CN204129506U - 基于can总线的多台电机集中智能控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及船舶装备领域，公开了一种基于CAN总线的多台电机集中智能控制系统，包括：集中智能控制器、CAN现场总线、n台电机智能启动器和n台电机；每台电机对应配置一台电机智能启动器；集中智能控制器通过CAN现场总线与各台电机智能启动器相连接；集中智能控制器，用于向各台电机智能启动器发送电机控制指令，接收各台电机智能启动器上传的电机运行技术数据和状态参数；电机智能启动器，用于采集电机运行技术数据和状态参数发送给集中智能控制器，接收集中智能控制器发出的电机控制指令并转化成电气执行信号输出给电机；电机，根据电机智能启动器的控制指令运行。有利于提高设备运行的自动化、信息化水平，提高系统运行的安全性和可靠性。

Description

基于CAN总线的多台电机集中智能控制系统

技术领域

本实用新型涉及船舶装备领域，特别涉及船舶甲板电气装备电机及船舶辅助电气设备电机的智能控制与管理技术。

背景技术

随着自动化控制设备、工业控制网络和计算机技术的快速发展，各行业设备自动化控制系统网络开始向以信息层、控制层和设备层为层级的多层网络骨干形式发展。特别是设备层级网络的使用将大量减少系统线缆铺设，降低系统费用投入和生产建造周期，提高设备运行的可靠性和可维护性，是实现设备自动化、信息化、智能化运行的物理基础。

在我国船舶装备领域，由于多年来产业体系布局滞后，船舶装备技术发展与创新步伐缓慢，相关新技术研究与应用水平低，现已成为制约我国船舶产业发展的短板与瓶颈，具体表现在船舶装备老旧、排放严重、能效低、自动化程度低、智能化技术落后。针对当前我国船舶装备落后的技术现状，为突破装备自动化水平低、传动效率低、污染严重、维护费用高等技术瓶颈，国内已开始大力推广船舶电力推进技术及甲板装备电气化技术，结合智能网络控制技术的应用，快速推进船舶甲板电气装备、辅助电气设备及主推进系统向整体智能化、自动化方向发展。

在技术创新与应用方面，自动化智能网络控制技术非常适合于船舶甲板装备及辅助电气设备的“共电网、同网络”应用，自动化智能网络控制技术以其所特有的控制智能化、信息数据化、操作简易化、维护简单化等特点成为未来船舶辅助电气系统的技术发展方向。

现有船舶各类辅助电气系统的设计主要有两类，一类是以液力传动技术作为系统设计技术方案，该方案中船舶辅助系统有共用的液压泵站，负责向各动力设备液压马达输送高压液压油，系统自动化水平低，无智能化和信息化功能。一类是以电力传动技术作为系统设计技术方案，该方案中船舶辅助系统各设备共接于同一电网，各辅助设备有独立的驱动电机，驱动电机通过电机启动器接入辅助电气系统电网，电机启动器就近安装于辅助设备旁，实现辅助设备电机一对一的就地控制，各辅助设备之间相互独立，设备状态和运行信息只能由操作或维护人员就地通过检查测量等方式来采集；对于需要在驾控台进行控制的重要辅助设备，则需要在电机起动机与驾控台之间铺设控制线缆，以实现远程控制，该方案系统自动化水平低，无智能化和信息化功能。

可以看出，现有技术中存在以下缺点：

(1)辅助电气系统自动化程度低、设备操作繁琐、管理工作量大，设备运行状态和信息不能远程集中显示，设备运行不能实现远程智能控制；

(2)辅助设备远程控制需增加布置电缆，费用投入和故障率高；

(3)设备运行状态及技术参数等重要数据不能实现数据库管理，不能为设备维护提供真实可靠的运行数据做依据。

因此，现在亟需采用自动化智能网络控制技术实现对船舶甲板装备电机及船舶辅助电气设备电机的智能控制与管理，推动船舶辅助电气系统向智能化、信息化方向发展，打造新一代高效节能、安全可靠、经济适用的现代化船舶装备。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于CAN总线的多台电机集中智能控制系统，采用CAN现场总线作为集中智能控制器与各分布电机智能启动器的网络骨干，实现对各分布电机的集中智能网络化控制，便于操作人员集中监视与控制各分布电机并建立设备运行数据库，有利于提高设备运行的自动化、信息化水平，提高系统运行的安全性和可靠性，同时简化了系统操作及维护工作量，并为用户提供科学的维护解决方案。

