CN113944545A - 一种实时监测柴油机轴瓦温度的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种实时监测柴油机轴瓦温度的装置及方法。采用的技术方案是：硬件组成包括热电阻温度传感器、PLC及温度扩展模块、对话单元、操作按键；软件策略包括传感器信号采样及故障判断、单档轴瓦温度高报警、单档轴瓦温度单位时间内突变越限报警、单档轴瓦温度与有效轴瓦温度平均值之间差值大越限报警。本发明的有益效果：通过系统搭建以及柴油机轴瓦温度或连杆瓦温度控制策略，实现轴瓦温度/连杆瓦温度实时监测，通过不同温度设定值比较，实现传感器越限报警、预报警、报警的控制，实现报警、突卸、突卸确认、紧急停机等相关控制，并实现单档温度与多档平均温度偏差大报警、单档当前温度与单档平均温度偏差大报警。
Description
技术领域
本发明属于柴油机监测控制技术设备领域，涉及一种实时监测柴油机轴瓦温度的装置及方法。
背景技术
柴油机应用场景不同，所需的监测与控制要求也不相同，根据CCS船级社规范，结合我公司船用气体机以及2000kW以上船用柴油机实际需求，开发了曲轴轴瓦温度监测装置。通过硬件系统搭建以及对柴油机轴瓦温度监测与控制策略的研究，实现轴瓦的实时温度监测、预警、报警、减载及停机保护。同时，协同已有的曲轴箱压力监测装置，增强柴油机曲轴抱轴、气缸拉缸等恶性故障的预判报警与自动停机保护能力，提高发动机装备运行的可靠性与安全性。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种实时监测柴油机轴瓦温度的装置及方法。其中，硬件组成包括热电阻温度传感器、PLC及温度扩展模块、液晶对话单元、操作按键；软件策略包括传感器信号采样及故障判断、单档轴瓦温度高报警、单档轴瓦温度单位时间内突变越限报警、单档轴瓦温度与有效轴瓦温度平均值之间差值大越限报警。
为实现上述发明目的,采用如下技术方案：包括热电阻温度传感器、PLC主机、热电阻温度扩展模块、人机对话单元、操控按键、减载及停机保护驱动控制；
其中，所述热电阻温度传感器安装与各档轴瓦上通过电缆与热电阻温度扩展模块相连，所述操控按键通过电缆与PLC主机相连，所述PLC主机通过扩展排线接口与热电阻温度扩展模块相连，所述PLC主机通过通讯总线与人机对话单元相连，所述PLC主机通过电缆与减载及停机保护驱动控制电路相连。
作为本发明的一种优选技术方案，热电阻温度传感器安装至柴油机各档轴瓦处，将电阻信号引入PLC模块，传感器数量及PLC测量通道数量依据柴油机测点数量而定。
作为本发明的一种优选技术方案，所述人机对话单元显示内容包括温度数据、报警及停机保护状态指示、温度数据历史记录；
所述温度数据包含：各档轴瓦温度当前测量值、各档当前时段该档轴瓦温度平均值、当前时段轴瓦温度平均值；
所述报警及停机保护状态指示包含：各档轴瓦温度高报警、各档轴瓦温度突变增大越限报警、各档轴瓦温度与有效轴瓦温度平均值之间偏差大越限报警、各档报警引起停机保护状态指示；
所述温度数据历史记录包含：各档轴瓦温度测量值、各档轴瓦每个时段温度平均值、每个时段轴瓦温度平均值。
作为本发明的一种优选技术方案，PLC获取各档轴瓦温度数据后，执行传感器信号采样及故障判断、单档轴瓦温度高报警及保护、单档轴瓦温度突变增大越限报警及保护、单档轴瓦温度与有效轴瓦温度平均值之间偏差大越限报警及保护等程序，将实时温度、状态、报警等数据信息通过通讯接口传送至人机对话单元，工作人员通过人机对话单元、操作按键进行数据监测与系统控制。
作为本发明的一种优选技术方案，传感器信号采样及故障判断方法，PLC采集到温度信号后对信号的有效性进行判断，当温度数据超出0～200℃范围，认为当前传感器及测量线路出现故障，发送数据异常报警信息至人机对话单元，屏蔽该数据进入单档轴瓦温度高报警及保护、单档轴瓦温度突变增大越限报警及保护、单档轴瓦温度与有效轴瓦温度平均值之间偏差大越限报警及保护等控制方法中；温度数据正常时，每间隔200ms暂存一次温度数据，保存3次，即当前时刻、前200ms时刻、前400ms时刻三次温度数据。
作为本发明的一种优选技术方案，各档轴瓦温度平均值计算方法，将每一档轴瓦温度的三个时刻测量值进行平均计算，得到当前时段该档轴瓦温度平均值。
TN1：第N档当前时刻测量温度值；
TN2：第N档前200ms时刻测量温度值；
TN3：第N档前400ms时刻测量温度值；
TNAVG：第N档当前时段该档轴瓦温度平均值；
作为本发明的一种优选技术方案，有效轴瓦温度平均值计算方法，分别计算当前时刻、前200ms时刻、前400ms时刻三次轴瓦温度平均值。累加计算同一测量时刻的各档有效轴瓦温度值，除以有效轴瓦温度档数，得出三个时刻的轴瓦温度平均值。将三次测量时刻温度平均值再次进行平均计算，得出当前时段轴瓦温度平均值。
