大型气囊隔振装置CAN总线网络控制系统制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种大型气囊隔振装置CAN总线网络控制系统，作为网络节点的控制主站、位移传感器、气源模块、充放气控制模块配两个电连接器，通过双CAN总线及双电源线屏蔽电缆串行连接组成环形网络控制结构，各节点通过CAN总线网络交换信息；所有节点连接的两段电缆互为冗余，电缆内部CAN总线及电源线也互为冗余；环形网络控制结构中的CAN总线电缆、供电电缆及各节点的总线控制器、收发器均采用冗余配置。本发明专利技术可实现对气囊隔振装置姿态、气囊压力等数据的在线监控；抗干扰能力强、冗余度高、智能化程度高、配置灵活。可适用于工业、船舶领域中对可靠性、适装性、维修性及环境适应性要求高的大型气囊隔振装置姿态在线监测及平衡控制。

Large air bag vibration isolation device CAN bus network control system

The invention relates to a large air isolation device of CAN bus network control system, as a control station, network node displacement sensor, gas source module, charging and discharging control module with two electrical connector connected to form a ring network control structure through shielded cable with double CAN bus and double power line serial, nodes exchange information via CAN bus network; all nodes connected two cables provide redundancy, internal CAN bus and power line cable also provide redundancy; CAN bus cable, structure control in ring network power supply cable bus and each node of the control device, the transceiver adopts redundant configuration. The invention can realize the on-line monitoring of the air bag vibration isolation device, the posture and the air bag pressure, etc. the utility model has the advantages of strong anti-interference ability, high redundancy, high intelligence and flexible configuration. The utility model can be applied to the large air bag vibration isolation device, the attitude on-line monitoring and the balance control of the requirements of reliability, adaptability, maintainability and environment adaptability in the industry and the ship field.

