船舶航向航跡自動(dòng)操舵系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種船舶航向航跡自動(dòng)操舵系統(tǒng)，其包括：控制面板；與該控制面板連接的顯示控制單元模塊；與顯示控制單元模塊連接的主控制板模塊；與主控制板模塊連接的表決控制及報(bào)警輸入/出模板、模擬量輸入模板、開關(guān)量輸入模板、和通信模板。本實(shí)用新型通過信息輸入模塊、信息處理模塊、以及信息輸出模塊之間相互作用，實(shí)現(xiàn)三個(gè)模塊之間互相監(jiān)督的目的，達(dá)到自動(dòng)操舵船舶航向航跡的目的。
【專利說明】船舶航向航跡自動(dòng)操舵系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及船舶自動(dòng)控制【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種船舶航向航跡自動(dòng)操舵系 統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]船舶操舵控制系統(tǒng)(SCS) —般有自動(dòng)操舵(俗稱電羅經(jīng)或磁羅經(jīng)操舵自動(dòng)跟蹤操 舵儀)、隨動(dòng)操舵(俗稱舵輪操舵，包括遙控操舵)和應(yīng)急操舵(俗稱手動(dòng)操舵、手柄操舵)三 種操作方式。
[0003]自動(dòng)操舵是駕駛員設(shè)計(jì)好航向后，操舵儀根據(jù)內(nèi)部算法控制舵葉，使船舶按照設(shè) 定的航向行進(jìn)的操舵方式。根據(jù)自動(dòng)控制的目標(biāo)是船舶方向還是船舶航行軌跡，還可以分 為航跡舵和非航跡舵。
[0004]隨動(dòng)操舵是水手按照駕駛員的指令，手操舵輪來控制舵葉，類似于汽車駕駛，使船 舶處于駕駛員要求的航向上的操舵方式，根據(jù)舵手位置不同，還可分為駕駛臺(tái)操舵和兩翼 遙控。
[0005]應(yīng)急操舵是獨(dú)立于以上兩種操舵系統(tǒng)的最簡易可靠的操舵方式。
[0006]簡單地說，船舶在港內(nèi)航行時(shí)，一般使用隨動(dòng)操舵；出港后在大洋航行時(shí)，一般使 用自動(dòng)操舵；當(dāng)前兩種都出現(xiàn)故障時(shí)，才使用應(yīng)急操舵。
[0007]船舶操舵控制系統(tǒng)這三種操舵方式，技術(shù)含量最高的是自動(dòng)操舵。因?yàn)樽詣?dòng)操舵 的內(nèi)部算法必須保證船舶在任何外部情況下(大風(fēng)浪/急流/羅經(jīng)不穩(wěn)定等)都能夠維持好 設(shè)定航向或航線計(jì)劃。在不同的情況下，良好的自動(dòng)操舵系統(tǒng)能夠跟蹤羅經(jīng)方位變化來合 理控制船舶舵葉，使船的舵葉轉(zhuǎn)動(dòng)有效并且靈活，從而節(jié)省舵機(jī)損耗和燃油消耗，降低運(yùn)營 成本，增加船東效益。此外，操舵系統(tǒng)在海上都是每天24小時(shí)不停地運(yùn)行，系統(tǒng)必須具有超 強(qiáng)的穩(wěn)定性。
[0008]但現(xiàn)有的自動(dòng)操舵系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)互相監(jiān)督的目的。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0009]本實(shí)用新型的目的是提供一種實(shí)現(xiàn)互相監(jiān)督目的的船舶航向航跡自動(dòng)操舵系統(tǒng)。
[0010]本實(shí)用新型提供一種船舶航向航跡自動(dòng)操舵系統(tǒng)，其包括:控制面板；與該控制 面板連接的顯示控制單元模塊；與顯示控制單元模塊連接的主控制板模塊；與主控制板模 塊連接的表決控制及報(bào)警輸入/出模板、模擬量輸入模板、開關(guān)量輸入模板、和通信模板。
[0011]其中，所述三個(gè)主機(jī)控制單元模板分別為:1#主機(jī)控制單元模塊、2#主機(jī)控制單 元模塊、以及3#主機(jī)控制單元模塊，1#主機(jī)控制單元模塊與2#主機(jī)單元控制模塊連接，2# 主機(jī)單元控制模塊與3#主機(jī)單元控制模塊連接，且顯示控制單元模塊與3#主機(jī)控制單元 模塊連接。
[0012]其中，還包括與表決控制及報(bào)警輸入/出模塊連接的電磁閥驅(qū)動(dòng)電路。
