CN107367980A - 嵌入式分布型可调螺距螺旋桨的螺距控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种嵌入式分布型可调螺距螺旋桨的螺距控制系统及控制方法，系统包括主控单元、备用控制单元、智能I/O模块；智能I/O模块通过CAN总线进行信息传输；系统有随动控制和非随动控制两种模式，分别对可调螺距螺旋桨的螺距进行控制，在随动控制模式下，主控单元工作，备用控制单元处于半休眠状态；当主控单元发生故障，系统进入非随动控制模式，备用控制单元工作，当故障解除，重新进入随动控制模式。本系统采用嵌入式控制技术，引入总线通信方法，通过CAN实现控制器与智能I/O模块的通信要求，简单快捷；嵌入式系统具有体积小、可靠性高的特点，并能适应船上恶劣条件；模块化设计更有利于系统维护与升级，可显著提高整个系统的智能化和可靠性。

Description

嵌入式分布型可调螺距螺旋桨的螺距控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种船用可调螺距螺旋桨的螺距控制系统及控制方法。

背景技术

可调螺距螺旋桨CPP，是通过设置于桨毂中的操纵机构使桨叶能够相对于桨毂转动调节螺距的螺旋桨，它是通过转动桨叶来改变螺距，从而改变船舶航速或正车、倒车等，CPP控制系统发出一系列推力指令控制CPP，形成一个时变的推力系统。

传统CPP控制系统多采用PLC作为主控制器，它作为适应型控制器，虽然能够满足控制系统的基本需求，但是系统固化，布线繁杂，CPP、伺服系统、起动器与本地控制箱分开布置，通讯速度与通讯距离受限较大，系统体积庞大，使得设备间信号线跨度大且连线多，对于复杂的船舶情况，极大的增加了船舶布线难度以及故障发生率。

发明内容

发明目的：针对上述问题，本发明提出一种嵌入式分布型可调螺距螺旋桨的螺距控制系统，同时提供这种控制系统的控制方法，减小整个控制系统的占用空间，优化信号线的布局，提高系统可靠性。

技术方案：一种嵌入式分布型可调螺距螺旋桨的螺距控制系统，包括控制面板、智能I/O模块、手柄、主控模块、螺距反馈模块、控制器、螺距控制电磁阀、按钮；

手柄与主控模块连接，手柄输入螺距设定值给主控模块；

螺距反馈模块连接控制器，主控模块和螺距控制电磁阀分别与控制器连接，螺距反馈模块采集螺距实时值并传递给控制器，控制器再传递给主控模块，主控模块对螺距实时值和螺距设定值进行逻辑判定，发出指令给控制器，触发螺距控制电磁阀打开或者闭合，调节螺距；

按钮与控制器连接，按钮输入螺距设定值给控制器，触发螺距控制电磁阀打开或者闭合，调节螺距；

智能I/O模块连接在控制面板与主控模块之间。

进一步的，手柄、主控模块、螺距反馈模块、控制器、螺距控制电磁阀组成主控单元，控制器、螺距控制电磁阀、按钮组成备用控制单元。

进一步的，当主控单元正常工作时，备用控制单元处于半休眠状态，主控模块掌握螺距控制权；当主控单元发生故障时，主控模块屏蔽手柄信息，备用控制单元工作。

进一步的，本控制系统还包括触摸显示屏，触摸显示屏与控制面板连接，控制面板从主控模块获取系统当前状态数据，通过触摸显示屏查看并操作参数设置，实时监控系统运行状态，触摸显示屏自带虚拟键盘，用于输入各种系统参数，触摸显示屏可以以曲线形式显示输入的信息。

最佳的，主控模块具有Cortex-M4和UCOS两个嵌入式CPU，外部采用双路CANBUS总线，主控模块配置两个电源，双CPU、双总线、双电源设计，提高了系统的容错能力，增强了整个系统的可靠性。

