專利名稱：主機遙控系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于主機遠程控制技術領域，具體設計應用于主機遙控系統(tǒng)；尤其是船舶柴油機遙控裝置。
背景技術：
目前，我國應用比較廣泛的船用主機遙控裝置，如果以控制方式進行劃分，大致可分為以下四種方式:機械式；全氣動控制式；氣電混合控制式；全電控制式。其中，機械式還可分軟軸控制式和鋼絲繩控制式，因其受控制距離的限制，主要用于近距離控制或小型船舶。全氣動控制式遙控裝置的控制原理一般采用氣動邏輯元件或氣動閥件組成氣動發(fā)訊及程序控制回路，然后通過氣動三位置氣缸控制齒輪箱換向，通過氣動膜片執(zhí)行器控制主機油門調(diào)速。因為氣動元件以氣為動力和介質(zhì)而不需要電，以及氣動元件的密封性和不會產(chǎn)生電火花，所以氣動遙控裝置即使在失電的情況下仍可以安全駕駛，比較適合易燃防爆(如油船、液化氣船、化學品船)及環(huán)境條件比較惡劣的船舶使用。全氣動遙控裝置具有原理比較簡單易懂，適應各種易燃、易爆等惡劣環(huán)境，維修維護比較容易等特點。另外，全氣動遙控裝置使用范圍廣，執(zhí)行機構力矩大，幾乎所有國產(chǎn)和進口機型均可采用。氣電混合控制式遙控裝置的控制原理是采用氣動元件和電器元件結合起來，組成程序控制系統(tǒng)，然后通過電磁閥進行轉換，再通過氣動執(zhí)行偶控制齒輪箱轉向(如果齒輪箱為電控轉向齒輪箱則不需要轉換，直接控制)。而主機調(diào)速則一般直接采用氣動控制，不進行轉換。氣電混合控制式遙控裝置從全氣動遙控裝置的基礎上發(fā)展而來，其性能和控制原理與氣動控制原理基本相同，只是將其氣動控制轉向發(fā)令及自動程序部分改為電氣控制，然后再將電信號轉換為氣信號通過氣動執(zhí)行機構執(zhí)行。電動控制式遙控裝置從發(fā)令到程序采用電子元件和高集成電路，然后采用控制電機轉換成機械行程，控制主機和齒輪箱調(diào)速和轉向。電子遙控裝置安裝連接比以上兩種遙控裝置都簡單，可以實現(xiàn)更復雜的程序和功能，更適合多個控制站對主機組進行控制。當然其執(zhí)行力矩沒有以上兩種裝置大，其使用范圍有一定的局限性。電動控制式遙控裝置國內(nèi)從上世紀八十年代開始研發(fā)，但其早期的電動遙控裝置因安裝比較復雜，元器件性能比較差，因而性能不是很穩(wěn)定?，F(xiàn)在電動遙控裝置多采用先進的芯片控制技術，控制微型電機作輸出位移，然后通過軟軸和主機換向及油門把手連接，實現(xiàn)對主機的控制。電動遙控設計控制對象主要為國外進口或引進機型，對國內(nèi)部分機型不太合適，存在油門執(zhí)行推拉力不足的缺點。但是電動控制遙控裝置無需氣源，駕駛室與機艙連接完全采用電纜連接，因而安裝簡單。但其價格相對于國產(chǎn)全氣動遙控與氣電混合控制式遙控來說比較高。船舶遙控裝置設計的初期，需要做大量的調(diào)試工作，利用單片機可對所控制的功能在實驗室內(nèi)進行模擬調(diào)試，大大增加了系統(tǒng)的調(diào)試性能，縮短了現(xiàn)場調(diào)試的時間和難度，減少了遙控產(chǎn)品的開發(fā)周期。過去，電氣工程師必須為每套設備配置專用的控制裝置，嚴重的限制了遙控裝置的通用性和拓展能力?，F(xiàn)在采用電氣控制遙控裝置，主控芯片采用高性能單片機，因而我們只需要根據(jù)不同的環(huán)境編寫不同的控制程序。如此可使得遙控裝置的靈活性得到了大大的提高，在性能拓展方面，我們只需根據(jù)實際需要添加相應的程序即可完成功能的拓展。