【摘要】船舶信息网络系统所采用的特殊接入方式能极大程度的简化布线难度、降低布线成本，并提升了船载系统的可靠性，却需占用大量网络资源实施数据通信。为此，本文提出了一款基于CPLD的远程控制终端，通过采用CPLDEPM7128SLC84-15为终端各执行器、按键及串口通信模块提供数字信号接口，从而实现了各船载执行器的准确、高效、实时控制。
【关键词】船舶信息网络系统；远程控制；CPLD
随着科学技术与船舶工业的迅猛发展，智能化船舶将成为主流趋势。船舶信息网络系统相关技术的研究越来越引起船舶工程界的重视。船舶信息网络集成化使得全船数据信息的采集与应用成为可能，使得网络中心能对舰船实时状态进行更加充分的监测与控制，也将使得船舶信息网络系统具备了全船的递阶/协同控制能力。一个大型船舶可能存在上百（千）个船载设备需要通过遍布全船的信息网络进行数据传输。而对于一个船载系统，其每个执行器/传感器均会选择与之最近的远程终端单元（Remoteterminalunits，RTUs）进行连接，而不是将所有的设备集中在一个RTU上。这使得，一个船载设备将需要引入多个分布式控制单元（DCUsDistributedControllerUnits）来实现闭环控制；同时，对于某一RTU而言，其可能会隶属于多个闭环系统。毫无疑问，这种“就近连接”的接入方式能极大程度的简化布线难度、降低布线成本，并提升了船载系统的可靠性。然而，由于船舶信息网络系统协同工作方式与分布式拓扑结构，在船载设备运行过程中，所需调用的RTU之间数据通信过程不得不占用大量的网络资源。此外，对于单一RTU而言，其将需要嵌入多个不同船载系统的控制策略来实现对不同执行器的控制。因而如何设计实现一款能准确、高效、实时进行执行器控制的远程终端成船舶信息网络系统亟待解决的问题之一。
1.船舶信息网络系统组成
图1为船舶信息网络系统拓扑结构图，其布局突破船载系统自身的封闭式布线规则，将每个执行器、传感器就近连接在相应的设备上并以此介入环形网络，系统将完全满足所需的互联互通目标，极大限度的减少了船载系统的布线难度，优化了系统的拓扑结构，提升了系统的可靠性。此时，船舶信息网络系统内的控制器将不再单一的隶属于某一个船载系统，而是负责与之相邻却隶属于不同船载系统的执行器及传感器。两个船载系统的执行器与传感器接入多个就近的远程控制终端中，并接入分布式控制单元中，与船舶信息网络系统的顶层网络连接，实现了数据信息的统一采集与利用。图2为船舶信息网络系统的组成图，采用多个独立子网与船舶信息网络系统的网络进行子系统与核心层之间的数据通信。a）组件操作单元，根据不同的船舶任务类型及情景模式，船舶系统的任务指令可由人机交互界面（HCI）及船舶信息网络系统核心层发布。需要说明的是，船舶信息网络系统中的一些常规的船舶任务是由核心层自发运行的，如火灾检测、减摇控制等。与此同时，核心层也会依照其内嵌的决策系统通过HCI向用户提供辅助决策建议。另外，船舶信息网络系统采用三个主机（HOST）进行相关的数据处理与存储。船舶信息网络系统的DCUs通过预定义的编码序列及控制算法来实现对船舶系统的控制及监视，并通过其接口与船舶信息网络及相关子系统网络进行连接，进而实现闭环。船舶信息网络系统RTUs的主要功能是传感器信息采集与执行器驱动控制，其接口与DCU连接，进而构成了船舶信息网络系统的相关子网络。b）网络船舶信息网络系统网路，作为船舶信息网络系统的骨干网络，船舶信息网络系统网络的设计目标是最大限度的将船舶环境内的DCU就近添加入信息系统中。为了提升冗余性及抗干扰性，船舶信息网络系统骨干网络的设计采用双环形网络结构，其在工作过程中，总有一个环形网络处于激活状态，而另一个网络处于待机状态，因此与骨干网络直接连接的DCUs、主机、CCI等均采用双接口连接方式与信息系统网络进行数据通信。
2.远程终端系统硬件结构
本文所述装置的主要组成部分包括：A箱体，B键盘，C液晶显示器，D为数据通信端口、E电源端口、F1-F5为五个执行器接口。其中B现实的数值区间为0000.0—9999.9，用以显示各执行器的控制指令；C键盘按键包括：数字键‘1’、‘2’、‘3’、‘4’、‘5’、‘6’、‘7’、‘8’、‘9’、‘0’，电源开关按键‘X’，执行器控制模式设定键‘Y’、液晶显示内容设定键‘Z’；接口F1-F5为远程控制终端所设的执行器接口；数据通信端口D通过数据线与船舶信息网络系统网络连接，实现与其他分布式控制单元的数据通信，其通信形式采用串口232通信协议；电源端口G的输入工作电压为12V。该装置的控制电路主要包括数据处理模块、电机驱动模块、通信接口模块、按键模块、显示模块、电源模块、时钟模块、存储模块等。其中数据处理芯片的功能包括以下4点：1.通过采集键盘模块设定底层执行器的工作模式；2.通过采集通信接口模块数据信息对船舶信息网络所发布的控制信息进行采集；3.控制显示模块显示各执行器的工作情况；4.控制电机驱动模块对执行器1~5进行控制以实现与其功能。本装置采用STC89C52单片机作为数据处理模块的核心芯片，1602液晶屏作为显示模块，采用AT24C02进行数据存储，采用MAX232串口通信芯片实现数据通信，通过CPLDEPM7128SLC84-15配合UDN-2916LB实现执行器控制功能，并由按键及CPLD构成键盘模块。图3所示为船舶信息网络系统远程控制终端执行器结构图，其采用UDN2916实现执行器的控制。
3.远程终端系统软件流程
图4所示为该远程控制终端的程序流程包括以下步骤：步骤1，系统初始化，读取存储器U11中所存储的控制策略，完成后进入步骤2；步骤2，激活各执行器，完成后进入步骤3；步骤3，按键‘Y’是否触发，若是进入步骤4，若否进入步骤6；步骤4，进入执行器模式设定步骤，扫描键盘触按情况，并等待，若按键‘Y’被再次触发，进入步骤5，否则等待；步骤5，依照所设定控制模式，调用相关控制策略，完成后进入步骤6；步骤6，获取DCU对RTU各执行器的控制模式，若缺省则进入步骤8，若存在新模式指令，则进入步骤7；步骤7，重设执行器运行模式，完成后进入步骤8；步骤8，接收执行器控制指令及相关数据信息，完成后进入步骤9；步骤9，数据运算，对执行器进行控制，完成后返回步骤3。
4.总结
本文给出了一种船舶信息网络系统远程控制终端系统的设计方案，其通过采用CPLDEPM7128SLC84-15为终端各执行器、按键及串口通信模块提供数字信号接口，弥补了STC89C52外设接口不足的缺点，实现了整体功材料管理论文能。从而实现了各船载执行器的准确、高效、实时控制。
作者：陈潇 邓攀 夏占 单位：中国船舶重工集团公司第七〇四研究所
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