專利名稱：船用柴油機(jī)機(jī)旁控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及自動控制領(lǐng)域，尤其涉及一種船用柴油機(jī)機(jī)旁控制裝置。
背景技術(shù)：
隨著控制技術(shù)的成熟，排放要求的提高以及柴油機(jī)設(shè)計的發(fā)展，智能化柴 油機(jī)在船用柴油機(jī)市場上份額越來越大，其維護(hù)性好，排放污染小，智能化程 度高，效率高。在此背景下，傳統(tǒng)的柴油機(jī)控制模式越來越不適應(yīng)柴油機(jī)智能 化的趨勢，由此產(chǎn)生了改進(jìn)傳統(tǒng)模式的需求。

實用新型內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于現(xiàn)場總線的船用柴油機(jī)機(jī) 旁控制裝置，它改變傳統(tǒng)的柴油機(jī)控制模式，將柴油機(jī)的監(jiān)測和控制，以及機(jī) 組輔助設(shè)備的控制結(jié)合起來，減少了設(shè)備數(shù)量，減小了安裝空間，簡化了系統(tǒng) 構(gòu)成，提高了系統(tǒng)的安全可靠性。
本實用新型為解決上述技術(shù)問題而采用的技術(shù)方案是一種船用柴油機(jī)機(jī)旁 控制裝置，包括以下組成
起動停車控制模塊，用于完成柴油機(jī)起動或停車過程的相關(guān)操作；
補(bǔ)氣控制模塊，用以響應(yīng)一負(fù)荷突加信號而控制一增強(qiáng)器的補(bǔ)氣電磁閥吸 合，提高氣缸的空氣含量；
壓力采樣模塊，用以采集柴油機(jī)壓力信號數(shù)據(jù)； 溫度采樣模塊，用以采樣柴油機(jī)上的溫度信號數(shù)據(jù)；
CPU模塊，分別連接所述起動停車控制模塊、補(bǔ)氣控制模塊、壓力采樣模 塊以及溫度采樣模塊，用以采集信號數(shù)據(jù)，根據(jù)采集的信號數(shù)據(jù)，對柴油機(jī)進(jìn) 行控制；以及
通訊模塊，用以連接所述CPU模塊至CAN總線和RS232及RS485總線。
4在本實用新型的一實施例中，上述的船用柴油機(jī)機(jī)旁控制裝置還可包括 柴油機(jī)轉(zhuǎn)速采樣模塊，用以采樣由主機(jī)轉(zhuǎn)速和增壓器轉(zhuǎn)速，并傳輸給CPU模塊 進(jìn)行采樣并與一預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速比較；以及起動燃油限制模塊，連接所述CPU模塊， 用以根據(jù)CPU的比較結(jié)果，通過一燃油限制閥對燃油噴油量進(jìn)行控制。
在本實用新型的一實施例中，上述的船用柴油機(jī)機(jī)旁控制裝置還可包括 用以執(zhí)行對滑油液位高低的報警以及對燃油泄漏的報警采樣的液位報警模塊， 所述液位報警模塊連接所述CPU模塊。
在本實用新型的一實施例中，上述的通訊模塊包括一個RS422及RS485控 制電路、 一個CAN總線控制電路，其中CAN總線控制電路經(jīng)CAN總線與顯示組 件相連，RS422及RS485控制電路經(jīng)RS232及RS485總線與集控室通訊。
在本實用新型的一實施例中，上述的船用柴油機(jī)機(jī)旁控制裝置還可包括 安全保護(hù)控制模塊，連接該CPU模塊，用于在柴油機(jī)出現(xiàn)緊急故障時對柴油機(jī) 執(zhí)行緊急停車操作，其中所述緊急故障包括柴油機(jī)轉(zhuǎn)速超過設(shè)定值、淡水溫度 超過設(shè)定值、滑油壓力低于設(shè)定值中任一情況。
本實用新型由于采用以上技術(shù)方案，使之與傳統(tǒng)的船用柴油機(jī)機(jī)旁控制裝 置相比，將柴油機(jī)的監(jiān)測和控制，以及機(jī)組輔助設(shè)備的控制結(jié)合起來，減少了 設(shè)備數(shù)量，減小了安裝空間，簡化了系統(tǒng)構(gòu)成，提高了系統(tǒng)的安全可靠性。


為讓本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，
以下結(jié)合附圖對
本實用新型的具體實施方式
作詳細(xì)說明，其中
