本發(fā)明屬于船舶自動(dòng)化控制
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種船舶電力推進(jìn)防誤操作控制裝置。
背景技術(shù)：
：船舶主機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)與船舶安全營(yíng)運(yùn)密切相關(guān)。目前，在船舶離靠碼頭的過(guò)程中，需要頻繁進(jìn)行前進(jìn)和后退工況的操作，大部分主機(jī)的運(yùn)行控制與調(diào)整均由操車(chē)人員操縱，即處于主航手操工作模式下。操作人員在主控板前接受由遙控設(shè)備傳至主航車(chē)鐘的車(chē)令信號(hào)并確認(rèn)，使用手動(dòng)操作方式操作滅磁開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)前進(jìn)和后退工況。若操車(chē)人員對(duì)輸出軸扭矩的把握程度和水平不一致，會(huì)對(duì)主機(jī)產(chǎn)生誤操作，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種船舶電力推進(jìn)防誤操作控制裝置，能夠在主航手操工作模式下，輸出穩(wěn)定的推進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)軸輸出信號(hào)，并產(chǎn)生電氣聯(lián)鎖信號(hào)，防止人為因素誤操作，從而消除事故隱患。為解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。本發(fā)明的一種船舶電力推進(jìn)防誤操作控制裝置，其特征在于：所述的船舶電力推進(jìn)防誤操作控制裝置通過(guò)一個(gè)CAN收發(fā)器驅(qū)動(dòng)模塊與船舶的主機(jī)遙控設(shè)備、主航車(chē)鐘連接，并接收所述的船舶主機(jī)遙控設(shè)備的車(chē)鐘發(fā)送命令和主航車(chē)鐘的應(yīng)答命令數(shù)據(jù)；本發(fā)明所述的船舶電力推進(jìn)防誤操作控制裝置包括：嵌入式系統(tǒng)ECU、CAN收發(fā)器驅(qū)動(dòng)模塊、第一光電隔離電路、第二光電隔離電路、第三光電隔離電路、第四光電隔離電路、電流信號(hào)放大電路、數(shù)據(jù)采集模塊、RS-485電平轉(zhuǎn)換電路、觸摸屏人機(jī)界面、驅(qū)動(dòng)電路、聲光報(bào)警電路；一個(gè)滅磁開(kāi)關(guān)信號(hào)輸入端，所述的滅磁開(kāi)關(guān)設(shè)置于船舶主控板上；來(lái)自所述的滅磁開(kāi)關(guān)信號(hào)輸入端的信號(hào)，經(jīng)過(guò)所述的第三光電隔離電路后，進(jìn)入所述的嵌入式系統(tǒng)ECU輸入端；一個(gè)電樞電流采樣電路，通過(guò)所述的電流信號(hào)放大電路、數(shù)據(jù)采集模塊和所述的第四光電隔離電路與所述的嵌入式系統(tǒng)ECU相連；所述的電流信號(hào)放大電路支持雙極性電壓采樣，通過(guò)SPI串行接口與所述的嵌入式系統(tǒng)ECU通訊，采樣頻率可以達(dá)到200ksps；所述的嵌入式系統(tǒng)ECU通過(guò)第一光電隔離電路與驅(qū)動(dòng)電路、聲光報(bào)警電路分別相連，用于輸出一組常閉常開(kāi)干結(jié)點(diǎn)形式的電氣聯(lián)鎖信號(hào)，控制船舶推進(jìn)主機(jī)軸從推進(jìn)系統(tǒng)中分離；所述的觸摸屏人機(jī)界面與嵌入式系統(tǒng)ECU之間通過(guò)所述的RS-485電平轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行通訊；通過(guò)所述的觸摸屏人機(jī)界面實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)推進(jìn)電機(jī)參數(shù)變化，來(lái)觀察船舶主機(jī)和保護(hù)系統(tǒng)各運(yùn)行狀態(tài)，記錄主航操作歷史數(shù)據(jù)。進(jìn)一步的，所述的嵌入式系統(tǒng)ECU通過(guò)所述的第二光電隔離電路與所述的CAN收發(fā)器驅(qū)動(dòng)模塊相連，用于提高系統(tǒng)的抗干擾性能。