專利名稱：一種柴油機(jī)安全保護(hù)控制方法及控制器的制作方法
一種柴油機(jī)安全保護(hù)控制方法及控制器技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及柴油機(jī)安全保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種線路故障監(jiān)測的柴油機(jī)安全保護(hù)控制方法及控制器。背景技術(shù)：
目前柴油機(jī)安全保護(hù)的各種功能大多采用分立器件、或通用性PLC實(shí)現(xiàn)，雖然一定程度上解決了柴油機(jī)安全運(yùn)行問題，但由于不具備信號(hào)線路故障偵測等功能，因此綜合可靠性仍需進(jìn)一步提升。國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展使大型遠(yuǎn)洋船舶及重型工程機(jī)械等高端裝備的應(yīng)用領(lǐng)域迅速拓寬，動(dòng)力系統(tǒng)作為裝備的核心部分其技術(shù)需求也越來越高，國內(nèi)與國際的相關(guān)規(guī)范要求也越來越嚴(yán)格，提供更高效、更安全的動(dòng)力系統(tǒng)安全保護(hù)已經(jīng)成為必不可少的 組成部分。
發(fā)明內(nèi)容
為解決因柴油機(jī)控制箱內(nèi)安全保護(hù)控制系統(tǒng)的監(jiān)控面單一，導(dǎo)致安全保護(hù)系數(shù)低的問題。本發(fā)明提供一種具有線路故障監(jiān)測的柴油機(jī)安全保護(hù)控制方法及控制器；能夠在常規(guī)柴油機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加獨(dú)立安全保護(hù)控制器可有效實(shí)現(xiàn)異常情況下的冗余保護(hù)控制，與同類傳統(tǒng)裝置相比具備了傳感器(開關(guān)量)線路故障偵測、緊急停機(jī)操作指令線路故障偵測、現(xiàn)場總線通訊、系統(tǒng)故障報(bào)警等綜合能力，大幅提高了柴油機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、可靠性。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、成本更為低廉、綜合適用性更強(qiáng)，能夠滿足高速大功率柴油機(jī)在船舶系統(tǒng)中的應(yīng)用，提高柴油機(jī)運(yùn)行以及安全保護(hù)裝置工作的安全性、可靠性。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種柴油機(jī)安全保護(hù)控制器，包括主控模塊結(jié)構(gòu)電路、從控模塊結(jié)構(gòu)電路、開關(guān)量信號(hào)采集電路、緊急停機(jī)電磁閥線路故障偵測電路、安全保護(hù)控制報(bào)警電路，所述主控模塊結(jié)構(gòu)電路通過RS485通訊接口與從控模塊結(jié)構(gòu)電路相連；所述主控模塊結(jié)構(gòu)電路第一輸入端通過開關(guān)量信號(hào)采集電路與柴油機(jī)輸出開關(guān)量信號(hào)的傳感器相連；所述主控模塊結(jié)構(gòu)電路第二輸入端通過緊急停機(jī)電磁閥線路故障偵測電路與柴油機(jī)電磁閥驅(qū)動(dòng)電路相連；所述主控模塊結(jié)構(gòu)電路第三輸入端通過操作模塊接口電路與操作按鈕組相連；所述主控模塊結(jié)構(gòu)電路第四輸入端通過信號(hào)接口電路與基本監(jiān)控系統(tǒng)失效信號(hào)、柴油機(jī)運(yùn)行信號(hào)相連；所述主控模塊結(jié)構(gòu)電路輸出端通過輸出接口電路與安全保護(hù)控制報(bào)警電路相連。一種柴油機(jī)安全保護(hù)控制器，所述主控模塊結(jié)構(gòu)電路由中央處理器電路、通訊電路、看門狗電路、傳感器測量電路、線路故障檢測電路、操作指令檢測電路、參數(shù)配置電路等組成，主要核心器件有 W78E52D、MAX813L、MAX485、LMl24, CD4099、UL2803、4N25、LM2596、7812等。主控模塊采集各種傳感器狀態(tài)信號(hào)、線路故障信號(hào)、操作指令、配置參數(shù)等，按照應(yīng)用程序進(jìn)行邏輯處理，處理后的結(jié)果一方面驅(qū)動(dòng)繼電器控制電路進(jìn)行輸出，另一方面按照M0DBUS-RTU協(xié)議格式封裝并通過RS485通訊接口輸出。一種柴油機(jī)安全保護(hù)控制器，所述從控模塊結(jié)構(gòu)電路由W78E52D、MAX485、UL2803、MAX7219、LED指示燈、數(shù)碼管等元件構(gòu)成；所述從控模塊具有通過RS485通訊接口將接收到主控模塊所發(fā)送的數(shù)據(jù)按照設(shè)定的通訊協(xié)議進(jìn)行解析，將轉(zhuǎn)速、緊急停機(jī)報(bào)警、線路故障報(bào)警的信息通過LED指示燈、數(shù)碼管進(jìn)行分類指示，達(dá)到分類查詢的目的?！N柴油機(jī)安全保護(hù)控制器，所述開關(guān)量信號(hào)采集電路由開關(guān)量傳感器SI與兩個(gè)比較器相連組成，每個(gè)比較器(集成運(yùn)算放大器)LM124與光耦4N25相連；且開關(guān)量傳感器SI輸出端與第一個(gè)比較器的反相信號(hào)輸入端相連,并與第二個(gè)比較器的正向信號(hào)輸入端相連。