CN104210637A - 一种电力推进船舶变流器控制单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及船舶电力推进系统中节流器的控制装置，具体为一种电力推进船舶变流器控制单元，包括控制电源板、通信板、模拟量板、数字量输入输出板、DSP主控制板、脉冲发送板、状态反馈板、功率模块电源板，母板；其中，母板与其余8个电路板的一端通过连接器连接，这8个电路板的另一端为面板，部分通过48芯连接器与外部低压电气端口连接，光纤板通过光纤与功率模块的驱动和故障反馈信号连接，采用PROFIBUS总线通讯方式实现数据（如转矩、频率、电流、电压、运行信号、故障信号、故障类型、档位反馈等信号）传输，本发明适用于电力推进船舶的控制与保护。

Description

一种电力推进船舶变流器控制单元

技术领域

本发明涉及船舶电力推进系统中节流器的控制装置，具体为一种电力推进船舶变流器控制单元。

背景技术

目前，传统船舶的主推进系统普遍采用柴油机+齿轮箱+螺旋桨的机械推进方式，船舶电力推进系统同传统的机械推进方式相比，在机动性、应急能力、动力性能、经济性、振动噪声、船舶操纵、布置和安全可靠性等方面具有明显优点；电力推进系统中的变流器做为电能转化部件，起到了承上启下的作用，变流器接收柴油机发出的恒压恒频交流电，将恒压恒频交流电转换为变压变频交流电送给推进电机，推进电机进而通过齿轮箱驱动螺旋桨，实现了船舶的前进、后退、牵引、制动、加速、减速、停车等动作。因此需要发明一个变流器控制单元将柴油机、变流器、齿轮箱、推进电机、船舶状态、船舶车钟等的信息收集起来并综合各种信息实现电推进船舶的控制与保护。

发明内容

本发明为了解决现在没有一种主控单元能有效控制船舶电力推进系统中的变流器的问题，提供了一种电力推进船舶变流器控制单元。

本发明是采用如下的技术方案实现的：一种电力推进船舶变流器控制单元，包括控制电源板、通信板、模拟量板、数字量输入输出板、DSP主控制板、脉冲发送板、状态反馈板、功率模块电源板和母板；

控制电源板的板面上设有第一输入连接模块DC1、控制电源转换模块和第十五连接器P15，第一输入连接模块DC1和控制电源转换模块的输入端连接，第一电源转换模块的输出端和第十五连接器P15连接，控制电源板通过第十五连接器P15和母板连接；

通信板的板面上设有第一连接器P1、第三输入连接模块DC3、通信电源转换模块、CAN控制器接口芯片、CAN转PROFIBUS模块、第一输出接口RS232、第二输出接口CAN、第三输出接口PROFIBUS；第三输入连接模块DC3和CAN控制器接口芯片连接，CAN控制器接口芯片和CAN转PROFIBUS模块连接，第一输出接口RS232和第二输出接口CAN都和CAN控制器接口芯片连接，第三输出接口PROFIBUS和CAN转PROFIBUS模块连接，第一连接器P1和CAN控制器接口芯片连接，通信板通过第一连接器P1和母板连接；

模拟量板的面板上设有第四输入连接模块ALSP、采样处理电路和第六连接器P6，第四输入连接模块ALSP和采样处理电路的输入端连接，采样处理电路的输出端和第六连接器P6连接，模拟量板通过第六连接器P6和母板连接；

数字量输入输出板的面板上设有第四连接器P4、数字量输出电路、数字量输入电路和第五输入输出连接模块DIO，数字量输出电路的输入端连接第四连接器P4、数字量输出电路的输出端连接第五输入输出连接模块DIO，数字量输入电路的输入端连接第五输入输出连接模块DIO、数字量输入电路输出端连接第四连接器P4，数字量输入输出板通过第四连接器P4和母板连接；

