CN105020045A - 带can总线的控制器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种带CAN总线的控制器,包括核心控制单元、存储单元、电源模块、固定输入接口、可编程输入接口、固定输出接口、可编程继电器输出接口、通信接口、显示模块、按键输入模块，CAN总线接口；核心控制单元通过CAN总线接口连接发动机；通过固定输入接口连接设置在发动机上的燃油液位传感器、转速传感器、机油油温传感器、机油压力传感器和采集水温或缸温的温度传感器；核心控制单元通过可编程输入接口接收外部控制输入；通过固定输出接口连接控制发动机的启动继电器和燃油继电器；通过可编程继电器输出接口有选择的按需连接控制发动机的升速继电器、怠速继电器、降速继电器、得电停机继电器、预热继电器。本发明用于发动机集中自动化控制。

Description

带CAN总线的控制器

技术领域

本发明涉及一种发动机或发电机集中自动化控制器，尤其是一种带CAN总线的控制器。

背景技术

发动机在当今的工业和农业领域被广泛使用。比如柴油发动机常常被用来带动发电机进行发电。无论是在加工制造业的工厂内，还是在一些需要柴油发电机进行应急供电的企事业单位中(比如电信企业的机房),都需要配置发电机(通常由柴油发动机带动)。而现有的发动机大多采用人工值守，在发生断电时，需要人工启动，发动机或发电机无法做到自动化的实时监测、自动开机/停机、数据测量和自动报警等功能。

发动机还可以被用来带动水泵进行灌溉或者排水。在暴雨季节，发动机也需要安排专人值守，遇到雨量过大时，手动开机以进行排水。

现有的发动机自动化程度还不高，带来使用上的不便。同时无法对发动机组进行多台同时监控和同时操作，工作人员只能在一对一地对一台机组进行操作。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种带CAN总线的控制器，用于发动机的集中自动化控制和监控，实现发动机的实现实时监测、控制发动机组的自动开机/停机、数据测量、报警保护等；本控制器实现了多种参数的精密测量，定值调节以及延时、阈值整定等功能，自动化程度高，且可同时控制多台发动机，可广泛应用于各类型发动机组自动化监控系统。本发明采用的技术方案是：

一种带CAN总线的控制器，包括：核心控制单元、存储单元、电源模块、固定输入接口、可编程输入接口、固定输出接口、可编程继电器输出接口、通信接口、显示模块、按键输入模块，以及CAN总线接口；

所述核心控制单元通过CAN总线接口连接发动机；电源模块连接核心控制单元用于供电；核心控制单元分别连接存储单元、显示模块和按键输入模块；存储单元用于存储设置参数；

所述核心控制单元通过固定输入接口连接设置在发动机上的燃油液位传感器、转速传感器、机油油温传感器、机油压力传感器和采集水温或缸温的温度传感器；核心控制单元通过可编程输入接口接收外部控制输入；燃油液位传感器、转速传感器、机油油温传感器、机油压力传感器和温度传感器分别用于采集发动机的燃油液位、转速、机油油温、机油压力、水温或缸温信号；

所述核心控制单元通过固定输出接口连接控制发动机的启动继电器和燃油继电器；核心控制单元通过可编程继电器输出接口有选择的按需连接控制发动机的升速继电器、怠速继电器、降速继电器、得电停机继电器、预热继电器，以及报警部件；

所述核心控制单元通过通信接口连接上位机。

进一步地，

所述外部控制输入包括远程开机输入信号、和/或机油压力传感器上的开关信号、和/或温度传感器上的开关信号、和/或机油油温传感器上的开关信号、和/或升速停止输入信号、和/或降速停止输入信号；