一種柴油機(jī)安全保護(hù)控制器，所述緊急停機(jī)電磁閥線路故障偵測電路采取電磁閥未被驅(qū)動(dòng)時(shí)段進(jìn)行線路故障偵測，由電磁閥線圈Vl與電阻Rl構(gòu)成的分壓電路與比較器相連構(gòu)成，比較器由LM124集成運(yùn)算放大器及相關(guān)配置電阻和與光耦4N25相連組成。一種柴油機(jī)安全保護(hù)控制器，所述主控模塊結(jié)構(gòu)電路封裝在鋁合金殼體內(nèi)，主控模塊結(jié)構(gòu)電路的接口配置包括輸入引線端子、輸出引線端子、通訊引線端子、參數(shù)配置撥碼開關(guān)、試驗(yàn)按鈕、指示燈。 一種柴油機(jī)安全保護(hù)控制器，所述主控模塊輸入引線端子由左至右依次定義電源正極、電源正極、電源負(fù)極、電源負(fù)極、磁電式轉(zhuǎn)速傳感器、遙控緊急停機(jī)指令、機(jī)旁緊急停機(jī)指令、復(fù)位指令、基本監(jiān)控系統(tǒng)故障狀態(tài)、柴油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、越控指令、試燈指令、消音指令、急停電磁閥A線路故障偵測、急停電磁閥B線路故障偵測、開關(guān)量形式冷卻水溫度過高傳感器、開關(guān)量形式曲軸箱壓力高傳感器、開關(guān)量形式潤滑油壓力過低傳感器。一種柴油機(jī)安全保護(hù)控制器，所述主控模塊輸出引線端子由左至右依次定義位O為信號(hào)公共端、位I為緊急停機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)、位2為蜂鳴器驅(qū)動(dòng)信號(hào)、位3為信號(hào)公共端、位4為控制器綜合報(bào)警、位5為主控模塊電源故障、位6為主控模塊失效、位7為線路故障綜合報(bào)警、位8為冷卻水溫度過高報(bào)警、位9為曲軸箱壓力高報(bào)警、位10為潤滑油壓力過低報(bào)警、位11為超速報(bào)警、位12為信號(hào)公共端。一種柴油機(jī)安全保護(hù)控制器，所述主控模塊通訊引線端子由左至右依次定義RS485 總線 GND、RS485 總線、RS485 總線。一種柴油機(jī)安全保護(hù)控制器，所述主控模塊參數(shù)配置撥碼開關(guān)由左至右依次定義 位I為柴油機(jī)額定工作轉(zhuǎn)速選擇、位2為柴油機(jī)超速報(bào)警設(shè)定值與額定轉(zhuǎn)速值百分比、位3位4為組合設(shè)定不同柴油機(jī)型情況下轉(zhuǎn)速傳感器所檢測飛輪齒數(shù)。一種柴油機(jī)安全保護(hù)控制器，所述主控模塊指示燈綠色為工作電源指示、紅色為RS485通訊鏈路狀態(tài)指示。一種柴油機(jī)安全保護(hù)控制器，所述顯示模塊結(jié)構(gòu)采用鋁合金外殼封裝，顯示面板PVC貼膜防護(hù)，模塊功能接口包括電源輸入引線端子、通訊接口引線端子、顯示窗口。一種柴油機(jī)安全保護(hù)控制器，所述顯示模塊中顯示窗口內(nèi)容包括柴油機(jī)即時(shí)轉(zhuǎn)速0-9999RPM、超速報(bào)警指示、轉(zhuǎn)速傳感器線路故障報(bào)警指示、潤滑油壓力過低報(bào)警指示、潤滑油壓力過低傳感器線路故障報(bào)警指示、曲軸箱壓力高報(bào)警指示、曲軸箱壓力高傳感器線路故障報(bào)警指示、冷卻水溫度過高報(bào)警指示、冷卻水溫度過高傳感器線路故障報(bào)警指示、安全保護(hù)控制器綜合故障報(bào)警指示、緊急停機(jī)電磁閥線路故障報(bào)警指示、基本監(jiān)控/報(bào)警系統(tǒng)工作電源故障指示、基本監(jiān)控/報(bào)警系統(tǒng)失效故障指示、遙控緊急停機(jī)按鈕線路故障指示、機(jī)旁緊急停機(jī)按鈕線路故障指示、越控狀態(tài)指示、柴油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)指示、工作電源指示、緊急停機(jī)狀態(tài)指示。一種柴油機(jī)安全保護(hù)控制器，所述基本監(jiān)控系統(tǒng)為安全保護(hù)控制器以外滿足柴油機(jī)基本運(yùn)行條件的監(jiān)控系統(tǒng)。一種柴油機(jī)安全保護(hù)控制方法，包括用于判斷開關(guān)量信號(hào)傳感器測量線路故障的方法；用于電磁閥未被驅(qū)動(dòng)時(shí)段進(jìn)行線路故障偵測的方法；用于處理主控模塊所采集的開關(guān)量信號(hào)狀態(tài)、線路故障信號(hào)狀態(tài)等信息分類顯示的方法；
1)、用于判斷開關(guān)量信號(hào)傳感器測量線路故障的方法，采用LM124集成運(yùn)算放大器構(gòu)建出電位比較器電路，來滿足開關(guān)量傳感器工作狀態(tài)及線路故障狀態(tài)的識(shí)別，通過分別將兩組比較器設(shè)置不同的比較電位得出真值表，從而判斷傳感器的各種工作狀態(tài)及測量線路故障狀態(tài)；
當(dāng)STATE1=TRUE且STATE2=TRUE時(shí)表示傳感器測量線路正常且SI未閉合；
當(dāng)STATE1=TRUE且STATE2=FALSE時(shí)表示傳感器測量線路正常且SI閉合；
當(dāng)STATE1=FALSE時(shí)表示傳感器測量線路出現(xiàn)中斷；·
按照上述判斷條件編寫單片機(jī)程序，最終完成信號(hào)采集、判斷、報(bào)警處理、保護(hù)驅(qū)動(dòng)功
倉泛;