为解决上述技术问题，本实用新型的实施方式公开了一种基于CAN总线的多台电机集中智能控制系统，包括：集中智能控制器、CAN现场总线、n台电机智能启动器和n台电机，其中n为大于等于2的整数；

每台电机对应配置一台电机智能启动器；

集中智能控制器通过CAN现场总线与各台电机智能启动器相连接；

集中智能控制器，用于向各台电机智能启动器发送电机控制指令，并接收各台电机智能启动器上传的电机运行技术数据和状态参数；

电机智能启动器，用于采集电机运行技术数据和状态参数发送给集中智能控制器，同时接收集中智能控制器发出的电机控制指令并转化成电气执行信号输出给电机；

电机，根据电机智能启动器的控制指令运行。

本实用新型实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于：

对船舶甲板电气装备及船舶辅助电气系统的设备层网络采用CAN现场总线技术，使底层设备与控制层进行网络通讯，实现船舶各辅助电气设备的启动、停止以及运行数据的上传和采集，采用CAN现场总线作为集中智能控制器与各分布电机智能启动器的网络骨干，实现对各分布电机的集中智能网络化控制，便于操作人员集中监视与控制各分布电机并建立设备运行数据库，有利于提高设备运行的自动化、信息化水平，提高系统运行的安全性和可靠性，同时简化了系统操作及维护工作量，并为用户提供科学的维护解决方案。

进一步地，CAN现场总线控制网络采用双绞线、多回路的信息传输不仅提高了整个辅助电机智能控制系统的可靠性和抗干扰能力，也节省了系统设计成本及维护费用，具有通讯可靠、响应速度快、减少电缆铺设、降低船舶建造成本的诸多优势。

进一步地，通过在电机智能启动器中增加智能采集通讯板，使电机智能启动器具有电机运行数据检测、采集、发送及接收控制指令的功能。

进一步地，采用网络控制技术实现对船舶电气化辅助设备电机的智能控制与管理，实现船舶辅助电气设备向智能化、信息化的方向发展，有利于打造高效节能、安全可靠、经济适用的现代化船舶电气装备。

附图说明

图1是本实用新型第一实施方式中一种基于CAN总线的多台电机集中智能控制系统的结构示意图；

图2是本实用新型第一实施方式中一种基于CAN总线的多台电机集中智能控制系统的结构示意图；

图3是本实用新型第二实施方式中一种基于CAN总线的多台电机集中智能控制系统的结构示意图。

具体实施方式

在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的实施方式作进一步地详细描述。

本实用新型第一实施方式涉及一种基于CAN总线的多台电机集中智能控制系统。图1是该基于CAN总线的多台电机集中智能控制系统的结构示意图。

具体地说，如图1所示，该基于CAN总线的多台电机集中智能控制系统包括：集中智能控制器、CAN现场总线、n台电机智能启动器和n台电机，其中n为大于等于2的整数。

每台电机对应配置一台电机智能启动器。

集中智能控制器通过CAN现场总线与各台电机智能启动器相连接。

集中智能控制器，用于向各台电机智能启动器发送电机控制指令，并接收各台电机智能启动器上传的电机运行技术数据和状态参数。

电机智能启动器，用于采集电机运行技术数据和状态参数发送给集中智能控制器，同时接收集中智能控制器发出的电机控制指令并转化成电气执行信号输出给电机。

电机，根据电机智能启动器的控制指令运行。

对船舶辅助电气系统的设备层网络采用CAN现场总线技术，使底层设备与控制层进行网络通讯，实现船舶各辅助电气设备的启动、停止以及运行数据的上传和采集，采用CAN现场总线作为集中智能控制器与各分布电机智能启动器的网络骨干，实现对各分布电机的集中智能网络化控制，便于操作人员集中监视与控制各分布电机并建立设备运行数据库，有利于提高设备运行的自动化、信息化水平，提高系统运行的安全性和可靠性，同时简化了系统操作及维护工作量，并为用户提供科学的维护解决方案。

以CAN总线为网络构架，建立多台电机集中智能控制系统，提高船舶电气装备自动化和信息化，设备操作更加简单和快捷，方便了船员对关键重要辅助电气设备的操作以及设备运行状态的监视。