DSP主控制板的面板上设有第八连接器P8、DSP小板、永磁电机速度解码板、第一对外连接器SD1和第二对外连接器SD2，DSP小板上固定有DSP芯片和CPLD芯片，永磁电机速度解码板上固定有AD2S1200速度、位置解码芯片，第八连接器P8和DSP芯片连接，第一对外连接器SD1和永磁电机速度解码板上的AD2S1200速度、位置解码芯片连接，第二对外连接器SD2和DSP小板上的DSP芯片连接，DSP芯片和AD2S1200速度、位置解码芯片连接，DSP芯片和CPLD芯片， DSP主控制板通过第八连接器P8和母板连接；

脉冲发送板的面板上设有第十一连接器P11、光纤发送头OPAO和IGBT驱动信号调理电路，第十一连接器P11和IGBT驱动信号调理电路的输入端连接， IGBT驱动信号调理电路的输出端和光纤发送头OPAO的输入端连接，脉冲发送板通过第十一连接器P11和母板连接；

状态反馈板的面板上设有第十三连接器P13、光纤接收头OPAI和IGBT故障信号处理电路，光纤接收头OPAI的输出端和IGBT故障信号处理电路的输入端连接，IGBT故障信号处理电路的输出端和第十三连接器P13连接，状态反馈板通过第十三连接器P13和母板连接；

功率模块电源板包括第二输入连接模块DC2、功率电源转换模块和第十八连接器P18，第二输入连接模块DC2的输出端和功率电源转换模块的输入端连接，功率电源转换模块的输出端和第十八连接器P18的输入端连接，功率模块电源板通过第十八连接器P18和母板连接；

第十五连接器P15、第一连接器P1、第六连接器P6、第四连接器P4、第十一连接器P11和第十三连接器P13都和第八连接器P8连接。

控制单元中的控制电源板上的第一输入连接模块DC1、功率模块电源板上的第二输入连接模块DC2和通信板上的第三输入连接模块DC3和外部直流电连接，DSP主控制板上的第一对外连接器SD1可以和永磁电机旋转变压器连接，第二对外连接器SD2可以和异步电机光电编码器连接，脉冲发送板上的光纤发送头OPAO的输出端和变流器上功率模块的控制端连接，变流器功率模块的反馈端和状态反馈板上的光纤接收头OPAI连接，模拟量板中的第四输入连接模块ALSP和温度传感器、电压传感器和电流传感器连接，还和车钟连接，数字量输入输出板上的第五输入输出连接模块DIO和船舶上的急停、复位、单双机按钮、车钟等器件连接，工作时，控制电源板上的控制电源转换模块将外部直流电转换为控制单元的内部电压，通过第十五连接器P15供给控制单元中的其他板块，通信板上的通信电源转换模块将外部直流电转换为通信板内部电压、并供给CAN控制器接口芯片，功率模块电源板上的功率电源转换模块将外部直流电转换为功率模块电压，并供给变流器上的功率模块；

模拟量板采集温度、电压、电流、车钟等信号，并送入DSP主控制板上的DSP芯片，数字量输入输出板采集编码型车钟信号、急停信号、复位信号、使能信号、单双机信号等，并送入DSP主控制板上的DSP芯片，通信板上有第一输出接口RS232、第二输出接口CAN和第三输出接口PROFIBUS，能够实现与船舶上其他设备进行数据通信；DSP主控制板上的DSP芯片负责对采集的模拟量和数字量进行处理，完成电机控制算法，形成变流器中IGBT功率模块的PWM脉冲，PWM脉冲由脉冲发送板传送到IGBT功率模块，状态反馈板从IGBT功率模块接收状态光纤信号，DSP芯片根据IGBT功率模块的状态光纤信号，形成反馈后的PWM脉冲，完成故障诊断和保护任务。

基于上述过程，本发明提供了一种电力推进船舶变流器控制单元，该控制单元具有以下优点：其一，采用可插拔的结构方式，8个电路子板通过连接器连接固定，采用前面板接线方式，结构简单清晰，抗干扰能力强，维护更换时不易插错；其二，控制单元通过收集各种信息后通过DSP芯片发出PWM脉冲，控制变流器中IGBT的导通与关断，实现电力推进船舶的无级调速；其三：控制单元具有丰富的通讯接口，实现全船的信息交换，为全船保护和船长操纵船舶提供了可靠的依据。综上所述，本发明所述的一种电力推进船舶变流器控制单元有效解决了现有电力推进船舶控制与保护功能。