[0013]其中，還包括與電磁閥驅(qū)動(dòng)電路連接的聲光報(bào)警器和舵機(jī)。[0014]其中，還包括磁羅經(jīng)，所述磁邏經(jīng)和舵機(jī)與模擬量輸入模塊連接。
[0015]其中，還包括與通信模板連接的VDR、氣象儀、電羅經(jīng)、GPS、組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)、以 及計(jì)程儀。
[0016]本實(shí)用新型通過信息輸入模塊、信息處理模塊、以及信息輸出模塊之間相互作用， 實(shí)現(xiàn)三個(gè)模塊之間互相監(jiān)督的目的，達(dá)到自動(dòng)操舵船舶航向航跡的目的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本實(shí)用新型航跡航向自動(dòng)操舵儀系統(tǒng)組成電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]為更進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型為達(dá)成預(yù)定實(shí)用新型目的所采取的技術(shù)手段及功效， 以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)依據(jù)本實(shí)用新型提出的加油口蓋開啟手柄總成的具體實(shí)施 方式、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說明如下:
[0019]有關(guān)本實(shí)用新型的前述及其它技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，在以下配合參考圖式的較 佳實(shí)施例的詳細(xì)說明中將可清楚呈現(xiàn)。通過【具體實(shí)施方式】的說明，當(dāng)可對(duì)本實(shí)用新型為達(dá) 成預(yù)定目的所采取的技術(shù)手段及功效得以更加深入且具體的了解，然而所附圖式僅是提供 參考與說明之用，并非用來對(duì)本實(shí)用新型加以限制。
[0020]本實(shí)用新型是一種船舶航向航跡自動(dòng)操舵系統(tǒng)，如圖1所示為其電路示意圖，本 航跡航向自動(dòng)操舵儀系統(tǒng)的電路工作流程大體上分為三個(gè)模塊:信息輸入模塊、信息處理 模塊、信息輸出模塊。
[0021]信息輸入模塊，其功能是接收來自外界的系統(tǒng)需求信息，外部智能設(shè)備信息系統(tǒng) (VDR43、GPS46、組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)47、氣象儀44、計(jì)程儀48、磁羅經(jīng)42、電羅經(jīng)45等)提供 了船舶的地理位置、海圖信息、氣象狀況、船舶航行距離以及船舶方位等，為船舶的自動(dòng)航 行提供了依據(jù)；舵角反饋信息，船舶在海上航行轉(zhuǎn)向時(shí)，需要及時(shí)打舵，舵角信息要傳遞給 信息處理模塊，以確保船舶轉(zhuǎn)向的準(zhǔn)確性。
[0022]在本實(shí)用新型中，信息輸入模塊包括表決控制及報(bào)警輸入/出模塊31、模擬量輸 入模塊32、開關(guān)量輸入模塊33、以及通訊模塊34。
[0023]信息處理模塊，該模塊是整套系統(tǒng)中的核心部分，也稱為主控制板模塊，主控制板 模塊對(duì)航跡進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，并對(duì)信息輸入模塊的信息進(jìn)行分析處理。該主控制板模塊是由 三機(jī)系統(tǒng)組成，三機(jī)系統(tǒng)之間還具有通信接口和互相之間的復(fù)位控制手段，該三機(jī)系統(tǒng)為: 1#主機(jī)控制單元模塊21、2#主機(jī)控制單元模塊22、以及3#主機(jī)控制單元模塊，該三個(gè)主機(jī) 單元模塊相互連接，如:1#主機(jī)控制單元模塊21與2#主機(jī)單元控制模塊22連接，2#主機(jī) 單元控制模塊22與3#主機(jī)單元控制模塊33連接，實(shí)現(xiàn)該三個(gè)主機(jī)單元控制模塊之間的通 信接口之間相互復(fù)位控制。
