分析船舶電站控制器異常信號采集方法

時建鋒

大連中遠海運海事工程技術有限公司南通分公司 江蘇 南通 216002

1 設計船舶電站控制器異常信號的采集系統

1.1 優化設計采樣結構

為了確保重組后控制器采集信號過程的安穩性，將一個ADSP-21060CZ-160處理器裝置到控制器內，在同步處置多源對通道信號過程中其提供較可靠的支撐作用，且還參與4通道之下的信號合成、分析測算過程，起到保障性作用，較明顯地提升了信號采集效率。

1.2 優化計算CAN總線協議

在控制器結構優化設計結束后，便進入到優化計算調控其內CAN總線異常信號采集協議的過程。在具體優化階段，因收集、通訊電站異常信號階段表現出連貫性、時效性特征，這就預示著在同一個時間點位下，若數個異常采集節點同步傳送出特征存在差異的信號時，傳送階段CAN總線能識別到的各種異常信號周期量會出現相互抑制的狀況[1-2]。在這樣的工況下，如果不配合用傳輸協議自帶的幀頻進行干預，快速拓展傳輸信道的幀頻參量，那么處在節點尾端的弱態信號傳送過程會出現不同程度的延時情況，進而導致信號傳輸無法實現同步，滋生出延遲問題。

為規避以上不良狀況，在本課題研究中提出的方法內，針對保留下來的CAN總線通信協議，采集異常信號階段要優先計算出動態優先量[3]。密切監測信號采集節點通信階段的傳送狀態，若辨識到某個節點突發傳送失敗或者節點傳送出現臨近末端等改變時，算法便會自動提升失敗或靠后信號節點的優先等級，借此方式確保下一次采集階段信號靠前傳輸的時效性。具體優化計算階段，將被優化節點幀頻協議細化為3層去進行相關操作，依次是指令優化層、優先級提升計算層、節點綁定層，對應的優化碼分別為F24-F20、F19-F12、F3-F0。

本課題優化CAN總線協議階段增置了停機傳輸控制指令，借此方式使停機動作發出過程安穩性有更強大保障。規劃設計該指令階段，把命令設定為最高優先級m，利用下式表示命令式[4]：

在①式內，s、i分別表示的是協議內初有的優先級參量、優先提升優化實施失敗頻次。優化期間，如果某個算法對連續3次優先提升一個節點均以失敗告終，那么就智能啟用保障性優化命令，同時把該命令的優先級提升至最優的級別。

1.3 測算異常信號對應的子空間空間追蹤鎖定情況

具體是應用子空間追蹤算法去執行這個過程，具體運作過程可以做出如下闡述：

設異常采集信號對應的目標集合體是u =cγ ，u 是子空間內信號的向量Z×1，c表示信號的原始狀態I×1（Z≤I×1＜I），γ 是子空間異常信號對應的采集矩陣，據此能獲得被采集信號的原始誤差值是t0=u ，信號出現的頻次周期量用L表示，綁定異常信號的目標時主要運行如下幾個流程：

首先，導入數據。具體是導送信號采集矩陣γ ，歷經規范化監測分析以后，將異常信號設定成u ，信號出現的頻率周期量設為L。

其次，進行歸一化測算。假定內持有L個最大極值，這就譽為這把所有最大極值對應的異常節點空間參數設定成異常參量的基礎參量集V0，重組信號參量，使信號目標量符合c0=0，誤差量t0=u。

再者，推進循環計算過程。

（1）設定l=1，檢查搜索該條件下誤差數值極為相近的L個信號值。

（2）搜索異常信號集合o中儲留最大的L個極值目標量，同時將檢索量整合至綁定目標的合集N內。

（7）鎖定以后，將異常信號c輸出。

2 信號智能采集系統

該系統是實現自動采集船舶電站異常信號的重要基礎，系統的功能主要有采集控制器的電壓、電流、相位與功率等參數信息，并配合實施相應處理。本文在設計系統時選用DSP作為主控制芯片，通過完善設計過程、強化系統功能等，實現對各種異常信號數據的動態采集與處置。該系統的功能主要有三個：一是采集數據，以各種類型的傳感器或互感器為基礎，殘疾各類參數信息，而后以A/D轉換芯片為媒介，把模擬信號轉型為便于處理的數字信號；二是處理數據：處理、判別、分析及存儲數字信號，便于后期取用；三是CAN通訊，具體是利用CAN通信模塊和上位機之間建設銜接關系，把前期收集到的各種數據信息統一傳送至上位機，直觀地呈現出來，促進和用戶群體之間實時性、便捷式交互過程。

