CN113050408A - 一种船舶柴油机冗余控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种船舶柴油机冗余控制系统，涉及船舶电子控制系统，解决了目前的船舶冗余控制系统可靠性低的技术问题。包括主冗余控制单元和备冗余控制单元；所述主冗余控制单元和备冗余控制单元均与柴油机燃油系统连接，且所述主冗余控制单元和备冗余控制单元均能独立的对柴油机燃油系统进行控制；所述主冗余控制单元通过并行设置的CAN1总线和CAN2总线与备冗余控制单元通讯连接。本发明控制灵活可靠、系统切换实时、响应快，并且能在不停机状态下自动或手动切换。
Description
技术领域
本发明涉及船舶电子控制系统，更具体地说，它涉及一种船舶柴油机冗余控制系统。
背景技术
传统的船舶柴油机控制系统仅有一套，该套系统包括ECU、电子油门、各类传感器等，如果该套控制系统严重失效后，柴油机将不能进行工作，无动力输出，船舶会失去动力，影响船舶的安全性。基于此，本领域的技术人员设计了冗余控制系统。即增设一个备用ECU，通过连接器将主ECU和备用ECU连接。当主ECU故障时，即刻切换到备用ECU，使柴油机继续工作，避免船舶失去动力。连接器一般使用机旁安保PLC或切换盒子作为中介进行冗余系统的切换。但目前的冗余控制系统智能实现ECU的冗余，若传感器、电子油门等部件出现故障，同样会影响到柴油机的正常运作。此外，切换盒子大多使用的继电器实现ECU的切换。但其存在时间延迟，影响发动机的稳定性。而且，不管是通过PLC连接，还是通过切换盒子连接，其都共同存在一个缺点，如果机旁安保PLC、切换盒子出故障则不能进行冗余系统的切换，发动机无法正常运行。总的来说，目前的船舶柴油机冗余控制系统普遍存在着可靠性低的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种船舶柴油机冗余控制系统，解决了目前的船舶冗余控制系统可靠性低的问题。
本发明的技术方案是在于：一种船舶柴油机冗余控制系统，包括主冗余控制单元和备冗余控制单元；所述主冗余控制单元和备冗余控制单元均与柴油机燃油系统连接，且所述主冗余控制单元和备冗余控制单元均能独立地对柴油机燃油系统进行控制；所述主冗余控制单元通过并行设置的CAN1总线和CAN2总线，采集备冗余控制单元的控制信息，且所述主冗余控制单元能根据所述备冗余控制单元的控制信息对柴油机燃油系统进行控制；所述备冗余控制单元通过并行设置的CAN1总线和CAN2总线，采集主冗余控制单元的控制信息，且所述备冗余控制单元能根据所述主冗余控制单元的控制信息对柴油机燃油系统进行控制。
作进一步的改进，所述主冗余控制单元中设有用于采集柴油机转速的转速冗余传感器组A。
进一步的，所述备冗余控制单元中设有用于采集柴油机转速的转速冗余传感器组B。
更进一步的，所述冗余控制系统还包括两路电子油门；两路所述电子油门均与主冗余控制单元和备冗余控制单元连接。
更进一步的，其中一路所述电子油门的输出电压为0.35V-1.8V；另一路所述电子油门的输出电压为0.7V-3.6V。
更进一步的，所述CAN1总线的使用优先权高于CAN2总线的使用优先权。
更进一步的，所述主冗余控制单元通过CAN1总线或CAN2总线接收备冗余控制单元采集到的柴油机工况信息，所述主冗余控制单元将其采集到的柴油机工况信息与备冗余控制单元采集到的柴油机工况信息进行对比，以监测冗余控制单元是否存在故障。
有益效果
本发明的优点在于：通过两个独立设置的冗余控制单元，使得冗余控制系统能在任何一个冗余控制单元故障的情况下均能独立的对柴油机进行控制。并且两个冗余控制单元通过CAN进行连接，使得两个冗余控制单元能实现信息互通，大大的提高了冗余控制系统的灵活性和可靠性。此外，CAN设置有独立的两组线，这样不仅避免了现有技术中需通过连接器处理后再切换主备ECU的问题，还能保证在任一CAN线路故障的情况下，通过另一CAN实现两个冗余控制单元的通讯，进一步提高了冗余系统的可靠。
附图说明
图1为本发明所述的冗余控制系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步的描述，但不构成对本发明的任何限制，任何人在本发明权利要求范围所做的有限次的修改，仍在本发明的权利要求范围内。