圖1是根據(jù)本實用新型一實施例的船用柴油機(jī)機(jī)旁控制裝置結(jié)構(gòu)框圖。
圖2A-2D是本實用新型的CPU模塊電原理圖。 圖3是本實用新型的起動停車控制模塊電原理圖。 圖4是本實用新型的安全保護(hù)控制模塊電原理圖。 圖5是本實用新型的補(bǔ)氣控制模塊電原理圖。 圖6是本實用新型的壓力采樣模塊電原理圖。 圖7是本實用新型的溫度采樣模塊電原理圖。 圖8是本實用新型的起動燃油限制模塊電原理圖。圖9是本實用新型的轉(zhuǎn)速采樣模塊電原理圖。
圖io是本實用新型的通訊模塊電原理圖。
圖11是本實用新型的液位報警模塊電原理圖。
具體實施方式

參照圖1所示，本實用新型所提供的機(jī)旁控制裝置IO主要由CPU模塊100、 起動停車控制模塊110、安全保護(hù)控制模塊120、補(bǔ)氣控制模塊130、壓力采樣 模塊140、溫度采樣模塊150、起動燃油限制模塊160、轉(zhuǎn)速采樣模塊170、通 訊模塊180和液位報警模塊190構(gòu)成。下面參照具體的電路圖分別說明各個模 塊的實施例。
參照圖2A-2D所示，其中圖2A是處理器模塊的電原理圖，圖2B是復(fù)位 電路模塊的電原理圖，圖2C是地址譯碼模塊的電原理圖，圖2D是電源模塊的 電原理圖。CPU模塊101進(jìn)一步包括處理器模塊101、地址譯碼模塊102、電 源模塊103、復(fù)位電路模塊104，這些電路中相同標(biāo)號的管腳會相互連接。
處理器模塊101用于采集開關(guān)量信號、脈沖信號、模擬量信號ADC，根據(jù) 總線數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算，并輸出開關(guān)量信號，輸出相應(yīng)數(shù)據(jù)供總線傳輸 用。它由一片型號為ADuC832的單片微處理器、 一只晶體振蕩器和若干電容 組成，并與復(fù)位電路模塊相連。
ADuC832控制器片內(nèi)集成了高性能的12位自校準(zhǔn)ADC，雙12位DAC， 以及8位可編程微控制單元。片內(nèi)提供62 k字節(jié)非易失片內(nèi)閃速/電擦除程序 存儲器，4KB非易失片內(nèi)閃速/電擦除數(shù)據(jù)存儲器，256字節(jié)RAM，和2K字 節(jié)的擴(kuò)展RAM。 ADuC832還提供其他額外的模擬功能，如2個12位DAC以 提供額外的模擬功能。片內(nèi)數(shù)字外圍設(shè)備包括2個16位S-ADAC。
譯碼模塊102用于對地址總線的高地址譯碼，以選通數(shù)據(jù)存儲器、CAN1 控制器等，譯碼模塊102由一片型號為74HC139的二/四譯碼器、 一個電容組 成。
電源模塊104用于把數(shù)字電源與模擬電源分開，為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源， 它由一個電感L1、 一個電阻R1、兩個電容C2及C10組成，同時具有一個+5V 轉(zhuǎn)-15V和+ 15V轉(zhuǎn)換模塊Ul，兩個+5VZ+5V隔離模塊U2、 U4。復(fù)位電路模塊103用于產(chǎn)生一個由高變低和一個由低變高的電平信號，分
別對上述的微處理器ADuC832單片微處理器和CAN接口模塊(見圖10)上的 SJA1000CAN控制器進(jìn)行初始上電復(fù)位，它由一片型號為74HC14、若干電阻、 若干電容組成。
參照圖3所示，起動停車控制模塊IIO用于完成柴油機(jī)起動或停車過程的 相關(guān)操作。起動停車控制模塊IIO包括一個備車指示燈、 一個起動控制按鈕、 一個停車控制按鈕及其配套電路， 一組盤車行程開關(guān)及其配套電路，以及一個 滑油壓力采樣電路111。在一個實施例中，起動停車控制模塊110由兩個繼電 器、 一片74HC574、 一片ULN2802、 一片PS2801、 一片74HC541， 一片LM124 和若干電容、電阻、LED燈等組成。柴油機(jī)在盤車機(jī)斷開，滑油壓力滿足起動 要求的情況下，柴油機(jī)備車指示燈亮。