[0024]信息輸出模塊，該模塊的功能是進(jìn)行三機(jī)表決輸出，控制舵角的轉(zhuǎn)向。模塊采用 “少數(shù)服從多數(shù)的原則”，將多數(shù)的結(jié)果作為最終結(jié)果輸出控制舵角轉(zhuǎn)向，同時(shí)，表決結(jié)果也 反饋到信息處理模塊，復(fù)查表決結(jié)果是否正確，如果出現(xiàn)差錯(cuò)，信息處理模塊要重新發(fā)送。
[0025]在本實(shí)用新型中，信息輸出模塊為4#顯示控制單元模塊24，且4#顯示控制單元模 塊24與3#主機(jī)控制單元模塊連接，使得4#顯示控制單元模塊24與三個(gè)主機(jī)控制單元模板連接-A#顯示控制模塊24輸出信息給控制面板10，從而通過4#顯示控制模塊24輸出信 息輸出模塊的信息給控制面板10。
[0026]本實(shí)用新型船舶航向航跡自動(dòng)操舵系統(tǒng)包括:控制面板10 ;輸入信息給該控制面 板10的4#顯示控制單元模塊24，也即控制面板10與4#顯示控制單元模塊24連接；主控 制板模塊，其具有三個(gè)主機(jī)控制單元模板，該三個(gè)主機(jī)控制單元模板相互連接；表決控制及 報(bào)警輸入/出模塊31，三個(gè)主機(jī)控制單元模板通過該表決控制及報(bào)警輸入/出模塊31獲 取航跡信息，且三個(gè)主機(jī)控制單元模板通過系統(tǒng)母板(圖未示)與該表決控制及報(bào)警輸入/ 出模塊31連接；模擬量輸入模塊32 ;開關(guān)量輸入模塊33 ;通信模板34 ;表決控制及報(bào)警輸 入/出模塊31輸出信息給電磁閥驅(qū)動(dòng)電路41 (也即:電磁閥驅(qū)動(dòng)電路41與表決控制及報(bào) 警輸入/出模塊31連接);電磁閥驅(qū)動(dòng)電路41輸出信息給聲光報(bào)警器51和舵機(jī)52 (也即: 聲光報(bào)警器51和舵機(jī)52與電磁閥驅(qū)動(dòng)電路41連接)；舵機(jī)52和磁羅經(jīng)42同時(shí)輸出信息 給模擬量輸入模塊32 (也即:舵機(jī)52和磁羅經(jīng)42與模擬量輸入模塊32連接)；VDR43、氣 象儀44、電羅經(jīng)45、GPS46、組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)47、計(jì)程儀48輸出信息給通信模板34，也即 VDR (船載航行數(shù)據(jù)記錄儀)43、氣象儀44、電羅經(jīng)45、GPS46、組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)47、計(jì)程儀 48均與通信模板34連接。
[0027]其中，主控制板模塊，該模板共有三塊，分別為1#主機(jī)控制單元模塊21、2#主機(jī)控 制單元模塊22、以及3#主機(jī)控制單元模塊，主機(jī)控制單元模板是整個(gè)三機(jī)表決系統(tǒng)的核心 部件。主機(jī)控制單元模板通過對(duì)航跡實(shí)施控制時(shí)，且主機(jī)控制單元模板通過表決控制及報(bào) 警輸入/出模塊31獲取航跡信息。為確保三機(jī)在受到干擾情況下，防止某一模板CPU程序 跳飛或“死鎖”，在硬件看門狗不起作用時(shí)，也能實(shí)現(xiàn)重新復(fù)位，轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。三機(jī)之 間還具有通信接口和互相用時(shí)，也能實(shí)現(xiàn)重新復(fù)位，轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。三機(jī)之間還具有通 信接口和互相之間的復(fù)位控制手段。軟件上采用令牌方式實(shí)現(xiàn)對(duì)其它各模板之間的數(shù)據(jù)通 f目。
[0028]表決控制及報(bào)警輸入/出模塊31采用GAL可編程邏輯器件，通過可編程邏輯對(duì)主 控制單兀模板送來的控制電磁閥信號(hào)進(jìn)行表決；表決結(jié)果一方面輸出信息給電磁閥驅(qū)動(dòng)電 路41，使每個(gè)主控制板模塊的微控制器掌控表決結(jié)果和三個(gè)主機(jī)控制單元模塊的微控制器 送出的控制信息，實(shí)現(xiàn)互相監(jiān)督的目的。
