研发单位：中国船舶重工集团公司第七 0 四研究所

主要亮点：主要体现在嵌入式系统在三个方面的应用：嵌入式系统在船舶电站自动化领域应用研究、操作系统应用研究、嵌入式专用设备研究。可以提升船舶辅机和电站产品的竞争力，增强设计的柔性、缩短开发周期，增加船舶辅机和电站产品功能或种类以增加卖点，适应产品更新换代的发展和快速多变的市场需求。

面向船舶机舱自动化的嵌入式系统

项目介绍及亮点

目前，我国的舰船事业蓬勃发展，随着船舶机舱自动化程度要求日趋提高，对设备和系统的要求也越来越高， 国外建造的船舶自动化设备和系统，许多采用了嵌入式技术，使得船舶机舱自动化系统在自动化、网络化和智能化方面取得了大幅度的进展。而现在在国内的传统的船舶机舱自动化系统中，广泛使用的仍然是工控机或单片机。为适应这种舰船现代化的需求，并实现船舶机舱自动化监控技术新的提高，七 0 四研究所参与了上海市科委嵌入式开发平台船舶电子重大项目的研发工作。在此项目中，面向机舱自动化的嵌入式船舶电站的研究与开发 ( 项目编号 :04DZ15007) 被确定为主要的研究内容之一。通过该项目的研发，我们已形成具有自主知识产权并实现产业化发展的产品和系统，其核心技术可作为通用的标准技术推广应用于船舶电站自动化系统。

一、产品介绍

面向船舶机舱自动化的嵌入式系统分为船舶电站嵌入式监控系统和空调嵌入式控制器两个部分。

1 、船舶电站嵌入式监控系统

船舶电站嵌入式监控系统按结构划分为管理层、控制层和设备层。管理层完成对电站的集中控制和管理，控制层采用高可靠性的嵌入式控制主机， 具有数据采集和发电机组的控制功能， 设备层控制器位于机旁，就近对机组的运行参数进行检测及报警。管理层与控制层之间通过工业以太网连接，控制层与设备层之间通过 CAN 总线连接，各层之间可以进行各种数据的交换，最终实现高度自动化、网络化和智能化的新型船舶电站监控系统。

管理层是位于集控室的监视终端，是监控系统的最上层，可以通过以太网与控制层的控制主机通讯获取电站运行信息，对电站的运行情况进行集中控制和管理，可以根据情况进行调频调载，还可以对发电机组的故障进行报警，当在网运行的发电机组出现故障时可以进行自动换机。

控制层的嵌入式控制主机具有数据采集和发电机组的控制功能，可以通过 CAN 总线与设备层的控制主机连接以采集电站运行参数，如电网各节点的电压和频率，发电机组的三相电流、有功功率和功率因数等。可以控制发电机组启动、停机、应急停机、加速和减速，控制发电机主开关的合闸（或同步）、分断。另外，还可以对发电机组的故障进行报警，并且进行相应的故障处理。

设备层的控制器位于发电机组的机旁，就近对机组的运行参数进行检测，如柴油机的转速、滑油压力、冷却水温度等。在这里，可以直接控制发电机组启动、停机、应急停机、加速和减速，而且还可以对超过报警设定植的运行参数进行报警。当机组出现超速、滑油压力过低、冷却水温度极高等情况时自动对机组应急停机。

电站嵌入式监控系统的管理层、控制层和设备层需要协调的工作，才能够实现整个电站半自动和自动的运行，有效地对发电机组、主配电板实施各种保护措施，提高电站运行的可靠性。

2 、空调嵌入式控制器

空调嵌入式控制器的 功能主要分为 空调设备远程控制、能量预测和平衡控制、在线设备维护和远程设备状态和故障显示。空调设备远程控制功能通过键盘或触摸屏操作和以太网通讯远程起 / 停设备。能量预测和平衡控制功能可根据一段时间区域内空气处理器的进、出风温湿度和风量参数预估未来一定时段内舱室热负荷变化趋势，并输出新的设定值调整冷水机组的运行工况使系统输出的制冷量和实时负荷平衡。在线设备维护功能根据设备的实时数据，判断设备的运行状态并根据预定的程序给予最优调整。远程设备状态和故障显示功能可以实时监测设备运行状态和故障情况。