更进一步地，集中智能控制器中包括：控制模块、USB/CAN转换模块、触摸屏、RS232/RS485接口、I/O模块、状态指示、电源1和电源2。

控制模块，用于实现集中智能控制器的数字运算、逻辑控制以及数据通讯功能，向各台电机智能启动器发送电机控制指令，并接收各台电机智能启动器上传的电机运行技术数据和状态参数。

优选地，控制模块可以是工控机，也可以是PLC控制器，或者其他任何可以实现系统数字运算、逻辑控制及数据通讯功能的控制模块。

USB/CAN转换模块，是控制模块与CAN现场总线的网关接口。

触摸屏，与控制模块相连接，用于显示电机运行技术数据和状态参数，并用于输入电机控制指令。

RS232/RS485接口，与控制模块相连接，是控制模块与上位机的网关接口，控制模块通过该RS232/RS485接口接收从上位机输入的电机控制指令。

I/O模块，与USB/CAN转换模块相连接，用于实现集中智能控制器的输入输出。

状态指示，与I/O模块相连接，用于实现集中智能控制器显示量的指示。

电源1，用于为控制模块提供稳定的直流电源。

电源2，用于为触摸屏提供稳定的直流电源。

在本实施方式中，优选地，CAN现场总线采用双绞线、多回路的信息传输。

CAN现场总线控制网络采用双绞线、多回路的信息传输不仅提高了整个辅助电机智能控制系统的可靠性和抗干扰能力，也节省了系统设计成本及维护费用，具有通讯可靠、响应速度快、减少电缆铺设、降低船舶建造成本的诸多优势。通过在电机智能启动器中增加智能采集通讯板，使电机智能启动器具有电机运行数据检测、采集、发送及接收控制指令的功能。具体地说：

此外，电机智能启动器中除了包括必须的断路器、熔断器、接触器、控制变压器和指示灯等以外，还包括：

采集通讯板，用于采集电机运行技术数据和状态参数并通过CAN现场总线发送给集中智能控制器，同时通过CAN现场总线接收集中智能控制器发出的电机控制指令并转化成电气执行信号输出给电机。

电机是该基于CAN总线的多台电机集中智能控制系统的执行机构，根据电机智能启动器的控制指令和电气输出运行。

在本实施方式中，优选地，电机是船舶甲板装备电机及船舶辅助电气设备电机。

具体地，如图2所示，该基于CAN总线的多台电机集中智能控制系统由集中智能控制器⑴、电机智能启动器⑵、CAN现场总线⒀以及电机⑿组成。

集中智能控制器⑴组成包括工控机⑶、触摸屏⑷、USB/CAN转换模块⑸、RS232/RS485接口⑹、I/O模块⑼、状态指示⑽、电源1⑺、电源2⑻。集中智能控制器⑴是整个系统控制的核心单元，通过CAN现场总线⒀向各分布电机智能启动器⑵发送控制指令，接收各分布电机智能启动器⑵上传的电机运行技术数据和状态参数，将各电机运行数据及状态参数通过触摸屏⑷显示，接收从上位机或触摸屏⑷的电机控制指令。工控机⑶是控制器进行数字运算、逻辑控制及数据通讯的核心部件，触摸屏⑷负责各分布电机数据显示、控制指令与数据的输入，USB/CAN转换模块⑸是工控机与CAN现场总线的网关接口，RS232/RS485接口⑹是工控机与上位机的网关接口，I/O模块⑼实现控制器相关数字量的输入输出，状态指示⑽负责控制器相关显示量的指示，电源1⑺负责为工控机提供稳定的直流电源、电源2⑻负责为触摸屏提供稳定的直流电源。

在图2中，集中智能控制器中的控制模块优选为工控机。当然，这里的工控机也可以用PLC控制器等进行替代，只要替代后可以实现系统数字运算、逻辑控制及数据通讯的功能即可。

电机智能启动器⑵组成除了必需的断路器、熔断器、接触器、控制变压器、指示灯等以外，增加了采集通讯板⑾。每个分布电机配置一台电机智能启动器，电机智能启动器⑵中的采集通讯板⑾负责采集电机运行数据并通过CAN现场总线发送给集中智能控制器⑴、同时接收来自集中智能控制器⑴发出的电机控制指令并转化成电气执行信号输出。

CAN现场总线⒀采用双绞线将集中智能控制器⑴与各分布电机智能启动器⑵相连接，构成一个整体网络实现系统的全数字化信息传输，不仅可以提高辅助电气系统的可靠性和抗干扰能力，也可以节省系统设计成本及维护费用。具有通讯可靠、响应速度快、减少电缆铺设、降低船舶建造成本的诸多优势。

