ω，由此得到伺服阀工作的电压可以达到±16V。系统设计中，为使伺服阀始终工作在线性区，将PLC对伺服阀的输入电压限定在±8V以内?在PLC程序中分别用±K1600表示两个参考电压?如指令信号在±8V之内，则正常输出，如果超过±8V的范围，则按照±8V输出。
由于松下FP0系列PLC的PID命令不支持负数运算，所以随动系统控制部分采用自行设计的PD控制命令。每次程序启动前PLC都先自动对各主要寄存器清零，以消除程序启动时系统产生不必要的动作。另外由于松下FP0型号不提供小数运算，因此对无法整除的数据只能采用四舍五入的处理方法，比例系数只能设定成整数。为了克服这一缺点，程序先将存储于DT20中的指令信号与鳍角反馈信号的差值乘以一个十进制的系数（如K47），将得到的数值存储在DT30中，再将DT30中的数据除以一个十进制系数（如K10），这样最终得到的数据与DT20中的'数值直接乘以4．7后的结果几乎完全相同，有时两者之间会存在一个很小的偏差，可以忽略不计。这样就解决了比例系数只能是整数的不足，更准确地实现了比例控制。
2．5 随动系统性能分析
系统软件设计完毕后，按要求安装，对各端口进行测试，确保可以正常工作后将系统启动。给设计完成的随动系统输入一个幅值为1V的阶跃信号，得到系统的单位阶跃响应如图4所示。
从图中可以看到，系统的最大超调量在2％以内，上升时间小于0．6s，过渡时间小于0．8s，暂态过程中的振荡次数为3。上述各项指标完全符合减摇鳍随动系统的工作要求。
除了良好的暂态品质以外，还要求足够的稳态控制精度?5?。稳态控制精度反映了对系统的稳态特性或控制的稳态精度的要求。对于恒值控制系统，在工作中如果给定值不变，要求输出量也不变，因此注意的是扰动量所引起的稳态误差；而对于随动系统，给定量以任意规律变化，则要求输出量以一定的精度跟随给定量变化，因此注意的是被控量和给定量之间的误差。在检测随动系统性能的实验中，输入的阶跃信号幅值为1V，系统的稳态输出为0．986V，稳态误差小于2％。上述各种指标均符合减摇鳍系统对随动系统的要求。
根据鳍角与鳍角反馈电压的比例关系图，将输入幅值在±0．9V之间变化的正弦信号作为指令信号，使减摇鳍在指令信号的控制下，在±10°之间来回摆动。保持指令信号的幅值不变，改变信号的频率，得到被控系统相应的幅值和相角。根据实验数据可以得到随动系统的幅频特性和相频特性，分别如图5和图6所示。需要注意的是，系统频率特性图中的横坐标不是通常使用的对数分度lgω，而是直接使用ω。
观察随动系统的幅频特性图可以看出，系统在频率小于0．35Hz之前表现出了类似放大环节的特性，且此时系统的输出几乎没有任何明显变化，与角频率变化无关，非常准确地实现了指令信号的输出，系统非常稳定。从0．35Hz开始，随着频率的增大，系统的幅频特性和相频特性均发生了改变。从整个变化过程来看，系统表现出类似惯性环节的特性，因此可以将ω＝0．35Hz近似地认为是系统的转折频率或交接频率。
与幅频特性相同，随动系统的相频特性图也显示出系统在ω＝0．35Hz之前的相
角滞后非常小，在5°以内，可以忽略不计。在0．35Hz之后相角发生了明显的变化，整个变化趋势也类似于一个惯性环节。但与典型的惯性环节不同，在所认为的转折频率ω＝0．35Hz处，系统的相角没有滞后45°左右，系统也没有象典型惯性环节一样相移－arctgTω，与角频率ω表现出严格的反正切关系。
从整个系统表现出的幅频特性和相频特性来看，改造后的随动系统可以近似地认为是由一个放大环节与惯性环节串联组成，系统在频率小于0．35Hz的低频段表现出了较好的性能，符合减摇鳍系统对随动系统的要求，可以很好地工作。
由于PLC在软件和硬件上具有突出的优点，随动系统的稳定性和精度都有所提高，系统的安装和修改也更为简单方便。经过运行测试，改造后的随动系统符合设计要求，能够稳定运行，确保了船舶减摇鳍系统的正常工作。随动系统的改造完成后，将利用可编程控制器继续完成减摇鳍控制器的设计，从而形成一套完整的应用可编程控制器实现的船舶减摇控制系统。
篇2：减摇鳍阀控液压系统模型的建立
减摇鳍阀控液压系统模型的建立
面对各种各样减摇鳍液压系统,运用传统的按设计手册设计减摇鳍液压系统的方法,已不能满足当前设计周期短、系统参数优化的要求.本文论述了通过对减摇鳍阀控液压系统的数学建模,运用MATALAB分析手段,获得优化的`系统参数,为设计出经济合算性能优良的减摇鳍液压系统提供了保证.