【技术实现步骤摘要】
大型气囊隔振装置CAN总线网络控制系统
本专利技术涉及一种大型气囊隔振装置CAN总线网络控制系统。
技术介绍
对大型动力设备隔振要求较高的工业领域及船舶行业，采用气囊隔振装置能大幅衰减设备振动向基础的传递，取得优于传统隔振装置的效果。然而，气囊隔振装置本身具有低固有频率特性，在受外界扰动力及气囊自身气体泄漏等因素影响下，气囊隔振装置容易偏离平衡姿态，产生较大偏移，影响设备性能及装置的隔振效果，特别是对于有严格对中要求的动力设备，姿态偏移产生的不对中可能影响设备运行安全。建立气囊隔振装置控制系统，对装置姿态、气囊压力等数据进行在线监测，通过调节气囊压力可对装置姿态进行平衡控制，确保动力设备的稳定运行及装置优良的隔振效果。目前在汽车及列车领域采用空气弹簧(即气囊隔振器)进行悬架减振及高度控制，其控制系统主要由高度控制阀、电磁阀、接近开关等控制器件构成，如《车辆空气悬架减震装置》(中国专利号：201010210484.4)、《一种空气悬架复合型高度控制系统》(中国专利号：201110130312.0)、《空气悬架车辆的姿态维持装置》(中国专利号：02158789.2)、《城轨磁浮车辆空气弹簧悬挂系统高度调节方法和调节系统》(中国专利号200610025187.6)、《车厢高度自动控制装置》(中国专利号：200510022452.0)。上述控制系统主要针对单节车厢或车辆的空气悬架进行控制，对高度的控制精度及系统可靠性要求不高，且系统规模小、空气弹簧数量少、也未考虑容错设计。无法应用于对隔振效果及姿态平衡均有严格要求的动力设备气囊隔振装置。本申请人的专利《智能气囊隔振装置》(中国专利号：200910063656.7)针对动力设备隔振需求，采用一种集中式结构的控制系统，通过中央控制器直接采集现场仪表信号并控制电磁阀等执行机构，但该集中式控制结构应用于大尺度、大承载气囊隔振装置时，存在信号长距离传输下抗干扰能力差、可靠性降低、线缆铺设及检修复杂、系统可扩展性及灵活性不足等缺陷。特别对于电磁环境恶劣、安装检修条件严苛的船舶领域，无法满足对大型动力设备及传动系统进行整体隔振的需求。CAN总线技术是一种可靠性高、灵活性好、实时性强的现场总线技术，已广泛应用于汽车、船舶、航空航天、工业控制等领域。将CAN总线技术应用于大型气囊隔振装置，通过CAN总线网络实现现场信号的全数字传输及系统结构的冗余设计，可有效提高大型气囊隔振装置运行的可靠性及智能化水平，进一步简化系统结构，降低系统安装及维护成本。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述现状，旨在提供一种具有较强的扩展性和灵活性，可适应大尺度、大承载范围的气囊隔振装置控制需求，具备故障自诊断、隔离及热冗余备份功能，保证装置安全可靠运行，同时具有良好的可维护性，支持故障节点自动定位及ID地址配置功能的大型气囊隔振装置CAN总线网络控制系统。本专利技术目的的实现方式为，大型气囊隔振装置CAN总线网络控制系统，作为网络节点的控制主站、位移传感器、气源模块、充放气控制模块配置两个电连接器，通过双CAN总线及双电源线屏蔽电缆串行连接，组成环形网络控制结构，各节点通过CAN总线网络交换信息；所有节点连接的两段电缆互为冗余，电缆内部CAN总线及电源线也互为冗余；环形网络控制结构中的控制主站、CAN总线电缆、供电电缆及各节点的总线控制器、收发器均采用冗余配置。本专利技术的技术效果如下：1、通过绝缘屏蔽材料将两套通讯线路及两套供电线路集中在一束多芯电缆内，所有节点通过该电缆串联成环形网络结构，安装方便、可扩展性强，能有效隔离故障节点；2、在结构及配置上实现了功能冗余，可在任意一段通讯链路或电缆故障下保持通讯及供电正常，具有很高的可靠性；3、各节点能够实现对压力、位移等模拟信号的自动采集上传，对模拟量信号溢出、断线及通讯链路故障进行自检测，并可根据故障模式自动切换通讯链路；各节点采用统一的电接口及通讯协议，保证了运行可靠及方便日常维护管理；4、采用一种姿态控制算法可自动隔离故障节点及故障气囊，根据不同的故障模式，重新配置气囊压力分布，从而实现隔振装置姿态的平衡控制，使系统具有较好的鲁棒性及自适应性能力；5、采用一种节点ID自动配置方案，根据节点类型、用途分配不同号段，在进行维修更换时，控制主站通过网络识别更换的备用节点并进行ID地址配对，提高了模块的通用性及标准化程度，简化了维修流程。6、采用控制时序管理算法，将各气囊充、放气电磁阀的延时、开启、保护等时序进行优化设置，提高系统控制效率，降低系统并行控制的瞬时功率需求。本专利技术结构简单、灵活性好、可靠性高、智能化程度高、维修方便；对于尺度范围大、气囊数量多、控制节点分散、运行环境严苛的大型气囊隔振装置具有很高的可靠性、灵活性及可扩展性为工业及船舶领域大型气囊隔振装置的控制提供新的解决途径。附图说明图1为本专利技术的网络结构示意图；图2为控制主站内部结构示意图；图3为气囊隔振装置布置原理图；图4为气囊隔振器与充放气控制模块管路连接原理图；图5充放气控制模块时序控制图。具体实施方式下面参照附图详述本专利技术。参照图1，作为网络节点的控制主站5、位移传感器2、气源模块4、充放气控制模块3配置两个电连接器，通过双CAN总线及双电源线屏蔽电缆1串行连接，组成环形网络控制结构，通过CAN总线网络交换信息。环形网络控制结构安装方便、可扩展性强，能有效隔离故障节点。环形网络控制结构中的控制主站、CAN总线电缆、供电电缆及节点的总线控制器、收发器均采用冗余配置，可在任意一段电缆故障下保持通讯及供电正常，具有很高的可靠性。各网络节点配置两个电连接器，可在任意一段通讯链路或供电电缆故障下保证通讯及供电正常。各网络节点能够实现对压力、位移等模拟信号的自动采集上传，对模拟量信号溢出、断线及通讯链路故障进行自检测，并可根据故障模式自动切换通讯链路，实现通讯链路的热冗余功能。参照图2，所述控制主站5内集成有主要包括可编程控制器6、平板工控机7及网关模块8，平板工控机7通过PROFIBUS总线9与网关模块8、可编程控制器6连接，网关模块8通过CAN总线10接电连接器11。平板工控机通过PROFIBUS总线9与可编程控制器实现数据同步，并负责人机交互及数据管理。网关模块8通过CAN总线10接电连接器11，可编程控制器作为主控节点从CAN总线网络提取被隔振设备姿态、气源及气囊压力等状态信息，执行控制算法并发送气囊充放气控制指令，实现CAN接口设备与控制主站内部PROFIBUS网络的接口转换。控制主站采用可编程控制器6及平板工控机7双主机控制结构的功能冗余设计，两台主机通过PROFIBUS高速总线交互信息，正常情况下可编程控制器负责系统控制等核心任务，平板工控机负责人机交互及数据管理任务，在可编程控制器发生故障时，平板工控机可自动接管系统控制权。控制主站采用功能冗余设计在不增加系统硬件成本前提下提高设备运行可靠性。所述的位移传感器2、充放气控制模块3、气源模块4内部集成有MCU控制模块、多通道AD转换模块及套总线收发器，实现模拟信号现场采集、诊断、数据上传及通讯链路的冗余。参照图2、3、4，所述位移传感器2选用了ZR81型电涡流传感器与MCU控制模块进行集成化设计，布置基座与被隔振设备之间，将所在测本文档来自技高网...

