[发明专利]TTCAN智能节点、燃气轮机分布式控制系统

说明书

本发明公开了TTCAN智能节点、燃气轮机分布式控制系统，涉及燃气轮机控制技术领域，该系统包括燃气轮机模拟装置以及转速采集节点、中央处理节点、油门位置控制节点，三个节点基于TTCAN智能节点实现；转速采集节点采集模拟装置转速信息并通过总线传输给中央处理节点；中央处理节点根据采集的转速信息和给定的转速信息进行PID计算，得到理论油门位置并通过总线传输给油门位置控制节点；油门位置控制节点采集燃气轮机模拟装置的实际油门位置，结合理论油门位置进行PID计算，得到油门驱动电流并输出给燃气轮机模拟装置；燃气轮机模拟装置根据油门驱动电流调整油门开度，从而实现对燃气轮机的转速和燃油位置的双重闭环控制。

技术领域

本发明涉及燃气轮机控制技术领域，尤其是TTCAN智能节点、燃气轮机分布式控制系统。

背景技术

相对于集中式控制系统，分布式控制系统具有重量轻、可靠性和可维护性强、研制周期短、开发成本低等优点，同时可以更好地适应分层结构以及各种新技术的发展，满足燃气轮机控制系统小型化、综合化、高性能、高可靠性的发展需求。构建燃气轮机分布式控制系统的关键技术难点在于设计一种具有鲁棒性和可靠性的分布式数据总线，保证某个或某些节点在掉电或发生故障的情况下不会影响到分布式系统中其他节点正常运行，是构建分布式控制系统首先要突破的关键技术环节之一。

CAN网络凭借灵活性好、响应速度快、适应性强的优势，已在众多领域的分布式控制系统中广泛应用。但是，作为事件触发总线，CAN总线存在不确定性、易造成故障蔓延、不利于系统重构等缺点，不适合在航空航天、军用舰船等安全关键领域推广应用。为解决事件触发总线的以上缺点，在现行CAN协议的基础上引入了时间触发机制，提出了一种新的数据总线架构TTCAN总线。目前，TTCAN总线仅在分布式客房控制系统、燃料电池分布式控制系统、航空发动机分布式控制系统等领域开展相关设计，在燃气轮机分布式控制系统领域尚未开展研究及应用。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了TTCAN智能节点、燃气轮机分布式控制系统，本发明的技术方案如下：

第一方面，本申请提供了一种TTCAN通信架构，表现为一个TTCAN集群中包括计时主机节点、若干个备份主机节点和若干个普通节点，每个节点均包括主机控制器、TTCAN协议控制器以及用于两者之间通信的CNI，各节点的TTCAN协议控制器通过CAN总线进行数据交互；TTCAN协议控制器中设有静态消息交换调度表，表中规定了各个节点收发消息的时刻；计时主机节点的TTCAN协议控制器基于静态消息交换调度表，向备份主机节点和普通节点传输校时基准信息，实现集群时间同步；备份主机节点用于在计时主机节点发生故障时，按照事先约定的优先级顺序，由下一优先级备份主机节点切换为计时主机节点。

其进一步的技术方案为，静态消息交换调度表中包括多个基本周期，每个基本周期均包括若干个长度不等的时间窗，各个节点在时间窗内收发消息；时间窗包括同步窗口、仲裁窗口、独占窗口和自由窗口；其中，同步窗口设置在每个基本周期的起始位置，用于传输时间参考信息，计时主机节点将本地时间作为全局时间通过同步窗口发送给备份主机节点和普通节点，备份主机节点和普通节点通过同步窗口将收到的全局时间加上传输延时时间后作为各自的本地时间；仲裁窗口用于多个节点发送消息，发生总线冲突时通过CAN总线自身的非破坏仲裁机制解决；独占窗口分配给特定消息，用于传输硬实时、周期性的信息；自由窗口不传输消息，用于后期网络扩展。

第二方面，本申请还提供了一种TTCAN智能节点，该智能节点基于如第一方面提供的TTCAN通信架构实现，TTCAN智能节点包括主机控制器、TTCAN协议控制器以及用于两者之间通信的CNI，TTCAN协议控制器接入CAN总线与集群中的其他智能节点进行数据交互；

主机控制器包括主机处理器，用于处理和外部设备控制相关的应用数据，以及与TTCAN协议控制器进行数据交互；