MEC-X1型控制器在艦船用機電設備中的應用

楊東升

● （海軍駐滬東中華造船（集團）有限公司軍代表室，上海 200129）

MEC-X1型控制器在艦船用機電設備中的應用

楊東升

● （海軍駐滬東中華造船（集團）有限公司軍代表室，上海 200129）

MEC-X1型控制器是一款能夠滿足艦船用環境和電磁兼容性要求，具有事件記錄功能的系列化、通用化、組合化的嵌入式艦船用機電設備控制器。它解決了一般工業級控制器不能滿足艦船用環境，沒有數據記錄功能等一系列問題，并在幾型艦船用設備上得到了良好的應用。

MEC-X1型控制器；艦船用；電磁兼容

0 概述

相較于陸上或是民用船舶機電設備，艦船用機電設備的運行環境更為惡劣，艙室內往往是一個高溫高濕，伴隨著鹽霧的環境，且在航行中，由于艦船姿態的變化，艦船用機電設備必須能夠經受住沖擊與振動的考驗。這對艦船用機電設備的環境適應性提出了很高的要求。

目前，艦船用機電設備的控制方式主要有兩種：繼電器邏輯控制和PLC控制，但它們也存在著一些缺陷。繼電器邏輯控制無法對故障狀態（包括故障類別和時間）進行完整的記錄，為后續的故障定位和排故帶來了困難；而工業用PLC控制器本質上不能滿足艦船用環境和電磁兼容性的要求，需要額外的防護設計。

MEC-X1型嵌入式控制器（MEC-X1型），很好的解決了艦船用問題。該型控制器以“三化”為目標，充分考慮了現代艦船用輔機設備自動化程度高、復雜度高的特點以及環境和電磁兼容性要求。MEC-X1型控制器能夠對外部信號進行實時采集與分析，同時能對這些信息予以記錄，即使在掉電情況下也不會丟失數據；同時MEC-X1型控制器在設計時充分考慮了艦船上的使用環境，按照軍用標準通過了各項環境試驗。隨著艦船設備對于控制智能化要求的逐步提高，艦船機電控制器的智能化、通用化、集成化將會成為重點，MEC-X1型控制器在艦船設備領域具有廣闊的應用前景。

1 艦船用機電設備控制器應用現狀

1.1 國內外現狀

國外艦船機電設備的智能化控制程度較高，已經從單一設備、子系統的自動化向全船綜合自動化這個高層次階段發展，所有艦船用機電設備都能夠掛接到艦船綜合自動化平臺進行監控操作。相應的艦船用機電控制器也從早期單一的邏輯結構繼電器控制器、PLC控制器發展為以ARM、DSP、FPGA等多型高性能MCU為主控的嵌入式控制設備。它們有著強大的計算能力，滿足現代艦船對于控制設備復雜性的要求；也有著多種外部通訊接口，使得與其它各型設備能組成網絡系統，并掛靠全船自動化平臺網進行管控。

與國外相比，我國艦船用機電設備智能化程度較低。機電設備控制器的實現形式主要有繼電器邏輯控制和PLC兩種。繼電器邏輯控制主要應用于簡單的邏輯控制設備中；PLC控制器則主要應用于控制算法簡單的輔機設備中。由于控制器網絡通訊能力及數據處理能力的不足，難以構建覆蓋全船機電設備的全船自動平臺網絡，限制全船自動化、信息化能力的提高[1][2]。

1.2 主要存在問題

從現代艦船的發展趨勢考慮，為滿足各型機電設備智能化控制的需求，對于艦船控制器來說，必須解決以下幾個問題：1）現有控制器缺少大容量數據存儲器進行故障信息的記錄，給故障分析、定位、可靠性數據采集帶來困難；2）外圍接口單一并且沒有冗余的備份，網絡化及通訊可靠性能力不足；3）現有控制器對電磁兼容性考慮不足，難以滿足今后艦船復雜電磁環境要求；4）目前對每型設備的控制器均進行定制開發，在資源上有著嚴重的浪費，設計驗證周期較長。

