專利名稱：一種柴油機安全保護控制方法及控制器的制作方法
一種柴油機安全保護控制方法及控制器技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及柴油機安全保護技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種線路故障監(jiān)測的柴油機安全保護控制方法及控制器。背景技術(shù)：
目前柴油機安全保護的各種功能大多采用分立器件、或通用性PLC實現(xiàn)，雖然一定程度上解決了柴油機安全運行問題，但由于不具備信號線路故障偵測等功能，因此綜合可靠性仍需進一步提升。國內(nèi)經(jīng)濟的飛速發(fā)展使大型遠洋船舶及重型工程機械等高端裝備的應(yīng)用領(lǐng)域迅速拓寬，動力系統(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、更安全的動力系統(tǒng)安全保護已經(jīng)成為必不可少的 組成部分。
發(fā)明內(nèi)容
為解決因柴油機控制箱內(nèi)安全保護控制系統(tǒng)的監(jiān)控面單一，導(dǎo)致安全保護系數(shù)低的問題。本發(fā)明提供一種具有線路故障監(jiān)測的柴油機安全保護控制方法及控制器；能夠在常規(guī)柴油機監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加獨立安全保護控制器可有效實現(xiàn)異常情況下的冗余保護控制，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、緊急停機操作指令線路故障偵測、現(xiàn)場總線通訊、系統(tǒng)故障報警等綜合能力，大幅提高了柴油機系統(tǒng)運行的安全性、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，能夠滿足高速大功率柴油機在船舶系統(tǒng)中的應(yīng)用，提高柴油機運行以及安全保護裝置工作的安全性、可靠性。為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種柴油機安全保護控制器，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)量信號采集電路、緊急停機電磁閥線路故障偵測電路、安全保護控制報警電路，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)量信號采集電路與柴油機輸出開關(guān)量信號的傳感器相連；所述主控模塊結(jié)構(gòu)電路第二輸入端通過緊急停機電磁閥線路故障偵測電路與柴油機電磁閥驅(qū)動電路相連；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接口電路與基本監(jiān)控系統(tǒng)失效信號、柴油機運行信號相連；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控制報警電路相連。一種柴油機安全保護控制器，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、線路故障信號、操作指令、配置參數(shù)等，按照應(yīng)用程序進行邏輯處理，處理后的結(jié)果一方面驅(qū)動繼電器控制電路進行輸出，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。一種柴油機安全保護控制器，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)議進行解析，將轉(zhuǎn)速、緊急停機報警、線路故障報警的信息通過LED指示燈、數(shù)碼管進行分類指示，達到分類查詢的目的。—種柴油機安全保護控制器，所述開關(guān)量信號采集電路由開關(guān)量傳感器SI與兩個比較器相連組成，每個比較器(集成運算放大器)LM124與光耦4N25相連；且開關(guān)量傳感器SI輸出端與第一個比較器的反相信號輸入端相連,并與第二個比較器的正向信號輸入端相連。一種柴油機安全保護控制器，所述緊急停機電磁閥線路故障偵測電路采取電磁閥未被驅(qū)動時段進行線路故障偵測，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。一種柴油機安全保護控制器，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)、試驗按鈕、指示燈。 一種柴油機安全保護控制器，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、遙控緊急停機指令、機旁緊急停機指令、復(fù)位指令、基本監(jiān)控系統(tǒng)故障狀態(tài)、柴油機運行狀態(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。一種柴油機安全保護控制器，所述主控模塊輸出引線端子由左至右依次定義位O為信號公共端、位I為緊急停機驅(qū)動信號、位2為蜂鳴器驅(qū)動信號、位3為信號公共端、位4為控制器綜合報警、位5為主控模塊電源故障、位6為主控模塊失效、位7為線路故障綜合報警、位8為冷卻水溫度過高報警、位9為曲軸箱壓力高報警、位10為潤滑油壓力過低報警、位11為超速報警、位12為信號公共端。