CN102230424A - 船舶柴油机智能安全保护装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的是一种船舶柴油机智能安全保护装置。包括电源模块和控制模块两大部分；控制模块包括：转速调理电路、开关量调理电路、线路故障检测电路微处理器、通信电路、开关量输出电路和功率输出电路；电源模块为控制模块提供+5V和+12V的电源。本发明在完成基本柴油机安全保护功能的同时，把柴油机安全保护装置设计成一个功能独立，并可脱离柴油机监控单元、调速单元等其他装置的独立单元模块装置，当柴油机智能安全保护装置在出现故障时，可以进行方便更换，且有自诊断故障功能。本发明实现了转速检测、超速保护、油压保护、温度保护、报警输出、紧急停车、通信、开关量检测、线路故障检测、失电检测、越控等功能。

Description

船舶柴油机智能安全保护装置
技术领域
本发明涉及的是柴油机安全保护装置。
背景技术
目前以线性电路或单片机微机电路为控制核心的柴油机安全保护装置一般都存在着四个缺陷，第一，传统的柴油机安全保护单元集成于其它装置，只能适用于特定的柴油机系统，通用性差，并且在维修中不易更换，其灵活性受到限制。第二，传统安全保护装置不可脱离监控单元、调速单元等其他装置而独立起作用。第三，传统的安全保护装置出于实时性和复杂性的考虑只是对几种主要的信号进行检测和控制，检测不全面。第四，传统的安全保护装置在监控单元和调速单元失效时不能单独的工作，对柴油机的安全运行存在着重大的隐患。
从目前的检索情况分析，与本发明相关的公开文献包括：(1)公开号为CN89217189.8的专利文件中公开的“柴油机安全保护装置”(公开日：1990年4月18日)；(2)公开号为CN97231862.3的专利文件中公开的“柴油机智能安全保护装置”(公开日：1999年6月23日)等。前者中的柴油机安全保护装置是一种机械式的保护装置，只是针对柴油机不设电源的安全保护装置；后者只是实现了任意设定报警参数，直观显示柴油机工作系统运行状态数据。上述文献所述柴油机系统的安全保护装置功能单一，应用范围窄，不能保证柴油机全面、安全、可靠的运行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单，功能齐全，可以对柴油机进行更安全更有效的保护的船舶柴油机智能安全保护装置。
本发明的目的是真啊也能够实现的：
包括电源模块和控制模块两大部分；控制模块包括：转速调理电路、开关量调理电路、线路故障检测电路、MC9S12XEP100微处理器、通信电路、开关量输出电路和功率输出电路；电源模块为控制模块提供+5V和+12V的电源；控制模块中的转速调理电路将采集的船舶柴油机运行时的实时转速信号，经过信号调理后输入至MC9S12XEP100微处理器的定时器模块；开关量调理电路将采集到的船舶柴油机开关量信号，经过信号调理后输入至MC9S12XEP100微处理器的GPI模块；MC9S12XEP100微处理器的脉冲宽度调制器信号通过线路故障检测电路检测开关量信号；MC9S12XEP100微处理器利用CAN模块通过通信电路与外部设备进行CAN通信；MC9S12XEP100微处理器利用GPO模块通过开关量输出电路输出开关量信号控制船舶柴油机；MC9S12XEP100微处理器利用GPO模块通过功率输出电路输出紧急停车电磁阀信号来控制电磁阀。
本发明针对船舶柴油机提出了一种电子式的保护装置，在完成基本柴油机安全保护功能的同时应把柴油机安全保护装置设计成一个功能独立，并可脱离柴油机监控单元、调速单元等其他装置的电子式独立单元模块装置，当柴油机智能安全保护装置在出现故障时，可以方便的更换，增强了灵活性。本装置具有自诊断故障功能，当智能安全保护装置出现故障时可以进行自诊断。本船舶柴油机智能安全保护装置在实现功能方面不仅实现了转速检测功能、超速保护功能、油压保护功能、温度保护功能、报警输出功能、紧急停车功能、通信功能而且还增加了开关量检测功能、线路故障检测功能、失电检测功能、越控功能，当各种传感器的线路和其它输入、输出的信号线路出现故障时，柴油机智能安全保护装置经过判断实时报警。并且在监控单元和调速单元失效时，柴油机智能安全保护装置仍然可以独立正常的工作。同时，智能安全保护装置具备与其他单元通信的功能，从而实现柴油机的多目标控制。