因此，需要開發通用化、組合化、系列化的嵌入式艦船用機電設備控制器以滿足今后艦船機電設備的控制需求。

2 MEC-X1型控制器介紹

2.1 MEC-X1型控制器組成與特點

以艦船用機電設備控制器現階段面臨的主要問題為突破口，MEC-X1型控制器進行了針對性的設計，其組成、接口和特點如表1。

表1 MEC-X1型控制器模塊組成

為了滿足艦船用使用環境，MEC-X1型控制器通過了表2所示試驗。

表2 試驗表格

MEC-X1型控制器具有以下幾個特點：1）MEC-X1型控制器能夠通過豐富的外設，外擴存儲器，能夠對大容量的故障信息進行記錄、查詢，方便了對于故障原因的查找；2）MEC-X1型控制器對以太網、CAN、RS485等通訊接口都進行了雙冗余設計，可滿足艦船上對于設備可靠性的要求；3）MEC-X1型控制器各型單一模塊都按GJB151A要求通過了電磁兼容性測試；4）MEC-X1型控制器針對現代艦船輔機設備控制特點，對接口模塊進行了系列化設計，可以進行靈活的組合以滿足不同控制設備的需求。

2.2 MEC-X1型控制器使用配置

根據不同的艦船用機電設備控制功能及接口要求，MEC-X1型控制器可以進行靈活的配置，按使用類型典型的配置方式有兩種：

1）對于無圖形界面顯示需求的控制系統，以可編程控制器CM00A為控制核心，IO擴展模塊為擴展接口，進行系統性的組合，形成控制系統。

2）對于有圖形界面顯示需求的控制系統，以可編程控制器CM00A為控制核心，可編程人機界面控制器MMI-S6為圖形化顯示設備，IO擴展模塊為擴展接口，進行系統性的組合，形成控制系統。如圖1。

圖1 有圖形界面的艦船用機電設備控制器典型配置圖

3 MEC-X1型控制器應用情況

目前，MEC-X1型控制器已經在多型艦船的多種機電設備上得到了應用。如某型艦船大功率調距槳設備、汽輪發電機組機旁控制屏、汽輪發電機組給水泵控制箱等。在這些設備中，控制對象各不相同，既有電機也有泵；網絡組成多樣，有以太網、CAN、RS485；采集信號類型復雜，有溫度、壓力、液位等。在如此多樣化的應用環境中，MEC-X1型控制器都能夠進行靈活配置，以滿足設計要求，充分體現了此型控制器的通用化和組合化的特點。

例如在某型大功率調距槳項目，通過對控制信號的類型數量分析，結合控制器各接口模塊的參數，很快地完成了控制器的配置（見表3），大大縮短了在方案初期對于控制器配置的設計時間。在該項目中，MEC-X1型控制器能夠準確地實現對槳葉角度的閉環控制，并且指令的響應時間小于10ms。此項目現已完成陸上調試試驗，在陸上試驗期間，MEC-X1型嵌入式控制器連續、穩定運行了500小時以上，各項性能指標均能滿足要求，并已滿足下階段裝船使用條件。

表3 控制器組成配置

通過在某型大功率調距槳項目上的應用，驗證了MEC-X1型控制器的應用能力能夠滿足現代艦船機電設備高復雜度的控制需求，由于內置了大容量存儲器，對長時間運行試驗中的設備狀態進行了完整記錄，方便了設計人員進行數據分析及故障定位，控制器自帶雙冗余CAN網絡接口及雙冗余以太網接口，具備快速接入上級信息網絡 的能力為總體集成優化設計奠定了基礎。

4 結束語

MEC-X1型控制器完全滿足艦船用條件，數據存儲、處理能力強，網絡通訊接口完備，滿足艦船機電設備控制器的發展需求。由于采用通用化、模塊組合化設計，MEC-X1型控制器可顯著提高艦船用機電設備的開發效率和設備通用性。

[1]李紅衛. PLC技術的發展趨勢 [J]. 科技信息. 2011 (23).

[2]胡職焱. PLC在船用輸送裝置電氣控制系統中的應用[J].機電設備. 2010(1): 14-16.

Application of MEC-X1 Embedded Controller on Warship Electromechanical Devices

YANG Dong-sheng
(Navy Representative Office at HUDONG-ZHONGHUA SHIPBUILDING (GROUP) Co. , Ltd. , Shanghai 200129,China)

MEC-X1 embedded controller is designed to meet the ship with environment and electromagnetic compatibility requirements，with a series of event record function，universal combination of embedded ship electromechanical device controller. It has resolved a series problem of other controllers that can’t meet the ship with environment and data record function etc. And it has been good application on the equipments used in the a few type of ship.

MEC-X1 embedded controller; warship equipments; EMC

U664

A

楊東升（1979-），男，本科。研究方向：艦船機電設計研究與監造。