CN106054779A - 船舶机舱柴油机半自动化装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了船舶机舱柴油机半自动化装置，包括机组工况监测显示系统、机组工况监测保护系统，有益效果：本产品所要解决的问题是弥补上述缺陷，在常规柴油机监控仪表的测量显示控制功能的基础上，提供一种多功能全自动高可靠性柴油机监控仪表。通过新颖的设计方法可以提高柴油机运行的安全性和自动化程度，克服主机仪表的损坏和故障，以提供更为安全完整的监控系统。

Description

船舶机舱柴油机半自动化装置

技术领域

本发明涉及自动化装置，具体设计一种船舶机舱柴油机半自动化装置。

背景技术

无人值班机舱是轮机高度自动化的表现。轮机自动化是机舱内各种控制装置的总和，它能部分或绝大部分地代替轮机管理人员，对机舱中的运行参数进行自动控制、监视、显示、记录和报警，以及对主要机器设备进行自动操作。

目前使用的柴油机监控装置，通常是指针仪表和数字显示仪表。数字显示监控仪上能显示转速、水温、油温、油压等情况，并能控制操作和对柴油机实施安全保护。但，仅此而已。

柴油机由于振动、高温、油水污、干扰等各种恶劣多变环境影响，容易引起主机仪表的损坏和故障；并且任有许多报警、保护参数需要测量报警以及故障报警，以提供更为安全完整的监控系统，例如：传感器故障报警、CPU故障报警等；柴油机房的环境对操作人员也是比较恶劣。因此现有的技术需要提供具备上述功能的自动化装置。

发明内容

本发明克服背景技术的不足提供了船舶机舱柴油机半自动化装置。本产品所要解决的问题是弥补上述缺陷，在常规柴油机监控仪表的测量显示控制功能的基础上，提供一种多功能全自动高可靠性柴油机监控仪表。通过新颖的设计方法可以提高柴油机运行的安全性和自动化程度，克服主机仪表的损坏和故障，以提供更为安全完整的监控系统。

本发明提供了下述技术方案：船舶机舱柴油机半自动化装置，包括机组工况监测显示系统、机组工况监测保护系统，所述机组工况监测显示系统含有第一电源单元、第一数据采集单元、第一微电脑数据处理单元、第一信号输出单元、第一显示单元；所述机组工况监测保护系统含有第二电源单元、第二数据采集单元、第二微电脑数据处理单元、第二信号输出单元、第二显示单元；所述第一数据采集单元、第一微电脑数据处理单元、第一信号输出单元、第一显示单元依次连接，所述第二数据采集单元、第二微电脑数据处理单元、第二信号输出单元、第二显示单元依次连接。

所述机组工况监测显示系统设有第一控制单元，所述机组工况监测保护系统设有第二控制单元；所述第一数据采集单元含有报警用转速传感器、报警用温度传感器、报警用压力变送器、K分度热电偶、电压变送器、第一开关量信号端；所述第一微电脑数据处理单元含有第一放大及脉冲整形电路、第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、第四运算放大器、第一光电隔离器、第一A/D转换器、第二A/D转换器、第三A/D转换器、第四A/D转换器、第一隔离驱动器、第一看门狗、第一微电脑控制器、RS485隔离中间继电器、第一D/A转换器、第一光耦隔离器；所述第一信号输出单元含有RS485通讯接口、第一串口输出接口、第一声光报警器、报警项目开关量报警输出接口、模拟量输出接口、启动输出接口；所述第一控制单元含有远程启动按钮、启动按钮、启动电磁阀、第一按钮开关。所述报警用转速传感器、第一放大及脉冲整形电路、第一微电脑控制单元、第一串口输出接口、第一显示单元依次连接；所述报警用温度传感器、第一运算放大器、第一A/D转换器、第一微电脑控制单元依次连接。所述报警用压力变送器、第二运算放大器、第二A/D转换器、第一微电脑控制单元依次连接；所述K分度热电偶、第三运算放大器、第三A/D转换器、第一微电脑控制单元依次连接；所述电压变送器、第四运算放大器、第四A/D转换器、第一微电脑控制单元依次连接。所述第一开关量信号端、第一光电隔离器、第一隔离驱动器、第一微电脑控制单元依次连接；所述第一看门狗与所述第一微电脑控制单元3n连接；所述第一微电脑控制单元、RS485隔离中间继电器、RS485通讯接口依次连接；所述第一微电脑控制单元、第一串口输出接口、第一显示单元依次连接；所述第一隔离驱动器连接所述第一声光报警器、报警项目开关量报警输出接口，所述报警项目开关量报警输出接口连接所述第一控制单元；所述第一按钮开关连接所述第一光耦隔离器，所述第一光耦隔离器连接所述第一微电脑控制单元；所述远程启动按钮、启动按钮连接所述第一微电脑控制单元的启动保护接口，所述启动保护接口、启动输出接口、启动电磁阀依次连接。