一種柴油機安全保護控制器，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。一種柴油機安全保護控制器，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為柴油機額定工作轉(zhuǎn)速選擇、位2為柴油機超速報警設(shè)定值與額定轉(zhuǎn)速值百分比、位3位4為組合設(shè)定不同柴油機型情況下轉(zhuǎn)速傳感器所檢測飛輪齒數(shù)。一種柴油機安全保護控制器，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。一種柴油機安全保護控制器，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，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。一種柴油機安全保護控制器，所述顯示模塊中顯示窗口內(nèi)容包括柴油機即時轉(zhuǎn)速0-9999RPM、超速報警指示、轉(zhuǎn)速傳感器線路故障報警指示、潤滑油壓力過低報警指示、潤滑油壓力過低傳感器線路故障報警指示、曲軸箱壓力高報警指示、曲軸箱壓力高傳感器線路故障報警指示、冷卻水溫度過高報警指示、冷卻水溫度過高傳感器線路故障報警指示、安全保護控制器綜合故障報警指示、緊急停機電磁閥線路故障報警指示、基本監(jiān)控/報警系統(tǒng)工作電源故障指示、基本監(jiān)控/報警系統(tǒng)失效故障指示、遙控緊急停機按鈕線路故障指示、機旁緊急停機按鈕線路故障指示、越控狀態(tài)指示、柴油機運行狀態(tài)指示、工作電源指示、緊急停機狀態(tài)指示。一種柴油機安全保護控制器，所述基本監(jiān)控系統(tǒng)為安全保護控制器以外滿足柴油機基本運行條件的監(jiān)控系統(tǒng)。一種柴油機安全保護控制方法，包括用于判斷開關(guān)量信號傳感器測量線路故障的方法；用于電磁閥未被驅(qū)動時段進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)量信號狀態(tài)、線路故障信號狀態(tài)等信息分類顯示的方法；
1)、用于判斷開關(guān)量信號傳感器測量線路故障的方法，采用LM124集成運算放大器構(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時表示傳感器測量線路正常且SI未閉合；
當(dāng)STATE1=TRUE且STATE2=FALSE時表示傳感器測量線路正常且SI閉合；
當(dāng)STATE1=FALSE時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程序，最終完成信號采集、判斷、報警處理、保護驅(qū)動功
倉泛;
2)、用于電磁閥未被驅(qū)動時段進行線路故障偵測的方法，通過柴油機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)動狀態(tài)下Dl同相輸入端的電位約24V ；
當(dāng)安全保護控制器未驅(qū)動電磁閥工作，且電磁閥線圈Vl及供電回路未出現(xiàn)中斷時，STATE 點電位為 5V (TRUE)；
當(dāng)安全保護控制器未驅(qū)動電磁閥工作，且電磁閥線圈Vl及供電回路出現(xiàn)中斷時，STATE 點電位為 OV (FALSE)；
根據(jù)上述判斷條件編制單片機應(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)量信號狀態(tài)、線路故障信號狀態(tài)等信息分類顯示的方法，安全保護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)信號及線路故障信號、開關(guān)量按鈕組所輸入控制信號，各單元比較器電路將各種信號狀態(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)計邏輯對各種信號狀態(tài)進行綜合處理，將處理后的數(shù)據(jù)結(jié)果依據(jù)M0DBUS-RTU協(xié)議進行封裝，通過單片機串口發(fā)送至接口電路MAX485進行電平信號轉(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)果通過顯示窗口進行分類顯示，達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)單片機錯誤或異常未能按照程序設(shè)計要求定期輸出喂狗信號時(即兩次喂狗間隔大于I. 6秒)，MAX813將輸出WDO信號驅(qū)動光耦、三極管、繼電器產(chǎn)生主控模塊故障報警信號。由于采用如上所述的技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下實施的優(yōu)越性