2.1 硬件設計

（1）高速A/D轉換模塊：把采集到的模擬量轉型成數字量是DSP處理數據的基礎，A/D的功能以轉換數據為主，其轉換與處理數據的準確性影響著整個系統的作業性能[6]。本系統研發階段選用了TI公司的ADS8364高速轉換芯片，該芯片的特征有低功耗、抗噪性強等特征，其帶有6個同步采集的模擬量輸入通道，這就預示著其能同步采集到6路信號數據。

（2）DSP控制模塊：該模塊是信號智能采集系統的關鍵部分，其運轉新能直接影響這為整個系統的功能。本文應用TI公司自主研發的TMS320F2812芯片，該芯片的速度高達150MHz，能準確處理32位數。TMS320F2812芯片最典型的特征是持有12位置16通道的AD信息采集，外設CAN、SCI等接口，能順利的落實采集與處理故障信號數據的任務，滿足實時采集與處置船舶電站控制器異常信號的主觀需求。

（3）高速緩存模塊：流經船舶電站控制器的電量數據容量相對較大，為實現對批量化數據的快速存儲，需要增設高速緩存模塊。緩存方案通常有先進先出（FIFO）、雙口RAM與高速SRAM切換方式三種[7]。本文課題研究中綜合分析如上三種緩沖方案的性能、成本及實現便捷性以后，參照既往船舶電站控制器故障信號的發生規律與特征，最后決定選用FIFO去構建A/D高速緩存模塊。結合采集與處理異常信號的需求，選用CY7C4245芯片作為FIFO存儲器，該芯片存儲量和存儲寬帶是4k×18bit，大體能滿足存儲電站控制器異常信號數據的現實需求，且芯片有獨立的18位輸入輸出接口，能使用讀寫操作的同步性得到更大保障，讀寫速度最大為100MHz，且自帶重發數據的功能。

2.2 軟件設計

軟件是采集系統實現采集信號數據功能的主要部門之一，其通過和硬件設施配合、整合，將采集與處理數據的功能充分出來。本系統設計時選用了IT公司CGS作為集成研發環境，利用C語言完成編程設計。

分析DSP主程序的實施過程，可以做出如下概括：首先，對系統進行初始化處理，而后裝設掃描儀表、開啟數據采集按鈕，判別FIFO緩存時候達到存滿狀態，存滿時傳送出斷離信號用于斷離觸發DSP控制系統[8]。其次，DSP系統檢測到斷離信號，中斷檢測過程，獲取相應數據信息并加以處理。最后，利用CAN總線自帶的通信功能把處理后的數據傳送到上位機。針對上位機是否接收到數據的情況做出科學判斷，若確定收到，則暫停數據采集過程，反之系統自動返回循環采集下一輪異常信號數據。

3 仿真實驗與統計結果

利用仿真測試流程去仿真模擬船舶電站異常信號采集情況，共計模擬100組，將每10組異常信號設定為1個測試周期進行規劃，共計設定了10個測試周期；記錄各周期的信號采集率和采集響應具體時間，并和優化設計之前的采集方法進行對照分析，獲得相應的結論。檢測結果被統計在表1內[9]。

比較表1內的數據信息后發現，提出優化設計建議以及對控制器采集方法實施相應策略以后，和優化前的異常信號采集方法相比較，異常信號采集率顯著提升，處理響應時間顯著短縮，由此可見，本課題研究中提出的新型電站異常信號采集方法靈敏度、準確度均處于較高層面上，具有一定推廣價值。

表1 異常信號采集效果仿真實驗結果統計表

4 結束語

針對常既往的船舶電站異常信號采樣方法在實施階段存在的信號傳輸同步性較差、延遲問題等，在分析控制器結構特征及相關算法實施步驟的基礎上，本文提出了一種新型的電站控制器異常信號采集法，有針對性的重組設計了控制器結構、CAN總線通信協議及優化計算了異常信號的目標鎖定情況，較明顯地提升了控制器異常信號采集敏感度和精準性，基于仿真實驗過程得以檢測驗證。希望能和同行分享經驗方法，為控制與專研船舶電站異常信號提供嶄新的思路。