本发明结构合理、设计巧妙，有效解决了电力推进船舶的控制和保护问题，并已在电力推进拖网渔船、电力推进内河运输船、电力推进灯光围网船上成功应用，取得了良好的社会效益和经济效益。

附图说明

图1是本发明的子板连接关系示意图。

图2是本发明的子板位置示意图。

具体实施方式

一种电力推进船舶变流器控制单元，包括控制电源板、通信板、模拟量板、数字量输入输出板、DSP主控制板、脉冲发送板、状态反馈板、功率模块电源板和母板；

控制电源板的板面上设有第一输入连接模块DC1、控制电源转换模块和第十五连接器P15，第一输入连接模块DC1和控制电源转换模块的输入端连接，第一电源转换模块的输出端和第十五连接器P15连接，控制电源板通过第十五连接器P15和母板连接；

通信板的板面上设有第一连接器P1、第三输入连接模块DC3、通信电源转换模块、CAN控制器接口芯片、CAN转PROFIBUS模块、第一输出接口RS232、第二输出接口CAN、第三输出接口PROFIBUS；第三输入连接模块DC3和CAN控制器接口芯片连接，CAN控制器接口芯片和CAN转PROFIBUS模块连接，第一输出接口RS232和第二输出接口CAN都和CAN控制器接口芯片连接，第三输出接口PROFIBUS和CAN转PROFIBUS模块连接，第一连接器P1和CAN控制器接口芯片连接，通信板通过第一连接器P1和母板连接；

模拟量板的面板上设有第四输入连接模块ALSP、采样处理电路和第六连接器P6，第四输入连接模块ALSP和采样处理电路的输入端连接，采样处理电路的输出端和第六连接器P6连接，模拟量板通过第六连接器P6和母板连接；

数字量输入输出板的面板上设有第四连接器P4、数字量输出电路、数字量输入电路和第五输入输出连接模块DIO，数字量输出电路的输入端连接第四连接器P4、数字量输出电路的输出端连接第五输入输出连接模块DIO，数字量输入电路的输入端连接第五输入输出连接模块DIO、数字量输入电路输出端连接第四连接器P4，数字量输入输出板通过第四连接器P4和母板连接；

DSP主控制板的面板上设有第八连接器P8、DSP小板、永磁电机速度解码板、第一对外连接器SD1和第二对外连接器SD2，DSP小板上固定有DSP芯片和CPLD芯片，永磁电机速度解码板上固定有AD2S1200速度、位置解码芯片，第八连接器P8和DSP芯片连接，第一对外连接器SD1和永磁电机速度解码板上的AD2S1200速度、位置解码芯片连接，第二对外连接器SD2和DSP小板上的DSP芯片连接，DSP芯片和AD2S1200速度、位置解码芯片连接，DSP芯片和CPLD芯片， DSP主控制板通过第八连接器P8和母板连接；

脉冲发送板的面板上设有第十一连接器P11、光纤发送头OPAO和IGBT驱动信号调理电路，第十一连接器P11和IGBT驱动信号调理电路的输入端连接， IGBT驱动信号调理电路的输出端和光纤发送头OPAO的输入端连接，脉冲发送板通过第十一连接器P11和母板连接；

状态反馈板的面板上设有第十三连接器P13、光纤接收头OPAI和IGBT故障信号处理电路，光纤接收头OPAI的输出端和IGBT故障信号处理电路的输入端连接，IGBT故障信号处理电路的输出端和第十三连接器P13连接，状态反馈板通过第十三连接器P13和母板连接；

功率模块电源板包括第二输入连接模块DC2、功率电源转换模块和第十八连接器P18，第二输入连接模块DC2的输出端和功率电源转换模块的输入端连接，功率电源转换模块的输出端和第十八连接器P18的输入端连接，功率模块电源板通过第十八连接器P18和母板连接；