進(jìn)一步的，所述的嵌入式系統(tǒng)ECU采用Freescale系列處理器m9s12x128，內(nèi)置看門(mén)狗和電壓監(jiān)視電路。進(jìn)一步的，所述的RS-485電平轉(zhuǎn)換電路采用抗靜電或抗雷擊的芯片MAX487E。進(jìn)一步的，所述的聲光報(bào)警電路具有消音止鈴功能。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，包括有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：1.本發(fā)明應(yīng)用在船舶電推控制器上面，包括主推和側(cè)推，不同于普通的船舶推進(jìn)器，目的是協(xié)同車(chē)鐘指令與人員操作的一致性，避免誤操作帶來(lái)的不安全因素。即：根據(jù)現(xiàn)有車(chē)鐘信號(hào)網(wǎng)絡(luò)、主控制板滅磁開(kāi)關(guān)動(dòng)作狀態(tài)和前、后電樞勵(lì)磁電流變化方向，產(chǎn)生推進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)軸電氣聯(lián)鎖信號(hào)，完成主機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速、正倒車(chē)換向、停車(chē)控制功能，保證主機(jī)安全可靠運(yùn)行，避免人為的誤操作，可提高船舶的操縱性能和航行的安全性。2.本發(fā)明具有防止誤操作功能：車(chē)鐘命令與滅磁開(kāi)關(guān)狀態(tài)、電流方向不匹配時(shí)，系統(tǒng)經(jīng)邏輯判斷認(rèn)為發(fā)生誤操作，裝置立刻發(fā)出聲光報(bào)警，同時(shí)啟動(dòng)軸聯(lián)鎖信號(hào)保持原有狀態(tài)不改變。3.本發(fā)明裝置是一套獨(dú)立的安全保護(hù)系統(tǒng)，可自由配置。裝置作為車(chē)鐘網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)新添加的節(jié)點(diǎn)，在功能上不發(fā)送任何指令，只從CAN網(wǎng)中接收已有的主航車(chē)鐘信息，所以不需要改變?cè)熊?chē)鐘網(wǎng)絡(luò)中的軟件和硬件。4、本發(fā)明功能性強(qiáng)：系統(tǒng)通過(guò)檢測(cè)電樞勵(lì)磁電流大小可判斷推進(jìn)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，包括勵(lì)磁電流開(kāi)路、勵(lì)磁電流過(guò)大等極端情況，所以比現(xiàn)有技術(shù)檢測(cè)范圍及功能更為全面。5、本發(fā)明裝置可判斷主推進(jìn)電機(jī)勵(lì)磁電流方向變化與車(chē)鐘車(chē)令信號(hào)構(gòu)成聯(lián)鎖，并將輸出啟動(dòng)軸干結(jié)點(diǎn)信號(hào)串接到控制回路中，提高了系統(tǒng)的運(yùn)行安全系數(shù)。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明裝置的一個(gè)實(shí)施例與船舶主機(jī)遙控設(shè)備、主航車(chē)鐘的聯(lián)接示意圖。圖2為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的船舶電力推進(jìn)防誤操作控制裝置結(jié)構(gòu)框圖。圖3為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的車(chē)鐘聯(lián)鎖信號(hào)控制主程序框圖；圖4為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的ECU控制CAN通訊接收中斷服務(wù)程序框圖；圖5為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的數(shù)據(jù)采集模塊AD7606控制流程框圖。