参阅图1，本发明的一种船舶柴油机冗余控制系统，包括主冗余控制单元和备冗余控制单元。主冗余控制单元和备冗余控制单元均与柴油机燃油系统连接，且主冗余控制单元和备冗余控制单元均能独立的对柴油机燃油系统进行控制。主冗余控制单元通过并行设置的CAN1总线和CAN2总线，采集备冗余控制单元的控制信息，且主冗余控制单元能根据备冗余控制单元的控制信息对柴油机燃油系统进行控制。备冗余控制单元通过并行设置的CAN1总线和CAN2总线，采集主冗余控制单元的控制信息，且备冗余控制单元能根据主冗余控制单元的控制信息对柴油机燃油系统进行控制。其中，主冗余控制单元中设有用于采集柴油机转速的转速冗余传感器组A。备冗余控制单元中设有用于采集柴油机转速的转速冗余传感器组B。
优选的，CAN1总线的使用优先权高于CAN2总线的使用优先权，避免两个CAN同时使用造成通讯的混乱。
通过两个独立设置的冗余控制单元，使得冗余控制系统能在任何一个冗余控制单元故障的情况下均能独立的对柴油机进行控制。并且两个冗余控制单元还通过CAN进行连接，使得两个冗余控制单元能实现信息互通，大大的提高了冗余控制系统的灵活性和可靠性。此外，CAN设置有独立的两组线，这样不仅避免了现有技术中需通过连接器处理后再切换主备ECU的问题，还能保证在任一CAN线路故障的情况下，通过另一CAN实现两个冗余控制单元的通讯，进一步提高了冗余系统的可靠性。此外，通过CAN实现两个冗余控制单元连接的好处还在于CAN通讯的实时、响应快，同时也能使两个冗余控制单元可以在不停机状态下自动/手动切换。
本实施例的主冗余控制单元包括主ECU、机油温度传感器A、增压压力传感器A、机油压力传感器A、燃油温度传感器A、水温传感器A以及转速冗余传感器组A。其中，转速冗余传感器组A包括曲轴转速传感器A和凸轮轴传感器A。主冗余控制单元的控制信息为传感器组A采集到的发动机工况信息。
备冗余控制单元包括备ECU、机油温度传感器B、增压压力传感器B、机油压力传感器B、燃油温度传感器B、水温传感器B以及转速冗余传感器组B。其中，转速冗余传感器组B包括曲轴转速传感器B和凸轮轴传感器B。备冗余控制单元的控制信息为传感器组B采集到的发动机工况信息。
为了更方便的进行说明，本实施例将主备冗余控制单元中的机油温度传感器、增压压力传感器、机油压力传感器、燃油温度传感器、水温传感器、转速冗余传感器组、曲轴转速传感器和凸轮轴传感器，分别统称为传感器组A和传感器组B。
主ECU接收传感器组A的信号，备ECU接收传感器组B的信号。当冗余控制系统正常工作时，主ECU采集传感器组A的数据，控制柴油机工作；备ECU采集传感器组B的数据，但处于待命状态。若主ECU故障但能通讯时，优先通过CAN1总线通讯传给备ECU。如CAN1总线通讯不上，则通过CAN2总线进行通讯，使备ECU按主ECU最终的运行工况进行工作。如主ECU故障且无法通讯时，即备ECU接收不到主ECU的通讯信息，则直接切换为备ECU工作。一般来说，由于不同的传感器采集到的数据会有误差，因此，在主ECU故障但能通讯时，备ECU按主ECU最终的运行工况进行工作，能确保柴油机在ECU切换的过程中工作稳定，不会因突然切换ECU导致柴油机工况突变而影响船舶运行的问题。
两组转速冗余传感器组的曲轴转速传感器和凸轮轴传感器是都具备采集转速的功能，因此形成转速冗余采集单元。当曲轴传感器故障，仅采集凸轮轴传感器的输出，也能使柴油机正常工作；当凸轮轴传感器故障，仅采集曲轴传感器的输出，同样能使柴油机正常工作。而两个冗余控制单元均设置了转速冗余传感器组，从而形成了转速双冗余采集单元。即主ECU和备ECU均能通过CAN间接的对不与ECU直接连接的转速冗余传感器组的输出数据进行采集。即在冗余控制系统工作的过程中，如主ECU工作，而曲轴转速传感器A和凸轮轴传感器A均出现故障，则通过CAN1总线或CAN2总线通讯，主ECU接收备ECU采集到的转速信号，实现对柴油机的控制，无需对主备ECU进行切换。而备ECU工作时，但转速冗余传感器组B故障，同样的能采集到转速冗余传感器组A的输出数据，从而有效的提高了对柴油机转速监控控制的可靠性。