一種線路故障監(jiān)測的柴油機安全保護控制方法及控制器，是一種具有RS485現(xiàn)場總線通訊、單片機數(shù)字化控制特點的柴油機安全保護裝置，用于柴油機超速、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保護控制。該型控制器采用增強型51系列單片機為控制核心，配置轉(zhuǎn)速信號整形電路、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、保護控制驅(qū)動電路、RS485通訊電路、分類狀態(tài)顯示驅(qū)動電路等，通過綜合邏輯處理后實現(xiàn)柴油機超速等異常情況下的自動緊急停車保護，提高柴油機系統(tǒng)運行安全性、可靠性。本發(fā)明是運用數(shù)字控制技術(shù)結(jié)合自身柴油機運行時的安全保護需求而設(shè)計的。柴油機安全保護控制器最小應(yīng)用由I個主控模塊、I個從控模塊(數(shù)據(jù)顯示)兩部分組成，主控模塊負(fù)責(zé)信號采集、邏輯處理、控制輸出，從控模塊負(fù)責(zé)狀態(tài)、報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，同時可根據(jù)應(yīng)用需求在RS485總線上配置多個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、簡單易懂、靈活性高，便于檢修與維護。內(nèi)部主控制CPU芯片選用價格合理的增強型51單片機，其功能完全滿足對現(xiàn)有柴油機安全保護相關(guān)參數(shù)的處理與運算，實際應(yīng)用中大大提高了控制精度，操作更便捷，柴油機控制僅需人為的操作起動與停機按鈕，柴油機運行工作中，安?？刂破骺梢灾悄艿膶σ恍┕收系谋O(jiān)控與報警，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，4、安全保護執(zhí)行元件，5、安全保護控制系統(tǒng)，6、基本監(jiān)控執(zhí)行元件。圖2為安全保護控制器應(yīng)用示意電路 圖3為開關(guān)量信號采集電路 圖4為緊急停機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。
具體實施方式
通過下面的實施實例可以更詳細(xì)的解釋本發(fā)明；
本發(fā)明是在船用柴油發(fā)電機機旁控制系統(tǒng)內(nèi)做獨立安全保護應(yīng)用。柴油機運行時，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、運行轉(zhuǎn)速等參數(shù)的時時監(jiān)控，可以使工作人員有效識別柴油機運行時的健康狀況，通過設(shè)置獨立的安全保護系統(tǒng)，進一步提高遠洋船舶中柴油機運行的安全性、可靠性。如附圖I簡要概括了整個系統(tǒng)的架構(gòu)，柴油機3上安裝I η個各類傳感器2以確保各類監(jiān)控數(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(0-5V或4-20mA)/開關(guān)量信號(邏輯狀態(tài)O和I)分別進入基本監(jiān)控系統(tǒng)I和安全保護控制系統(tǒng)5進行運算處理，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的預(yù)報警，當(dāng)出現(xiàn)預(yù)報警時系統(tǒng)僅僅進行聲光提示，不進行緊急停止運行處理。安全保護控制系統(tǒng)中潤滑油壓力過低、冷卻水溫度過高是第二級報警，當(dāng)出現(xiàn)該類報警時說明柴油機安全狀況已經(jīng)十分危險，因此報警的同時需采取緊急停機保護措施。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控制系統(tǒng)識別基本監(jiān)控系統(tǒng)是否處于正常工作狀態(tài)，安全保護控制系統(tǒng)失效時也有報警信號輸出，兩個系統(tǒng)之間通過該類報警信號可實現(xiàn)相互監(jiān)控，目的是提高系統(tǒng)綜合可靠性。其中，運行、越控信號的輸入如下
運行信號該信號來自基本監(jiān)控系統(tǒng)，當(dāng)基本監(jiān)控系統(tǒng)識別到柴油機運轉(zhuǎn)則輸出該信號進入安全保護控制器。安全保護控制器如果檢測到該信號同時自身轉(zhuǎn)速傳感器也已檢測到信號，則說明安全保護控制器轉(zhuǎn)速測量電路工作正常，反之說明測速電路出現(xiàn)故障。越控信號作為船舶主推進柴油機、應(yīng)急發(fā)電機組等場合，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停車，因此設(shè)置該輸入接口。當(dāng)該信號輸入后，除超速以外都不能引起柴油機緊急停機，但故障出現(xiàn)時仍會激活聲、光報警。本發(fā)明根據(jù)中國船級社鋼制海船入級規(guī)范2006 (第四分冊)的要求將傳感器測量·線路故障報警及引起發(fā)動機緊急停機保護的報警(如超速報警、滑油壓力過低報警、水溫過高報警、曲軸箱壓力高報警)集成到安全保護控制部分，安全保護控制功能的獨立配置使系統(tǒng)更加完善。