作 者：陶林 TAO Lin 作者单位：中国船舶重工集团公司第七0四研究所,上海,31 刊 名：机电设备 英文刊名：MECHANICAL AND ELECTRICAL EQUIPMENT 年，卷(期)： 26(3) 分类号：U6664.7+2 关键词：船舶 减摇鳍 阀控液压系统 数学建模篇3：项目管理在现代船舶建造工程中的应用
项目管理在现代船舶建造工程中的应用
随着我省造船业的不断发展,企业管理已日益显示其重要性.船舶建造是一个系统性的、涉及面极广的大型项目工程,只有采用先进的管理模式,才能取得良好的`经济效益.项目管理作为21世纪中的主要管理模式,已在船舶建造中起到越来越大的作用.
作 者：顾根南 作者单位：江苏省无锡交通学校 刊 名：江苏船舶 英文刊名：JIANSU SHIP 年，卷(期)： 19(3) 分类号：F4 关键词：企业管理 项目管理 造船企业篇4：减词法在英汉翻译中的应用
减词法在英汉翻译中的应用
英汉两种语言在句法、词汇、修辞等方面均存在很大的差异.本文主要介绍减词法在英汉翻译中的'应用,并对这种翻译方法进行举例说明.
作 者：靳锁 冯超 作者单位：山东大学威海分校大学外语教学部,山东・威海,264209 刊 名：科教文汇 英文刊名：THE SCIENCE EDUCATION ARTICLE COLLECTS 年，卷(期)： “”(24) 分类号：H315.9 关键词：减词法 英汉翻译 翻译方法篇5：CPLD在DSP系统中的应用设计
摘要：以Altera公司MAX700旧系列为代表，介绍了CPLD在DSP系统中的应用实例。该方案具有一定的普遍适用性。
关键词：RESET BOOT HPI CPLD的延时 时序
DSP的速度较快，要求译码的速度也必须较快。利用小规模逻辑器件译码的方式已不能满足DSP系统的要求。同时，DSP系统中经常需要外部快速部件的配合，这些部件往往是专门的电路，可由可编程器件实现。CPLD的时序严格、速度较快、可编程性好，非常适合于实现译码和专门电路。本文以MAX7000系列为例，具体介绍其在以TI公司的TMS320C6202为平台的网络摄像机系统中的应用。
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篇6：CPLD在DSP系统中的应用设计
1．1 DSP系统简介
本文所论述的编码器系统是基于DSP的MPEG-4压缩编码器的，主要由前端视频采集、数据预处理以及MPEG-4视频压缩编码三部分组成。基于DSP的MPEG-4编解码器由于其所选用的DSP运算能力强、编程灵活，且实现不同的图像编码算法时只需对DSP内部的程序进行改写便可实现诸如MPEG、H．263等多种图像编码，因而具有良好的应用情景。CPLD芯片对整个编码器起着逻辑控制作用，系统结构如图1所示。
1．2 CPLD在系统中的功能要求
1．2．1 产生复位信号
系统上电时，CPLD产生复位信号，使整个系统中的FPGA和DSP模块复位，进入初始状态；系统上电后，数据采集模块自动启动。
系统内共使用三种电源：5V、3．3V、1．8V。其中，5V电源由供电电源接人，3．3V、1．8V电源由TPS56300(TI产品)提供。采用TPS3307(TI产品)为系统提供电源管理，该芯片可同时管理三种电源。当监测到电源电压低于一定值时，产生复位信号。TPS3307在其自身电源电压大于1V的情况下即可以输出复位信号。?