所述第二数据采集单元含有停车用转速传感器、停车用压力变送器、第二开关量信号端；所述第二微电脑数据处理单元含有第二放大及脉冲整形电路、第五运算放大器、第二光电隔离器、第二看门狗、第五A/D转换器、第二隔离驱动器、第二微电脑控制器、第二光耦隔离器；所述第二信号输出单元含有第二串口输出接口、第二声光报警器、停车项目开关量报警输出，所述第二控制单元包括远程停机按钮、急停按钮、速度调节旋钮、远程速度调节旋钮、电子调速器、停机电磁阀、第二按钮开关、故障开关量；所述停车用转速传感器、第二放大及脉冲整形电路、第二微电脑控制单元依次连接；所述停车用压力变送器、第五运算放大器、第五A/D转换器、第二微电脑控制单元依次连接；所述第二开关量信号端、第二光电隔离器、第二隔离驱动器、第二微电脑控制单元依次连接。

本发明的有益效果：柴油机工况全数字显示，集测量、控制和机组工况监控于一体；压力、温度等热工量为模拟量测量，提供多级保护功能；微电脑多参数综合反馈直接数字控制（MFDDC），硬件“看门狗”，工作可靠；自启动功能； 耐振动、潮湿、盐雾和高低温；抗干扰性强；RS485串行通讯口；安装使用方便；性能价格比高。

该仪表是由微型计算机控制的全自动柴油发电机电子测控系统。整个系统包括三个系统：机组工况监测和显示系统机组工况监测保护系统以及控制系统。

微电脑数据处理单元，口令保护，可现场设置参数，实时可靠多参数测量保护，信号输出单元包括RS485输出、远程显示控制输出等，显示单元多级保护功能。

系统数据大，AD数据处理采用取多值和取平均值的方法，保证数据的平顺性。另，在软件处理时，全部的数据需扫描数个系统周期。保证系统的高效、稳定运行。

电源电路单元。整流处理电路，防止直流电源反接。微控制系统电源与输入电源隔离。保证系统的工作不受外部电源的影响。电源输入电压DC24V-25%+30%，保证电源电压在一定波动范围内正常工作，同时具备过载、过流保护。选择滤波器对输入电压滤波处理，隔离干扰源。

因此，本产品所要解决的问题是弥补上述缺陷，在常规柴油机监控仪表的测量显示控制功能的基础上，提供一种多功能全自动高可靠性柴油机监控仪表。通过新颖的设计方法可以提高柴油机运行的安全性和自动化程度，克服主机仪表的损坏和故障，以提供更为安全完整的监控系统。

附图说明

图1是所述机组工况监测显示系统的结构示意图。

图2是所述机组工况监测保护系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图与具体实施例对本发明作进一步描述。