冗余控制系统还包括两路电子油门。两路电子油门均与主冗余控制单元和备冗余控制单元连接，且两路电子油门的输出电压范围不相同。其中一路电子油门的输出电压为0.35V-1.8V；另一路电子油门的输出电压为0.7V-3.6V。主冗余控制单元可通过任一路电子油门控制柴油机燃油系统的供油量，备冗余控制单元可通过任一路电子油门控制柴油机燃油系统的供油量。这样的设置使得两路油门作具有冗余功能，当其中一路有故障，使用另外一路也可以控制柴油机。
本实施例的主冗余控制单元通过CAN1总线或CAN2总线接收备冗余控制单元采集到的柴油机工况信息，主冗余控制单元将其采集到的柴油机工况信息与备冗余控制单元采集到的柴油机工况信息进行对比，以监测冗余控制单元是否存在故障。即主ECU采集传感器组A的参数，同时通过CAN1总线/CAN2总线，接收备ECU采集到的参数进行比较。如参数出现不一致的情况，则输故障信息。主ECU可以使用传感器组A的信息，也可以通过CAN通讯，使用传感器组B的信息。同样的，备ECU可以使用传感器组B的信息，也可以通过CAN通讯，使用传感器组A的信息。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。
Claims (7)
1.一种船舶柴油机冗余控制系统，其特征在于，包括主冗余控制单元和备冗余控制单元；所述主冗余控制单元和备冗余控制单元均与柴油机燃油系统连接，且所述主冗余控制单元和备冗余控制单元均能独立地对柴油机燃油系统进行控制；所述主冗余控制单元通过并行设置的CAN1总线和CAN2总线，采集备冗余控制单元的控制信息，且所述主冗余控制单元能根据所述备冗余控制单元的控制信息对柴油机燃油系统进行控制；所述备冗余控制单元通过并行设置的CAN1总线和CAN2总线，采集主冗余控制单元的控制信息，且所述备冗余控制单元能根据所述主冗余控制单元的控制信息对柴油机燃油系统进行控制。
2.根据权利要求1所述的一种船舶柴油机冗余控制系统，其特征在于，所述主冗余控制单元中设有用于采集柴油机转速的转速冗余传感器组A。
3.根据权利要求1所述的一种船舶柴油机冗余控制系统，其特征在于，所述备冗余控制单元中设有用于采集柴油机转速的转速冗余传感器组B。
4.根据权利要求1所述的一种船舶柴油机冗余控制系统，其特征在于，所述冗余控制系统还包括两路电子油门；两路所述电子油门均与主冗余控制单元和备冗余控制单元连接。
5.根据权利要求4所述的一种船舶柴油机冗余控制系统，其特征在于，其中一路所述电子油门的输出电压为0.35V-1.8V；另一路所述电子油门的输出电压为0.7V-3.6V。
6.根据权利要求1所述的一种船舶柴油机冗余控制系统，其特征在于，所述CAN1总线的使用优先权高于CAN2总线的使用优先权。
7.根据权利要求1所述的一种船舶柴油机冗余控制系统，其特征在于，所述主冗余控制单元通过CAN1总线或CAN2总线接收备冗余控制单元采集到的柴油机工况信息，所述主冗余控制单元将其采集到的柴油机工况信息与备冗余控制单元采集到的柴油机工况信息进行对比，以监测冗余控制单元是否存在故障。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20230103 Address after: No.88 Tianqiao West Road, Yulin City, Guangxi Zhuang Autonomous Region Applicant after: Guangxi Yuchai Ship Electric Power Co.,Ltd. Address before: No.88 Tianqiao West Road, Yulin City, Guangxi Zhuang Autonomous Region Applicant before: Guangxi Yuchai Machinery Co.,Ltd. |
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210629 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |