CN101141310A - Cjbw200大型船舶主推进低速柴油机控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种工业自动控制领域的技术和系统，特别是一种船舶主推进低速大功率柴油机的控制系统。一种CJBW200大型船舶主推进低速柴油机控制系统，包括：主机监测报警子系统、主机安全保护子系统、主机遥控操纵子系统，其特征在于：互联各子系统控制器局域网和PC机局域网的单片机网关模块，所述单片机网关模块则接收各局域网的数据，根据约定重组信息并转发给相关的局域网和PC机局域网。由本发明单片机构成网关模块具有起动快、体积小、功耗低、环境要求低等特点，更适合在集控室、机舱等环境恶劣的场合使用。
Description
技术领域：
本发明涉及一种工业自动控制领域的技术和系统，特别是一种船舶主推进低速大功率柴油机的控制系统。
技术背景：
在工业自动化控制领域，由单片机模块构成的现场总线系统(各种工控局域网)已广泛使用。然而因技术或功能需要而划分的各自独立的局域网通过单片机网关模块互联并与PC机局域网(以太网)直接采用TCP/IP协议互联则尚未见报道。
大型船舶主推进柴油机，以下简称船舶主机，其智能控制系统的研发在国内尚在起步阶段，特别是低速主机，因牵涉到起动、换向控制较为复杂，控制安全性要求很高，因此国内尚无成熟产品。根据各船级社船规的要求，作为低速主机的监测报警子系统，安全保护子系统，遥控操纵子系统在设计时必须互相完全独立，本发明正是由此而产生。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是既要保证主机各子系统独立供电独立组网的要求，又要构成各子系统间相互信息的交换以及与船舶自动化信息平台的数据交互。
据此，本发明提出了如下技术方案：
一种CJBW200大型船舶主推进低速柴油机控制系统，包括：主机监测报警子系统、主机安全保护子系统、主机遥控操纵子系统，其特点在于：互联各子系统控制器局域网(CAN网)和PC机局域网(以太网)的单片机网关模块。
所述的监测报警子系统由开关量采集模块、模拟量采集判断模块、信息显示模块、报警降速决策模块和模拟量显示二次仪表驱动模块组成，主要负责主机的工作状况显示及报警、降速信号产生。
所述的安全保护子系统由信号采集模块和安全决策执行模块组成，主要负责根据主机转速和影响主机安全运行的因素，确定主机是否实行故障自动停车。
所述的遥控操纵子系统由信号采集模块、驾控台工作站模块、集控台工作站模块、机旁工作站模块和机旁控制执行模块组成。信号采集模块采集主机转速和与主机起动、换向有关的信息。三个工作站接收操纵手柄(主车钟)和联络按钮(辅车钟)的状态，确定当前的操纵位置，发送操纵命令和显示操纵和主机运行的状况。
本发明可以根据各船舶的具体情况，采用模块增减、软件修改来满足不同的要求。
附图说明：
图1是9600吨散货船配用MEN5S35低速柴油机控制系统结构示意图。
具体实施方式：
请参看图1，是9600吨散货船配用MEN5S35低速柴油机带定距螺旋桨，采用正反转起动的方式作为推进装置情况下的控制系统结构示意图。图中：
(1)-操纵手柄、联络按钮等输入信号
(2)-操纵手柄、联络按钮等输入信号
(3)-联络按钮输入信号
(4)-主机转速允许起动信号，凸轮位置等输入信号
(5)-调速压缩空气，电磁阀驱动等输出信
(6)-辅助设备输入信号
(7)-主机工况输入信号
(8)-主机转速、故障停车输入信号
(9)-电磁阀驱动输出信号
VDR-船舶航行数据记录仪
单片机网关模块接收各局域网的数据，根据约定重组信息并转发给相关的局域网和PC机局域网。所述的主机的单片机互联网分布式控制系统，是单片机网关模块是一个包含4个CAN网接口，1个以太网接口，1个串行数据接口的，由单片机控制的网关模块。该网关模块接收4个CAN网的报文信息(CANBUS1、CANBUS2、CANBUS3、CANBUS4)，按约定进行重组、转发，按约定成批通过串口和以太网向其它系统发送主机当前运行参数。其中以太网报文格式满足UDP/IP协议要求。
主机监测报警子系统采集主机及相关辅助设备的工作状况，显示并作出正常、报警、降负荷等判断，提示操作人员并转发给其它子系统；所述的主机监测报警子系统包含报警、降速信号开关量采集模块，主机工作状况模拟量采集、报警降速判断模块，报警、降速集中处理并显示模块以及模拟量显示及二次仪表4-20mA驱动模块。开关量模块将采集到的开关量信息按约定的报文格式直接发往局域网；模拟量采集模块分别采集4-20mA电流信号，热电偶毫伏电压信号和PT100电阻信号，经与保存的报警、降速值比较后生成带迟滞、带延时的状态信息，与模拟量一起按约定报文格式发往局域网；报警、降速集中处理并显示模块接收网络传来的信息，根据系统当前状况确定是否报警，是否向主机操纵子系统发送降速信号，同时在驾控台、集控台、机旁显示报警、降速状态；模拟量显示及二次仪表4-20mA驱动模块则接收网络信息，显示各模拟量的数据，并提供远程二次仪表的驱动。
