CN109826715A - 船用lng供气装置电控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了船用LNG供气装置电控系统，涉及LNG供给控制技术领域,包括燃料控制子系统、供气管路子系统、监测子系统、报警子系统、后台监控子系统及CAN总线，燃料控制子系统包括多个中央控制器，每个中央控制器分别与供气管路子系统、监测子系统、报警子系统及后台监控子系统连接，监测子系统与后台监控子系统连接；中央控制器包括第一微处理器、第二微处理器及CAN总线控制器，第一微处理器与第二微处理器连接，且分别通过CAN总线控制器与CAN总线连接，多个中央控制器通过CAN总线互相连接；本发明通过冗余设置的中央控制器对各子系统进行控制并通过多条CAN总线通信，提高了整个系统的稳定性与可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及LNG供给控制技术领域，尤其是涉及船用LNG供气装置电控系统。
背景技术
在船用LNG领域，LNG燃料动力船的市场优为广阔。柴油/LNG双燃料发动机首先被应用于LNG船，从2000年开始被用于其他类型船舶，并随着国际海事界对节能、环保、低碳和减排的要求日渐严格而形成热潮。据统计，到2015年，预计全球新投放的LNG动力船订单将达到500艘，到2020年将增至数千艘。
虽然目前船上机电设备虽然信息化程度有了一定的提高，但是其各集控设备的设计思路仍沿用传统的模式，各子系统的控制基本都是通过一个主控制器进行，若该控制器故障，则整个LNG供气系统都将无法工作。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了船用LNG供气装置电控系统。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
具体的，船用LNG供气装置电控系统，包括燃料控制子系统、供气管路子系统、监测子系统、报警子系统、后台监控子系统及CAN总线，所述燃料控制子系统包括多个中央控制器，每个中央控制器分别与所述供气管路子系统、监测子系统、报警子系统及后台监控子系统连接，监测子系统与后台监控子系统连接；所述中央控制器包括第一微处理器、第二微处理器及CAN总线控制器，所述第一微处理器与第二微处理器连接，第一微处理器及第二微处理器分别通过所述CAN总线控制器与所述CAN总线连接，多个所述中央控制器通过CAN总线互相连接；
所述第一微处理器为主用处理器，所述第二微处理器为备用处理器，当第一微处理器停止工作时，第二微处理器接替第一微处理器进行工作；
所述燃料控制子系统用于获取所述监测子系统采集的数据并控制所述供气管路子系统；
所述供气管路子系统用于LNG燃料的充装控制及为船用发动机输送LNG燃料；
所述监测子系统用于采集船用发动机的运行监测数据；
所述报警子系统用于对船体进行安全监测；
所述后台监控子系统用于获取所述监测子系统采集的运行监测数据并向所述燃料控制子系统发送控制指令。
进一步的，所述供气管路子系统包括汽化器、稳压器、执行器及流量控制阀，所述汽化器的输入端与LNG储液罐的输出端连接，汽化器的输出端与所述稳压器的输入端连接，稳压器的输出端与所述流量控制阀的输入端连接，流量控制阀的输出端与发动机系统连接，所述燃料控制子系统的输出端与所述执行器的输入端连接，执行器用于控制通过流量控制阀的燃料流量。
进一步的，所述CAN总线包括第一CAN总线及第二CAN总线，所述中央控制器包括第一CAN总线控制器及第二CAN总线控制器，所述第一微处理器与所述第一CAN总线控制器及第二CAN总线控制器分别连接，所述第二微处理器与第一CAN总线控制器及第二CAN总线控制器分别连接；所述第一CAN总线控制器与所述第一CAN总线连接，所述第二CAN总线控制器与所述第二CAN总线连接。
进一步的，所述监测子系统包括压力传感器、油门位置传感器、转速传感器及温度传感器，所述压力传感器、油门位置传感器、转速传感器及温度传感器分别与每个所述中央控制器连接。
进一步的，所述报警子系统包括烟雾传感器及可燃气体传感器，所述烟雾传感器及可燃气体传感器分别与每个所述中央控制器连接。
进一步的，所述中央控制器还包括开关量输出电路模块、开关量输入电路模块、模拟量输入电路模块及数据接口电路模块，所述第一微处理器分别与所述开关量输出电路模块、开关量输入电路模块、模拟量输入电路模块及数据接口电路模块连接，所述第二微处理器分别与所述开关量输出电路模块、开关量输入电路模块、模拟量输入电路模块及数据接口电路模块连接。
进一步的，所述系统还包括电源模块，所述电源模块包括主电源、备用电源、热拔插管理模块及冗余电源模块，所述主电源及所述备用电源分别通过所述热拔插管理模块与所述冗余电源模块连接，所述冗余电源模块用于为系统供电。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
通过多个中央控制器对各子系统进行控制，中央控制器为冗余设置，主用处理器故障时，不影响系统的正常运行，且各中央控制器通过多条CAN总线构成冗余网络，保障了各中央控制器之间的数据通信畅通，提高了整个船用LNG供给控制系统的稳定性与可靠性。
附图说明
图1为本发明优选实施例的系统结构示意图；
图2为本发明优选实施例的中央控制器结构示意图；
图3为本发明优选实施例的微处理器连接示意图；
图4为本发明优选实施例的电源模块结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1所示，船用LNG供气装置电控系统，包括燃料控制子系统、供气管路子系统、监测子系统、报警子系统、后台监控子系统及CAN总线，CAN总线包括第一CAN总线及第二CAN总线，燃料控制子系统包括第一中央控制器及第二中央控制器，第一中央控制器及第二中央控制器均与供气管路子系统、监测子系统、报警子系统及后台监控子系统连接，监测子系统还与后台监控子系统连接，第一中央控制器及第二中央控制器通过第一CAN总线及第二CAN总线互相连接。
监测子系统包括压力传感器、油门位置传感器、转速传感器及温度传感器，压力传感器设置在供气管路子系统中，用于监测发动机的进气压力，油门位置传感器用于采集发动机的油门位置数据，转速传感器用于采集发动机的转速数据，温度传感器用于采集发动机的温度数据，第一中央控制器及第二中央控制器均与压力传感器、油门位置传感器、转速传感器及温度传感器连接。
报警子系统包括多个烟雾传感器及可燃气体传感器，烟雾传感器及可燃气体传感器设置在LNG充装管路、LNG储气罐及供气管路上，烟雾传感器及可燃气体传感器均与第一中央控制器及第二中央控制器连接。
后台监控子系统为工控机，后台监控子系统用于获取监测子系统采集的发动机运行监测数据，并通过第一CAN总线及第二CAN总线与第一中央控制器连接，同时通过第一CAN总线及第二CAN总线与第二中央控制器连接，用于向第一中央控制器或第二中央控制器发送控制指令。
供气管路子系统包括汽化器、稳压器、执行器及流量控制阀，发动机系统包括混合器、过滤器、增压器及中冷器，汽化器的输入端与LNG储液罐的输出端连接，汽化器的输出端与稳压器的输入端连接，稳压器的输出端与混合器的输入端通过流量控制阀连接，燃料控制子系统的控制端与执行器的输入端连接，执行器用于控制通过流量控制阀的燃料流量，混合器的输出端与增压器的输入端连接，增压器的输出端与中冷器的输入端连接，中冷器的输出端与船用发动机连接，混合器的进气端与过滤器的输出端连接，过滤器的输入端用于输入空气，供气管路子系统还包括多个用于控制供气管路通断的电磁阀。
第一中央控制器及第二中央控制器均包括第一微处理器、第二微处理器、开关量输出模块、开关量输入模块、模拟量输入模块、数据接口模块、第一CAN总线控制器及第二CAN总线控制器，开关量输出模块为8路开关量输出模块，开关量输入模块为8路开关量输入模块，模拟量输入模块为16路模拟量输入模块，数据接口模块包括RS485接口模块及扩展接口模块，第一微处理器及第二微处理器均通过16路模拟量输入模块接口与压力传感器、温度传感器、烟雾传感器及可燃气体传感器连接，第一微处理器及第二微处理器均通过第一CAN总线及第二CAN总线获取油门位置传感器及转速传感器采集的数据，第一微处理器及第二微处理器均通过8路开关量输出模块与执行器及各电磁阀连接，第一微处理器及第二微处理器通过8路开关量输入模块接收各电磁阀的反馈信号。
如图2所示，第一微处理器及第二微处理器均与8路开关量输出模块、8路开关量输入模块、16路模拟量输入模块、RS485接口模块、扩展接口模块、第一CAN总线控制器及第二CAN总线控制器连接，第一微处理器及第二微处理器通过第一CAN总线控制器与第一CAN总线连接，第一微处理器及第二微处理器通过第二CAN总线控制器与第二CAN总线连接。
本实施例中，第一微处理器及第二微处理器均为TI公司的TMS570LS3137型号处理器，第一微处理器为主用处理器，第二微处理器为备用处理器，如图3所示，第一微处理器与第二微处理器通过IO口互联，两个IO口之间连接有一上拉电阻，当系统处于运行状态时，第一微处理器将IO口电平拉低，第二微处理器与第一微处理器连接的IO口处于输入状态，第一微处理器及第二微处理器同时执行数据采集及运算，第一微处理器根据数据运算结果对各子系统进行相应的控制，此时第二微处理器不对各子系统进行控制，当第一微处理器及第二微处理器的运算结果不同时，第一微处理器及第二微处理器重新对当前数据进行运算；当第一微处理器故障或损坏停止工作时，第二微处理器的IO口在上拉电阻的作用下电平变高，第二微处理器检测检查到IO口电平变高后，立即检测第二微处理器是否能与第一微处理器通信，若不能通信，则第二微处理器接替第一微处理器进行数据处理及系统控制，保证了系统的正常运转。
