專利名稱：一種低冗余度高可靠性船舶發(fā)電機組智能測速裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種船舶電站多臺發(fā)電機組轉(zhuǎn)速智能化測量裝置，尤其涉及一種低冗余高可靠性船舶發(fā)電機組智能測速裝置，具有遠程通信功能、可以同時測量船舶電站三臺發(fā)電機組轉(zhuǎn)速、并能自動診斷各轉(zhuǎn)速測量通道是否正常；一旦診斷發(fā)現(xiàn)有轉(zhuǎn)速測量通道發(fā)生故障，系統(tǒng)能自動屏蔽故障通道、把唯一冗余測速通道動態(tài)配備切入、取代原轉(zhuǎn)速測量通道，可繼續(xù)保障發(fā)電機組轉(zhuǎn)速正常測量。本發(fā)明公開的這種船舶電站多臺發(fā)電機組轉(zhuǎn)速智能化測量裝置以最小的冗余度和動態(tài)配置方式，降低了船舶發(fā)電機組轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的制造成本，極大地提高了船舶發(fā)電機組轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的可靠性和可維護性。
背景技術(shù)：
運行于大江、大海的船舶，無論何種船型和大、小，主機遙控系統(tǒng)、電站自動控制系統(tǒng)、通用監(jiān)控系統(tǒng)這三大自動化基本系統(tǒng)都是必需的。電站自動控制系統(tǒng)的作用是能夠?qū)Σ裼桶l(fā)電機組進行自動測速、電子調(diào)速并自動穩(wěn)速，實現(xiàn)電站功率的自動管理、保障外供電壓、頻率的穩(wěn)定輸出，以及實現(xiàn)柴油發(fā)電機組的自起動、并車，解列等各項智能化控制功能。 當(dāng)系統(tǒng)中有發(fā)電機組發(fā)生故障時，電站自動控制系統(tǒng)能自動地使處于備用狀態(tài)的發(fā)電機組立即起動，自動準同步投入電網(wǎng)運行；并網(wǎng)成功后，發(fā)生故障的機組將負荷降低至不大于額定功率的10%時，自動脫離電網(wǎng)。船舶尤其是海運和遠洋運輸船的用途與特點決定船用機電設(shè)備與自動化系統(tǒng)自動化和智能化水平要高，而最最重要的技術(shù)指標是可靠性要高、平均無故障時間要長，其次故障自診斷能力和報警功能要強、因為船舶一旦啟航出港就無法與陸上車輛那樣發(fā)生機電故障后可就地熄火待援而不必擔(dān)心人、車發(fā)生新的危險和損失，海運和遠洋運輸船舶如在航行途中失去主動力或電力將是十分危險的，甚至將導(dǎo)致船毀人亡。因此，船舶電站是船舶服役期間永不停止的動力源，負責(zé)對整條船舶所有機電、儀器設(shè)備和生活設(shè)施提供電能。船舶電站通常設(shè)置三臺發(fā)電機組，其中兩臺發(fā)電機組正常運行，第三臺作為備份使用。船舶電站發(fā)電機組轉(zhuǎn)速測量的準確與否直接關(guān)系到發(fā)電機組之間能否成功的完成并網(wǎng)，因此對船舶電站發(fā)電機組測速系統(tǒng)的可靠性要求極高，目前，許多海船和遠洋船舶的電站自動化系統(tǒng)通常采用冗余技術(shù)來提高測速系統(tǒng)的穩(wěn)定性，即每一臺發(fā)電機組都配置兩臺測速裝置，一臺正常工作，另一臺作為熱備份使用；但是這種冗余方法不僅提高了測速系統(tǒng)的制造成本和售價，而且不能通過同一臺發(fā)電機組的兩臺測速裝置測得的數(shù)據(jù)之間的比較而判定具體是哪一通道發(fā)生了故障。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了有效地解決現(xiàn)有船舶電站多臺發(fā)電機組測速裝置常用的雙備份冗余方案存在的系統(tǒng)復(fù)雜、制造成本高、在故障發(fā)生時無法準確定位的問題，為此本發(fā)明還提供了一種運用該發(fā)明裝置進行各專用測速通道故障診斷和冗余測速通道動態(tài)配置方法。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種低冗余度高可靠性船舶發(fā)電機組智能測速裝置，對發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速測速，包括中央嵌入式控制器，第一路專用測速通道、第二路專用測速通道、第三路專用測速通道、冗余測速通道、磁敏傳感器、電控切換器、CAN總線控制器，三路專用測速通道分別通過各自對應(yīng)的磁敏傳感器和各自對應(yīng)的發(fā)電機組相連，輸出接中央嵌入式控制器；冗余測速通道經(jīng)電控切換器分別與各發(fā)電機組對應(yīng)的磁敏傳感器相連，輸出接中央嵌入式控制器；中央嵌入式控制器通過CAN總線控制器與外部信號連接。所述三路專用測速通道分別包括匹配阻抗與放大電路、低通濾波電路和施密特比較電路，每一路專用測速通道的匹配阻抗與放大電路、低通濾波電路和施密特比較電路依次電氣連接；所述磁敏傳感器工作頻率范圍為D(T300Hz，與各自對應(yīng)的發(fā)電機組相連，發(fā)電機組轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為與轉(zhuǎn)速成比例的正弦波電信號輸出給對應(yīng)的匹配阻抗與放大電路。