当机油压力传感器检测的机油压力小于开关动作阈值时，机油压力传感器上的开关会向核心控制单元发出一个报警信号；

当温度传感器检测的温度高于开关动作阈值时，温度传感器上的开关会向核心控制单元发出一个报警信号；

当机油油温传感器检测的机油油温高于开关动作阈值时，机油油温传感器上的开关会向核心控制单元发出一个报警信号。

进一步地，

通过按键输入模块或通信接口，进行参数设置并保存在存储单元中，所设置的参数包括：

开机延时、启动次数、预热延时、启动时间、盘车间隔延时时间、安全运行时间、开机怠速延时、升速延时；

冷却延时、停机降速延时、停机怠速延时、得电停机延时、等待停稳延时；

发动机飞轮齿数；

欠速停机阈值、超速停机阈值、高水温停机阈值、低机油压停机阈值、低燃油位告警阈值、高机油温停机阈值、转速信号丢失延时、电池过压告警阈值、电池欠压告警阈值；

以及各可编程继电器输出接口的功能定义设置，各可编程输入接口的功能定义设置，各外接传感器选择；

以及手动自动状态选择，启动成功条件、启动成功转速、启动成功机油压。

进一步地，

当所述控制器处于自动状态时，自动开机过程和自动停机过程如下所述：

自动开机过程：

S11.当远程开机输入信号有效时，进入开机延时；

S12.开机延时结束后，可选的预热继电器输出，进入预热延时；步骤S12根据预热继电器是否被配置可选；

S13.当预热延时结束后，先燃油继电器输出，然后启动继电器输出；如果在启动时间内发动机没有启动成功，燃油继电器和启动继电器停止输出，进入盘车间隔延时时间，然后下一次启动；

S14.在设定的启动次数内，如果发动机没有启动成功，则核心控制单元发出故障报警信息；

S15.在任一次启动时，若启动成功，则进入安全运行时间和开机怠速延时，在此期间内，核心控制单元根据传感器信号判断的欠速报警、超速报警、高温报警、机油压低、燃油位低、机油温高报警信号，以及从可编程输入接口的外部控制输入中的报警信号均无效；

S16.安全运行时间和开机怠速延时结束后，进入可选的升速延时；

S17.当升速延迟结束后，若发动机正常则发动机进入正常运行状态；

自动停机过程：

S21.当远程开机输入信号失效时，开始冷却延时；

S22.冷却延时结束后，开始可选的停机降速延迟；

S23.然后进入停机怠速延时，怠速继电器加电输出；

S24.接着进入得电停机延时，得电停机继电器加电输出,燃油继电器输出断开；

S25.当进入发动机等待停稳延时，自动判断发动机是否停稳；

S26.当发动机停稳后，进入待机状态；若发动机不能停机则控制器报警。

更进一步地，

核心控制单元通过启动成功条件来判断发动机是否启动成功,启动成功条件有三种，单独满足启动成功转速条件，或者单独满足启动成功机油压条件，或同时满足启动成功转速和启动成功机油压条件。