图1、2中：第一电源单元1、第一数据采集单元2、报警用转速传感器2a、报警用温度传感器2b、报警用压力变送器2c、K分度热电偶2d、电压变送器2e、第一开关量信号端2f、第一微电脑数据处理单元3、第一放大及脉冲整形电路3a、第一运算放大器3b、第二运算放大器3c、第三运算放大器3d、第四运算放大器3e、第一光电隔离器3f、第一A/D转换器3g、第二A/D转换器3h、第三A/D转换器3i、第四A/D转换器3j、第一隔离驱动器3k、第一看门狗3m、第一微电脑控制器3n、RS485隔离中间继电器3p、第一D/A转换器3q、第一光耦隔离器3r、第一信号输出单元4、RS485通讯接口4a、第一串口输出接口4b、第一声光报警器4c、报警项目开关量报警输出接口4d、模拟量输出接口4e、启动输出接口4f、第一显示单元5、第二电源单元6、第二数据采集单元7、第二微电脑数据处理单元8、第二信号输出单元9、第二显示单元10、第一控制单元11、远程启动按钮11a、启动按钮11b、启动电磁阀11c、第一按钮开关11d、第二控制单元12、包括远程停机按钮12a、急停按钮12b、速度调节旋钮12c、远程速度调节旋钮12d、电子调速器12e、停机电磁阀12f、第二按钮开关12g、故障开关量12h。

船舶机舱柴油机半自动化装置，包括机组工况监测显示系统，即报警系统、机组工况监测保护系统，即安全系统。所述机组工况监测显示系统含有第一电源单元1，第一电源单元1具备滤波、开关隔离。第一数据采集单元2、第一微电脑数据处理单元3，第一微电脑数据处理单元3具备口令保护，可现场设置参数，实施可靠多参数测量保护。第一信号输出单元4，包括RS485输出、远程显示控制输出。第一显示单元5。所述机组工况监测保护系统含有第二电源单元6、第二数据采集单元7、第二微电脑数据处理单元8、第二信号输出单元9、第二显示单元10。所述第一数据采集单元2、第一微电脑数据处理单元3、第一信号输出单元4、第一显示单元5依次连接，所述第二数据采集单元7、第二微电脑数据处理单元8、第二信号输出单元9、第二显示单元10依次连接。

所述机组工况监测显示系统设有第一控制单元11，所述机组工况监测保护系统设有第二控制单元12；所述第一数据采集单元2含有报警用转速传感器2a、报警用温度传感器2b、报警用压力变送器2c、K分度热电偶2d、电压变送器2e、第一开关量信号端2f；所述第一微电脑数据处理单元3含有第一放大及脉冲整形电路3a、第一运算放大器3b、第二运算放大器3c、第三运算放大器3d、第四运算放大器3e、第一光电隔离器3f、第一A/D转换器3g、第二A/D转换器3h、第三A/D转换器3i、第四A/D转换器3j、第一隔离驱动器3k、第一看门狗3m、第一微电脑控制器3n、RS485隔离中间继电器3p、第一D/A转换器3q、第一光耦隔离器3r；所述第一信号输出单元4含有RS485通讯接口4a、第一串口输出接口4b、第一声光报警器4c、报警项目开关量报警输出接口4d、模拟量输出接口4e、启动输出接口4f；所述第一控制单元11含有远程启动按钮11a、启动按钮11b、启动电磁阀11c、第一按钮开关11d；所述报警用转速传感器2a、第一放大及脉冲整形电路3a、第一微电脑控制单元3n、第一串口输出接口4b、第一显示单元5依次连接；所述报警用温度传感器2b、第一运算放大器3b、第一A/D转换器3g、第一微电脑控制单元3n依次连接；所述报警用压力变送器2c、第二运算放大器3c、第二A/D转换器3h、第一微电脑控制单元3n依次连接；所述K分度热电偶2d、第三运算放大器3d、第三A/D转换器3i、第一微电脑控制单元3n依次连接；所述电压变送器2e、第四运算放大器3e、第四A/D转换器3j、第一微电脑控制单元3n依次连接；所述第一开关量信号端2f、第一光电隔离器3f、第一隔离驱动器3k、第一微电脑控制单元3n依次连接；所述第一看门狗3m与所述第一微电脑控制单元3n连接；所述第一微电脑控制单元3n、RS485隔离中间继电器3p、RS485通讯接口4a依次连接；所述第一微电脑控制单元3n、第一串口输出接口4b、第一显示单元5依次连接；所述第一隔离驱动器3k连接所述第一声光报警器4c、报警项目开关量报警输出接口4d，所述报警项目开关量报警输出接口4d连接所述第一控制单元11；所述第一按钮开关11d连接所述第一光耦隔离器3r，所述第一光耦隔离器3r连接所述第一微电脑控制单元3n；所述远程启动按钮11a、启动按钮11b连接所述第一微电脑控制单元3n的启动保护接口，所述启动保护接口、启动输出接口4f、启动电磁阀11c依次连接。