[0029]通信模板34采用標(biāo)準(zhǔn)通信接口，在本實(shí)施例中，通信模板34標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用RS485 格式。通信模板34與船舶導(dǎo)航設(shè)備相連接，船舶導(dǎo)航設(shè)備包括VDR43、氣象儀44、電羅經(jīng) 45、GPS46、組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)47和計(jì)程儀48，通信模板34將采集到的信號(hào)以并行的通訊 信息形式輸入/輸出，該通信模板34也通過系統(tǒng)母板(圖未示)與主控制板模塊連接，從而 將采集到的信號(hào)以通訊信息形式輸出給主控制板模塊。
[0030]模擬輸入模板32主要實(shí)現(xiàn)舵角反饋信號(hào)(即舵機(jī)52)和磁羅經(jīng)42的航向信號(hào)進(jìn) 行相應(yīng)處理和數(shù)字化工作，將兩路模擬信號(hào)經(jīng)數(shù)字化后送給4#顯示控制單元模塊24，且該 模擬輸入模板32也通過系統(tǒng)母板(圖未示)與主控制板模塊連接，模擬輸入模板32同時(shí)對(duì) 兩路模擬信號(hào)具有一定的邏輯判斷能力。
[0031]開關(guān)量輸入模板33是整個(gè)系統(tǒng)所有轉(zhuǎn)換開關(guān)狀態(tài)信息的采集板，將所采集的開 關(guān)狀態(tài)信息送給主控制板模塊，供主控制板模塊分析處理；且該開關(guān)量輸入模板33也通過 系統(tǒng)母板(圖未示)與主控制板模塊連接，在本實(shí)施例中主要開關(guān)信息有:航跡、航向、隨動(dòng)、遠(yuǎn)操、手動(dòng)裝載設(shè)置航速設(shè)置、氣象環(huán)境設(shè)置、以及PID參數(shù)設(shè)置。
[0032]聲光報(bào)警器51采用相對(duì)獨(dú)立的印制板，警信號(hào)有:失電、失壓、過載、斷相、濾油器 高壓、油液高溫、以及油液低液位。
[0033]系統(tǒng)母板(圖未示)類似于計(jì)算機(jī)總線板，是本自動(dòng)操舵系統(tǒng)中各模板之間組合的 橋梁，各模板之間的信息交換均通過系統(tǒng)母板進(jìn)行。
[0034]本實(shí)用新型通過信息輸入模塊、信息處理模塊、以及信息輸出模塊之間相互作用， 實(shí)現(xiàn)三個(gè)模塊之間互相監(jiān)督的目的，達(dá)到自動(dòng)操舵船舶航向航跡的目的。
[0035]以上所述，僅是本實(shí)用新型的實(shí)施例而已，并非對(duì)本實(shí)用新型作任何形式上的限 制，雖然本實(shí)用新型已以實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本實(shí)用新型，任何熟悉本專業(yè) 的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些 許更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本 實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實(shí) 用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.船舶航向航跡自動(dòng)操舵系統(tǒng)，其特征在于，其包括:控制面板；與該控制面板連接的 顯示控制單元模塊；與顯示控制單元模塊連接的主控制板模塊；與主控制板模塊連接的表 決控制及報(bào)警輸入/出模板、模擬量輸入模板、開關(guān)量輸入模板、和通信模板；所述主控制板模塊具有三個(gè)主機(jī)控制單元模板，分別為:1#主機(jī)控制單元模塊、2#主 機(jī)控制單元模塊、以及3#主機(jī)控制單元模塊，1#主機(jī)控制單元模塊與2#主機(jī)單元控制模塊 連接，2#主機(jī)單元控制模塊與3#主機(jī)單元控制模塊連接，且顯示控制單元模塊與3#主機(jī)控 制單元模塊連接；還包括與表決控制及報(bào)警輸入/出模塊連接的電磁閥驅(qū)動(dòng)電路；還包括與電磁閥驅(qū)動(dòng)電路連接的聲光報(bào)警器和舵機(jī)；還包括磁羅經(jīng)，所述磁羅經(jīng)和舵機(jī)與模擬量輸入模塊連接；還包括與通信模板連接的VDR、氣象儀、電羅經(jīng)、GPS、組合導(dǎo)航定位系統(tǒng)、以及計(jì)程儀。
【文檔編號(hào)】B63H25/08GK203450367SQ201320529959
【公開日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月28日
【發(fā)明者】謝應(yīng)孝 申請(qǐng)人:浙江海洋學(xué)院