2)、用于電磁閥未被驅(qū)動(dòng)時(shí)段進(jìn)行線路故障偵測的方法，通過柴油機(jī)上安裝的電磁閥線圈Vl與主控模塊內(nèi)部電阻Rl構(gòu)成分壓電路，R3、R4將Dl比較器反相輸入端基準(zhǔn)比較電壓設(shè)置在10V，電磁閥未驅(qū)動(dòng)狀態(tài)下Dl同相輸入端的電位約24V ；
當(dāng)安全保護(hù)控制器未驅(qū)動(dòng)電磁閥工作，且電磁閥線圈Vl及供電回路未出現(xiàn)中斷時(shí)，STATE 點(diǎn)電位為 5V (TRUE)；
當(dāng)安全保護(hù)控制器未驅(qū)動(dòng)電磁閥工作，且電磁閥線圈Vl及供電回路出現(xiàn)中斷時(shí)，STATE 點(diǎn)電位為 OV (FALSE)；
根據(jù)上述判斷條件編制單片機(jī)應(yīng)用軟件最終完成線路故障偵測；
3)、用于處理主控模塊所采集的開關(guān)量信號(hào)狀態(tài)、線路故障信號(hào)狀態(tài)等信息分類顯示的方法，安全保護(hù)控制器主控模塊輸入端引入各種開關(guān)量傳感器的工作狀態(tài)信號(hào)及線路故障信號(hào)、開關(guān)量按鈕組所輸入控制信號(hào)，各單元比較器電路將各種信號(hào)狀態(tài)處理后送入中央處理器，中央處理器中的應(yīng)用程序依據(jù)設(shè)計(jì)邏輯對各種信號(hào)狀態(tài)進(jìn)行綜合處理，將處理后的數(shù)據(jù)結(jié)果依據(jù)M0DBUS-RTU協(xié)議進(jìn)行封裝，通過單片機(jī)串口發(fā)送至接口電路MAX485進(jìn)行電平信號(hào)轉(zhuǎn)換，最終將數(shù)據(jù)結(jié)果通過RS485總線傳送至從控模塊；發(fā)送過程中指示燈D2會(huì)隨數(shù)據(jù)的變化而閃爍；從控模塊中央處理器對接收到的正確數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)議解析，將解析后的數(shù)據(jù)結(jié)果通過顯示窗口進(jìn)行分類顯示，達(dá)到信息分類指示的目的；
其中主控模塊采用了硬件看門狗電路MAX813，喂狗周期定義為I. 6S，當(dāng)單片機(jī)錯(cuò)誤或異常未能按照程序設(shè)計(jì)要求定期輸出喂狗信號(hào)時(shí)(即兩次喂狗間隔大于I. 6秒)，MAX813將輸出WDO信號(hào)驅(qū)動(dòng)光耦、三極管、繼電器產(chǎn)生主控模塊故障報(bào)警信號(hào)。由于采用如上所述的技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下實(shí)施的優(yōu)越性
一種線路故障監(jiān)測的柴油機(jī)安全保護(hù)控制方法及控制器，是一種具有RS485現(xiàn)場總線通訊、單片機(jī)數(shù)字化控制特點(diǎn)的柴油機(jī)安全保護(hù)裝置，用于柴油機(jī)超速、潤滑油壓力過低、冷卻水溫度過高、曲軸箱壓力高異常情況下的自動(dòng)保護(hù)控制。該型控制器采用增強(qiáng)型51系列單片機(jī)為控制核心，配置轉(zhuǎn)速信號(hào)整形電路、開關(guān)量傳感器狀態(tài)檢測及測量線路故障偵測電路、按鈕控制指令檢測及線路故障偵測電路、保護(hù)控制驅(qū)動(dòng)電路、RS485通訊電路、分類狀態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)電路等，通過綜合邏輯處理后實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)超速等異常情況下的自動(dòng)緊急停車保護(hù)，提高柴油機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行安全性、可靠性。本發(fā)明是運(yùn)用數(shù)字控制技術(shù)結(jié)合自身柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)的安全保護(hù)需求而設(shè)計(jì)的。柴油機(jī)安全保護(hù)控制器最小應(yīng)用由I個(gè)主控模塊、I個(gè)從控模塊(數(shù)據(jù)顯示)兩部分組成，主控模塊負(fù)責(zé)信號(hào)采集、邏輯處理、控制輸出，從控模塊負(fù)責(zé)狀態(tài)、報(bào)警等信息的分類指示，通過RS485總線將主控模塊與顯示模塊構(gòu)成系統(tǒng)整體，同時(shí)可根據(jù)應(yīng)用需求在RS485總線上配置多個(gè)相同的顯示模塊用于不同區(qū)域位置的分類信息提示。本發(fā)明與現(xiàn)有安保系統(tǒng)比較更為集成化，主控模塊與從控模塊僅需一根通訊線就可完成數(shù)據(jù)的傳輸與接收，模塊之間的通訊應(yīng)用M0DBUS-RTU協(xié)議，協(xié)議格式通用性強(qiáng)、簡單易懂、靈活性高，便于檢修與維護(hù)。內(nèi)部主控制CPU芯片選用價(jià)格合理的增強(qiáng)型51單片機(jī)，其功能完全滿足對現(xiàn)有柴油機(jī)安全保護(hù)相關(guān)參數(shù)的處理與運(yùn)算，實(shí)際應(yīng)用中大大提高了控制精度，操作更便捷，柴油機(jī)控制僅需人為的操作起動(dòng)與停機(jī)按鈕，柴油機(jī)運(yùn)行工作中，安?？刂破骺梢灾悄艿膶σ恍┕收系谋O(jiān)控與報(bào)警，操作人員只需對顯示系統(tǒng)做監(jiān)控與 記錄即可。