而一旦出現(xiàn)故障，系統(tǒng)的自檢功能將指出故障的部位，便于維修人員更換模塊，使維修難度和時間降低到了最低程度。同時，亦壓縮了備件庫存。降低了成本。目前國內(nèi)外大型船舶的自動化程度都比較高，技術上基本采用了當前最新的計算機網(wǎng)絡監(jiān)控于控制技術，真正實現(xiàn)了無人機艙。但由于結構復雜和其初始投資較高，故在小型船舶上的推廣應用還有一定的難度。同時大多數(shù)主機遙控裝置使用自行研發(fā)的專業(yè)控制裝置，可靠性差，通用性弱。因而船舶的遙控設計要求裝置簡單，易操作，可靠性強，耗能低，抗干擾能力強，控制精確及系統(tǒng)的可拓展性強。結合機艙條件、調(diào)試簡單、維護簡單等因素，我們需要使船舶的遙控在設計的時候滿足下列要求:靈活性好、可調(diào)性高、通訊性強、性價比高，維護性好。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型采用的控制方式為電動控制遙控方式，以便在初級邏輯運算的基礎上，希望增加數(shù)值運算、死循環(huán)調(diào)節(jié)功能，增加模擬量和PID調(diào)節(jié)模塊，提高運算的速度。本遙控系統(tǒng)有的主要功能包含手動控制，遙控控制，緊急停車和越控，它們完成了船舶柴油機遙控裝置的主要功能，柴油機遙控的后備保護(車鐘遙控裝置)不在本設計的考慮范圍之列。為實現(xiàn)上述功能，本實用新型的主要技術方案:主機遙控系統(tǒng)，其特征是遙控系統(tǒng)包括上位機控制部分、通信模塊和下位機控制部分，上位機控制部分與下位機控制部分通過通信模塊進行數(shù)據(jù)傳輸、命令傳遞；所述上位機控制部分包括A/D采樣模塊、顯示模塊、按鍵模塊、報警模塊，通過A/D采樣模塊和按鍵模塊實現(xiàn)指令輸入，通過顯示模塊和報警模塊進行顯示和報警；所述下位機控制部分包括A/D采樣模塊、轉速檢測模塊、顯示模塊、按鍵模塊、報警模塊、繼電器工作狀態(tài)檢測模塊、電機調(diào)速模塊，通過A/D采樣模塊和按鍵模塊實現(xiàn)指令輸入，通過轉速檢測模塊、繼電器工作狀態(tài)檢測模塊及電機調(diào)速模塊進行數(shù)據(jù)檢測，通過顯示模塊和報警模塊進行顯示和報警；所述A/D采樣模塊包括電壓的檢測電路；所述顯示模塊含LED燈顯示電路、數(shù)碼管顯示電路；所述報警模塊包括蜂鳴器的報警電路；所述按鍵模塊包括按鍵的檢測電路；所述轉速檢測模塊包括柴油機的檢測電路；所述繼電器工作狀態(tài)檢測模塊包括各繼電器開關量的輸入檢測電路。
手動控制需要在上位機和下位機同時切換到手動操作，且經(jīng)確認一致后操作才有效。該功能包含四個操作:分別為完車、備車、停車和消音操作。完車、備車、停車操作在單方面發(fā)生時，系統(tǒng)會聲音報警和燈光閃爍報警，在上位機和下位機的操作取得一致時，聲音報警解除，燈光閃爍報警改為常亮提示。當進行消音操作后，聲音報警也可單方面解除，燈光閃爍報警也變?yōu)槌Ａ撂崾?。遙控控制，當上位機手柄動作時，上位機控制芯片檢測手柄的動作狀態(tài)，做出順車、停車、倒車的判斷，把命令發(fā)送到下位機，下位機根據(jù)收到的命令控調(diào)速直流電機和順車、倒車電磁閥動作。下位機檢測調(diào)速直流電機的動作狀態(tài)和順車、倒車電磁繼電器的狀態(tài)，判斷順車、倒車動作是否準確，并判斷是否有錯向發(fā)生。