如果用戶按下"起動"開關(guān)，起動電磁 閥將閉合，通過氣路帶動柴油機(jī)轉(zhuǎn)動，當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到能夠依靠爆缸運(yùn)轉(zhuǎn)的 情況下，斷開起動電磁閥，這時柴油機(jī)自動達(dá)到預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)速。當(dāng)按下"停 車"按鈕的情況下，柴油機(jī)停車電磁閥吸合，當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速為零的情況下，電 磁閥將繼續(xù)吸合一段時間后斷開，從而保證柴油機(jī)調(diào)速器回到初始位置。這個 過程的邏輯判斷都是在CPU模塊中進(jìn)行的。
參照圖4所示，安全保護(hù)控制模塊120用于在柴油機(jī)出現(xiàn)緊急故障時對柴 油機(jī)執(zhí)行緊急停車操作，達(dá)到保護(hù)柴油機(jī)的目的。安全保護(hù)控制模塊120由一 個主機(jī)轉(zhuǎn)速采樣電路121、 一個滑油壓力采樣電路122、 一個淡水溫度采樣電 路123、 一個復(fù)位按鈕及其配套電路組成的復(fù)位電路124和一個緊急停車電磁 閥125組成。在一個實施例中，這些電路由兩片LM124、 一片74HC541、 一片 ULN2802、 一片PS2801、 一片74HC574和若干電阻電容構(gòu)成。當(dāng)發(fā)生柴油機(jī) 轉(zhuǎn)速超過設(shè)定值、淡水溫度超過設(shè)定值、滑油壓力低于設(shè)定值中任一情況時， 緊急停車電磁閥動作，柴油機(jī)油門立刻回到零位，柴油機(jī)立即停止轉(zhuǎn)動。如果 故障消失，并通過用戶復(fù)位，柴油機(jī)緊急停車電磁閥復(fù)位斷開，柴油機(jī)可以再 次起動。這個過程的邏輯判斷和數(shù)據(jù)處理都是在CPU模塊中進(jìn)行的。
參照圖5所示，補(bǔ)氣控制模塊130是在柴油機(jī)負(fù)荷突加時，為了讓柴油充 分燃燒而打開補(bǔ)氣電磁閥，提供柴油燃燒所需的足夠的空氣，達(dá)到提高柴油機(jī) 排放標(biāo)準(zhǔn)的目的。補(bǔ)氣控制模塊130包括一個補(bǔ)氣控制電磁閥131和一個光電隔離的負(fù)荷突加采樣電路132。這些電路又由一片74HC541、 一片ULN2802、 一片74HC574、 一片PS2801和若干電阻電容構(gòu)成。當(dāng)柴油機(jī)負(fù)荷突加時，柴 油機(jī)油門會變大，進(jìn)入氣缸中的柴油增多，由于增壓器在短時間內(nèi)不可能提供 足夠多的空氣供所有的柴油充分燃燒，負(fù)荷突加傳感器會輸出一個負(fù)荷突加信 號，裝置采集到負(fù)荷突加，起動補(bǔ)氣電磁閥131吸合，裝置給增壓器補(bǔ)氣，這 樣氣缸中的空氣含量提高，柴油在氣缸中燃燒更加充分，從而提高柴油機(jī)的排 放標(biāo)準(zhǔn)。這個過程的邏輯判斷和數(shù)據(jù)處理都是在CPU模塊100中進(jìn)行的。
參照圖6所示，壓力采樣模塊140用于采集柴油機(jī)各管路的壓力，為相關(guān) 控制提供數(shù)據(jù)。壓力采樣模塊140包括一個跟隨電路141、 一個多路選擇開關(guān) 142、一個多路選擇開關(guān)控制電路143。這些電路又由一片LM124、一片CD4051、 一片74HC574和若干電阻電容構(gòu)成。該模塊用于采用柴油機(jī)各個管路的壓力， 如滑油壓力，燃油壓力，起動空氣壓力，冷卻水壓力等。該模塊的數(shù)據(jù)信號都 是傳遞給CPU模塊100，并由CPU模塊IOO進(jìn)行處理。
參照圖7所示，溫度采樣模塊150用于采樣柴油機(jī)上的各項溫度值。溫度 采樣模塊150包括一個跟隨電路151、 一個多路選擇開關(guān)152 (標(biāo)記為152的 芯片為同一多路選擇開關(guān))、 一個多路選擇開關(guān)控制電路153 (標(biāo)記為153的 芯片為同一多路選擇開關(guān)控制電路)、若干阻性電橋154、 一個在板溫度補(bǔ)償 電路155和一個放大電路156。這些電路由一片ADT7031、兩片LM124、 一片 CD4051、 一片74HC574和若干電阻電容構(gòu)成。該模塊用于采樣柴油機(jī)上的溫 度，如燃油溫度，滑油溫度，各個缸的排氣溫度，排氣總管的排氣溫度等。該 模塊的數(shù)據(jù)信號都是傳遞給CPU模塊，并由CPU模塊進(jìn)行處理。