【技术保护点】
大型气囊隔振装置CAN总线网络控制系统，其特征在于：作为网络节点的控制主站、位移传感器、气源模块、充放气控制模块配置两个电连接器，通过双CAN总线及双电源线屏蔽电缆串行连接，组成环形网络控制结构，各节点通过CAN总线网络交换信息；所有节点连接的两段电缆互为冗余，电缆内部CAN总线及电源线也互为冗余；环形网络控制结构中的控制主站、CAN总线电缆、供电电缆及各节点的总线控制器、收发器均采用冗余配置。

【技术特征摘要】
1.大型气囊隔振装置CAN总线网络控制系统，其特征在于：作为网络节点的控制主站、位移传感器、气源模块、充放气控制模块配置两个电连接器，通过双CAN总线及双电源线屏蔽电缆串行连接，组成环形网络控制结构，各节点通过CAN总线网络交换信息；所有节点连接的两段电缆互为冗余，电缆内部CAN总线及电源线也互为冗余；环形网络控制结构中的控制主站、CAN总线电缆、供电电缆及各节点的总线控制器、收发器均采用冗余配置。2.根据权利要求1所述的大型气囊隔振装置CAN总线网络控制系统，其特征在于：控制主站内集成有包括可编程控制器、平板工控机及网关模块，平板工控机通过PROFIBUS总线与网关模块、可编程控制器连接，网关模块通过CAN总线接电连接器。3.根据权利要求1所述的大型气囊隔振装置CAN总线网络控制系统，其特征在于：气源模块内部集成有MCU控制模块、多通道AD转换模块及套总线收发器，实现模拟信号现场采集、诊断、数据上传及通讯链路的冗余。4.根据权利要求1所述的大型气囊隔振装置CAN总线网络控制系统，其特征在于：所述位移传感器用ZR81型电涡流传感器与MCU控制模块进行集成化设计，布置在基座与被隔振设备之间，将所在测点的高度数据上传至CAN总线网络，由控制主站接收处理。5.根据权利要求1所述的大型气囊隔振装置CAN总线网络控制系统，...

【专利技术属性】
技术研发人员：施亮，何琳，卜文俊，徐伟，赵应龙，吕志强，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42