其中，超速保護，是指柴油機出現(xiàn)超速后將可能引起機毀人亡的嚴(yán)重事故，因此需設(shè)置該報警保護。主控模塊接入傳感器進行轉(zhuǎn)速測量，傳感器安裝在柴油機飛輪處，中央處理器CPU通過高速計數(shù)功能獲取脈沖個數(shù)并按照計算公式得出當(dāng)前實際轉(zhuǎn)速；公式(每秒鐘高速計數(shù)值X60) +飛輪齒數(shù)=轉(zhuǎn)速。由于高速計數(shù)I秒鐘得到一個實際轉(zhuǎn)速測量時間過長，因此將每秒高速計數(shù)值降低至每250毫秒計數(shù)值進行運算，變形公式為(每250毫秒高速計數(shù)值X240) +飛輪齒數(shù)=轉(zhuǎn)速。通過該方式轉(zhuǎn)化，可實現(xiàn)I秒鐘內(nèi)測得4個實際轉(zhuǎn)速值，提高系統(tǒng)保護功能的靈敏度。中央處理器CPU (單片機W78E52D)將測到的當(dāng)前轉(zhuǎn)速值與超速門限值進行比較，當(dāng)實際轉(zhuǎn)速連續(xù)三次大于超速門限時，驅(qū)動緊急停機電路并自鎖，控制電磁閥切斷柴油機的燃油及空氣實現(xiàn)強制停車，同時產(chǎn)生聲、光報警提示操作人員及其它系統(tǒng)，當(dāng)柴油機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，是指柴油機運行時如果潤滑油壓力出現(xiàn)過低時將有可能造成拉缸、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警并緊急停機功能。首先中央處理器CPU將實際轉(zhuǎn)速與柴油機運行轉(zhuǎn)速(大于300rpm)進行比較，柴油機當(dāng)前轉(zhuǎn)速大于運行轉(zhuǎn)速值則說明柴油機已經(jīng)處于運行狀態(tài)，柴油機進入運行狀態(tài)后滑油壓力應(yīng)當(dāng)可靠建立同時將壓力過低開關(guān)傳感器狀態(tài)由常閉轉(zhuǎn)換為常開。安全保護控制系統(tǒng)進入正常監(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，說明柴油機滑油壓力出現(xiàn)嚴(yán)重異常，此時緊急停機電路被驅(qū)動并自鎖，強制柴油機停止運行，待柴油機停止后可進行人為系統(tǒng)復(fù)位解除自鎖。加入IOOOms延時確認(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，是指柴油機運行時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)動機而言這是十分危險的，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警保護功能。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，是指柴油機運行時如果冷卻水溫度出現(xiàn)過高則說明柴油機嚴(yán)重異常，對于高速大功率發(fā)動機而言這是十分危險的，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警保護功能。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、曲軸箱壓力高時該類信號將引起緊急停機保護，同時該類報警以分項開關(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)可具體識別到具體出現(xiàn)何種原因造成緊急停機保護，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算機網(wǎng)絡(luò)。其中，試驗按鈕功能，是提供一種模擬測試控制器超速、油壓過低報警保護功能。
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制點亮所有指示燈，從判斷所有指示燈是否正常。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)聲、光報警時，輸入該消音指令后系統(tǒng)將消除聲報警，同時將指示燈閃光變?yōu)槌掷m(xù)光，消除聲音的目的是為其它報警激活時提供聲報警準(zhǔn)備。其中，緊急停機驅(qū)動輸出，提供該驅(qū)動信號輸出用于擴展大功率接觸器并驅(qū)動緊急停機電磁閥。其中，關(guān)于安全保護控制器電源故障、失效故障輸出信號，該信號進入基本監(jiān)控系統(tǒng)，一方面基本監(jiān)控系統(tǒng)可識別到安保出現(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算機網(wǎng)絡(luò)。其中，線路故障綜合報警輸出信號，由于所有報警分項以開關(guān)量形式輸出將使控制器復(fù)雜且體積較大，且該類信號并不引起緊急停機保護，因此對線路故障綜合報警提供合并信號輸出。