第十五连接器P15、第一连接器P1、第六连接器P6、第四连接器P4、第十一连接器P11和第十三连接器P13都和第八连接器P8连接。

具体实施时，数字量输入输出板、模拟量板、DSP主控制板、脉冲发送板、状态反馈板、通信板、电源板均采用3U板型，DSP芯片采用TMS320F2812型DSP芯片，CPLD芯片采用XC95144型CPLD，光纤头采用HFBR1521、HFBR2521型光纤头。

Claims (1)

1.一种电力推进船舶变流器控制单元，其特征在于包括控制电源板、通信板、模拟量板、数字量输入输出板、DSP主控制板、脉冲发送板、状态反馈板、功率模块电源板和母板；

控制电源板的板面上设有第一输入连接模块DC1、控制电源转换模块和第十五连接器P15，第一输入连接模块DC1和控制电源转换模块的输入端连接，第一电源转换模块的输出端和第十五连接器P15连接，控制电源板通过第十五连接器P15和母板连接；

通信板的板面上设有第一连接器P1、第三输入连接模块DC3、通信电源转换模块、CAN控制器接口芯片、CAN转PROFIBUS模块、第一输出接口RS232、第二输出接口CAN、第三输出接口PROFIBUS；第三输入连接模块DC3和CAN控制器接口芯片连接，CAN控制器接口芯片和CAN转PROFIBUS模块连接，第一输出接口RS232和第二输出接口CAN都和CAN控制器接口芯片连接，第三输出接口PROFIBUS和CAN转PROFIBUS模块连接，第一连接器P1和CAN控制器接口芯片连接，通信板通过第一连接器P1和母板连接；

模拟量板的面板上设有第四输入连接模块ALSP、采样处理电路和第六连接器P6，第四输入连接模块ALSP和采样处理电路的输入端连接，采样处理电路的输出端和第六连接器P6连接，模拟量板通过第六连接器P6和母板连接；

数字量输入输出板的面板上设有第四连接器P4、数字量输出电路、数字量输入电路和第五输入输出连接模块DIO，数字量输出电路的输入端连接第四连接器P4、数字量输出电路的输出端连接第五输入输出连接模块DIO，数字量输入电路的输入端连接第五输入输出连接模块DIO、数字量输入电路输出端连接第四连接器P4，数字量输入输出板通过第四连接器P4和母板连接；

DSP主控制板的面板上设有第八连接器P8、DSP小板、永磁电机速度解码板、第一对外连接器SD1和第二对外连接器SD2，DSP小板上固定有DSP芯片和CPLD芯片，永磁电机速度解码板上固定有AD2S1200速度、位置解码芯片，第八连接器P8和DSP芯片连接，第一对外连接器SD1和永磁电机速度解码板上的AD2S1200速度、位置解码芯片连接，第二对外连接器SD2和DSP小板上的DSP芯片连接，DSP芯片和AD2S1200速度、位置解码芯片连接，DSP芯片和CPLD芯片， DSP主控制板通过第八连接器P8和母板连接；

脉冲发送板的面板上设有第十一连接器P11、光纤发送头OPAO和IGBT驱动信号调理电路，第十一连接器P11和IGBT驱动信号调理电路的输入端连接， IGBT驱动信号调理电路的输出端和光纤发送头OPAO的输入端连接，脉冲发送板通过第十一连接器P11和母板连接；

状态反馈板的面板上设有第十三连接器P13、光纤接收头OPAI和IGBT故障信号处理电路，光纤接收头OPAI的输出端和IGBT故障信号处理电路的输入端连接，IGBT故障信号处理电路的输出端和第十三连接器P13连接，状态反馈板通过第十三连接器P13和母板连接；

功率模块电源板包括第二输入连接模块DC2、功率电源转换模块和第十八连接器P18，第二输入连接模块DC2的输出端和功率电源转换模块的输入端连接，功率电源转换模块的输出端和第十八连接器P18的输入端连接，功率模块电源板通过第十八连接器P18和母板连接；

第十五连接器P15、第一连接器P1、第六连接器P6、第四连接器P4、第十一连接器P11和第十三连接器P13都和第八连接器P8连接。