最佳的，本控制系统还包括CAN总线，CAN总线连接在控制面板与智能I/O模块之间、主控模块与智能I/O模块之间，CAN总线采用统一的数据格式，降低了布线成本，增强了系统可靠性。

进一步的，手柄和按钮设置在至少两个操控场所，实现在不同地点进行螺距设定，打破操作地点的单一性，使螺距设置更加方便。

进一步的，手柄和按钮同时设置在集中控制室和驾驶室，包括集控室手柄、驾驶室手柄、集控室按钮、驾驶室按钮。

一种上述的嵌入式分布型可调螺距螺旋桨的螺距控制系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤一：拨动手柄输入螺距设定值给主控模块，螺距反馈模块获取当前螺距实时值；

步骤二：控制器从螺距反馈模块获取螺距实时值，并将螺距实时值传递给主控模块；

步骤三：主控模块根据螺距设定值，发出调节指令给控制器，控制器给螺距控制电磁阀供电，螺距控制电磁阀带动可调螺距螺旋桨旋转，改变螺距实时值；

主控模块实时监控螺距实时值，对螺距实时值和螺距设定值进行比较，当螺距实时值与螺距设定值一致时，主控模块发出停止指令给控制器，控制器停止给螺距控制电磁阀供电，可调螺距螺旋桨停止旋转，完成螺距调节。

进一步的，步骤一中，当螺距设定值无法传递给主控模块时，通过按钮输入螺距设定值直接给控制器，控制器给螺距控制电磁阀供电，螺距控制电磁阀带动可调螺距螺旋桨旋转至螺距最大或螺距最小或零螺距后，控制器停止给螺距控制电磁阀供电，完成螺距调节。

有益效果：与现有技术相比，本发明的优点是：搭建了基于CANBUS的控制网络，满足现场数据传输实时性的要求，又满足总线上大数据传输、易于组网的需求；采用嵌入式控制技术，通过CAN实现主控模块与智能I/O模块的通信要求，进行信息的互相交互，CPP运行状况可以通过触摸屏显现，通过手柄和按钮来实现螺距控制操作，简单快捷；嵌入式系统具有体积小、安装接线方便、便于维修、可靠性高的特点，并能适应船上盐雾、油雾、霉菌、潮湿、高热、振动、冲击、电磁干扰大等恶劣条件；模块化设计更有利于系统维护与升级，可显著提高整个系统的智能化和可靠性；系统内核小，专用性强，布置灵活，并具有高实时性和标准化走向；控制系统分布采集，集中控制，控制响应快速稳定。

附图说明

附图为本发明控制系统的连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

一种嵌入式分布型可调螺距螺旋桨的螺距控制系统，包括主控单元、备用控制单元、控制面板1、智能I/O模块2、触摸显示屏7、CAN总线8，智能I/O模块2包括DI端口、DO端口、AI端口、AO端口，CAN总线8与智能I/O模块2连接，触摸显示屏7与控制面板1连接。

本控制系统有随动控制模式和非随动控制模式两种运行状态，在随动控制模式下，主控单元工作，备用控制单元处于半休眠状态；当主控单元发生故障，控制系统进入非随动控制模式，备用控制单元工作，当主控单元故障解除，备用控制单元回到半休眠状态，控制系统重新回到随动控制模式。

如图所示，手柄、主控模块3、螺距反馈模块4、控制器5、螺距控制电磁阀6组成主控单元，手柄设于集中控制室和驾驶室，分别为集控室手柄9和驾驶室手柄10；手柄用作螺距设定，手柄与主控模块3之间设有电位计，电位计带有齿轮，手柄带动齿轮转动实现电位计信号输出，将螺距设定值传递给主控模块3；螺距反馈模块4负责采集螺距实时值，并将螺距实时值传递给控制器5，主控模块3和螺距控制电磁阀6分别与控制器5连接，控制器5由主控模块3控制工作，主控模块3掌握螺距控制权；主控模块3接收来自控制器5的螺距实时值，并对螺距实时值和螺距设定值进行逻辑判定，发出指令给控制器5，控制器5根据指令给螺距控制电磁阀6供电或者断电，触发螺距控制电磁阀6打开或者闭合，螺距控制电磁阀6控制可调螺距螺旋桨向左或向右旋转，从而调节螺距，当螺距实时值与螺距设定值一致时，螺距控制电磁阀5停止工作，可调螺距螺旋桨的螺距被固定。

控制器5、螺距控制电磁阀6、按钮组成备用控制单元，按钮设于集中控制室和驾驶室，分别为集控室按钮11和驾驶室按钮12；按钮连接在控制器5和控制面板1之间，用作螺距设定，传递螺距设定值给控制器5，在非随动控制模式下，主控模块3屏蔽手柄信息，让出螺距控制权，控制器5接收来自按钮输入的螺距设定值，根据螺距设定值触发螺距控制电磁阀6打开或者闭合，调节螺距，改变CPP运行状态以改变船舶的行驶情况。

主控模块3是主控单元的核心模块，采用Cortex-M4和UCOS两个嵌入式CPU，实现CPU冗余，外部采用双路CANBUS总线技术，实现采集线路冗余，配置两个电源，实现电源冗余，双CPU、双总线、双电源设计，提高了系统的容错能力，增强了整个系统的可靠性。

智能I/O模块2连接在主控模块3与控制面板1之间，通过CAN总线8进行信息传递。控制面板1从主控模块3获取系统当前状态数据，通过触摸显示屏7查看并操作基本的系统设置，实时监控系统运行状态。主控模块3用作数据处理、信号传输、输出控制、信息存储、故障报警，实时分析当前输入信息，当出现非正常状况时，发出报警信号，通过控制面板1反映到触摸显示屏7上。

触摸显示屏7自带虚拟键盘，用于输入各种系统参数，可以以曲线形式显示输入的信息。

上述的嵌入式分布型可调螺距螺旋桨的螺距控制系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤一：拨动手柄输入螺距设定值给主控模块3，螺距反馈模块4获取当前螺距实时值；

步骤二：控制器5从螺距反馈模块4获取螺距实时值，并将螺距实时值传递给主控模块3；

步骤三：主控模块3根据螺距设定值，发出调节指令给控制器5，控制器5给螺距控制电磁阀6供电，螺距控制电磁阀6带动可调螺距螺旋桨旋转，改变螺距实时值；

主控模块3实时监控螺距实时值，对螺距实时值和螺距设定值进行比较，当螺距实时值与螺距设定值一致时，主控模块3发出停止指令给控制器5，控制器5停止给螺距控制电磁阀6供电，可调螺距螺旋桨停止旋转，完成螺距调节；当输入新的螺距设定值，主控模块3重新比较螺距实时值和螺距设定值，并重复上述步骤。

当螺距设定值无法传递给主控模块3时，通过按钮输入螺距设定值直接给控制器5，控制器5给螺距控制电磁阀6供电，螺距控制电磁阀6带动可调螺距螺旋桨旋转至螺距最大或螺距最小或零螺距后，控制器5停止给螺距控制电磁阀6供电，完成螺距调节。

Claims (10)

1.一种嵌入式分布型可调螺距螺旋桨的螺距控制系统，其特征在于：包括控制面板(1)、智能I/O模块(2)、手柄、主控模块(3)、螺距反馈模块(4)、控制器(5)、螺距控制电磁阀(6)、按钮；

手柄与主控模块(3)连接，手柄输入螺距设定值给主控模块(3)；

螺距反馈模块(4)连接控制器(5)，主控模块(3)和螺距控制电磁阀(6)分别与控制器(5)连接，螺距反馈模块(4)采集螺距实时值并传递给控制器(5)，控制器(5)再传递给主控模块(3)，主控模块(3)对螺距实时值和螺距设定值进行逻辑判定，发出指令给控制器(5)，触发螺距控制电磁阀(6)打开或者闭合，调节螺距；

按钮与控制器(5)连接，按钮输入螺距设定值给控制器(5)，触发螺距控制电磁阀(6)打开或者闭合，调节螺距；

智能I/O模块(2)连接在控制面板(1)与主控模块(3)之间。

2.根据权利要求1所述的嵌入式分布型可调螺距螺旋桨的螺距控制系统，其特征在于：手柄、主控模块(3)、螺距反馈模块(4)、控制器(5)、螺距控制电磁阀(6)组成主控制单元，控制器(5)、螺距控制电磁阀(6)、按钮组成备用控制单元。

3.根据权利要求2所述的嵌入式分布型可调螺距螺旋桨的螺距控制系统，其特征在于：当主控制单元正常工作时，备用控制单元处于半休眠状态，主控模块(3)掌握螺距控制权；当主控单元发生故障时，主控模块(3)屏蔽手柄信息，备用控制单元工作。

4.根据权利要求1所述的嵌入式分布型可调螺距螺旋桨的螺距控制系统，其特征在于：还包括触摸显示屏(7)，触摸显示屏(7)与控制面板(1)连接，控制面板(1)从主控模块(3)获取系统当前状态数据，通过触摸显示屏(7)查看并操作参数设置，实时监控系统运行状态。

5.根据权利要求1所述的嵌入式分布型可调螺距螺旋桨的螺距控制系统，其特征在于：主控模块(3)具有Cortex-M4和UCOS两个嵌入式CPU，外部连接双路CANBUS总线，主控模块(3)连接有两个电源。

6.根据权利要求1所述的嵌入式分布型可调螺距螺旋桨的螺距控制系统，其特征在于：还包括CAN总线(8)，CAN总线(8)连接在控制面板(1)与智能I/O模块(2)之间、主控模块(3)与智能I/O模块(2)之间。

7.根据权利要求1所述的嵌入式分布型可调螺距螺旋桨的螺距控制系统，其特征在于：手柄和按钮设置在至少两个操控场所。

8.根据权利要求7所述的嵌入式分布型可调螺距螺旋桨的螺距控制系统，其特征在于：手柄和按钮同时设置在集中控制室和驾驶室，包括集控室手柄(9)、驾驶室手柄(10)、集控室按钮(11)、驾驶室按钮(12)。

9.一种权利要求1-8任一所述的嵌入式分布型可调螺距螺旋桨的螺距控制系统的控制方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：拨动手柄输入螺距设定值给主控模块(3)，螺距反馈模块(4)获取当前螺距实时值；

步骤二：控制器(5)从螺距反馈模块(4)获取螺距实时值，并将螺距实时值传递给主控模块(3)；

步骤三：主控模块(3)根据螺距设定值，发出调节指令给控制器(5)，控制器(5)给螺距控制电磁阀(6)供电，螺距控制电磁阀(6)带动可调螺距螺旋桨旋转，改变螺距实时值；

主控模块(3)实时监控螺距实时值，对螺距实时值和螺距设定值进行比较，当螺距实时值与螺距设定值一致时，主控模块(3)发出停止指令给控制器(5)，控制器(5)停止给螺距控制电磁阀(6)供电，可调螺距螺旋桨停止旋转，完成螺距调节。

10.根据权利要求9所述的嵌入式分布型可调螺距螺旋桨的螺距控制系统的控制方法，其特征在于：步骤一中，当螺距设定值无法传递给主控模块(3)时，通过按钮输入螺距设定值直接给控制器(5)，控制器(5)给螺距控制电磁阀(6)供电，螺距控制电磁阀(6)带动可调螺距螺旋桨旋转至螺距最大或螺距最小或零螺距后，控制器(5)停止给螺距控制电磁阀(6)供电，完成螺距调节。