进一步地，

当发动机启动成功后正常运行时，核心控制单元通过传感器信号或通过可编程输入接口接收的外部控制输入中的报警输入信号来进行报警和/或停机控制，具体如下：

通过传感器信号控制：

当发动机转速低于欠速停机阈值，则经过一个欠速故障延迟后，发出欠速报警停机指令；

当发动机转速高于超速停机阈值，则经过一个超速故障延迟后，发出超速报警停机指令；

当检测水温或缸温的温度传感器的温度值大于高温停机阈值时，经过一个高温故障延时，发出高温报警停机指令；

当机油压力传感器的压力值低于低机油压停机阈值时，经过一个油压故障延时，发出机油压低报警停机指令；

当燃油液位传感器的油位值低于低燃油位告警阈值时，经过一个油位故障延时，发出燃油位低报警停机指令；

当机油油温传感器的温度值大于高机油温停机阈值时，经过一个油温故障延时，发出机油温高报警停机指令；

当转速信号丢失时，经过一个转速信号丢失延时，发出转速异常报警停机指令；

通过可编程输入接口接收的外部控制输入中的报警输入信号控制：

当机油压力传感器上的开关给出一个低机油压停机报警输入信号时，发出报警停机指令；

当温度传感器上的开关给出一个温度高停机报警输入信号时，发出报警停机指令；

当机油温传感器上的开关给出一个机油温高停机报警输入信号时，发出报警停机指令。

进一步地，

核心控制单元亦监测供电的电池电压，当电池电压高于电池过压告警阈值或低于电池欠压告警阈值时，发出报警信号。

本发明的优点在于：

1)集中监控和控制，自动化程度高。

2)控制保护功能完善，实现柴油发动机组自动开机/停机、及完善的故障显示与保护等功能。具有得电停机、怠速控制、预热、合闸、升降速控制功能。

3)参数设置功能：允许用户对其参数进行更改设定，同时记忆在内部FLASH存储器内，在系统掉电时也不会丢失，控制器所有参数均可以在面板进行设置。

4)适配多种温度、压力、燃油液位传感器。

5)可同时连接最多八台发动机组，实现对多台发动机组的集中监控和集中控制。

附图说明

图1为本发明的按键与显示面板的示意图。

图2为本发明的电原理与连接框图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

本实施例提供的一种带CAN总线的控制器，如图1和图2所示，包括：核心控制单元、存储单元、电源模块、固定输入接口、可编程输入接口、固定输出接口、可编程继电器输出接口、RS485通信接口、显示模块、按键输入模块，以及CAN总线接口。

图1是按键与显示面板的示意图，按键输入模块和显示模块就设在此面板上。其中显示模块采用LCD屏幕。

按键输入模块包括下述按键：停机/复位键1、启动键2、手动键3、自动键4,、设置/确认键5、退出键6、上翻/增加键7、下翻/减少键8；各按键的功能见按键功能表：

按键功能表

本控制器的内部结构和电路连接参见图2，核心控制单元通过CAN总线接口连接发动机，能够与发动机的ECU通过CAN协议通信；电源模块连接核心控制单元用于供电；核心控制单元分别连接存储单元、显示模块和按键输入模块；存储单元采用FLASH芯片，用于存储设置参数；

所述核心控制单元通过固定输入接口连接设置在发动机上的燃油液位传感器、转速传感器、机油油温传感器、机油压力传感器和采集水温或缸温的温度传感器；核心控制单元通过可编程输入接口接收外部控制输入；燃油液位传感器、转速传感器、机油油温传感器、机油压力传感器和温度传感器分别用于采集发动机的燃油液位、转速、机油油温、机油压力、水温或缸温信号；本例中，机油压力传感器、温度传感器、机油油温传感器还带有开关量输出，见图2中相关传感器上的开关符号。

所述核心控制单元通过固定输出接口连接控制发动机的启动继电器和燃油继电器；核心控制单元通过可编程继电器输出接口有选择的按需连接控制发动机的升速继电器、怠速继电器、降速继电器、得电停机继电器、预热继电器，以及报警部件等；报警部件在本例中可以是按键与显示面板上的LCD屏幕，告警信息和报警停机信息可在LCD屏幕上显示。

所述核心控制单元通过RS485通信接口连接上位机。

本控制器的接线端子如表一所示，需要注意的是，表一中的序号并不代表实际的控制器引脚号，仅仅是一个排序编号。

表一

外部控制输入(可编程输入接口上的)包括远程开机输入信号、和/或机油压力传感器上的开关信号、和/或温度传感器上的开关信号、和/或机油油温传感器上的开关信号、和/或升速停止输入信号、和/或降速停止输入信号等；

远程开机输入信号是一个远端的自动化设备发给本控制器的信号。比如控制器连接的发动机用于带动发电机发电时，则一个检测市电是否正常的设备，当市电突然断了的时候，会发送一个远程开机输入信号给本控制器，本控制器当设置在自动状态时，就可以启动使得发动机带动发电机发电。

外部控制输入还包括其它一些报警输入信号，比如机油压力传感器上的开关信号、和/或温度传感器上的开关信号、和/或机油油温传感器上的开关信号、和/或升速停止输入信号、和/或降速停止输入信号；图2中机油压力传感器、温度传感器和机油油温传感器上均画了对应的开关，当机油压力传感器检测的机油压力小于开关动作阈值时，机油压力传感器上的开关会向核心控制单元发出一个报警信号；当温度传感器检测的温度高于开关动作阈值时，温度传感器上的开关会向核心控制单元发出一个报警信号；当机油油温传感器检测的机油油温高于开关动作阈值时，机油油温传感器上的开关会向核心控制单元发出一个报警信号。发动机升降速执行机构中的限位器会发来升速停止输入信号或降速停止输入信号。在这些额外的外部控制输入的作用下，或者本控制器通过各传感器采集的信号异常的情况下，都可以对发动机做出相应控制。