其中，1船舶電力推進(jìn)防誤操作控制裝置，2船舶主機(jī)遙控設(shè)備，3主航車(chē)鐘，4嵌入式系統(tǒng)ECU(電子控制單元)，5雙電源模塊，6是CAN收發(fā)器驅(qū)動(dòng)模塊；701第一光電隔離電路，702第二光電隔離電路，703第三光電隔離電路，704第四光電隔離電路；8電流信號(hào)放大電路，9數(shù)據(jù)采集模塊；10是RS-485電平轉(zhuǎn)換電路，11觸摸屏人機(jī)界面，12驅(qū)動(dòng)電路(固態(tài)繼電器)，13聲光報(bào)警電路。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。圖1為本發(fā)明裝置的一個(gè)實(shí)施例與船舶主機(jī)遙控設(shè)備、主航車(chē)鐘的聯(lián)接示意圖。如圖1所示，本發(fā)明船舶電力推進(jìn)防誤操作控制裝置的一個(gè)實(shí)施例通過(guò)CAN收發(fā)器驅(qū)動(dòng)模塊6與主機(jī)遙控設(shè)備2、主航車(chē)鐘3連接，共享遙控設(shè)備2車(chē)鐘發(fā)送命令、主航車(chē)鐘3應(yīng)答命令數(shù)據(jù)。CAN總線(xiàn)協(xié)議符合船舶行業(yè)車(chē)鐘車(chē)令標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，遙控設(shè)備2可對(duì)地址控制權(quán)、車(chē)鐘邏輯控制、電子調(diào)速系統(tǒng)和安全保護(hù)系統(tǒng)車(chē)令信號(hào)進(jìn)行修改。在主航手操模式下，車(chē)令信號(hào)通過(guò)CAN通訊傳達(dá)至本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的船舶電力推進(jìn)防誤操作控制裝置1。同時(shí)計(jì)算機(jī)經(jīng)過(guò)CAN分析儀與裝置1相聯(lián)，上位機(jī)使用USB轉(zhuǎn)CAN工具完成車(chē)令信號(hào)參數(shù)的修改功能，數(shù)據(jù)自動(dòng)保存到嵌入式系統(tǒng)ECU存儲(chǔ)器單元。其中，ECU(ElectronicControlUnit)電子控制單元，又稱(chēng)“行車(chē)電腦”、“車(chē)載電腦”等。從用途上講則是汽車(chē)專(zhuān)用微機(jī)控制器。它和普通的電腦一樣,由微處理器(CPU)、存儲(chǔ)器(ROM、、RAM)、輸入/輸出接口(I/O)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)以及整形、驅(qū)動(dòng)等大規(guī)模集成電路組成。CAN控制器局域網(wǎng)絡(luò)(ControllerAreaNetwork,CAN)，由以研發(fā)和生產(chǎn)汽車(chē)電子產(chǎn)品著稱(chēng)的德國(guó)BOSCH公司開(kāi)發(fā)，并成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898，是國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)之一。在北美和西歐，CAN總線(xiàn)協(xié)議現(xiàn)已成為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和嵌入式工業(yè)控制局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)總線(xiàn)。圖2為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的船舶電力推進(jìn)防誤操作控制裝置結(jié)構(gòu)框圖。如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例的船舶電力推進(jìn)防誤操作控制裝置1包括：嵌入式系統(tǒng)ECU4、雙電源模塊5、CAN收發(fā)器驅(qū)動(dòng)模塊6、第一光電隔離電路701、第二光電隔離電路702、第三光電隔離電路703、第四光電隔離電路704、電流信號(hào)放大電路8、數(shù)據(jù)采集模塊9、RS-485電平轉(zhuǎn)換電路10、觸摸屏人機(jī)界面11、驅(qū)動(dòng)電路(固態(tài)繼電器)12、聲光報(bào)警電路13。