当系统出现错误时，可以采用手工方式复位。
复位信号产生原理图如图2所示。其中，RST#为整个系统的复位信号，由MAX7000输出。PBSW_RST#为手动复位信号，由按键接人MAX7000，经MAX7000去抖动后输出给TPS3307。SVS_RST#为电源管理芯片TPS3307产生的.复位信号(包括手动复位和电源监控功能)。
1．2．2 BOOT模式的实现
系统复位后，DSP需要进行BOOT自举。在复位信号为低期间，BOOTMODE［4：0］管脚上的设置值被锁存，决定芯片的存储器映射方式以及自举模式。但TMS320C6202没有专门的管脚作为BOOTMODE［4：0］输入管脚，而是将扩展总线的XD［4：0］映射为BOOTMODE［4：0］，利用上拉／下拉电阻在复位时进行芯片启动模式设置。总线上的其它位也在复位期间被锁定，决定系统相应的设定值。而扩展总线XD在HPI口读写时要用到，所以使用MAX7000进行隔离。系统处在复位阶段，则通过MAX7000使得DSP的相应管脚的值等于设定值，复位结束后，MAX7000相应管脚为高阻态，使得XD可以作为正常的总线使用。
DSP自举有特定的时间要求。在复位结束后，XD的配置管脚必须保持一段时间，TMS320C6202要求时间为5个时钟周期，例如在200MHz时钟情况下必须保持25ns。
1．2．3 HPI口接口逻辑实现
MPEG-4压缩编码器压缩后的数据，通过网络传输控制模块传输到网络上去，从而实现网络实时图像传输。而DSP与网络传输模块(MCF5272)通过HPI口连接。其接口逻辑由CPLD完成。硬件连线图如图3所示。
根据系统的逻辑要求以及实际的仿真结果，CPLD选用EPM7128SLC84。该芯片共有2500门，128个宏单元，最多100个用户自定义管脚。
2 CPLD逻辑控制的具体实现
2．1 复位信号的实现
复位信号逻辑产生较简单，需要处理的是按键的去抖动。由于按键是机械触点，当机械触点断开、闭合时会有抖动，为使每一次按
键只作一次响应，就必须考虑去除抖动。在通过按键获得复位信号为低的信息时，不是立即认定按键已被按下，而是延时一段时间后再次检测复位信号。如果仍为低，说明按键的确按下了，这实际上是避开了按键按下时的抖动时间。同样，在检测到按键释放后，再延时几个毫秒，消除后沿的抖动，然后再对键值处理。由于抖动现象主要出现在按键按下后，采用延时方法可有效地减少按键的抖动现象。
2．2 BOOT模式的实现
为了满足在复位有效期间对相应管脚进行配置，在复位无效时，使管脚进入高阻态。以其中一个管脚为例，采用Verilog语言，用如下语句实现该功能：
assign hd0=(tp4)?rst_hd0：1′bz；
／／复位有效期间，tp4为1，hd=rst_hdo，即为设定值；复位无效时，tp4=0，hd为高阻态。
图4
因为DSP自举有特定的时间要求，在复位信号结束后，配置管脚的值必须至少保持25ns。通过对复位信号作一定的延时，可以满足要求。采用CPLD将信号作一定的延时，并不能简单地在信号后串接一些非门或其它门电路，因为开发软件在综合设计时会将这些门作为冗余逻辑处理，达不到延时的效果。所以采用高频时钟驱动一移位寄存器，对移位寄存器进行正确的设置后，输出即为延时后的数据。语句如下：
always@(posedge eclkout2) //采用dsp的clkout=100MHz二分频后作延时
begin
if(svs_rst_) ／／svs_rst_低电平，count始终置1010
begin
count=4′b1010；
end
else if(count==4′b0000) ／／0000则保持
begin
count=4′b0000；
end ／／svs_rst_高电平，count开始计数
else