通过按键输入模块或通过RS485通信接口连接的上位机，可进行参数设置并保存在存储单元中，所设置的参数如表二所示，包括：开机延时、启动次数、预热延时、启动时间、盘车间隔延时时间、安全运行时间、开机怠速延时、升速延时；

冷却延时、停机降速延时、停机怠速延时、得电停机延时、等待停稳延时；

发动机飞轮齿数；(转速传感器为装于发动机机体上检测飞轮齿数的磁性装置，当选择转速传感器时，需确保发动机飞轮齿数与设置值一样，否则可能出现超速停机或欠速停机。)

欠速停机阈值、超速停机阈值、高水温停机阈值、低机油压停机阈值、低燃油位告警阈值、高机油温停机阈值、转速信号丢失延时、电池过压告警阈值、电池欠压告警阈值；

以及各可编程继电器输出接口的功能定义设置，各可编程输入接口的功能定义设置，各外接传感器选择；

以及手动自动状态选择，启动成功条件、启动成功转速、启动成功机油压。

表二

可编程输入接口可定义内容一览表(表三)

可编程继电器输出口可定义内容一览表(表四)

传感器选择表(表五)

通过按键与显示面板上的手动键或自动键，可以设置本控制器的手动或自动状态，即手动开机停机状态或自动开机停机状态。

当所述控制器处于自动状态时，自动开机过程和自动停机过程如下所述：

自动开机过程：

S11.当远程开机输入信号有效时，进入开机延时；LCD屏幕显示“开机延时”倒计时；

S12.开机延时结束后，可选的预热继电器输出(如果预热继电器被配置的话)，进入预热延时；LCD屏幕显示“开机预热延时XX s”；

S13.当预热延时结束后，燃油继电器输出1s，然后启动继电器输出；如果在启动时间内发动机没有启动成功，燃油继电器和启动继电器停止输出，进入盘车间隔延时时间，然后下一次启动；

核心控制单元通过启动成功条件来判断发动机是否启动成功。一旦启动成功则起动机与发动机分离。启动成功条件有三种，单独满足启动成功转速条件，或者单独满足启动成功机油压条件，或同时满足启动成功转速和启动成功机油压条件。

S14.在设定的启动次数内，如果发动机没有启动成功，则核心控制单元发出故障报警信息；控制器“故障”指示灯亮，LCD显示窗显示起动失败报警。

S15.在任一次启动时，若启动成功，则进入安全运行时间和开机怠速延时，在此期间(安全运行时间和开机怠速延时)内，核心控制单元根据传感器信号判断的欠速报警、超速报警、高温报警、机油压低、燃油位低、机油温高报警信号，以及从可编程输入接口的外部控制输入中的报警信号均无效；

S16.安全运行时间和开机怠速延时结束后，进入可选的升速延时(如果升速延时被配置)；

S17.当升速延迟结束后，若发动机正常则控制器“运行正常”指示灯亮，发动机进入正常运行状态；如果发动机出现机油压、转速、水温等不正常，则后续将会详细介绍控制器如何进行报警停机控制。

自动停机过程：

S21.当远程开机输入信号失效时，开始冷却延时；发动机此时往往空转不带负载；

S22.冷却延时结束后，开始可选的停机降速延迟(如果降速延迟被配置)；

S23.然后进入停机怠速延时，怠速继电器加电输出；

S24.接着进入得电停机延时，得电停机继电器加电输出,燃油继电器输出断开；

S25.当进入发动机等待停稳延时，自动判断发动机是否停稳；(可根据转速信号判断)

S26.当发动机停稳后，进入待机状态；若发动机不能停机则控制器报警(如在LCD屏幕显示停机失败警告)。

当所述控制器处于手动状态时，手动开机过程和手动停机过程如下所述：

手动开机过程：按手动键3，控制器进入手动模式，手动模式指示灯亮；按启动键2，则开始启动过程，过程见自动开机步骤S12～S17；发动机运行过程中出现水温高、油压低、超速等情况时，能够有效快速保护停机，详见后续说明。