本发明的技术方案避免了已有船舶柴油机安全保护装置结构复杂，检测目标少、功能不完全等缺陷，使用本船舶柴油机智能安全保护转置可以对柴油机进行更安全更有效的保护。
附图说明
图1是本发明的结构图。
图2是功率输出电路的示意图
图3是线路故障检测电路的示意图。
具体实施方式
面结合附图及本发明的实施例对本发明作进一步说明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之内，任何根据上述说明对本发明所做出的变更和修改，均属于本发明的思想范畴。
结合图1，本发明的船舶柴油机智能安全保护装置，由电源模块、和控制模块两大部分组成，其中控制模块包括：转速调理电路、开关量调理电路、线路故障检测电路、MC9S12XEP100微处理器、通信电路、开关量输出电路、功率输出电路；电源模块为控制模块提供所需+5V、+12V和+24V的电源；控制模块中的转速调理电路将采集的船舶柴油机运行时的实时转速信号，经过信号调理后输入至MC9S12XEP100微处理器的定时器模块(ECT)；开关量调理电路将采集到的船舶柴油机各种开关量信号，经过信号调理后输入至MC9S12XEP100微处理器的GPI模块；利用MC9S12XEP100微处理器的脉冲宽度调制器(PWM)信号通过线路故障检测电路来检测各种开关量信号；MC9S12XEP100微处理器利用CAN模块通过通信电路与外部设备进行CAN通信；MC9S12XEP100微处理器利用GPO模块通过开关量输出电路输出各开关量信号控制柴油机；MC9S12XEP100微处理器利用GPO模块通过功率输出电路输出紧急停车电磁阀等信号来控制电磁阀。
结合图2，功率输出电路由7路结构原理相同的子电路组成，其中一路功率输出电路由继电器LS7，电阻R45-R49，续流二极管D12，三极管Q7，电容C10，DVCC和地组成。由电流驱动器出来的两路电磁阀信号分别接到电阻R48、R45然后都接到三极管Q7的1脚，这两路信号中一路为保护信号，另一路为驱动电磁阀信号，只有当保护电路的电平和驱动电磁阀信号电平同时置高位时电磁阀信号才有效。三极管Q7的3脚接继电器LS7的10脚同时接续流二极管D12正极，D12负极接电源DVCC和继电器LS7的1脚同时接到电阻R49一端，这里的电阻R49起到限流的作用，当继电器由导通到关闭的瞬间，产生一股强大的电流，此时续流二极管释放电流，对整个电路起到保护作用。三极管Q7的2脚接电容C10负极和地，电容C10起滤波的作用。继电器LS7的8脚接电容C10的正极和电阻R46、R47的一端，电阻R46、R47的另外一端分别与另一电流驱动器相连。继电器LS7的4脚接接线端子的一脚OUT7，7脚接电阻R49的一端，继电器LS7的9脚接地。继电器LS7的6脚接电源DVCC，继电器LS7的3脚接COM1口。功率输出电路的工作流程为：当微处理器输出驱动电磁阀信号时，三极管1脚为高电平，三极管导通，使继电器的3脚和4脚相连，从而驱动电磁阀，同时8脚和7脚相连，8脚变为高电平然后通过下路R46、R47输出一个反馈信号到微处理器。
结合图3，线路故障检测电路由结构原理相同的7个子电路，其中一个线路故障检测子电路由光耦U10，电压比较器U11，恒流二极管D27、D28、D29，电阻R15、R16，R56、R57，电容C15，排阻RN16、RN17、RN18、RN19、RN20，电源+24V、DVCC和地组成。线路故障检测的结构为外部接线端子的一个脚接到电压比较器U11的3、5脚同时接电容C15的正极和电阻R15的一端，电阻R15的另外一端接电源+24V，电容C15的负极接地。U11的8脚接+24V，4脚接0V，为电压比较器提供电源。RN18的5、6脚和RN16的1、2脚都接+24V，RN18的7、8脚和RN16的3、4脚都接0V，RN18的2、3脚分别接RN16的7、6脚，RN18的1、4脚和RN16的5、8脚都空，电压比较器U11的2、6脚分别接RN18的2、3脚，此块电路为电源给电压比较器U11的2脚和6脚分别提供标准的+6V和+18V比较电压，与从电压比较器U113脚、5脚输入的外部电压信号进行比较，然后将比较结果由电压比较器U11的1脚和7脚分别输出到光耦U10的2脚和4脚。