现场总线技术在装备监控系统中的应用

　　装备作为军队战斗力的重要体现和物质载体，广泛应用于作战行动和其他相关军事活动中，数量多，型号繁杂。正是由于装备自身的这一特性决定了装备保障中的安全工作，尤其是监控系统正常有效运行的重要性。可以说，近年来的多次事故，包括前段时间的“吉化事件”等，都给我们的装备工作敲响了安全隐患的警钟。因此，我军装备系统的可靠运行，安全监控体系是头等大事。

1、装备监控系统概述

　　装备监控系统是对装备运行机械进行监测与控制设备的总称，包括主机监控、辅机监控、电站监控等特殊设备的监测与控制。

　　以微计算机（含单片机）为核心的监测控制系统，起步是在70年代，经过20年的发展，技术上已比较成熟，应用范围也非常广泛。它有许多优点，如集成度大大提高，功耗低，智能化、自动化程度高。但也有其缺点:品种多，标准化程度低，如陆军主战装备用计算机监控系统就有几十种不同型号的装备，互换性差。再加之设计、制造、管理使用等种种原因，造成这类系统可靠性、维修性方面还存在一些问题。

　　90年代国际上装备监控系统迅速发展了一种以现场总线技术为核心的全数字全网络化监控系统，该技术是一种高可靠的通用工业监控技术，它是计算机网络技术与嵌入式电子技术的有效结合，具有过去系统无法相比的优越性，既简单、可靠，功能又十分强大，是今后相当一段时期工业监控领域的主要发展潮流。

2、基于现场总线技术的全数字全网络化装备监控系统

　　随着计算机技术在工业控制领域应用范围的日益拓展，以及分布式控制产品标准化的要求和趋势，使近几年现场总线技术得以迅速发展，它较完整地实现了控制技术，计算机技术与通信技术的集成，其特点是可靠性高，性能稳定，抗干扰能力强，维护及系统扩充成本低。用现场总线技术组成的系统性能价格比高，已在欧美各国得到了较广泛的应用。几种主流现场总线标准如PROFIBUS，FF，CAN等已成为一些国家或洲际标准，世界上许多主要的PLC及智能仪表制造商，都推出了支持某种主流现场总线标准的产品。

　　现场总线技术核心的技术有两点:

　　（1）一个监控系统中，系统与系统、部件与部件之间只有4条线联接，其中2条作供电电源，2条用于传递信息，信息传递采用串行编码方式。

　　（2）整个系统中信息全部为数字量。

　　由于上述2种核心技术，以及现代完善的集成电路制造工艺，使得系统具有极高的可靠性和非常简单的系统结构。

　　现场总线技术的应用系统中，从控制站到对象，无论有多少信息，无论多么复杂，无论是单一对象（如只控制一台电机）或是多个对象（如电站4台发电机组的监测与控制），控制站与被监控对象之间只有4条线相联，只需在每个对象旁设置一块CAN总线电路板，控制站便能对被控对象进行监测与控制。对于不同的对象，CAN总线的线路板、执行部件以及监控软件有所不同。

　　整个系统中，全部信息为数字量传送，传感器也可采用数字化传感器，数字量在处理传递过程中，不会漂移，不出现误差，绝对保证系统的精度与性能。

　　一个控制系统中，有大量完全不一样的信息内容，比如:温度、压力、转速、主机启动、主机进倒车等，它们均通过CAN总线的接口板将这些信息编码后送上CAN总线，或是从CAN总线的接口板接收下来，再译码后进行相应的处理。

　　现场总线CAN技术又称全分散化全数字化技术，是90年代国际上蓬勃发展起来的新技术，是下个世纪工业控制、工业自动化在各个领域内广泛应用的技术。实质上现场总线是现场控制对象（仪表、机械等）与控制站之间的一种全分散、全数字、智能双向、多变量、多点多站的网络通信系统。其特点:

　　（1）可靠性高、结构简单。从CAN总结构上看，系统的所有传感器、执行器、显示器、计算机均智能化、数字化、模块化，并全部挂在一条四芯线上（二芯用于传递编码信息，二芯用于给CAN总线上的全部部件供电），无其他任何联线，各模块独立工作。