主机安全保护子系统采集严重危害主机安全运行的信号，决定无条件或有条件自动停车并直接控制主机执行；所述的主机安全保护子系统包含数据采集模块，安全决策和执行模块。数据采集模块采集主机转速和各故障停车信号；安全决策和执行模块判断主机是否超速运转，故障停车信号收到后是否立即执行，确定必须执行时直接控制主机停车。
主机遥控操纵子系统接收驾驶室控制台、集控室控制台和机旁控制箱发出的联络信号，确定当前主机的实际控制地点，根据控制地点发出的操纵信号以及主机的运行状态，操纵主机起动、停车、调速、换向，并在三处同步显示相关信息；所述的主机遥控操纵子系统包含数据采集模块，机旁控制执行模块，驾驶室工作站模块，集控室工作站模块，机旁工作站模块及三工作站处的操纵手柄(主车钟)、联络按钮(辅车钟)等设备。数据采集模块采集主机转速和主机工作状况信号，按约定的报文格式发往局域网；三个工作站接收对应的车钟、辅车钟信号进行相互联络，一方面确定当前的控制地点，另一方面接受控制点工作站对主机的操纵信号，三处同步显示当前操纵和主机工作状况信息，集控室控制站在主机未运行时还能接收对主机运行参数的设置和修改；机旁控制执行模块根据控制地点发出的操纵命令控制主机各电磁阀作主机起动、停车、换向操作，根据设定转速和调速曲线输出4-20mA调速信号，控制主机转速。
由单片机构成网关模块具有起动快、体积小、功耗低、环境要求低等特点，更适合在集控室、机舱等环境恶劣的场合使用。由此采用本发明的控制系统，在整个控制系统的可靠性、安全性和控制系统与管理系统的交互性方面均大为提高。且本发明采用单片机互联网分布式控制模式，成本很低，具有较强的市场竞争力。
本系统包含监测报警、安全保护、遥控操纵三个子系统，各子系统的所有功能模块均由单片机功能模块实现，子系统内各功能模块由CAN网进行联网，各子系统间由网关模块进行互联。
本发明技术效果：
1.以本发明单片机控制系统与系统机控制系统(工控PC机或嵌入式系统)进行对比：
| 对比项目 | 本发明单片机控制系统 | 系统机控制系统 |
| 起动速度 | 单片机模块上电后2秒内即可正常工作； | 系统机上电2分钟以后，控制程序才能工作； |
| 功耗 | 单片机模块功耗＜1瓦/个 | 系统机约100瓦/台 |
| 可靠性 | 单片机模块无机械活动部件，耐高温，在高达55℃仍能正常工作，密封，耐振动，更适应船舶机舱高温、强辐射、振动剧烈的环境。 | 系统机：一般带机械硬盘等部件，整体抗振性差，耐高温约40℃，且需要风冷，因此系统无法密闭。不能适应船舶上防水、防振、防盐雾等要求。 |
综上可见，采用本发明单片机控制系统较系统机控制系统具有启动速度快、功耗低、可靠性高的优点。
2.以本发明单片机分布式控制系统与传统集中式控制系统进行对比：
| 对比项目 | 本发明单片机控制系统 | 系统机控制系统 |
| 故障影响 | 各子系统分别组成局域网，相互影响小，不易全系统瘫痪； | 集中式控制出故障后容易全系统瘫痪； |
| 占用空间 | 采用分布式控制模块能就近安装，网线连接布线少，占用空间小； | 集中式控制布线多，占用空间大； |
| 方案改动 | 分布式控制系统组态灵活，可根据实际需要方便的进行配置； | 集中式控制系统根据实际需要改动较麻烦； |
综上可见，采用本发明单片机控制系统较系统机控制系统具有故障影响小、占用空间小、方案改动方便的优点。
Claims (8)
1.一种CJBW200大型船舶主推进低速柴油机控制系统，包括：主机监测报警子系统、主机安全保护子系统、主机遥控操纵子系统，其特征在于：互联各子系统控制器局域网和PC机局域网的单片机网关模块，所述单片机网关模块则接收各局域网的数据，根据约定重组信息并转发给相关的局域网和PC机局域网。
2.根据权利要求1所述的CJBW200大型船舶主推进低速柴油机控制系统，其特征是：所述的主机监测报警子系统采集主机及相关辅助设备的工作状况，显示并作出正常、报警、降负荷等判断，提示操作人员并转发给其它子系统。
3.根据权利要求1所述的CJBW200大型船舶主推进低速柴油机控制系统，其特征是：所述主机安全保护子系统采集严重危害主机安全运行的信号，决定无条件或有条件自动停车并直接控制主机执行。