下位機還將對柴油機的轉速進行檢測，并根據(jù)轉速作出是否會發(fā)生共振、是否超速，若檢測的轉速可能引起共振，下位機將向上位機發(fā)出轉速禁區(qū)的報警信號。若檢測的轉速超出預置的轉速，將自動調(diào)用減速控制程序以保證柴油機在正常的轉速區(qū)間工作。當系統(tǒng)處于遙控控制狀態(tài)時，下位機將自動檢測外部設備的工作狀態(tài)，如主機水溫、主機油壓、齒輪箱油溫，齒輪箱油壓、離合器壓力。上述的報警動作將在故障排除或者有消音操作時解除。下位機對檢測到得這些參數(shù)進行智能分析，若上述參數(shù)異常，下位機將作聲音報警和燈光閃爍報警，并實時將上述故障點通過MAX485發(fā)送到上位機，由上位機控制進行聲音報警和燈光閃爍報警。越控控制功能主要是針對輕微故障和緊急情況而設置的操作。在遙控控制正常工作時，一旦發(fā)生輕微的外圍設備故障或遙控程序故障時，進行越控操作能夠使柴油機的工作狀態(tài)恢復正常，屏蔽掉對外圍設備故障狀態(tài)的處理。該操作只能在上位機進行，下位機無此操作。在進行越控操作時，上位機將進行聲音報警和燈光閃爍報警，整個報警過程可由動作完成或消音操作解除。這是系統(tǒng)的一種自我修復能力的體現(xiàn)。這從很大程度上加強了整個遙控裝置的可靠性，同時也對緊急事件的處理能力有了極大的提高。緊急停車功能主要是為了應對緊急情況。當船舶柴油機主機需要立即停車時，由遙控裝置控制柴油機按一定得操作規(guī)范智能停車。不論是上位機還是下位機，都可單方面的進行緊急停車的操作，無須驗證上位機和下位機的該操作是否同步有效。但在進行該操作時，會發(fā)出聲音報警和燈光閃爍報警信號，且報警信號須傳送到另一方的控制芯片，作出相應的報警動作。該報警信號在停車操作完成或有消音操作時解除。由于緊急停車操作在手動控制和遙控控制時都有效，無須切換到后備保護(車鐘操作控制)，很大程度上保證了船舶運行的安全性。

圖1為本實用新型實施例系統(tǒng)的連接硬件結構示意圖。
具體實施方式
下面結合實施例和附圖，對本實用新型加以詳細描述。實施例:本實施例的整個遙控系統(tǒng)由上位機控制部分、通信模塊和下位機控制部分組成；上位機控制部分由A/D采樣模塊、顯示模塊、按鍵模塊、報警模塊組成。下位機控制部分由A/D采樣模塊、轉速檢測模塊、顯示模塊、按鍵模塊、報警模塊、繼電器工作狀態(tài)檢測模塊、電機調(diào)速模塊組成。按鍵輸入模塊、報警模塊比較簡單，可以采用該領域的熟知的產(chǎn)品。顯示模塊含LED燈顯示電路、數(shù)碼管顯示電路。報警模塊指蜂鳴器的報警電路。A/D采樣模塊是指對電壓的檢測電路。按鍵輸入模塊是指按鍵的檢測電路。轉速檢測模塊是指柴油機的檢測電路。繼電器檢測模塊是指各繼電器開關量的輸入檢測電路。本系統(tǒng)硬件結構圖如圖1所示,主要包括上位機、手柄、A/D采樣、轉速顯示、LED顯示、蜂鳴器、按鍵、主電源、下位機、調(diào)速電機、轉速傳感器、柴油機、電磁閥、主機水溫續(xù)電器、齒輪箱油溫續(xù)電器、主機油壓續(xù)電器、齒輪箱油壓續(xù)電器、離合器壓力續(xù)電器等。由于單片機自身數(shù)據(jù)處理、邏輯判斷能力相對都較強，且可與外部電路配合，特別是與集成電路元件配合，可大大降低遙控裝置的成本。此外，應用集成元件可降低系統(tǒng)的復雜度，結構變的極為簡單。若在硬件設計上采取光電隔離、濾波等技術，在軟件上利用一系列控制算法、濾波技術、自診斷等技術，既可抵消環(huán)境的干擾，又提高了設備的可靠性。因此，利用單片機做控制器，可靈活的選用成熟的串口通信技術實現(xiàn)及時通訊。