所述電控切換器設(shè)置為三選一型式，為3選1型電切換器，公共觸點與冗余測量通道相連后接受中央嵌入式控制器控制，其它三路觸點分別與第一路、第二路和第三路的專用測速通道對應(yīng)的磁敏傳感器相連。冗余測量通道包括依次電氣連接的匹配阻抗與放大電路、低通濾波電路和施密特比較電路，匹配阻抗與放大電路和公共觸點相連接。本發(fā)明還提供了一種運用該裝置進行各專用測速通道故障診斷和冗余測速通道動態(tài)配置方法，通過冗余測速通道在中央嵌入式控制器控制下巡回檢測三臺發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速，自行診斷各專用測速通道故障狀態(tài)、故障通道定位及實現(xiàn)冗余測速通道動態(tài)配置，具體方法步驟為
1、由中央嵌入式控制器將冗余測速通道切換至第一路專用測速通道對應(yīng)的發(fā)電機組磁敏傳感器輸出端；
2、冗余測速通道和第一路專用測速通道分別測出對應(yīng)發(fā)電機的實際轉(zhuǎn)速；
3、再由中央嵌入式控制器將冗余測速通道切換至第二路專用測速通道對應(yīng)的發(fā)電機組磁敏傳感器輸出端；
4、冗余測速通道和第二路專用測速通道分別測出對應(yīng)發(fā)電機的實際轉(zhuǎn)速；
5、再由中央嵌入式控制器將冗余測速通道切換至第三路專用測速通道對應(yīng)的發(fā)電機組磁敏傳感器輸出端；
6、冗余測速通道和第三路專用測速通道分別測出對應(yīng)發(fā)電機的實際轉(zhuǎn)速；
7、將冗余測速通道測量到的三臺發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)分別與三路專用測速通道各自測得的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)進行比較，如果冗余測速通道測得轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)和各路專用測速通道測得轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)分別對比，符合兩者偏差<專用測速通道示值允許誤差值的兩倍的條件，則表明冗余測速通道和三路專用測速通道都正常、均無故障；如果冗余測速通道測得轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)和任意兩路專用測速通道測得轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)分別對比，一組數(shù)據(jù)符合條件，而另一組數(shù)據(jù)不符合條件、 且重復(fù)3次均不符合條件，則認為該組數(shù)據(jù)對應(yīng)的專用測速通道發(fā)生故障；如果冗余測速通道和各路專用測速通道測量到的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)對比后均不符合條件，則表明冗余測速通道自身發(fā)生了故障。當(dāng)中央嵌入式控制器診斷并確認某路專用測速通道存在故障后，立即屏蔽該路專用測速通道、迅速切入后備冗余測速通道進行正常測量，并通過CAN總線控制器把設(shè)備故障報警信號和故障代碼發(fā)送給遠程監(jiān)控計算機；當(dāng)中央嵌入式控制器診斷出冗余測速通道發(fā)生故障后，控制器通過CAN總線控制器把冗余測速通道設(shè)備故障報警信號和故障代碼發(fā)送給遠程監(jiān)控計算機。本發(fā)明的有益效果是采用一路冗余測速通道取代了傳統(tǒng)的三路雙冗余測速通道， 系統(tǒng)復(fù)雜性和制造成本大為降低；且通過本發(fā)明提供的測速通道故障診斷方法，任何測速通道一旦發(fā)生故障時，均能準確判斷與對應(yīng)故障通道明確定位，并通過現(xiàn)場總線進行遠程實時故障報警；同時，系統(tǒng)能自動把動態(tài)配備的唯一最低配置的冗余測速通道切入、取代故障通道，繼續(xù)保障此發(fā)電機組轉(zhuǎn)速的正常測量。本裝置以最小的冗余度和動態(tài)配置方式，相比每一臺機組都進行雙冗余的方案， 使船舶發(fā)電機組轉(zhuǎn)速測量裝置簡化和減少了測量電路、減少了制造成本，卻使系統(tǒng)可維性大為提高；相比無冗余方案，僅增加不到1/3硬件，且不需增加磁敏傳感器的電路開銷，卻可使船舶發(fā)電機組轉(zhuǎn)速測量裝置和轉(zhuǎn)速測量的可靠性獲得成倍提高，而且可使系統(tǒng)可維性大為提高。


圖1為本發(fā)明實施例的船舶電站發(fā)電機組測速系統(tǒng)架構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明實施例的測速通道示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例