4.根据权利要求1所述的CJBW200大型船舶主推进低速柴油机控制系统，其特征是：所述的主机遥控操纵子系统接收驾驶室控制台、集控室控制台和机旁控制箱发出的联络信号，确定当前主机的实际控制地点，根据控制地点发出的操纵信号以及主机的运行状态，操纵主机起动、停车、调速、换向，并在三处同步显示相关信息。
5.根据权利要求1或2所述的CJBW200大型船舶主推进低速柴油机控制系统，其特征是：所述的主机监测报警子系统包含报警、降速信号开关量采集模块，主机工作状况模拟量采集、报警降速判断模块，报警、降速集中处理并显示模块以及模拟量显示及二次仪表4-20mA驱动模块。开关量模块将采集到的开关量信息按约定的报文格式直接发往局域网；模拟量采集模块分别采集4-20mA电流信号，热电偶毫伏电压信号和PT100电阻信号，经与保存的报警、降速值比较后生成带迟滞、带延时的状态信息，与模拟量一起按约定报文格式发往局域网；报警、降速集中处理并显示模块接收网络传来的信息，根据系统当前状况确定是否报警，是否向主机操纵子系统发送降速信号，同时在驾控台、集控台、机旁显示报警、降速状态；模拟量显示及二次仪表4-20mA驱动模块则接收网络信息，显示各模拟量的数据，并提供远程二次仪表的驱动。
6.根据权利要求1或3所述的CJBW200大型船舶主推进低速柴油机控制系统，其特征是：所述的主机安全保护子系统包含数据采集模块，安全决策和执行模块。数据采集模块采集主机转速和各故障停车信号；安全决策和执行模块判断主机是否超速运转，故障停车信号收到后是否立即执行，确定必须执行时直接控制主机停车。
7.根据权利要求1或4所述的CJBW200大型船舶主推进低速柴油机控制系统，其特征是：所述的主机遥控操纵子系统包含数据采集模块，机旁控制执行模块，驾驶室工作站模块，集控室工作站模块，机旁工作站模块及三工作站处的操纵手柄)、联络按钮等设备。数据采集模块采集主机转速和主机工作状况信号，按约定的报文格式发往局域网；三个工作站接收对应的车钟、辅车钟信号进行相互联络，一方面确定当前的控制地点，另一方面接受控制点工作站对主机的操纵信号，三处同步显示当前操纵和主机工作状况信息，集控室控制站在主机未运行时还能接收对主机运行参数的设置和修改；机旁控制执行模块根据控制地点发出的操纵命令控制主机各电磁阀作主机起动、停车、换向操作，根据设定转速和调速曲线输出4-20mA调速信号，控制主机转速。
8.根据权利要求1所述的CJBW200大型船舶主推进低速柴油机控制系统，其特征是：单片机网关模块是一个包含4个CAN网接口，1个以太网接口，1个串行数据接口的，由单片机控制的网关模块，该网关模块接收4个CAN网的报文信息，按约定进行重组、转发，按约定成批通过串口和以太网向其它系统发送主机当前运行参数，其中以太网报文格式满足UDP/IP协议要求。
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| CN (1) | CN101141310A (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102323802A (zh) * | 2011-06-07 | 2012-01-18 | 江苏华豪航海电器有限公司 | 船用主机安全保护控制系统 |
| CN105510042A (zh) * | 2014-09-23 | 2016-04-20 | 上海汉航机电设备有限公司 | 船用柴油机的测速与安保系统 |
| CN106428500A (zh) * | 2016-07-25 | 2017-02-22 | 江苏科技大学 | 一种船舶电力推进防误操作控制装置 |
| CN106502158A (zh) * | 2016-11-16 | 2017-03-15 | 东南大学 | 一种基于底层双冗余结构的新型船舶主推进控制系统 |
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2006
- 2006-09-06 CN CNA2006100308728A patent/CN101141310A/zh active Pending
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| CN106428500A (zh) * | 2016-07-25 | 2017-02-22 | 江苏科技大学 | 一种船舶电力推进防误操作控制装置 |
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
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