其中，嵌入式系統(tǒng)ECU4是本實(shí)施例的硬件核心部件。實(shí)際工作時(shí)，本實(shí)施例的嵌入式系統(tǒng)ECU4通過(guò)第一光電隔離電路701與驅(qū)動(dòng)電路12、聲光報(bào)警電路13分別相連，用于輸出一組常閉常開(kāi)干結(jié)點(diǎn)形式的電氣聯(lián)鎖信號(hào)，控制船舶推進(jìn)主機(jī)軸從推進(jìn)系統(tǒng)中分離；在船舶主航手操模式下，所述的嵌入式系統(tǒng)ECU4經(jīng)邏輯判斷是人為誤操作時(shí)，聯(lián)鎖信號(hào)不發(fā)生變化，同時(shí)通過(guò)所述的聲光報(bào)警電路13在其控制面板上進(jìn)行報(bào)警顯示、蜂鳴器鳴警。其聲光報(bào)警電路(13)具有消音止鈴功能。本實(shí)施例的嵌入式系統(tǒng)ECU4通過(guò)第二光電隔離電路702與CAN收發(fā)器驅(qū)動(dòng)模塊6相連，用于提高系統(tǒng)的抗干擾性能，完成遙控設(shè)備和主航車(chē)鐘內(nèi)部協(xié)議的發(fā)送命令、應(yīng)答命令數(shù)據(jù)共享。在主航手操模式下，CAN收發(fā)器驅(qū)動(dòng)模塊6接收主機(jī)正速、停車(chē)、倒速三種狀態(tài)和電子車(chē)鐘車(chē)令信息，為啟動(dòng)軸聯(lián)鎖信號(hào)提供輸入指令依據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶推進(jìn)主機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和防止誤操作的安全保護(hù)。在本發(fā)明實(shí)施例中，來(lái)自一個(gè)電樞電流采樣電路的電樞電流信號(hào)通過(guò)電流信號(hào)放大電路8、數(shù)據(jù)采集模塊9和第四光電隔離電路704與嵌入式系統(tǒng)ECU4相連。電流信號(hào)放大電路8為電壓調(diào)理電路，將電樞電流信號(hào)經(jīng)電壓表表頭分流器輸出的±75mV電壓信號(hào)放大到±5V范圍內(nèi)，送到AD7606數(shù)據(jù)采集模塊9。電流信號(hào)放大電路8支持雙極性電壓采樣±10V和±5V的輸入信號(hào)，完全滿(mǎn)足功能需求，同時(shí)通過(guò)與AD7606兼容的高速SPI串行接口與嵌入式系統(tǒng)ECU通訊，采樣頻率可以達(dá)到200ksps。本實(shí)施例還包括一個(gè)滅磁開(kāi)關(guān)信號(hào)輸入端，其滅磁開(kāi)關(guān)設(shè)置于船舶主控板上；在實(shí)際運(yùn)行中，來(lái)自所述的滅磁開(kāi)關(guān)信號(hào)輸入端的直流24V前進(jìn)、后退和斷開(kāi)信號(hào)，經(jīng)過(guò)所述的第三光電隔離電路703后，進(jìn)入所述的嵌入式系統(tǒng)ECU4輸入端；以此判斷所述的車(chē)鐘3命令的執(zhí)行進(jìn)程與操車(chē)邏輯關(guān)系，以確保產(chǎn)生可靠的啟動(dòng)軸聯(lián)鎖信號(hào)。本實(shí)施例中，嵌入式系統(tǒng)ECU4采用Freescale系列處理器m9s12x128，內(nèi)置看門(mén)狗和電壓監(jiān)視電路，以確保工作的穩(wěn)定性。RS-485電平轉(zhuǎn)換電路10采用抗靜電或抗雷擊的芯片MAX487E和外圍電路組成，包含光電隔離、接口的輸入輸出電路；觸摸屏11與嵌入式系統(tǒng)(ECU)4之間采用RS-485電平轉(zhuǎn)換電路10進(jìn)行通訊，通過(guò)觸摸屏人機(jī)界面11實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)推進(jìn)電機(jī)參數(shù)點(diǎn)的變化、觀察主機(jī)和保護(hù)系統(tǒng)各參數(shù)點(diǎn)的狀態(tài)，并記錄主航操作數(shù)據(jù)。下表1、表2，為本發(fā)明實(shí)施例在使用時(shí)的對(duì)外接口定義。