所述第二数据采集单元7含有停车用转速传感器7a、停车用压力变送器7b、第二开关量信号端7c；所述第二微电脑数据处理单元8含有第二放大及脉冲整形电路8a、第五运算放大器8b、第二光电隔离器8c、第二看门狗8d、第五A/D转换器8e、第二隔离驱动器8f、第二微电脑控制器8g、第二光耦隔离器8h；所述第二信号输出单元9含有第二串口输出接口9a、第二声光报警器9b、停车项目开关量报警输出9c，所述第二控制单元12包括远程停机按钮12a、急停按钮12b、速度调节旋钮12c、远程速度调节旋钮12d、电子调速器12e、停机电磁阀12f、第二按钮开关12g、故障开关量12h；所述停车用转速传感器7a、第二放大及脉冲整形电路8a、第二微电脑控制单元8g依次连接；所述停车用压力变送器7b、第五运算放大器8b、第五A/D转换器8e、第二微电脑控制单元8g依次连接；所述第二开关量信号端7c、第二光电隔离器8c、第二隔离驱动器8f、第二微电脑控制单元8g依次连接。

本产品特点：报警控制系统电源与安全系统电源独立。可以保证各系统的独立工作。即使一系统出现故障，不影响另一系统的工作，提高整个监控系统的安全性。选择电源输入电压DC24V-25%+30%保证电源电压有一定波动时正常工作。选择滤波器对输入电压滤波处理，隔离干扰源。参见附图。

数据采集输入单元。数据采集输入单元是由传感器组模拟量和部分开关量组成。传感器组包括：转速传感器（磁阻脉冲式转速传感器）、温度传感器，铜\铂电阻Cu50\Pt100传感器、压力变送器，二线制压力变送器4-20mA、K分度热电偶、电压变送器等。传感器输出信号可以是频率信号、电阻信号、电压信号、电流信号，并将这些信号通过双层屏蔽的铠装电缆送至监控仪表数据处理单元。开关量经过光耦隔离滤波处理单元和隔离加驱动数据缓冲单元输出至数据处理单元。传感器组单元具有自动检测智能判断、软件自动/手动校零、断线报警、线路故障报警等功能。参见附图。

数据处理单元。转速信号经转速传感器提取信号经放大及脉冲整形后输入单片机处理器；其余模拟参数由相应的传感器取得物理信号转换成模拟信号，再经放大单元后进入A/D转换单元转换成单片机微控制系统可以处理的数字信号；特别是4-20mA信号，在进行AD处理时采用电阻取得电势差，经过运放芯片后至AD转换芯片，有效的防止外部信号问题传感器线缆短接、变送器故障。造成的不可逆转的故障线路板烧毁等严重故障，所有至AD芯片的模拟量均加入电压钳制，进一步提高保证系统安全性、稳定性。开关信号直接经光电隔离单元和隔离加驱动数据缓冲单元后输入单片机处理系统。输入信号经单片机微处理系统后将编辑处理后将信号送至信号输出单元和显示单元。单片机外围电路设计，包括硬件看门狗复位电路单元，隔离加驱动数据缓冲单元，输入电源稳压滤波电路单元等。操作人员要凭口令进入数据处理单元后，才可以现场设定数据。参见附图。

信号输出单元。由微处理器引脚直接输出和继电器组输出组成，接执行器、报警器等执行装置。数据可通过RS485通讯接口提供给公共机电脑和远程显示控制仪表，供集控室和驾控台远程观察控制柴油机的运行。参见附图。

显示单元。将需显示的参数经单片机引脚串行传输或RS485通讯方式输出至显示单元。显示单元采用共阳LED数码管或者LCD液晶显示。串行传输方式显示时，驱动串入／并出高速转换器，该移位寄存器具有使用简单、功耗低、驱动能力强和控制灵活等优点，保证远程显示器可以50m处正常工作；为防止脉冲歧变，在输入口增加整形电路。RS485方式传输中，可增加RS485光隔离中间继电器，通过采用中继器，连接模块数量增多，网络跨度增大，可断开干扰源、抑制对整个485网络的干扰，保证通讯的可靠性。该仪表可对柴油机的各参数报警点、故障报警点、停车项，电源指示，控制指示等状态直观显示，方便工作人员的观察判断和控制。参见附图。

测量报警系统：检测并显示柴油机的转速、压力、温度、电瓶电压和排气温度，累计并显示工作时间等参数。并根据用户设定，对以上所测参数实行适时监测，参数越限时，发出声光报警及远传报警等信号，具有二次声光报警功能。外部无源报警信号、传感器断线报警、安全系统故障无源报警信号以及控制系统故障报警信号由报警系统处理发出相应报警指示。参见附图。

安全保护系统：适时监测柴油机转速，当参数超过停机值，则发出故障降负荷/停机信号。安全系统保护紧急停机时，紧急停机、一般停机同时动作。参见附图。

在机组运行期间，如果某个参数,如转速、滑油温度、滑油压力、冷却水温度、报警系统电源电压、排气温度越限，则控制箱将发出声光报警信号，同时越限参数所对应的数字显示窗口闪烁，指示是该参数越限。按“消音”按钮后，声报警消失，光报警信号转为平光指示，该参数人工排除故障后，一直保持到达到正常为止。对于一些具有停车保护功能的参数,转速、滑油压力、冷却水温度,当转速、滑油压力等某一个参数达到停车整定值时，控制屏自动发出信号控制柴油机的紧急停车，同时发出声光报警信号。这时声报警信号可按“消音”按钮消除。但光报警信号具有记忆作用，它要一直保持到值班人员排除故障，按"复位"按钮后才消失。

Claims (2)

1.船舶机舱柴油机半自动化装置，包括机组工况监测显示系统、机组工况监测保护系统，其特征在于，所述机组工况监测显示系统含有第一电源单元（1）、第一数据采集单元（2）、第一微电脑数据处理单元（3）、第一信号输出单元（4）、第一显示单元（5）；所述机组工况监测保护系统含有第二电源单元（6）、第二数据采集单元（7）、第二微电脑数据处理单元（8）、第二信号输出单元（9）、第二显示单元（10）；所述第一数据采集单元（2）、第一微电脑数据处理单元（3）、第一信号输出单元（4）、第一显示单元（5）依次连接，所述第二数据采集单元（7）、第二微电脑数据处理单元（8）、第二信号输出单元（9）、第二显示单元（10）依次连接。