圖I為柴油機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖中圖中1、基本監(jiān)控系統(tǒng)，2、傳感器，3、柴油機(jī)，4、安全保護(hù)執(zhí)行元件，5、安全保護(hù)控制系統(tǒng)，6、基本監(jiān)控執(zhí)行元件。圖2為安全保護(hù)控制器應(yīng)用示意電路 圖3為開關(guān)量信號(hào)采集電路 圖4為緊急停機(jī)電磁閥線路故障偵測電路 圖5為控制器系統(tǒng)故障及RS485通訊電路 圖6為安全保護(hù)控制器主控模塊電路結(jié)構(gòu)方框圖 圖7為從控模塊(顯示模塊)電路結(jié)構(gòu)方框 圖8為安全保護(hù)控制器主控模塊結(jié)構(gòu)面板示意 圖9為從控模塊(顯示模塊)結(jié)構(gòu)面板示意圖。
具體實(shí)施方式
通過下面的實(shí)施實(shí)例可以更詳細(xì)的解釋本發(fā)明；
本發(fā)明是在船用柴油發(fā)電機(jī)機(jī)旁控制系統(tǒng)內(nèi)做獨(dú)立安全保護(hù)應(yīng)用。柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)，通過對燃油/滑油/海水/淡水的壓力、燃油/滑油/海水/淡水的溫度、運(yùn)行轉(zhuǎn)速等參數(shù)的時(shí)時(shí)監(jiān)控，可以使工作人員有效識(shí)別柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)的健康狀況，通過設(shè)置獨(dú)立的安全保護(hù)系統(tǒng)，進(jìn)一步提高遠(yuǎn)洋船舶中柴油機(jī)運(yùn)行的安全性、可靠性。如附圖I簡要概括了整個(gè)系統(tǒng)的架構(gòu)，柴油機(jī)3上安裝I η個(gè)各類傳感器2以確保各類監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)得以采集與傳遞，傳感器2采集的數(shù)據(jù)包括模擬信號(hào)(0-5V或4-20mA)/開關(guān)量信號(hào)(邏輯狀態(tài)O和I)分別進(jìn)入基本監(jiān)控系統(tǒng)I和安全保護(hù)控制系統(tǒng)5進(jìn)行運(yùn)算處理，按照應(yīng)用邏輯要求將處理結(jié)果傳送至安全保護(hù)執(zhí)行元件4、基本監(jiān)控執(zhí)行元件6完成系統(tǒng)閉環(huán)控制。其中，基本監(jiān)控系統(tǒng)中已經(jīng)對潤滑油壓力、冷卻水溫度做了第一級(jí)的預(yù)報(bào)警，當(dāng)出現(xiàn)預(yù)報(bào)警時(shí)系統(tǒng)僅僅進(jìn)行聲光提示，不進(jìn)行緊急停止運(yùn)行處理。安全保護(hù)控制系統(tǒng)中潤滑油壓力過低、冷卻水溫度過高是第二級(jí)報(bào)警，當(dāng)出現(xiàn)該類報(bào)警時(shí)說明柴油機(jī)安全狀況已經(jīng)十分危險(xiǎn)，因此報(bào)警的同時(shí)需采取緊急停機(jī)保護(hù)措施。其中，基本監(jiān)控系統(tǒng)失效輸入指令，提供該指令輸入口用于安全保護(hù)控制系統(tǒng)識(shí)別基本監(jiān)控系統(tǒng)是否處于正常工作狀態(tài)，安全保護(hù)控制系統(tǒng)失效時(shí)也有報(bào)警信號(hào)輸出，兩個(gè)系統(tǒng)之間通過該類報(bào)警信號(hào)可實(shí)現(xiàn)相互監(jiān)控，目的是提高系統(tǒng)綜合可靠性。其中，運(yùn)行、越控信號(hào)的輸入如下
運(yùn)行信號(hào)該信號(hào)來自基本監(jiān)控系統(tǒng)，當(dāng)基本監(jiān)控系統(tǒng)識(shí)別到柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)則輸出該信號(hào)進(jìn)入安全保護(hù)控制器。安全保護(hù)控制器如果檢測到該信號(hào)同時(shí)自身轉(zhuǎn)速傳感器也已檢測到信號(hào)，則說明安全保護(hù)控制器轉(zhuǎn)速測量電路工作正常，反之說明測速電路出現(xiàn)故障。越控信號(hào)作為船舶主推進(jìn)柴油機(jī)、應(yīng)急發(fā)電機(jī)組等場合，規(guī)范要求在特殊應(yīng)急狀態(tài)下除超速以外不允許柴油機(jī)停車，因此設(shè)置該輸入接口。當(dāng)該信號(hào)輸入后，除超速以外都不能引起柴油機(jī)緊急停機(jī)，但故障出現(xiàn)時(shí)仍會(huì)激活聲、光報(bào)警。本發(fā)明根據(jù)中國船級(jí)社鋼制海船入級(jí)規(guī)范2006 (第四分冊)的要求將傳感器測量·線路故障報(bào)警及引起發(fā)動(dòng)機(jī)緊急停機(jī)保護(hù)的報(bào)警(如超速報(bào)警、滑油壓力過低報(bào)警、水溫過高報(bào)警、曲軸箱壓力高報(bào)警)集成到安全保護(hù)控制部分，安全保護(hù)控制功能的獨(dú)立配置使系統(tǒng)更加完善。其中，超速保護(hù)，是指柴油機(jī)出現(xiàn)超速后將可能引起機(jī)毀人亡的嚴(yán)重事故，因此需設(shè)置該報(bào)警保護(hù)。主控模塊接入傳感器進(jìn)行轉(zhuǎn)速測量，傳感器安裝在柴油機(jī)飛輪處，中央處理器CPU通過高速計(jì)數(shù)功能獲取脈沖個(gè)數(shù)并按照計(jì)算公式得出當(dāng)前實(shí)際轉(zhuǎn)速；公式(每秒鐘高速計(jì)數(shù)值X60) +飛輪齒數(shù)=轉(zhuǎn)速。