本實施例如圖1、圖2所示，包括中央嵌入式控制器、第一路專用測速通道、第二路專用測速通道、第三路專用測速通道、冗余測速通道、磁敏傳感器、電控切換器和CAN總線控制器，三路專用測速通道和冗余測速通道分別包括依次電連接的匹配阻抗與放大電路、低通濾波電路和施密特比較電路。三路專用測速通道與各自對應(yīng)的發(fā)電機磁敏傳感器相連，輸出接中央嵌入式控制器；冗余測速通道輸入端經(jīng)電控切換器分別與三路專用測速通道分別對應(yīng)的發(fā)電機磁敏傳感器相連，輸出接中央嵌入式控制器，電控切換器受中央嵌入式控制器控制，采用三選一型電控切換器，電控切換器的公共觸點與冗余測速通道中的匹配阻抗與放大電路相連，其它三路動觸點分別與三路專用測速通道各自對應(yīng)的磁敏傳感器對應(yīng)相連；中央嵌入式控制器通過CAN總線控制器與船舶自動化控制系統(tǒng)連接。所述磁敏傳感器對發(fā)電機組測速后，將轉(zhuǎn)速信號送至各自對應(yīng)的專用測速通道中的匹配阻抗與放大電路和電控切換器的動觸點，磁敏傳感器工作頻率范圍為D(T300Hz，將發(fā)電機組轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為與轉(zhuǎn)速成比例的正弦波電信號。將冗余測速通道測量到的三臺發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)分別與三個專用測速通道各自測得的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)進行比較，如果冗余測速通道測得轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)和各專用測速通道測得轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)分別一致(這里的“一致”是指兩者偏差<轉(zhuǎn)速測量通道示值允許誤差的2倍，下同)， 則表明三路專用測速通道和一路冗余測速通道都正常、均無故障；如果冗余測速通道測得轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)和兩路專用測速通道測得轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)分別一致，而另一路專用測速通道的數(shù)據(jù)不一致、且重復(fù)3次均不一致，則認為該路專用轉(zhuǎn)速通道發(fā)生故障，中央嵌入式控制器一旦診斷出故障測速通道后將迅速屏蔽故障測速通道、切入后備冗余測速通道進行正常測量，并通過CAN總線控制器把設(shè)備故障報警信號和故障代碼發(fā)送給遠程監(jiān)控計算機；如果冗余測速通道和各專用測速通道測量到的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)均不一致，則表明冗余測速通道自身發(fā)生了故障，中央嵌入式控制器通過CAN總線控制器把冗余測速通道設(shè)備故障報警信號和故障代碼發(fā)送給遠程監(jiān)控計算機。 上述實施例以最小的冗余成本，極大地提高了船舶發(fā)電機組轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的可靠性和可維護性。
權(quán)利要求
1.一種低冗余度高可靠性船舶發(fā)電機組智能測速裝置，對發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速測速，其特征在于包括中央嵌入式控制器，第一路專用測速通道、第二路專用測速通道、第三路專用測速通道、冗余測速通道、磁敏傳感器、電控切換器、CAN總線控制器，三路專用測速通道分別通過各自對應(yīng)的磁敏傳感器和各自對應(yīng)的發(fā)電機組相連，輸出接中央嵌入式控制器；冗余測速通道經(jīng)電控切換器分別與各發(fā)電機組對應(yīng)的磁敏傳感器相連，輸出接中央嵌入式控制器；中央嵌入式控制器通過CAN總線控制器與外部信號連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低冗余度高可靠性船舶發(fā)電機組智能測速裝置，其特征在于所述三路專用測速通道分別包括匹配阻抗與放大電路、低通濾波電路和施密特比較電路，每一路專用測速通道的匹配阻抗與放大電路、低通濾波電路和施密特比較電路依次電氣連接；所述磁敏傳感器工作頻率范圍為D(T300Hz，與各自對應(yīng)的發(fā)電機組相連，發(fā)電機組轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為與轉(zhuǎn)速成比例的正弦波電信號輸出給對應(yīng)的匹配阻抗與放大電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種低冗余度高可靠性船舶發(fā)電機組智能測速裝置，其特征在于所述電控切換器設(shè)置為三選一型式，為3選1型電切換器，公共觸點與冗余測量通道相連后接受中央嵌入式控制器控制，其它三路觸點分別與第一路、第二路和第三路的專用測速通道對應(yīng)的磁敏傳感器相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種低冗余度高可靠性船舶發(fā)電機組智能測速裝置，其特征在于冗余測量通道包括依次電氣連接的匹配阻抗與放大電路、低通濾波電路和施密特比較電路，匹配阻抗與放大電路和公共觸點相連接。