如图4所示，系统还包括电源模块，电源模块包括主电源、备用电源、热拔插管理模块及冗余电源模块，主电源及备用电源分别通过热拔插管理模块与冗余电源模块连接，冗余电源模块用于为系统供电,本实施例中，主电源为DC24-24V电源模块，备用电源为UPS-24V电源模块，当主电源断电时，备用电源为系统供电，通过热拔插管理模块保证了系统供电的稳定性。
本发明的第一CAN总线及第二CAN总线组成了冗余网络，保证了数据收发的稳定性，当一个网络出现故障时，不影响各系统间的数据传输，第一中央控制器及第二中央控制器组成冗余控制系统，第一中央控制器及第二中央控制器均可接收数据并对各子系统进行控制，实现了控制的冗余，有效提高了电控系统的稳定性。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.船用LNG供气装置电控系统，其特征在于,包括燃料控制子系统、供气管路子系统、监测子系统、报警子系统、后台监控子系统及CAN总线，所述燃料控制子系统包括多个中央控制器，每个中央控制器分别与所述供气管路子系统、监测子系统、报警子系统及后台监控子系统连接，监测子系统与后台监控子系统连接；所述中央控制器包括第一微处理器、第二微处理器及CAN总线控制器，所述第一微处理器与第二微处理器连接，第一微处理器及第二微处理器分别通过所述CAN总线控制器与所述CAN总线连接，多个所述中央控制器通过CAN总线互相连接；
所述第一微处理器为主用处理器，所述第二微处理器为备用处理器，当第一微处理器停止工作时，第二微处理器接替第一微处理器进行工作；
所述燃料控制子系统用于获取所述监测子系统采集的数据并进行数据处理，根据数据处理结果对所述供气管路子系统进行控制；
所述供气管路子系统用于LNG燃料的充装控制及为船用发动机输送LNG燃料；
所述监测子系统用于采集船用发动机的运行监测数据；
所述报警子系统用于对船体进行安全监测；
所述后台监控子系统用于获取所述监测子系统采集的运行监测数据并向所述燃料控制子系统发送控制指令。
2.根据权利要求1所述的船用LNG供气装置电控系统，其特征在于,所述供气管路子系统包括汽化器、稳压器、执行器及流量控制阀，所述汽化器的输入端与LNG储液罐的输出端连接，汽化器的输出端与所述稳压器的输入端连接，稳压器的输出端与所述流量控制阀的输入端连接，流量控制阀的输出端与发动机系统连接，所述燃料控制子系统的输出端与所述执行器的输入端连接，执行器用于控制通过流量控制阀的燃料流量。
3.根据权利要求1所述的船用LNG供气装置电控系统，其特征在于,所述CAN总线包括第一CAN总线及第二CAN总线，所述中央控制器包括第一CAN总线控制器及第二CAN总线控制器，所述第一微处理器与所述第一CAN总线控制器及第二CAN总线控制器分别连接，所述第二微处理器与第一CAN总线控制器及第二CAN总线控制器分别连接；所述第一CAN总线控制器与所述第一CAN总线连接，所述第二CAN总线控制器与所述第二CAN总线连接。
4.根据权利要求1所述的船用LNG供气装置电控系统，其特征在于,所述监测子系统包括压力传感器、油门位置传感器、转速传感器及温度传感器，所述压力传感器、油门位置传感器、转速传感器及温度传感器分别与每个所述中央控制器连接。
5.根据权利要求1所述的船用LNG供气装置电控系统，其特征在于,所述报警子系统包括烟雾传感器及可燃气体传感器，所述烟雾传感器及可燃气体传感器分别与每个所述中央控制器连接。
6.根据权利要求1所述的船用LNG供气装置电控系统，其特征在于,所述中央控制器还包括开关量输出电路模块、开关量输入电路模块、模拟量输入电路模块及数据接口电路模块，所述第一微处理器分别与所述开关量输出电路模块、开关量输入电路模块、模拟量输入电路模块及数据接口电路模块连接，所述第二微处理器分别与所述开关量输出电路模块、开关量输入电路模块、模拟量输入电路模块及数据接口电路模块连接。
7.根据权利要求1所述的船用LNG供气装置电控系统，其特征在于,所述系统还包括电源模块，所述电源模块包括主电源、备用电源、热拔插管理模块及冗余电源模块，所述主电源及所述备用电源分别通过所述热拔插管理模块与所述冗余电源模块连接，所述冗余电源模块用于为系统供电。
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