本發(fā)明實(shí)施例電力推進(jìn)防誤操作控制裝置是船舶航行的組成部分，掛接到車(chē)鐘控制系統(tǒng)和主控電路板，該裝置的控制輸入輸出與推進(jìn)系統(tǒng)對(duì)接參數(shù)和接口定義如附表所示：系統(tǒng)提供220±10V交流電源、車(chē)鐘車(chē)令信號(hào)、主控板上滅磁開(kāi)關(guān)狀態(tài)信號(hào)、電樞勵(lì)磁電流、推進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)軸電氣聯(lián)鎖信號(hào)等信號(hào)。表1、本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的裝置輸入信號(hào)編號(hào)接口名稱(chēng)來(lái)源接口/數(shù)量信號(hào)參數(shù)備注1推進(jìn)系統(tǒng)供電動(dòng)力電1根3芯AC220VL，N，GND2車(chē)鐘車(chē)令信號(hào)主控板CAN網(wǎng)絡(luò)1對(duì)/3芯DC1.5V-3.5VCANH,CANL，屏蔽3滅磁開(kāi)關(guān)信號(hào)滅磁開(kāi)關(guān)輔助觸點(diǎn)3對(duì)/2芯DC24V前進(jìn)、后退、斷開(kāi)4電樞電流信號(hào)表頭分流器2路/2芯DC±75mv2路表2、本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的裝置輸出信號(hào)圖3為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的車(chē)鐘聯(lián)鎖信號(hào)控制主程序框圖。其控制程序移植在嵌入式系統(tǒng)ECU4內(nèi)，主程序主要實(shí)現(xiàn)初始化，包括調(diào)用存儲(chǔ)器內(nèi)參數(shù)到緩沖區(qū)，設(shè)置CAN、RS-485和SPI等通訊中斷，在主循環(huán)中內(nèi)實(shí)現(xiàn)清看門(mén)狗、報(bào)警控制、滅磁開(kāi)關(guān)狀態(tài)信號(hào)檢測(cè)、中斷讀取車(chē)令信號(hào)和勵(lì)磁電流大小等通過(guò)邏輯關(guān)系運(yùn)算輸出啟動(dòng)軸信號(hào)。圖4為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的ECU控制CAN通訊接收中斷服務(wù)程序框圖。其嵌入式系統(tǒng)ECU4通過(guò)CAN通訊網(wǎng)絡(luò)6獲得遙控設(shè)備和主航車(chē)鐘之間車(chē)令編碼，車(chē)令信息包括控制權(quán)地址、信息功能碼、幀總數(shù)、車(chē)令車(chē)鐘數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)幀和校驗(yàn)碼，除幀頭、幀尾外，系統(tǒng)具有鑒別CRC校驗(yàn)出錯(cuò)或發(fā)送超時(shí)失敗功能，以保障通訊信息的正確性和完整性。圖5為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的數(shù)據(jù)采集模塊AD7606控制流程框圖。其嵌入式系統(tǒng)ECU4和數(shù)據(jù)采集模塊9之間通過(guò)UDP協(xié)議進(jìn)行SPI數(shù)據(jù)傳輸，AD7606控制單元在主函數(shù)中會(huì)循環(huán)檢測(cè)是否接收到ECU的命令指令，如果接收到數(shù)據(jù)，則根據(jù)既定的命令代碼執(zhí)行操作。每幀發(fā)送的數(shù)據(jù)通信采用固定格式，報(bào)頭(2byte)—數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)(2byte)—命令號(hào)(1byte)—數(shù)據(jù)—檢驗(yàn)碼(1byte)。根據(jù)命令號(hào)的不同，修改定時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)間間隔、請(qǐng)求實(shí)時(shí)電樞勵(lì)磁電流數(shù)據(jù)、AD復(fù)位、采樣較零、過(guò)采樣率設(shè)置等。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3