手动停机过程：按停机键1，可以是正在运行的发动机停机，过程见自动停机步骤S21中的冷却延时开始，至步骤S26。

当发动机启动成功后正常运行时，核心控制单元通过传感器信号或通过可编程输入接口接收的外部控制输入中的报警输入信号来进行报警和/或停机控制，两者中只要有一个方面出现报警停机信号，就会控制发动机停机；具体如下：

通过传感器信号控制：

当发动机转速低于欠速停机阈值，则经过一个欠速故障延迟后，发出欠速报警停机指令；(报警停机指令会发给LCD显示屏显示，以及通过CAN总线发送给发动机的ECU进行停机控制，下同。)

当发动机转速高于超速停机阈值，则经过一个超速故障延迟后，发出超速报警停机指令；

当检测水温或缸温的温度传感器的温度值大于高温停机阈值时，经过一个高温故障延时，发出高温报警停机指令；

当机油压力传感器的压力值低于低机油压停机阈值时，经过一个油压故障延时，发出机油压低报警停机指令；

当燃油液位传感器的油位值低于低燃油位告警阈值时，经过一个油位故障延时，发出燃油位低报警停机指令；

当机油油温传感器的温度值大于高机油温停机阈值时，经过一个油温故障延时，发出机油温高报警停机指令；

当转速信号丢失时，经过一个转速信号丢失延时，发出转速异常报警停机指令；

通过可编程输入接口接收的外部控制输入中的报警输入信号控制：

当机油压力传感器上的开关给出一个低机油压停机报警输入信号时，发出报警停机指令；

当温度传感器上的开关给出一个温度高停机报警输入信号时，发出报警停机指令；

当机油温传感器上的开关给出一个机油温高停机报警输入信号时，发出报警停机指令。

核心控制单元亦监测供电的电池电压，当电池电压高于电池过压告警阈值或低于电池欠压告警阈值时，发出报警信号。

本发明的控制器与发动机通过CAN总线连接，相比于现有的其它一些控制器只能连接单台发动机，本发明的控制器可同时通过CAN总线连接多台发动机，可组网控制，可同时控制1～8台发动机组或发电机组。

Claims (7)

1.一种带CAN总线的控制器，其特征在于，包括：核心控制单元、存储单元、电源模块、固定输入接口、可编程输入接口、固定输出接口、可编程继电器输出接口、通信接口、显示模块、按键输入模块，以及CAN总线接口；

所述核心控制单元通过CAN总线接口连接发动机；电源模块连接核心控制单元用于供电；核心控制单元分别连接存储单元、显示模块和按键输入模块；存储单元用于存储设置参数；

所述核心控制单元通过固定输入接口连接设置在发动机上的燃油液位传感器、转速传感器、机油油温传感器、机油压力传感器和采集水温或缸温的温度传感器；核心控制单元通过可编程输入接口接收外部控制输入；燃油液位传感器、转速传感器、机油油温传感器、机油压力传感器和温度传感器分别用于采集发动机的燃油液位、转速、机油油温、机油压力、水温或缸温信号；

所述核心控制单元通过固定输出接口连接控制发动机的启动继电器和燃油继电器；核心控制单元通过可编程继电器输出接口有选择的按需连接控制发动机的升速继电器、怠速继电器、降速继电器、得电停机继电器、预热继电器，以及报警部件；

所述核心控制单元通过通信接口连接上位机。

2.如权利要求1所述的带CAN总线的控制器，其特征在于：

所述外部控制输入包括远程开机输入信号、和/或机油压力传感器上的开关信号、和/或温度传感器上的开关信号、和/或机油油温传感器上的开关信号、和/或升速停止输入信号、和/或降速停止输入信号；