如RS-485技術便可完全滿足現(xiàn)代規(guī)模龐大、結構復雜、功能綜合、因素眾多的工程大系統(tǒng)的控制要求。本發(fā)明通過RS485通信系統(tǒng)完成上位機系統(tǒng)和下位機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸、命令傳遞兩個主要的功能。本實用新型是這樣運作的:在駕駛室用操縱手柄直接遙控齒輪箱按設定的程序換向和控制主機按給定的加速和減速程序調(diào)速。操縱器發(fā)送指令(正車、停車或倒車指令)，若齒輪箱處于相反工作狀態(tài)，則齒輪箱等待脫排，延時0.5秒后開始脫排，同時接通柴油機限速閥，延時5分鐘后脫排完成。接通相應換向閥(正車或倒車換向閥)，斷開柴油機限速閥，齒輪箱開始脫排；若齒輪箱正處于脫排狀態(tài)，則直接連通相應的換向閥，齒輪箱開始合拍；整個指令的完成過程時間不能超過12秒。控制器接收到急停命令，檢測齒輪箱工作狀態(tài)，若齒輪箱處于合排狀態(tài)，則要求齒輪箱等待脫排，延時0.5秒后開始脫排,延時5秒后脫排完成，保持脫排狀態(tài)；若齒輪箱已處于脫排狀態(tài)則保持脫排狀態(tài)。一旦實施過急脫排控制，只有確認主機狀態(tài)正常后，由機旁輸入急停指令才可以解除該狀態(tài)。系統(tǒng)由操縱器發(fā)出指令，直到齒輪箱到達相應指令要求的狀態(tài)，整個相應過程應不超過12秒，若超過時間，控制器發(fā)出錯向報警。
權利要求1.主機遙控系統(tǒng)，其特征是遙控系統(tǒng)包括上位機控制部分、通信模塊和下位機控制部分，上位機控制部分與下位機控制部分通過通信模塊進行數(shù)據(jù)傳輸、命令傳遞； 所述上位機控制部分包括A/D采樣模塊、顯示模塊、按鍵模塊、報警模塊，通過A/D采樣模塊和按鍵模塊實現(xiàn)指令輸入，通過顯示模塊和報警模塊進行顯示和報警； 所述下位機控制部分包括A/D采樣模塊、轉速檢測模塊、顯示模塊、按鍵模塊、報警模塊、繼電器工作狀態(tài)檢測模塊、電機調(diào)速模塊，通過A/D采樣模塊和按鍵模塊實現(xiàn)指令輸入，通過轉速檢測模塊、繼電器工作狀態(tài)檢測模塊及電機調(diào)速模塊進行數(shù)據(jù)檢測，通過顯示模塊和報警模塊進行顯示和報警； 所述A/D采樣模塊包括電壓的檢測電路； 所述顯示模塊含LED燈顯示電路、數(shù)碼管顯示電路； 所述報警模塊包括蜂鳴器的報警電路； 所述按鍵模塊包括按鍵的檢測電路； 所述轉速檢測模塊包括柴油機的檢測電路； 所述繼電器工作狀態(tài)檢測模塊包括各繼電器開關量的輸入檢測電路。
專利摘要本實用新型涉及一種主機遙控系統(tǒng)，應用于船舶柴油機遙控裝置。 包括上位機控制部分、通信模塊和下位機控制部分；上位機控制部分包括A/D采樣、顯示、按鍵、報警模塊；下位機控制部分包括A/D采樣、轉速檢測、顯示、按鍵、報警、繼電器工作狀態(tài)檢測、電機調(diào)速模塊；A/D采樣模塊包括電壓的檢測電路；顯示模塊含LED燈顯示電路、數(shù)碼管顯示電路；報警模塊包括蜂鳴器的報警電路；按鍵輸入模塊包括按鍵的檢測電路；轉速檢測模塊包括柴油機的檢測電路；繼電器工作狀態(tài)檢測模塊包括各繼電器開關量的輸入檢測電路。本實用新型靈活性好、可調(diào)性高、通訊性強、性價比高，維護性好。
文檔編號G05B19/418GK202948299SQ201220616899
公開日2013年5月22日 申請日期2012年11月21日 優(yōu)先權日2012年11月21日
發(fā)明者姜煜, 姜平 申請人:南京東南船舶設備有限公司