由于高速計(jì)數(shù)I秒鐘得到一個(gè)實(shí)際轉(zhuǎn)速測量時(shí)間過長，因此將每秒高速計(jì)數(shù)值降低至每250毫秒計(jì)數(shù)值進(jìn)行運(yùn)算，變形公式為(每250毫秒高速計(jì)數(shù)值X240) +飛輪齒數(shù)=轉(zhuǎn)速。通過該方式轉(zhuǎn)化，可實(shí)現(xiàn)I秒鐘內(nèi)測得4個(gè)實(shí)際轉(zhuǎn)速值，提高系統(tǒng)保護(hù)功能的靈敏度。中央處理器CPU (單片機(jī)W78E52D)將測到的當(dāng)前轉(zhuǎn)速值與超速門限值進(jìn)行比較，當(dāng)實(shí)際轉(zhuǎn)速連續(xù)三次大于超速門限時(shí)，驅(qū)動(dòng)緊急停機(jī)電路并自鎖，控制電磁閥切斷柴油機(jī)的燃油及空氣實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制停車，同時(shí)產(chǎn)生聲、光報(bào)警提示操作人員及其它系統(tǒng)，當(dāng)柴油機(jī)可靠停止后操作人員通過輸入復(fù)位指令才可解除自鎖狀態(tài)。由上述可知控制器需設(shè)定飛輪齒數(shù)、超速門限值，因此控制器配置了撥碼開關(guān)用于設(shè)置該類參數(shù)。超速門限值=額定轉(zhuǎn)速值X超速百分比。其中，潤滑油壓力過低保護(hù)，是指柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)如果潤滑油壓力出現(xiàn)過低時(shí)將有可能造成拉缸、抱軸等嚴(yán)重設(shè)備事故，為防止該類事故系統(tǒng)設(shè)置了潤滑油壓力過低報(bào)警并緊急停機(jī)功能。首先中央處理器CPU將實(shí)際轉(zhuǎn)速與柴油機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速(大于300rpm)進(jìn)行比較，柴油機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)速大于運(yùn)行轉(zhuǎn)速值則說明柴油機(jī)已經(jīng)處于運(yùn)行狀態(tài)，柴油機(jī)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后滑油壓力應(yīng)當(dāng)可靠建立同時(shí)將壓力過低開關(guān)傳感器狀態(tài)由常閉轉(zhuǎn)換為常開。安全保護(hù)控制系統(tǒng)進(jìn)入正常監(jiān)控狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)轉(zhuǎn)速大于300rpm且壓力過低開關(guān)連續(xù)IOOOms閉合的情況時(shí)，說明柴油機(jī)滑油壓力出現(xiàn)嚴(yán)重異常，此時(shí)緊急停機(jī)電路被驅(qū)動(dòng)并自鎖，強(qiáng)制柴油機(jī)停止運(yùn)行，待柴油機(jī)停止后可進(jìn)行人為系統(tǒng)復(fù)位解除自鎖。加入IOOOms延時(shí)確認(rèn)判斷是數(shù)字濾波的目的，提高系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，可靠性。
其中，曲軸箱壓力高保護(hù)，是指柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)如果曲軸箱壓力出現(xiàn)過高，說明氣缸的密閉出現(xiàn)問題是拉缸的前兆，對于大功率發(fā)動(dòng)機(jī)而言這是十分危險(xiǎn)的，因此為避免出現(xiàn)嚴(yán)重拉缸現(xiàn)象損害設(shè)備安全，設(shè)置了曲軸箱壓力高報(bào)警保護(hù)功能。該部分控制流程與滑油壓力過低功能相似。其中，淡水溫度過高保護(hù)，是指柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)如果冷卻水溫度出現(xiàn)過高則說明柴油機(jī)嚴(yán)重異常，對于高速大功率發(fā)動(dòng)機(jī)而言這是十分危險(xiǎn)的，因此為避免出現(xiàn)嚴(yán)重設(shè)備損害，設(shè)置了冷卻水溫度過高報(bào)警保護(hù)功能。該部分控制流程與滑油壓力過低功能相似。當(dāng)超速、滑油壓力過低、冷卻水溫度過高、曲軸箱壓力高時(shí)該類信號(hào)將引起緊急停機(jī)保護(hù)，同時(shí)該類報(bào)警以分項(xiàng)開關(guān)量形式輸出至基本監(jiān)控系統(tǒng)，一方面基本監(jiān)控系統(tǒng)可具體識(shí)別到具體出現(xiàn)何種原因造成緊急停機(jī)保護(hù)，另一方面可利用基本監(jiān)控系統(tǒng)的外部通訊功能將該類信息傳送至船舶計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。其中，試驗(yàn)按鈕功能，是提供一種模擬測試控制器超速、油壓過低報(bào)警保護(hù)功能。