當(dāng)轉(zhuǎn)速、滑油壓力過低、冷卻水溫度過高、曲軸箱壓力高、緊急停機按鈕電路故障等任一報警出現(xiàn)時都將激活線路故障綜合報警信號，該信號進入基本監(jiān)控系統(tǒng)，一方面基本監(jiān)控系統(tǒng)可識別到安保出現(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算機網(wǎng)絡(luò)。關(guān)于線路故障偵測，由上述情況可知安全保護所檢測的轉(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故障漏判、錯判等問題，安全保護控制系統(tǒng)對引起緊急停機的各傳感器信號進行線路故障偵測，當(dāng)傳感器測量電路出現(xiàn)故障時提示系統(tǒng)及時進行排除，極大提高系統(tǒng)運行的可靠性。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)、試驗按鈕。參見附圖8
主控模塊接口配置表
序號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
1.一種柴油機安全保護控制器，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)量信號采集電路、緊急停機電磁閥線路故障偵測電路、安全保護控制報警電路，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)量信號采集電路與柴油機輸出開關(guān)量信號的傳感器相連；所述主控模塊結(jié)構(gòu)電路第二輸入端通過緊急停機電磁閥線路故障偵測電路與柴油機電磁閥驅(qū)動電路相連；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接口電路與基本監(jiān)控系統(tǒng)失效信號、柴油機運行信號相連；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控制報警電路相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種柴油機安全保護控制器，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W78E52D、通訊接口 MAX485、功率驅(qū)動UL2803、顯示驅(qū)動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)議進行解析，具有將轉(zhuǎn)速、緊急停機報警、線路故障報警的信息通過LED指示燈、數(shù)碼管進行分類指示，最終達到分類查詢的目的。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種柴油機安全保護控制器，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W78E52D、看門狗電路MAX813L、通訊接口 MAX485、運算放大器LM124、串/并轉(zhuǎn)換CD4099、接口驅(qū)動UL2803、光耦4N25、電源LM2596 ;主控模塊采集各種傳感器狀態(tài)信號、線路故障信號、操作指令、配置參數(shù)，按照應(yīng)用程序進行邏輯處理，處理后的結(jié)果一方面驅(qū)動繼電器控制電路進行輸出，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所述的一種柴油機安全保護控制器，其特征在于所述開關(guān)量信號采集電路由開關(guān)量傳感器SI與兩個比較器相連組成，每個比較器由LM124集成運算放大器與光I禹4N25相連組成；且開關(guān)量傳感器SI輸出端與第一個比較器的反向信號輸入端相連，并與第二個比較器的正向信號輸入端相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種柴油機安全保護控制器，其特征在于所述緊急停機電磁閥線路故障偵測電路采取電磁閥未被驅(qū)動時段進行線路故障偵測，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所述的一種柴油機安全保護控制器，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為柴油機額定工作轉(zhuǎn)速選擇，位2為柴油機超速報警設(shè)定值與額定轉(zhuǎn)速值百分比，位3位4為組合設(shè)定不同機型的柴油機型情況下轉(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所述的一種柴油機安全保護控制器，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、遙控緊急停機指令、機旁緊急停機指令、復(fù)位指令、基本監(jiān)控系統(tǒng)故障狀態(tài)、柴油機運行狀態(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所述的一種柴油機安全保護控制器，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為信號公共端、位I為緊急停機驅(qū)動信號、位2為蜂鳴器驅(qū)動信號、位3為信號公共端、位4為控制器綜合報警、位5為主控模塊電源故障、位6為主控模塊失效、位7為線路故障綜合報警、位8為冷卻水溫度過高報警、位9為曲軸箱壓力高報警、位10為潤滑油壓力過低報警、位11為超速報警、位12為信號公共端。