电压比较器U10的1、3、5脚分别接恒流二极管D27、D28、D29的2脚，1脚分别接到电阻R56、R16、R57然后接到+24V，+24V为光耦U10左侧提供电源，恒流二极管D27、D28、D29作用是为光耦U10提供一个恒定的电流，增强了光耦的精度。光耦U10的16、14脚接DVCC，光耦13、15脚分别接到排阻RN20的6脚和5脚和排阻RN17的7脚和8脚，光耦13、15脚同时分别接到排阻RN19的6脚和5脚，排阻RN19的另外一端接地，排阻RN17，RN20的另一端的线路信号接到微处理器。线路故障检测电路的工作过程是首先从外部接线端子输入的线路信号到电压比较器U11与标准电压进行比较，其次将比较结果输出到光耦U10进行隔离，然后将光耦隔离后的信号分两路输入到微处理器进行检测，判断线路是否出现故障。
转速线路故障检测子电路由光耦U10，电阻R58、R59，R60电容C16，二极管D30，三极管Q8，排阻RN16、RN17、RN18、RN19、RN20，电源+24V、DVCC和地组成。转速线路故障检测电路结构为电阻R60的一端接到+24V，R59的一脚接到电容C16正极和二极管D30的2脚同事接到电阻R58的一端，输入的转速信号接到R59和R60之间，电容C16的负极接二极管D30的1脚同时接到0V，电阻R58的另外一端接三极管Q8的1脚，三极管Q8的2脚接0V，3脚接光耦U10的6脚。这里1k的电阻R59和0.01uF的电容C16是一个低通滤波器，过滤掉转速信号中一些高频、杂质、干扰信号。28.2V的二极管D30是个钳位二极管，防止电路中高压信号损毁三极管Q8，起到保护作用。电阻R58起到限流的作用，三极管Q8起整流的作用，将正弦波的转速信号整流成方波信号输入到光耦U10。光耦U10的10、12脚接DVCC，光耦9、11脚分别接到排阻RN20的8脚和7脚和排阻RN17的5脚和6脚，光耦9、11脚同时分别接到排阻RN19的8脚和7脚，排阻RN19的另外一端接地，排阻RN17，RN20的另一端输出的转速信号输入到调理电路。转速线路故障检测电路的工作过程是首先从外部接线端子输入的转速信号经过低通滤波，其次到三极管进行整流，将正弦波的转速信号整流成方波信号，然后经过光耦隔离后输入到转速调理电路，转速信号经过最后输入到微处理器对转速信号进行检测。

Claims (3)

1.一种船舶柴油机智能安全保护装置，包括电源模块和控制模块两大部分；控制模块包括：转速调理电路、开关量调理电路、线路故障检测电路、MC9S12XEP100微处理器、通信电路、开关量输出电路和功率输出电路；电源模块为控制模块提供+5V和+12V的电源；其特征是：控制模块中的转速调理电路将采集的船舶柴油机运行时的实时转速信号，经过信号调理后输入至MC9S12XEP100微处理器的定时器模块；开关量调理电路将采集到的船舶柴油机开关量信号，经过信号调理后输入至MC9S12XEP100微处理器的GPI模块；MC9S12XEP100微处理器的脉冲宽度调制器信号通过线路故障检测电路检测开关量信号；MC9S12XEP100微处理器利用CAN模块通过通信电路与外部设备进行CAN通信；MC9S12XEP100微处理器利用GPO模块通过开关量输出电路输出开关量信号控制船舶柴油机；MC9S12XEP100微处理器利用GPO模块通过功率输出电路输出紧急停车电磁阀信号来控制电磁阀。
2.根据权利要求1所述的船舶柴油机智能安全保护装置，其特征是：所述的功率输出电路由相同的7个子电路组成，其中的一个子电路的结构为外部微处理器输入的两路信号分别接第四十八电阻(R48)、第四十五电阻(R45)然后都接到第七三极管(Q7)的1脚，第七三极管Q7的3脚接继电器(LS7)的10脚同时接续流第十二二极管(D12)正极，第十二二极管(D12)负极接DVCC和继电器(LS7)的1脚还接到第四十九电阻(R49)一端，第七三极管Q7的2脚接第十电容(C10)负极和地，继电器(LS7)的8脚接第十电容(C10)的正极和第四十六电阻(R46)、第四十七电阻(R47)的一端，第四十六电阻(R46)、第四十七电阻(R47)的另外一端分别接回微处理器；继电器LS7的4脚接到外部接线端子，继电器LS7的7脚接第四十九电阻(R49)的一端，继电器LS7的9脚接地，继电器LS7的6脚接DVCC。