其中，撥碼開關(guān)是完成超速功能中已需設(shè)置參數(shù)，撥碼開關(guān)還可完成該類常規(guī)參數(shù)的配置。其中，試燈、消音指令輸入，即輸入該試燈指令后強(qiáng)制點(diǎn)亮所有指示燈，從判斷所有指示燈是否正常。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)聲、光報(bào)警時(shí)，輸入該消音指令后系統(tǒng)將消除聲報(bào)警，同時(shí)將指示燈閃光變?yōu)槌掷m(xù)光，消除聲音的目的是為其它報(bào)警激活時(shí)提供聲報(bào)警準(zhǔn)備。其中，緊急停機(jī)驅(qū)動(dòng)輸出，提供該驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出用于擴(kuò)展大功率接觸器并驅(qū)動(dòng)緊急停機(jī)電磁閥。其中，關(guān)于安全保護(hù)控制器電源故障、失效故障輸出信號(hào)，該信號(hào)進(jìn)入基本監(jiān)控系統(tǒng)，一方面基本監(jiān)控系統(tǒng)可識(shí)別到安保出現(xiàn)嚴(yán)重故障，另一方面可利用基本監(jiān)控的外部通訊功能將該類信息傳送至船舶計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。其中，線路故障綜合報(bào)警輸出信號(hào)，由于所有報(bào)警分項(xiàng)以開關(guān)量形式輸出將使控制器復(fù)雜且體積較大，且該類信號(hào)并不引起緊急停機(jī)保護(hù)，因此對線路故障綜合報(bào)警提供合并信號(hào)輸出。當(dāng)轉(zhuǎn)速、滑油壓力過低、冷卻水溫度過高、曲軸箱壓力高、緊急停機(jī)按鈕電路故障等任一報(bào)警出現(xiàn)時(shí)都將激活線路故障綜合報(bào)警信號(hào)，該信號(hào)進(jìn)入基本監(jiān)控系統(tǒng)，一方面基本監(jiān)控系統(tǒng)可識(shí)別到安保出現(xiàn)嚴(yán)重故障，另一方面可利用基本監(jiān)控的外部通訊功能將該類信息傳送至船舶計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。關(guān)于線路故障偵測，由上述情況可知安全保護(hù)所檢測的轉(zhuǎn)速、滑油壓力、曲軸箱壓力、冷卻水溫度參數(shù)的正確性、有效性是十分重要的。為避免出現(xiàn)因傳感器測量電路故障而引起的柴油機(jī)故障漏判、錯(cuò)判等問題，安全保護(hù)控制系統(tǒng)對引起緊急停機(jī)的各傳感器信號(hào)進(jìn)行線路故障偵測，當(dāng)傳感器測量電路出現(xiàn)故障時(shí)提示系統(tǒng)及時(shí)進(jìn)行排除，極大提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。I)、主控模塊結(jié)構(gòu)，采用鋁合金外殼封裝，配置輸入、輸出引線端子、參數(shù)配置撥碼開關(guān)、試驗(yàn)按鈕。參見附圖8
主控模塊接口配置表
序號(hào)I名稱 I類別I功能描述I備注
I_+_輸入電源正極_引線端子_
2_+_輸入電源正極_引線端子_
3II輸入I電源負(fù)極I引線端子
權(quán)利要求
1.一種柴油機(jī)安全保護(hù)控制器，其特征在于包括主控模塊結(jié)構(gòu)電路、從控模塊結(jié)構(gòu)電 路、開關(guān)量信號(hào)采集電路、緊急停機(jī)電磁閥線路故障偵測電路、安全保護(hù)控制報(bào)警電路，所述主控模塊結(jié)構(gòu)電路通過RS485通訊接口與從控模塊結(jié)構(gòu)電路相連；所述主控模塊結(jié)構(gòu)電路第一輸入端通過開關(guān)量信號(hào)采集電路與柴油機(jī)輸出開關(guān)量信號(hào)的傳感器相連；所述主控模塊結(jié)構(gòu)電路第二輸入端通過緊急停機(jī)電磁閥線路故障偵測電路與柴油機(jī)電磁閥驅(qū)動(dòng)電路相連；所述主控模塊結(jié)構(gòu)電路第三輸入端通過操作模塊接口電路與操作按鈕組相連；所述主控模塊結(jié)構(gòu)電路第四輸入端通過信號(hào)接口電路與基本監(jiān)控系統(tǒng)失效信號(hào)、柴油機(jī)運(yùn)行信號(hào)相連；所述主控模塊結(jié)構(gòu)電路輸出端通過輸出接口電路與安全保護(hù)控制報(bào)警電路相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種柴油機(jī)安全保護(hù)控制器，其特征在于所述從控模塊結(jié)構(gòu)電路由至少一個(gè)顯示模塊結(jié)構(gòu)功能電路構(gòu)成；所述顯示模塊結(jié)構(gòu)功能電路采用單片機(jī)W78E52D、通訊接口 MAX485、功率驅(qū)動(dòng)UL2803、顯示驅(qū)動(dòng)MAX7219、LED指示燈、數(shù)碼管構(gòu)成；所述從控模塊具有通過RS485通訊接口將接收到主控模塊所發(fā)送的數(shù)據(jù)，按照約定通訊協(xié)議進(jìn)行解析，具有將轉(zhuǎn)速、緊急停機(jī)報(bào)警、線路故障報(bào)警的信息通過LED指示燈、數(shù)碼管進(jìn)行分類指示，最終達(dá)到分類查詢的目的。