　　CAN总线上使用的数字化芯片，其集成度非常高，功率极低，如12PA6主机遥控系统采用CAN技术后，其功耗只有十几瓦。采用CAN总线技术的线路板，比过去并行式系统的电路板数量下降了一个数量级，如某电站监测系统过去采用一套计算机集中并行采集系统，监测4台发电机组共有电路板38块，后部队院校用CAN技术进行改装后，4台发电机组一共只有5块电路板。

　　CAN总线技术采用全数字化技术，在寿命周期内具有精度不变的良好性能，大大减少了系统的调试工作量与装备维护工作量。CAN总线在系统布置上，可采用双层环形布线，任意两处中断不会影响系统的工作，同时采用光电隔离，不怕网络电缆短路。[page]

　　从上述看到，由于CAN总线技术的种种优点，它是一种可靠性极高、结构简单的高新技术，非常适用于装备监控系统。

　　（2）标准化、模块化程度高。由于CAN总线技术有国际上统一的标准，加之结构简单，使CAN技术应用系统容易做到标准化与模块化。

　　（3）系统结构简单，便于维修。线路板数量和品种大大减少，从而减少了系统的维修量，四芯线的系统结构使维修人员非常容易进行维修。

3、基于现场总线技术的某装备监控系统设计与应用

　　某装备仓库电站有4台MWM234柴油机发电机组（3台主发电机、1台副发电机），每台柴油机监测参数有:转速、排气温度、滑油压力、滑油温度、出机水温、蓄电池电压、功率、电流、电压、频率、主开关通断、逆功、发电机内部温度共13个参数。该电站监测系统基本结构是:每台发电机组旁配置一个采集盒，采集盒后通过二芯网络线发往上位计算机，4台机组共有4个一样的采集盒，4台机组与集控室里的上位计算机只有一条二芯线相联，结构极为简单。上位计算机通过二芯网络收集机组采集盒送来的信息并进行数据处理、显示、打印与报警。

4、硬件组成

　　监控系统主要由机旁采集盒与上位计算机组成，机旁采集盒有一块高集成化电路板，将信号调理（滤波和放大）、AD变换、采样处理、通讯等功能全部集中在这块板上。板上的芯片采用了90年代国际上最新模拟数字电路，使其功能强、体积小、功耗低，可靠性好。

　　CAN总线接口采用了PCX82C200芯片。通讯介质（通讯线）采用普通电缆，对电缆没有特殊要求，十分便于现场安装与施工。每个采集盒负责处理一台柴油发电机的全部数据，采样结束后，通过CAN总线发往上位计算机，采集盒里只有一块电路板，面积200×150mm，功耗约5W。

5、软件组成

　　软件由采集软件、通讯软件、人机界面软件3大块组成:

　　（1）采集软件:此软件为固化程序，存于27256中，放在采集盒中线路板上。其任务是完成信号通道切换、放大、AD转换、采样、数字滤波、线性化处理、标度变换等工作。此软件由8031汇编语言组成。

　　（2）通讯软件:和采集软件固化于同一块27256中，其任务是将采集处理好的数据按CAN总线规则进行网络通讯。

　　（3）人机界面软件:此软件存于上位计算机（486、586计算机）的硬盘里，此软件由显示、报警、打印等模块组成，完成由采集盒送来的柴油机发电机数据的汉字显示、汉字打印、报警与人机对话，此软件用C语言编写，并进行了显示与打印的汉化，美化了屏幕，方便了操作。

　　以现场总线组成的分布式监控系统，不仅可节省大量电缆及敷设费用，而且调试维护简单方便，大大提高了系统的实用性及可靠性，同时还降低了工程造价。

论文创新点：

　　本论文在对目前流行的现场总线技术研究的基础上，分析我军装备监控系统的主要特点及其不足之处，并运用CAN方法对监控系统进行设计与再应用，对我军装备管理工作具有一定的启示意义。

参考文献：

　　[1] 网络型监控系统的设计与实现[J]. 杨向云. 微计算机信息 1998年第14卷第6期

　　[2] 现场总线技术在油库监控中的应用[J] . 管超,左晓戎,王涛,曹琳 微计算机信息1998年第14卷第1期

　　[3] 让安全管理控制中心成为真正的中心[J] . 李罡 安全管理 2003年9月

　　[4] WTO安全例外条款的完善与我国装备发展对策[J] . 张霞,刘汉荣,蒋兴宏,王伟 装备指挥技术学院学报 2004年10月 第15卷 第5期