二、产品亮点

本项目的产品亮点主要体现在嵌入式系统在以下三个方面的应用：嵌入式系统在船舶电站自动化领域应用研究、操作系统应用研究、嵌入式专用设备研究。其中，嵌入式系统在船舶电站自动化领域的主要研究内容是：以嵌入式技术为基础，通过嵌入式控制主机、人机交互界面等技术的研究，构建监控演示系统，以便最终实现船舶电站系统的网络化。研究具有高速可靠的数据处理能力，实时和多任务的软件平台，配有人性化的人机接口，直接挂在工业以太网络上，可以对现场设备的状态及参数进行在线监测和报警处理，实现近程及远程的数据在线监测，还可提供 HTTP 等多种服务，从而达到全程数据监控的无缝集成。操作界面及操作语言为中文 , 快速的数据更新与操作。研究嵌入式主机系统硬件及接口的规范、多种网络通信接口 ( 如以太网、 CAN 等 ) 协议，状态监控、故障子诊断等；操作系统应用研究情部：目前嵌入式实时操作系统开发平台主要是 Wind River VxWorks Tornado 和华东计算所推出的 ReWorks 。 ReWorks 的编程接口与 VxWorks 的完全兼容。我们拟选用具有我国自主知识产权的 ReWorks 嵌入式操作系统，但在开发阶段选用国际流行的 VxWorks ，开发成功后，进行整体移植，为嵌入式技术今后在我所其他项目中的应用做好技术储备；嵌入式专用设备研究，主要为嵌入式主机控制器的研究，拟选用 Pentium Ⅳ 2.0 工控机作为对象，实现嵌入式技术在船舶电站监控系统中的首次应用。

应用前景与效益

嵌入式系统在船舶辅机 和电站 自动化领域有很大的应用前景。

进入新世纪，我国确立了建设世界第一造船大国的宏伟目标，上海也将造船提升到了支柱产业的高度，这对船舶机电设备行业的发展既是机遇，更是紧迫的要求和严峻的挑战。造船必然对船舶机电设备有更大的需求，据测算，全世界船舶配套设备的年销售额大约在 250 亿美元。在国内建造的船舶中，国产船舶配套设备的装船率不足 40% ，而且大多是低端的、技术附加值较低的产品，有近 60% 的国内船舶配套设备的市场被国外厂商所占有。造成这种局面的主要原因是国内产品技术含量低，尤其是其所配置的嵌入式控制系统与国外产品相比，差距小的落后一代，差距大的要落后四、五代。

研制面向船舶辅机 和电站 的，集嵌入式系统的软硬件系统设计、测试、仿真为一体的集成开发环境并实现面向船舶辅机的嵌入式系统是有很大的应用前景的。它可以提升船舶辅机 和电站 产品的竞争力，增强设计的柔性、缩短开发周期，增加船舶辅机 和电站 产品功能或种类以增加卖点，适应产品更新换代的发展和快速多变的市场需求。它具有优良的可扩展性，可提供方便的系统集成接口，并不断充实船舶辅机 和电站 的数字内涵。它将可重用设计、软硬件协同设计、远程诊断和监控技术结合入嵌入式开发平台，将建立应用领域的构件库，并支持船舶辅机和船舶电站的嵌入控制、远程诊断的嵌入式功能模块设计开发。它同时会加速核心软硬件的完全国产化，推动国内 IC 产业，嵌入式软件的应用，形成具有完全自主知识产权的面向船舶辅机 和电站 的嵌入式系统。从而提升我国家电行业的核心技术竞争力，达到较好的产业化效果和经济效益。