begin
count=count+4′b0001； //记六次至0000
end
end
assign tp4=count［3］；
仿真效果如图4所示。由仿真波形可见，CPLD的信号输出完全符合DSP BOOT的两个要求。
2．3 HPI口接口逻辑的实现
图像压缩编码器通过DSP的HPI口与网络模块连接，实现图像的网络传输。TMS320C6202的HPI口是指其扩展总线的主机口接口部分。经过编码器编码后的MPEG-4图像数据以帧为单位存放在DSP内部存储器中，外部主机通过HPI口读取。现以MCF5272微处理器与HPI口通信为例进行说明。
图5
MCF5272将10／100MB以太网控制器和一个USB模块等通信外围设备结合起来，是一款高集成的ColdFire微处理器。详见参考文献［4］。
MCF5272与TMS320C6202连接采用异步从属工作方式，MCF5272作为上行机，TMS320C6202作为从属机。由MCF5272高位地址线模拟XCNL、XR_W信号，TMS320C6202的多功能串行口3工作在GPIO模式下模拟HINT信号，为MCF5272提供主机口中断。本系统由CPLD――MAX7000编程实现两者硬件接口。仿真后的时序如图5所示，实验证明可以满足双方时序要求，实现数据传输。
以上所讨论的逻辑并不复杂，采用74系列在一定程度上说也可以完成。但是，采用CPLD具有以下优势：体系结构和逻辑单元灵活、集成度高、适用范围广，因而采用CPLD的方案。? 在开发阶段，通过硬件实现的控制信号往往不能确定，需要试验验证。而CPLD因其具有灵活性，逐渐成为DSP进行信号处理不可或缺的协处理器。将相关控制信号接人CPLD，只需通过简单的编程即可实现各种需要的逻辑，避免了硬件上的改动，使硬件逻辑控制更加方便灵活，对类似设计具有普遍意义。文中讨论的防抖动以及CPLD延时程序对于类似设计也有一定的借鉴意义。
本文介绍的CPLD在基于DSP的MPEG-4编码压缩模块的系统中的应用实例，已通过下载验证。应用在工程实践中，结果表明该设计是方便灵活且正确有效的。
篇7：多任务编程方法在船舶电力监控系统中的应用
多任务编程方法在船舶电力监控系统中的应用
首先介绍了嵌入式操作系统中任务的特性、任务划分的目标、任务划分的方法,然后结合船舶电力监控系统中的功率管理器,给出了基于嵌入式操作系统的'多任务编程实现过程,最后对该编程方法的优缺点进行了总结.由于多任务的程序设计方法能使程序具有模块化、实时性高等优点,因此它将在嵌入式实时监控系统中得到广泛应用.
作 者：李建 钟欣 LI Jian ZHONG Xin 作者单位：上海船舶运输科学研究所研究开发中心,上海,35 刊 名：上海船舶运输科学研究所学报 英文刊名：JOURNAL OF SHANGHAI SCIENTIFIC RESEARCH INSTITUTE OF SHIPPING 年，卷(期)： 32(1) 分类号：U665.261 关键词：功率管理器 任务划分 任务调度篇8：在温室气体减排中应用的CGE模型
在温室气体减排中应用的CGE模型
摘要：就国际间在温室气体减排研究中所使用的模型化方法进行 综述，对模型化方法在温室气体减排研究中的.应用背景和应用特点，特别对其中近年普遍使 用的可计算一般均衡模型（CGE）作了描述。作 者：王俊峰 张卫华 作者单位：北京科技大学管理学院 期 刊：高技术通讯 ISTICEIPKU Journal：HIGH TECHNOLOGY LETTERS 年，卷(期)：2001, 11(1) 分类号：X1 关键词：温室气体减排 模型化方法 可计算一般均衡(CGE)模型★ 航海专业自我鉴定
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