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低冗余度高可靠性船舶發(fā)電機組智能測速裝置進行的專用測速通道故障診斷和冗余測速通道動態(tài)配置方法，其特征在于通過冗余測速通道在中央嵌入式控制器控制下巡回檢測三臺發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速，自行診斷各專用測速通道故障狀態(tài)、故障通道定位及實現(xiàn)冗余測速通道動態(tài)配置，具體方法步驟為，1)由中央嵌入式控制器將冗余測速通道切換至第一路專用測速通道對應(yīng)的發(fā)電機組磁敏傳感器輸出端；2)冗余測速通道和第一路專用測速通道分別測出對應(yīng)發(fā)電機的實際轉(zhuǎn)速；3)再由中央嵌入式控制器將冗余測速通道切換至第二路專用測速通道對應(yīng)的發(fā)電機組磁敏傳感器輸出端；4)冗余測速通道和第二路專用測速通道分別測出對應(yīng)發(fā)電機的實際轉(zhuǎn)速；5)再由中央嵌入式控制器將冗余測速通道切換至第三路專用測速通道對應(yīng)的發(fā)電機組磁敏傳感器輸出端；6)冗余測速通道和第三路專用測速通道分別測出對應(yīng)發(fā)電機的實際轉(zhuǎn)速；7)將冗余測速通道測量到的三臺發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)分別與三路專用測速通道各自測得的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)進行比較，如果冗余測速通道測得轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)和各路專用測速通道測得轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)分別對比，符合兩者偏差<專用測速通道示值允許誤差值的兩倍的條件，則表明冗余測速通道和三路專用測速通道都正常、均無故障；如果冗余測速通道測得轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)和任意兩路專用測速通道測得轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)分別對比，一組數(shù)據(jù)符合條件，而另一組數(shù)據(jù)不符合條件、 且重復(fù)3次均不符合條件，則認為該組數(shù)據(jù)對應(yīng)的專用測速通道發(fā)生故障；如果冗余測速通道和各路專用測速通道測量到的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)對比后均不符合條件，則表明冗余測速通道自身發(fā)生了故障。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于當(dāng)中央嵌入式控制器診斷并確認某路專用測速通道存在故障后，立即屏蔽該路專用測速通道、迅速切入后備冗余測速通道進行正常測量，并通過CAN總線控制器把設(shè)備故障報警信號和故障代碼發(fā)送給遠程監(jiān)控計算機； 當(dāng)中央嵌入式控制器診斷出冗余測速通道發(fā)生故障后，控制器通過CAN總線控制器把冗余測速通道設(shè)備故障報警信號和故障代碼發(fā)送給遠程監(jiān)控計算機。
全文摘要
本發(fā)明提供一種低冗余度高可靠性船舶發(fā)電機組智能測速裝置，及轉(zhuǎn)速測量裝置的高可靠性和低冗余度的設(shè)計方法，該測量裝置由中央嵌入式控制器、三路并聯(lián)專用轉(zhuǎn)速測速通道、一路巡檢各發(fā)電機轉(zhuǎn)速的冗余測速通道、磁敏傳感器、電控切換器、CAN總線控制器等組成；可以實現(xiàn)同時測量船舶電站三臺發(fā)電機組轉(zhuǎn)速，并能進行測量通道故障自診斷；中央嵌入式控制器一旦診斷出故障測量通道后將迅速自動屏蔽故障測量通道、切入后備冗余測量通道進行正常測量，并發(fā)出設(shè)備故障報警信號和故障代碼；該裝置以最小的冗余度和動態(tài)配置方式，降低了船舶發(fā)電機組轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的制造成本，極大地提高了船舶發(fā)電機組轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)的可靠性和可維護性。
文檔編號G01P3/42GK102183674SQ201110058228
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月11日
發(fā)明者周其進, 周杏鵬, 孔磊, 季亞軍, 曹海華, 王曉俊, 袁愛東 申請人:東南大學(xué), 南通航海儀表有限公司