当机油压力传感器检测的机油压力小于开关动作阈值时，机油压力传感器上的开关会向核心控制单元发出一个报警信号；

当温度传感器检测的温度高于开关动作阈值时，温度传感器上的开关会向核心控制单元发出一个报警信号；

当机油油温传感器检测的机油油温高于开关动作阈值时，机油油温传感器上的开关会向核心控制单元发出一个报警信号。

3.如权利要求2所述的带CAN总线的控制器，其特征在于：

通过按键输入模块或通信接口，进行参数设置并保存在存储单元中，所设置的参数包括：

开机延时、启动次数、预热延时、启动时间、盘车间隔延时时间、安全运行时间、开机怠速延时、升速延时；

冷却延时、停机降速延时、停机怠速延时、得电停机延时、等待停稳延时；

发动机飞轮齿数；

欠速停机阈值、超速停机阈值、高水温停机阈值、低机油压停机阈值、低燃油位告警阈值、高机油温停机阈值、转速信号丢失延时、电池过压告警阈值、电池欠压告警阈值；

以及各可编程继电器输出接口的功能定义设置，各可编程输入接口的功能定义设置，各外接传感器选择；

以及手动自动状态选择，启动成功条件、启动成功转速、启动成功机油压。

4.如权利要求3所述的带CAN总线的控制器，其特征在于：

当所述控制器处于自动状态时，自动开机过程和自动停机过程如下所述：

自动开机过程：

S11.当远程开机输入信号有效时，进入开机延时；

S12.开机延时结束后，可选的预热继电器输出，进入预热延时；步骤S12根据预热继电器是否被配置可选；

S13.当预热延时结束后，先燃油继电器输出，然后启动继电器输出；如果在启动时间内发动机没有启动成功，燃油继电器和启动继电器停止输出，进入盘车间隔延时时间，然后下一次启动；

S14.在设定的启动次数内，如果发动机没有启动成功，则核心控制单元发出故障报警信息；

S15.在任一次启动时，若启动成功，则进入安全运行时间和开机怠速延时，在此期间内，核心控制单元根据传感器信号判断的欠速报警、超速报警、高温报警、机油压低、燃油位低、机油温高报警信号，以及从可编程输入接口的外部控制输入中的报警信号均无效；

S16.安全运行时间和开机怠速延时结束后，进入可选的升速延时；

S17.当升速延迟结束后，若发动机正常则发动机进入正常运行状态；

自动停机过程：

S21.当远程开机输入信号失效时，开始冷却延时；

S22.冷却延时结束后，开始可选的停机降速延迟；

S23.然后进入停机怠速延时，怠速继电器加电输出；

S24.接着进入得电停机延时，得电停机继电器加电输出, 燃油继电器输出断开；

S25.当进入发动机等待停稳延时，自动判断发动机是否停稳；

S26.当发动机停稳后，进入待机状态；若发动机不能停机则控制器报警。

5.如权利要求4所述的带CAN总线的控制器，其特征在于：

核心控制单元通过启动成功条件来判断发动机是否启动成功,启动成功条件有三种，单独满足启动成功转速条件，或者单独满足启动成功机油压条件，或同时满足启动成功转速和启动成功机油压条件。

6.如权利要求4所述的带CAN总线的控制器，其特征在于：

当发动机启动成功后正常运行时，核心控制单元通过传感器信号或通过可编程输入接口接收的外部控制输入中的报警输入信号来进行报警和/或停机控制，具体如下：

通过传感器信号控制：

当发动机转速低于欠速停机阈值，则经过一个欠速故障延迟后，发出欠速报警停机指令；

当发动机转速高于超速停机阈值，则经过一个超速故障延迟后，发出超速报警停机指令；

当检测水温或缸温的温度传感器的温度值大于高温停机阈值时，经过一个高温故障延时，发出高温报警停机指令；

当机油压力传感器的压力值低于低机油压停机阈值时，经过一个油压故障延时，发出机油压低报警停机指令；

当燃油液位传感器的油位值低于低燃油位告警阈值时，经过一个油位故障延时，发出燃油位低报警停机指令；

当机油油温传感器的温度值大于高机油温停机阈值时，经过一个油温故障延时，发出机油温高报警停机指令；

当转速信号丢失时，经过一个转速信号丢失延时，发出转速异常报警停机指令；

通过可编程输入接口接收的外部控制输入中的报警输入信号控制：

当机油压力传感器上的开关给出一个低机油压停机报警输入信号时，发出报警停机指令；

当温度传感器上的开关给出一个温度高停机报警输入信号时，发出报警停机指令；

当机油温传感器上的开关给出一个机油温高停机报警输入信号时，发出报警停机指令。

7.如权利要求4所述的带CAN总线的控制器，其特征在于：

核心控制单元亦监测供电的电池电压，当电池电压高于电池过压告警阈值或低于电池欠压告警阈值时，发出报警信号。