2.根据权利要求1所述的船舶机舱柴油机半自动化装置，其特征在于，所述机组工况监测显示系统设有第一控制单元（11），所述机组工况监测保护系统设有第二控制单元（12）；所述第一数据采集单元（2）含有报警用转速传感器（2a）、报警用温度传感器（2b）、报警用压力变送器（2c）、K分度热电偶（2d）、电压变送器（2e）、第一开关量信号端（2f）；所述第一微电脑数据处理单元（3）含有第一放大及脉冲整形电路（3a）、第一运算放大器（3b）、第二运算放大器（3c）、第三运算放大器（3d）、第四运算放大器（3e）、第一光电隔离器（3f）、第一A/D转换器（3g）、第二A/D转换器（3h）、第三A/D转换器（3i）、第四A/D转换器（3j）、第一隔离驱动器（3k）、第一看门狗（3m）、第一微电脑控制器（3n）、RS485隔离中间继电器（3p）、第一D/A转换器（3q）、第一光耦隔离器（3r）；所述第一信号输出单元（4）含有RS485通讯接口（4a）、第一串口输出接口（4b）、第一声光报警器（4c）、报警项目开关量报警输出接口（4d）、模拟量输出接口（4e）、启动输出接口（4f）；所述第一控制单元（11）含有远程启动按钮（11a）、启动按钮（11b）、启动电磁阀（11c）、第一按钮开关（11d）；所述报警用转速传感器（2a）、第一放大及脉冲整形电路（3a）、第一微电脑控制单元（3n）、第一串口输出接口（4b）、第一显示单元（5）依次连接；所述报警用温度传感器（2b）、第一运算放大器（3b）、第一A/D转换器（3g）、第一微电脑控制单元（3n）依次连接；所述报警用压力变送器（2c）、第二运算放大器（3c）、第二A/D转换器（3h）、第一微电脑控制单元（3n）依次连接；所述K分度热电偶（2d）、第三运算放大器（3d）、第三A/D转换器（3i）、第一微电脑控制单元（3n）依次连接；所述电压变送器（2e）、第四运算放大器（3e）、第四A/D转换器（3j）、第一微电脑控制单元（3n）依次连接；所述第一开关量信号端（2f）、第一光电隔离器（3f）、第一隔离驱动器（3k）、第一微电脑控制单元（3n）依次连接；所述第一看门狗（3m）与所述第一微电脑控制单元（3n）连接；所述第一微电脑控制单元（3n）、RS485隔离中间继电器（3p）、RS485通讯接口（4a）依次连接；所述第一微电脑控制单元（3n）、第一串口输出接口（4b）、第一显示单元（5）依次连接；所述第一隔离驱动器（3k）连接所述第一声光报警器（4c）、报警项目开关量报警输出接口（4d），所述报警项目开关量报警输出接口（4d）连接所述第一控制单元（11）；所述第一按钮开关（11d）连接所述第一光耦隔离器（3r），所述第一光耦隔离器（3r）连接所述第一微电脑控制单元（3n）；所述远程启动按钮（11a）、启动按钮（11b）连接所述第一微电脑控制单元（3n）的启动保护接口，所述启动保护接口、启动输出接口（4f）、启动电磁阀（11c）依次连接；

所述第二数据采集单元（7）含有停车用转速传感器（7a）、停车用压力变送器（7b）、第二开关量信号端（7c）；所述第二微电脑数据处理单元（8）含有第二放大及脉冲整形电路（8a）、第五运算放大器（8b）、第二光电隔离器（8c）、第二看门狗（8d）、第五A/D转换器（8e）、第二隔离驱动器（8f）、第二微电脑控制器（8g）、第二光耦隔离器（8h）；所述第二信号输出单元（9）含有第二串口输出接口（9a）、第二声光报警器（9b）、停车项目开关量报警输出（9c），所述第二控制单元（12）包括远程停机按钮（12a）、急停按钮（12b）、速度调节旋钮（12c）、远程速度调节旋钮（12d）、电子调速器（12e）、停机电磁阀（12f）、第二按钮开关（12g）、故障开关量（12h）；所述停车用转速传感器（7a）、第二放大及脉冲整形电路（8a）、第二微电脑控制单元（8g）依次连接；所述停车用压力变送器（7b）、第五运算放大器（8b）、第五A/D转换器（8e）、第二微电脑控制单元（8g）依次连接；所述第二开关量信号端（7c）、第二光电隔离器（8c）、第二隔离驱动器（8f）、第二微电脑控制单元（8g）依次连接。