參照圖8所示，起動燃油限制模塊160根據(jù)在柴油機(jī)起動過程中不同的轉(zhuǎn) 速限值階段，開啟或關(guān)閉燃油限值閥，對燃油噴油量進(jìn)行控制，提高柴油機(jī)的 排放標(biāo)準(zhǔn)。起動燃油限制模塊160包括一個燃油限制電磁閥161、 一個脈沖轉(zhuǎn) 電壓的電路162。起動燃油限制模塊160與轉(zhuǎn)速采樣模塊170相連。在一個實 施例中，起動燃油限制模塊160具體由一片LM124、 一片74HC541和若干電 容電阻組成。當(dāng)柴油機(jī)運(yùn)行時，轉(zhuǎn)速采樣模塊170會將轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)化為CPU模 塊100可以采樣的電平，通過CPU模塊100的采樣并比較。當(dāng)柴油機(jī)低于某一 預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速時，打開燃油限制電磁閥161，對燃油噴油量進(jìn)行限制。當(dāng)柴油機(jī)處于低轉(zhuǎn)速時，限制燃油的噴射量有助于充分燃燒，從而進(jìn)一步提高柴油機(jī)起動 過程中的排放標(biāo)準(zhǔn)。這個過程的邏輯判斷和數(shù)據(jù)處理都是在CPU模塊中進(jìn)行 的。
參照圖9所示，轉(zhuǎn)速采樣模塊170用于采集柴油機(jī)主機(jī)轉(zhuǎn)速和增壓器轉(zhuǎn)速。 轉(zhuǎn)速采樣模塊170由增壓器轉(zhuǎn)速采樣電路171和主機(jī)轉(zhuǎn)速采樣電路172組成。 這些電路又由一片LM124、 一片TLP521-2和若干電阻電容組成。主機(jī)轉(zhuǎn)速采 樣電路172采樣+24V脈沖信號，與前述的安全保護(hù)控制模塊120的主機(jī)轉(zhuǎn)速 采樣電路相同；增壓器轉(zhuǎn)速采樣電路171主要采樣磁電信號的轉(zhuǎn)速。該模塊的 數(shù)據(jù)信號都是傳遞給CPU模塊100，并由CPU模塊進(jìn)行處理。
通訊模塊180為系統(tǒng)與其它模塊或系統(tǒng)之間通訊提供鏈路。參照圖10所 示，在一個實施例中，通訊模塊180包括一個RS422/RS485控制電路181、 一 個CAN總線控制電路182。其中RS422控制電路和RS485控制電路是通過 MAX3079芯片來實現(xiàn)控制切換的，同時通過ADUM1201芯片對信號進(jìn)行磁耦 合的隔離，通過ADUM1200芯片對切換的控制電路進(jìn)行隔離。 一個CAN總線 控制電路182由一片SJAIOOO， 2片6N137組成。其中CAN總線負(fù)責(zé)與機(jī)旁監(jiān) 控箱的其他顯示組件相連，RS422及RS485負(fù)責(zé)與集控室通訊，應(yīng)用層采用基 于Modbus的總線通訊協(xié)議。
參照圖11所示，液位報警模塊190采集滑油液位高低報警和燃油泄露報 警。液位報警模塊190包括若干開關(guān)量采樣電路，包括對滑油液位高低的報警， 在污油槽對燃油泄漏的報警釆樣等。該模塊電路由一片PS2801-4、 一片 74HC541和若干電阻電容構(gòu)成。這個過程的邏輯判斷和數(shù)據(jù)處理都是在CPU 模塊中進(jìn)行的。
綜上所述，本實用新型的實施例與傳統(tǒng)的船用柴油機(jī)機(jī)旁控制裝置相比， 將柴油機(jī)的監(jiān)測和控制，以及機(jī)組輔助設(shè)備的控制結(jié)合起來，減少了設(shè)備數(shù)量， 減小了安裝空間，簡化了系統(tǒng)構(gòu)成，提高了系統(tǒng)的安全可靠性。
雖然本實用新型已以較佳實施例揭示如上，然其并非用以限定本實用新 型，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本實用新型的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許 的修改和完善，因此本實用新型的保護(hù)范圍當(dāng)以權(quán)利要求書所界定的為準(zhǔn)。