电机⑿是系统的执行机构，按照电机智能启动器⑵的控制运行。

基于CAN总线的多台驱动电机集中智能控制系统是为了适应现代化船舶辅助电气系统向智能化、信息化方向发展而开发的网络化电机智能控制系统，目的是解决现有船舶辅助电气设备自动化程度低、无法实现远程智能控制与监测及运行数据的集中采集和管理等缺陷，最终实现船舶辅助电气设备的智能化控制。该发明是对船舶甲板电气装备及船舶辅助电气系统的设备层网络采用CAN现场总线技术，使底层设备与控制层进行网络通讯，实现船舶各辅助电气设备的启动、停止以及运行数据的上传和采集。控制层的硬件由工控机、触摸屏、电源模块及通讯模块组成集中智能控制器，实现信息显示及集中监控功能。CAN现场总线网络采用双绞线、多回路的信息传输不仅可以提高整个电机集中智能控制系统的可靠性和抗干扰能力，也可以减少系统建设成本及维护费用。

本实用新型第二实施方式涉及一种基于CAN总线的多台电机集中智能控制系统。图3是该基于CAN总线的多台电机集中智能控制系统的结构示意图。

第二实施方式是该基于CAN总线的多台电机集中智能控制系统应用于对船舶甲板装备电机及船舶辅助电气设备电机上的具体实施方式。

响应国家大力扶植与鼓励海洋渔业船舶装备向高效节能、自动化、信息化的发展战略要求，以南海61米电力推进灯光围网渔船为设计目标，采用该基于CAN总线的多台电机集中智能控制系统，开发了渔船辅助电气设备的分布电机集中智能控制系统，对渔船关键辅助电气设备进行集中监控，具体如图3所示。

该型渔船辅助设备电机共40台，系统仅对涉及渔船操纵安全、辅助动力、制冷等关键重要的10台设备电机进行了集中智能监控设计。在本实施方式中，集中智能控制器通过一根CANopen通信电缆与各分布电机智能启动器进行通讯连接，实现在驾控室就能够对各分布电机运行数据及状态进行监测，并对各分布设备电机进行远程操作控制，提高渔船装备自动化和信息化水平，使设备操作简单化，方便了船员对关键重要辅助电气设备的操作以及设备运行状态的掌握。

基于CAN总线的多台电机集中智能控制系统由集中智能控制器⑴、电机智能启动器⑵、CAN现场总线⒀以及电机⑿组成。

集中智能控制器⑴的组成包括研华工控机⑶、触摸屏⑷、USB/CAN转换模块⑸、RS232/RS485接口⑹、I/O模块⑼、状态指示⑽、电源1⑺、电源2⑻。集中智能控制器⑴是整个系统控制的核心单元，向各分布电机智能启动器⑵发送控制指令，接收各分布电机智能启动器⑵上传的电机运行技术数据和状态参数，将各电机运行数据及状态参数通过触摸屏显示，接收从上位机或触摸屏的电机控制指令。工控机⑶是控制器数字运算、逻辑控制及数据通讯的核心部件，触摸屏⑷负责各分布电机数据显示及控制指令及数据输入，USB/CAN转换模块⑸是工控机与CAN总线的网关接口，RS232/RS485接口⑹是工控机与上位机的网关接口，I/O模块⑼实现控制器部分数字量的输入输出，状态指示⑽负责控制器相关显示量的指示。

电机智能启动器⑵内部配置了电机运行数据采集通讯板，负责采集电机运行数据并通过网络发送给集中智能控制器⑴、同时通过CAN现场总线⒀接收来自集中智能控制器⑴发出的电机控制指令并转化成电气执行信号。每个分布电机对应配置一台电机智能启动器。

CAN现场总线⒀采用双绞线将集中智能控制器⑴与各分布的电机智能启动器⑵相连接，构成一个整体的网络系统实现全数字化信息传输，提高了渔船辅助电气系统的可靠性和抗干扰能力，并节省了系统设计成本及维护费用。具有通讯可靠、响应速度快、减少电缆铺设、降低船舶建造成本的诸多优势。