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種柴油機(jī)安全保護(hù)控制器，其特征在于所述主控模塊結(jié)構(gòu)電路由中央處理器電路、通訊電路、看門狗電路、傳感器測量電路、線路故障檢測電路、操作指令檢測電路、參數(shù)配置電路組成，主要核心器件有單片機(jī)W78E52D、看門狗電路MAX813L、通訊接口 MAX485、運(yùn)算放大器LM124、串/并轉(zhuǎn)換CD4099、接口驅(qū)動(dòng)UL2803、光耦4N25、電源LM2596 ;主控模塊采集各種傳感器狀態(tài)信號(hào)、線路故障信號(hào)、操作指令、配置參數(shù)，按照應(yīng)用程序進(jìn)行邏輯處理，處理后的結(jié)果一方面驅(qū)動(dòng)繼電器控制電路進(jìn)行輸出，另一方面按照MODBUS-RTU協(xié)議格式封裝并通過RS485通訊接口輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種柴油機(jī)安全保護(hù)控制器，其特征在于所述開關(guān)量信號(hào)采集電路由開關(guān)量傳感器SI與兩個(gè)比較器相連組成，每個(gè)比較器由LM124集成運(yùn)算放大器與光I禹4N25相連組成；且開關(guān)量傳感器SI輸出端與第一個(gè)比較器的反向信號(hào)輸入端相連，并與第二個(gè)比較器的正向信號(hào)輸入端相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種柴油機(jī)安全保護(hù)控制器，其特征在于所述緊急停機(jī)電磁閥線路故障偵測電路采取電磁閥未被驅(qū)動(dòng)時(shí)段進(jìn)行線路故障偵測，由電磁閥線圈Vl與電阻Rl構(gòu)成的分壓電路與比較器相連構(gòu)成，比較器由LM124集成運(yùn)算放大器與光耦4N25相連組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種柴油機(jī)安全保護(hù)控制器，其特征在于所述主控模塊結(jié)構(gòu)電路封裝在鋁合金殼體內(nèi)，主控模塊結(jié)構(gòu)電路的接口配置包括輸入引線端子18位、輸出引線端子13位、通訊引線端子3位、參數(shù)配置撥碼開關(guān)、試驗(yàn)按鈕、指示燈；所述主控模塊通訊引線端子3位由左至右依次為RS485總線GND、RS485總線B、RS485總線A ;所述主控模塊參數(shù)配置撥碼開關(guān)由左至右依次為位I為柴油機(jī)額定工作轉(zhuǎn)速選擇，位2為柴油機(jī)超速報(bào)警設(shè)定值與額定轉(zhuǎn)速值百分比，位3位4為組合設(shè)定不同機(jī)型的柴油機(jī)型情況下轉(zhuǎn)速傳感器所檢測飛輪齒數(shù)；所述主控模塊指示燈綠色為工作電源指示、紅色為RS485通訊鏈路狀態(tài)指示。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種柴油機(jī)安全保護(hù)控制器，其特征在于所述主控模塊輸入引線端子18位由左至右依次定義電源正極、電源正極、電源負(fù)極、電源負(fù)極、磁電式轉(zhuǎn)速傳感器、遙控緊急停機(jī)指令、機(jī)旁緊急停機(jī)指令、復(fù)位指令、基本監(jiān)控系統(tǒng)故障狀態(tài)、柴油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、越控指令、試燈指令、消音指令、急停電磁閥2線路故障偵測、急停電磁閥I線路故障偵測、開關(guān)量形式冷卻水溫度過高傳感器、開關(guān)量形式曲軸箱壓力高傳感器、開關(guān)量形式潤滑油壓力過低傳感器。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種柴油機(jī)安全保護(hù)控制器，其特征在于所述主控模塊輸出引線端子13位由左至右依次為 位O為信號(hào)公共端、位I為緊急停機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)、位2為蜂鳴器驅(qū)動(dòng)信號(hào)、位3為信號(hào)公共端、位4為控制器綜合報(bào)警、位5為主控模塊電源故障、位6為主控模塊失效、位7為線路故障綜合報(bào)警、位8為冷卻水溫度過高報(bào)警、位9為曲軸箱壓力高報(bào)警、位10為潤滑油壓力過低報(bào)警、位11為超速報(bào)警、位12為信號(hào)公共端。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種柴油機(jī)安全保護(hù)控制器，其特征在于所述顯示模塊結(jié)構(gòu)采用鋁合金外殼封裝，顯示面板PVC貼膜防護(hù)，模塊功能接口包括電源輸入引線端子、通訊接口引線端子、顯示窗口 ；所述顯示模塊中顯示窗口內(nèi)容包括柴油機(jī)即時(shí)轉(zhuǎn)速0-9999RPM、超速報(bào)警指示、轉(zhuǎn)速傳感器線路故障報(bào)警指示、潤滑油壓力過低報(bào)警指示、潤滑油壓力過低傳感器線路故障報(bào)警指示、曲軸箱壓力高報(bào)警指示、曲軸箱壓力高傳感器線路故障報(bào)警指示、冷卻水溫度過高報(bào)警指示、冷卻水溫度過高傳感器線路故障報(bào)警指示、安全保護(hù)控制器綜合故障報(bào)警指示、緊急停機(jī)電磁閥線路故障報(bào)警指示、基本監(jiān)控/報(bào)警系統(tǒng)工作電源故障指示、基本監(jiān)控/報(bào)警系統(tǒng)失效故障指示、遙控緊急停機(jī)按鈕線路故障指示、機(jī)旁緊急停機(jī)按鈕線路故障指示、越控狀態(tài)指示、柴油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)指示、工作電源指示、緊急停機(jī)狀態(tài)指示。