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權(quán)利要求1.一種船用柴油機(jī)機(jī)旁控制裝置，其特征在于包括起動停車控制模塊，用于完成柴油機(jī)起動或停車過程的相關(guān)操作；補(bǔ)氣控制模塊，用以響應(yīng)一負(fù)荷突加信號而控制一增強(qiáng)器的補(bǔ)氣電磁閥吸合，提高氣缸的空氣含量；壓力采樣模塊，用以采集柴油機(jī)壓力信號數(shù)據(jù)；溫度采樣模塊，用以采樣柴油機(jī)上的溫度信號數(shù)據(jù)；CPU模塊，分別連接所述起動停車控制模塊、補(bǔ)氣控制模塊、壓力采樣模塊以及溫度采樣模塊，用以采集信號數(shù)據(jù)，根據(jù)采集的信號數(shù)據(jù)，對柴油機(jī)進(jìn)行控制；以及通訊模塊，用以連接所述CPU模塊至CAN總線和RS232及RS485總線。
2. 如權(quán)利要求1所述的船用柴油機(jī)機(jī)旁控制裝置，其特征在于，還包括 柴油機(jī)轉(zhuǎn)速采樣模塊，用以采樣由主機(jī)轉(zhuǎn)速和增壓器轉(zhuǎn)速，并傳輸給CPU模塊進(jìn)行采樣并與一預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速比較；起動燃油限制模塊，連接所述CPU模塊，用以根據(jù)CPU的比較結(jié)果，通 過一燃油限制閥對燃油噴油量進(jìn)行控制。
3. 如權(quán)利要求l所述的船用柴油機(jī)機(jī)旁控制裝置，其特征在于，還包括用 以執(zhí)行對滑油液位高低的報警以及對燃油泄漏的報警采樣的液位報警模塊，所 述液位報警模塊連接所述CPU模塊。
4. 如權(quán)利要求l所述的船用柴油機(jī)機(jī)旁控制裝置，其特征在于，該通訊模 塊包括一個RS422及RS485控制電路、 一個CAN總線控制電路，其中C認(rèn)總線 控制電路經(jīng)CAN總線與顯示組件相連，RS422及RS485控制電路經(jīng)RS232及 RS485總線與集控室通訊。
5. 如權(quán)利要求2所述的船用柴油機(jī)機(jī)旁控制裝置，其特征在于，還包括安全保護(hù)控制模塊，連接該CPU模塊，用于在柴油機(jī)出現(xiàn)緊急故障時對柴 油機(jī)執(zhí)行緊急停車操作，其中所述緊急故障包括柴油機(jī)轉(zhuǎn)速超過設(shè)定值、淡水 溫度超過設(shè)定值、滑油壓力低于設(shè)定值中任一情況。
專利摘要本實用新型提出一種船用柴油機(jī)機(jī)旁控制裝置，主要包括以下組成部件起動停車控制模塊，用于完成柴油機(jī)起動或停車過程的相關(guān)操作；補(bǔ)氣控制模塊，用以響應(yīng)一負(fù)荷突加信號而控制一增強(qiáng)器的補(bǔ)氣電磁閥吸合，提高氣缸的空氣含量；壓力采樣模塊，用以采集柴油機(jī)壓力信號數(shù)據(jù)；溫度采樣模塊，用以采樣柴油機(jī)上的溫度信號數(shù)據(jù)；CPU模塊，分別以上各部件，用以采集信號數(shù)據(jù)，根據(jù)采集的信號數(shù)據(jù)，對柴油機(jī)進(jìn)行控制；以及通訊模塊，用以連接CPU模塊至CAN總線和RS232及RS485總線。本裝置改變了傳統(tǒng)的柴油機(jī)控制模式，將柴油機(jī)的監(jiān)測和控制，以及機(jī)組輔助設(shè)備的控制結(jié)合起來，減少了設(shè)備數(shù)量，減小了安裝空間，簡化了系統(tǒng)構(gòu)成，提高了系統(tǒng)的安全可靠性。
文檔編號F02B77/08GK201321898SQ20082015724
公開日2009年10月7日 申請日期2008年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月17日
發(fā)明者帆 吳, 航 周, 周江春, 周特威, 王劍平, 鶴 黃 申請人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七一一研究所