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種柴油機安全保護控制器，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，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)容包括柴油機即時轉(zhuǎn)速0-9999RPM、超速報警指示、轉(zhuǎn)速傳感器線路故障報警指示、潤滑油壓力過低報警指示、潤滑油壓力過低傳感器線路故障報警指示、曲軸箱壓力高報警指示、曲軸箱壓力高傳感器線路故障報警指示、冷卻水溫度過高報警指示、冷卻水溫度過高傳感器線路故障報警指示、安全保護控制器綜合故障報警指示、緊急停機電磁閥線路故障報警指示、基本監(jiān)控/報警系統(tǒng)工作電源故障指示、基本監(jiān)控/報警系統(tǒng)失效故障指示、遙控緊急停機按鈕線路故障指示、機旁緊急停機按鈕線路故障指示、越控狀態(tài)指示、柴油機運行狀態(tài)指示、工作電源指示、緊急停機狀態(tài)指示。
10.如權(quán)利要求I所述控制器的一種柴油機安全保護控制方法，其特征在于包括用于判斷開關(guān)量信號傳感器測量線路故障的方法；用于電磁閥未被驅(qū)動時段進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)量信號狀態(tài)、線路故障信號狀態(tài)信息分類顯示的方法； 1)、用于判斷開關(guān)量信號傳感器測量線路故障的方法，采用LM124集成運算放大器構(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時表示傳感器測量線路正常且SI未閉合； 當(dāng)STATE1=TRUE且STATE2=FALSE時表示傳感器測量線路正常且SI閉合； 當(dāng)STATE1=FALSE時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程序，最終完成信號采集、判斷、報警處理、保護驅(qū)動功倉泛; 2)、用于電磁閥未被驅(qū)動時段進行線路故障偵測的方法，通過柴油機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)動狀態(tài)下比較器Dl同相輸入端的電位約24V ； 當(dāng)安全保護控制器未驅(qū)動電磁閥工作，且電磁閥線圈Vl及供電回路未出現(xiàn)中斷時，STATE 點電位為 5V (TRUE)；當(dāng)安全保護控制器未驅(qū)動電磁閥工作，且電磁閥線圈Vl及供電回路出現(xiàn)中斷時，STATE 點電位為 OV (FALSE)； 根據(jù)上述判斷條件編制單片機應(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)量信號狀態(tài)、線路故障信號狀態(tài)信息分類顯示的方法；安全保護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)信號及線路故障信號、開關(guān)量按鈕組所輸入控制信號，各單元比較器電路將各種信號狀態(tài)處理后送入單片機W78E52D，單片機對各種信號狀態(tài)進行綜合處理，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接口電路進行電平信號轉(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)進行解析，將解析后的數(shù)據(jù)結(jié)果通過顯示窗口進行分類顯示，達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)單片機錯誤或 異常未能按照程序設(shè)計要求定期輸出喂狗信號時，即兩次喂狗間隔大于I. 6秒，看門狗電路MAX813將輸出WDO信號驅(qū)動光耦、三極管、繼電器產(chǎn)生主控模塊故障報警信號。
全文摘要
本發(fā)明涉及柴油機安全保護技術(shù)領(lǐng)域，公開一種線路故障監(jiān)測的柴油機安全保護控制方法及控制器，所述方法包括用于判斷開關(guān)量信號傳感器測量線路故障的方法；用于電磁閥未被驅(qū)動時段進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)量信號狀態(tài)、線路故障信號狀態(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)量信號采集電路、緊急停機電磁閥線路故障偵測電路、安全保護控制報警電路，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)控與報警，實現(xiàn)柴油機超速等異常情況下的自動緊急停車保護，提高柴油機系統(tǒng)運行安全型、可靠性及提高了控制精度。
文檔編號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:河南柴油機重工有限責(zé)任公司