各种辅助电机⑿是系统的执行机构，按照电机智能启动器⑵的控制运行。

从当前用户需求出发，针对原有船舶电气辅助系统各分布电机独立就地控制存在的缺点与不足，通过在电机启动器增加智能采集通讯板，使电机启动器具有电机运行数据检测、采集、发送及接收控制指令的功能；在辅助电气系统中增加以工控机为核心的集中智能控制器作为系统主控单元；采用CAN现场总线作为集中智能控制器与各分布电机启动器的网络骨干，实现分布电机的集中智能网络化控制，便于操作人员集中监视与控制各分布电机并建立设备运行数据库。以上技术有利于提高设备运行的自动化、信息化水平，提高系统运行的安全性和可靠性，同时简化了系统操作及维护工作量，并为用户提供科学的维护解决方案。

采用网络控制技术实现对船舶甲板装备电机及船舶辅助电气设备电机的智能控制与管理，提高渔船装备自动化和信息化，设备操作更加简单和快捷，方便了船员对关键重要辅助电气设备的操作以及设备运行状态的监视，实现船舶辅助电气设备向智能化、信息化的方向发展，有利于打造高效节能、安全可靠、经济适用的现代化渔船装备。

需要说明的是，在本专利的权利要求和说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

虽然通过参照本实用新型的某些优选实施方式，已经对本实用新型进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于CAN总线的多台电机集中智能控制系统，其特征在于，包括：集中智能控制器、CAN现场总线、n台电机智能启动器和n台电机，其中n为大于等于2的整数；

每台电机对应配置一台电机智能启动器；

集中智能控制器通过CAN现场总线与各台电机智能启动器相连接；

集中智能控制器，用于向各台电机智能启动器发送电机控制指令，并接收各台电机智能启动器上传的电机运行技术数据和状态参数；

电机智能启动器，用于采集电机运行技术数据和状态参数发送给集中智能控制器，同时接收集中智能控制器发出的电机控制指令并转化成电气执行信号输出给电机；

电机，根据电机智能启动器的控制指令运行。

2.根据权利要求1所述的基于CAN总线的多台电机集中智能控制系统，其特征在于，所述集中智能控制器中包括：控制模块和USB/CAN转换模块；

控制模块，用于实现集中智能控制器的数字运算、逻辑控制以及数据通讯功能，向各台电机智能启动器发送电机控制指令，并接收各台电机智能启动器上传的电机运行技术数据和状态参数；

USB/CAN转换模块，是控制模块与CAN现场总线的网关接口。

3.根据权利要求2所述的基于CAN总线的多台电机集中智能控制系统，其特征在于，所述控制模块是工控机。

4.根据权利要求2所述的基于CAN总线的多台电机集中智能控制系统，其特征在于，所述控制模块是PLC控制器。

5.根据权利要求2所述的基于CAN总线的多台电机集中智能控制系统，其特征在于，所述集中智能控制器中还包括：触摸屏、RS232/RS485接口、电源1和电源2；

触摸屏，与所述控制模块相连接，用于显示电机运行技术数据和状态参数，并用于输入电机控制指令；

RS232/RS485接口，与所述控制模块相连接，是控制模块与上位机的网关接口，控制模块通过该RS232/RS485接口接收从上位机输入的电机控制指令；

电源1，用于为所述控制模块提供稳定的直流电源；

电源2，用于为所述触摸屏提供稳定的直流电源。

6.根据权利要求5所述的基于CAN总线的多台电机集中智能控制系统，其特征在于，所述集中智能控制器中还包括：I/O模块和状态指示；

I/O模块，与USB/CAN转换模块相连接，用于实现集中智能控制器的输入输出；

状态指示，与I/O模块相连接，用于实现集中智能控制器显示量的指示。

7.根据权利要求1所述的基于CAN总线的多台电机集中智能控制系统，其特征在于，所述CAN现场总线采用双绞线、多回路的信息传输。

8.根据权利要求1所述的基于CAN总线的多台电机集中智能控制系统，其特征在于，所述电机智能启动器中包括：

采集通讯板，用于采集电机运行技术数据和状态参数并通过CAN现场总线发送给集中智能控制器，同时通过CAN现场总线接收集中智能控制器发出的电机控制指令并转化成电气执行信号输出给电机。

9.根据权利要求8所述的基于CAN总线的多台电机集中智能控制系统，其特征在于，所述电机智能启动器中还包括：断路器、熔断器、接触器、控制变压器和指示灯。

10.根据权利要求1所述的基于CAN总线的多台电机集中智能控制系统，其特征在于，所述电机是船舶甲板电气装备电机及船舶辅助电气设备电机。