10.如權(quán)利要求I所述控制器的一種柴油機(jī)安全保護(hù)控制方法，其特征在于包括用于判斷開關(guān)量信號(hào)傳感器測量線路故障的方法；用于電磁閥未被驅(qū)動(dòng)時(shí)段進(jìn)行線路故障偵測的方法；用于處理主控模塊所采集的開關(guān)量信號(hào)狀態(tài)、線路故障信號(hào)狀態(tài)信息分類顯示的方法； 1)、用于判斷開關(guān)量信號(hào)傳感器測量線路故障的方法，采用LM124集成運(yùn)算放大器構(gòu)建出電位比較器電路，來滿足開關(guān)量傳感器工作狀態(tài)及線路故障狀態(tài)的識(shí)別，通過分別將兩組比較器設(shè)置不同的比較電位得出真值表，從而判斷傳感器的各種工作狀態(tài)及測量線路故障狀態(tài)； 當(dāng)STATE1=TRUE且STATE2=TRUE時(shí)表示傳感器測量線路正常且SI未閉合； 當(dāng)STATE1=TRUE且STATE2=FALSE時(shí)表示傳感器測量線路正常且SI閉合； 當(dāng)STATE1=FALSE時(shí)表示傳感器測量線路出現(xiàn)中斷； 按照上述判斷條件編寫單片機(jī)程序，最終完成信號(hào)采集、判斷、報(bào)警處理、保護(hù)驅(qū)動(dòng)功倉泛; 2)、用于電磁閥未被驅(qū)動(dòng)時(shí)段進(jìn)行線路故障偵測的方法，通過柴油機(jī)上安裝的電磁閥線圈Vl (內(nèi)阻約20歐姆)與主控模塊內(nèi)部電阻Rl構(gòu)成分壓電路，電阻R3、R4將比較器Dl反相輸入端基準(zhǔn)比較電壓設(shè)置在10V，電磁閥未驅(qū)動(dòng)狀態(tài)下比較器Dl同相輸入端的電位約24V ； 當(dāng)安全保護(hù)控制器未驅(qū)動(dòng)電磁閥工作，且電磁閥線圈Vl及供電回路未出現(xiàn)中斷時(shí)，STATE 點(diǎn)電位為 5V (TRUE)；當(dāng)安全保護(hù)控制器未驅(qū)動(dòng)電磁閥工作，且電磁閥線圈Vl及供電回路出現(xiàn)中斷時(shí)，STATE 點(diǎn)電位為 OV (FALSE)； 根據(jù)上述判斷條件編制單片機(jī)應(yīng)用軟件最終完成線路故障偵測； 3)、用于處理主控模塊所采集的開關(guān)量信號(hào)狀態(tài)、線路故障信號(hào)狀態(tài)信息分類顯示的方法；安全保護(hù)控制器主控模塊輸入端引入各種開關(guān)量傳感器的工作狀態(tài)信號(hào)及線路故障信號(hào)、開關(guān)量按鈕組所輸入控制信號(hào)，各單元比較器電路將各種信號(hào)狀態(tài)處理后送入單片機(jī)W78E52D，單片機(jī)對各種信號(hào)狀態(tài)進(jìn)行綜合處理，將處理后的數(shù)據(jù)依據(jù)MODBUS-RTU協(xié)議格式進(jìn)行封裝，將處理后的數(shù)據(jù)封裝成MODBUS-RTU協(xié)議格式，通過串口發(fā)送至MAX485接口電路進(jìn)行電平信號(hào)轉(zhuǎn)換，最終將數(shù)據(jù)結(jié)果通過RS485總線傳送至從控模塊；發(fā)送過程中指示燈D2會(huì)隨數(shù)據(jù)的變化而閃爍；從控模塊中央處理器對接收到的正確數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，將解析后的數(shù)據(jù)結(jié)果通過顯示窗口進(jìn)行分類顯示，達(dá)到信息分類指示的目的； 其中主控模塊采用了硬件看門狗電路MAX813，喂狗周期定義為I. 6S，當(dāng)單片機(jī)錯(cuò)誤或 異常未能按照程序設(shè)計(jì)要求定期輸出喂狗信號(hào)時(shí)，即兩次喂狗間隔大于I. 6秒，看門狗電路MAX813將輸出WDO信號(hào)驅(qū)動(dòng)光耦、三極管、繼電器產(chǎn)生主控模塊故障報(bào)警信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及柴油機(jī)安全保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，公開一種線路故障監(jiān)測的柴油機(jī)安全保護(hù)控制方法及控制器，所述方法包括用于判斷開關(guān)量信號(hào)傳感器測量線路故障的方法；用于電磁閥未被驅(qū)動(dòng)時(shí)段進(jìn)行線路故障偵測的方法；用于處理主控模塊所采集的開關(guān)量信號(hào)狀態(tài)、線路故障信號(hào)狀態(tài)等信息分類顯示的方法；所述控制器包括主控模塊結(jié)構(gòu)電路、從控模塊結(jié)構(gòu)電路、開關(guān)量信號(hào)采集電路、緊急停機(jī)電磁閥線路故障偵測電路、安全保護(hù)控制報(bào)警電路，所述主控模塊結(jié)構(gòu)電路通過RS485通訊接口與從控模塊結(jié)構(gòu)電路相連；本發(fā)明能夠智能的對一些故障的監(jiān)控與報(bào)警，實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)超速等異常情況下的自動(dòng)緊急停車保護(hù)，提高柴油機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行安全型、可靠性及提高了控制精度。
文檔編號(hào)F02B77/08GK102900526SQ201210430030
公開日2013年1月30日 申請日期2012年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月1日
發(fā)明者楊迅 申請人:河南柴油機(jī)重工有限責(zé)任公司