3.根据权利要求1或2所述的船舶柴油机智能安全保护装置，其特征是：所述的线路故障检测电路由相同的7个线路故障检测电路子电路和转速线路故障检测电路组成；
其中一个线路故障检测子电路由光耦(U10)，电压比较器(U11)，第二十七恒流二极管(D27)、第二十八恒流二极管(D28)、第二十九恒流二极管(D29)，第十五电阻(R15)、第十六电阻(R16)，第五十六电阻(R56)、第五十七电阻(R57)，第十五电容(C15)，第十六排阻(RN16)、第十七排阻(RN17)、第十八排阻(RN18)、第十九排阻(RN19)、第二十排阻(RN20)，电源+24V、DVCC组成；外部接线端子的一个脚接到电压比较器(U11)的3、5脚同时接第十五电容(C15)的正极和第十五电阻(R15)的一端，第十五电阻(R15)的另外一端接电源+24V，第十五电容(C15)的负极接地；电压比较器(U11)的8脚接+24V，4脚接0V；第十八排阻(RN18)的5、6脚和第十六排阻(RN16)的1、2脚都接+24V，第十八排阻(RN18)的7、8脚和第十六排阻(RN16)的3、4脚都接0V，第十八排阻(RN18)的2、3脚分别接第十六排阻(RN16)的7、6脚，第十八排阻(RN18)的1、4脚和第十六排阻(RN16)的5、8脚都空，电压比较器(U11)的2、6脚分别接第十八排阻(RN18)的2、3脚，给电压比较器(U11)的2脚和6脚分别提供标准的+6V和+18V比较电压，与从电压比较器(U11)3脚、5脚输入的外部电压信号进行比较，然后将比较结果由电压比较器(U11)的1脚和7脚分别输出到光耦(U10)的2脚和4脚；电压比较器(U11)的1、3、5脚分别接第二十七恒流二极管(D27)、第二十八恒流二极管(D28)、第二十九恒流二极管(D29)的2脚，第二十七恒流二极管(D27)、第二十八恒流二极管(D28)、第二十九恒流二极管(D29)的1脚分别接到第五十六电阻(R56)、第十六电阻(R16)、第五十七电阻(R57)然后接到+24V，+24V为光耦(U10)左侧提供电源，第二十七恒流二极管(D27)、第二十八恒流二极管(D28)、第二十九恒流二极管(D29)作用是为光耦(U10)提供一个恒定的电流；光耦(U10)的16、14脚接DVCC，光耦(U10)的13、15脚分别接到第二十排阻(RN20)的6脚和5脚和第十七排阻(RN17)的7脚和8脚，光耦(U10)的13、15脚同时分别接到第十九排阻(RN19)的6脚和5脚，第十九排阻(RN19)的另外一端接地，第十七排阻(RN17)、第二十排阻(RN20)的另一端的线路信号接到微处理器；
转速线路故障检测子电路由光耦(U10)、第五十八电阻(R58)、第五十八电阻(R59)、第六十电阻(R60)、第十六电容(C16)、第三十二极管(D30)、第八三极管(Q8)、第十六排阻(RN16)、第十七排阻(RN17)、第十八排阻(RN18)、第十九排阻(RN19)、第二十排阻(RN20)、电源+24V、DVCC组成；第六十电阻(R60)的一端接到电源+24V，第五十九电阻(R59)的一脚接到第十六电容(C16)正极和第三十二极管(D30)的2脚同是接到第五十八电阻(R58)的一端，输入的转速信号接到第五十八电阻(R59)和第六十电阻(R60)之间，第十六电容(C16)的负极接第三十二极管(D30)的1脚同时接到电源0V，第五十八电阻(R58)的另外一端接第八三极管(Q8)的1脚，第八三极管(Q8)的2脚接电源0V、3脚接光耦(U10)的6脚；光耦(U10)的10、12脚接DVCC，光耦(U10)的9、11脚分别接到第二十排阻(RN20)的8脚和7脚和第十七排阻(RN17)的5脚和6脚，光耦(U10)的9、11脚同时分别接到第十九排阻(RN19)的8脚和7脚，第十九排阻(RN19)的另外一端接地，第十七排阻(RN17)、，第二十排阻(RN20)的另一端输出的转速信号输入到调理电路。
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