T1AVG：第1档当前时段轴瓦温度平均值；
T2AVG：第2档当前时段轴瓦温度平均值；
TNAVG：第N档当前时段轴瓦温度平均值；
TAVG：当前时段轴瓦温度平均值；
N：温度数据有效档数；
作为本发明的一种优选技术方案，单档轴瓦温度高报警及保护方法，控制程序每间隔200ms测量一次各档轴瓦温度传感器数据，当任意一档轴瓦连续三次采样有效温度数据均超越报警上限值时，激活单档轴瓦温度高报警状态，发送温度数据、报警等信息至人机对话单元，监测装置发出声、光报警。同时，且控制PLC输出减载指令，经延时确认后输出自动紧急停机指令，柴油机自动停机保护。
作为本发明的一种优选技术方案，单档轴瓦温度突变增大越限报警及保护方法，当任意一档轴瓦的连续两次测量温度值减去当前时段该档轴瓦温度平均值，所得到的差值为正，且超越报警上限值时，激活单档轴瓦温度突变增大越限报警状态，发送温度差值数据、报警及保护状态信息至人机对话单元，监测装置发出声、光报警。同时，控制PLC输出减载指令，经延时确认后输出自动紧急停机指令，柴油机自动停机保护。
作为本发明的一种优选技术方案，单档轴瓦温度与有效轴瓦温度平均值之间偏差大越限报警及保护方法，当任意一档轴瓦的连续三次测量温度值减去当前时段轴瓦温度平均值，所得到的差值为正时，与正向偏差大报警限值比较，当大于限值时激活报警及保护；所得到的差值为负时，与负向偏差大报警限值比较，当低于限值时激活报警及保护。报警激活后，发送偏差大温度数据、偏差大方向、报警及保护状态信息至人机对话单元，监测装置发出声、光报警，同时输出减载指令。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：一种实时监测柴油机轴瓦温度的装置及方法，通过系统搭建以及柴油机轴瓦温度或连杆瓦温度控制策略，实现轴瓦温度/连杆瓦温度实时监测，通过不同温度设定值比较，可实现其传感器越限报警、预报警、报警的控制，当温度达到过高停机设定值时，可实现报警、突卸、突卸确认、紧急停机等相关控制，并实现单档温度与多档平均温度偏差大报警、单档当前温度与单档平均温度偏差大报警，提高柴油机安全性。
附图说明
图1为柴油机轴瓦监测装置系统结构图；
图2为人机对话单元显示界面1温度数据；
图3为人机对话单元显示界面2报警及停机保护状态指示；
图4为人机对话单元显示界面3温度数据历史记录。
图中：1、操作按键信号，2、多档轴瓦温度传感器，3、轴瓦控制系统，4、人机对话单元，5、柴油机保护驱动执行器件。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
实施例1
如附图1所示，为柴油机轴瓦温度监测的装置系统结构，柴油机上n档轴瓦温度传感器2的输入信号通过轴瓦控制系统3中热电阻温度扩展模块进行采集，而后传递至轴瓦控制系统3中PLC主机进行逻辑运算，温度数据、报警及停机状态、数据历史记录传递至人机对话单元4，温度报警同时驱动柴油机保护驱动执行器件5动作，通过面板操作按键1可以实现报警的消音及故障复位；
优选的，当轴瓦控制系统3采集到n档轴瓦温度传感器2中任意一档温度范围超出0～200℃，则会判断该档传感器越限故障，该温度数据被屏蔽，不能参与单档轴瓦温度高报警及保护、单档轴瓦温度突变增大越限报警及保护、单档轴瓦温度与有效轴瓦温度平均值之间偏差大越限报警及保护控制方法，同时向人机对话单元发出传感器故障报警；
优选的，轴瓦温度传感器2中信号接入轴瓦控制系统3中热电阻温度扩展模块，而后轴瓦控制系统3中PLC主机控制程序每间隔200ms暂存一次温度数据，保存3次，即当前时刻、前200ms时刻、前400ms时刻三次温度数据，将每一档轴瓦温度的三个时刻测量值进行平均计算，得到当前时段该档轴瓦温度平均值。
TN1：第N档当前时刻测量温度值；
TN2：第N档前200ms时刻测量温度值；
TN3：第N档前400ms时刻测量温度值；
TNAVG：第N档当前时段该档轴瓦温度平均值
优选的，当任意一档轴瓦连续三次采样有效温度数据均超越报警上限值时，激活单档轴瓦温度高报警状态，轴瓦控制系统3中PLC主机发送温度数据、报警等信息至人机对话单元4，同时驱动柴油机保护驱动执行器件5动作，监测装置发出声、光报警输出减载指令，经延时确认后输出自动紧急停机指令，柴油机自动停机保护，当按下操作按键1中按钮，可实现报警消音及故障复位；
优选的，轴瓦温度传感器2中信号接入轴瓦控制系统3中热电阻温度扩展模块，而后轴瓦控制系统3中PLC主机分别计算当前时刻、前200ms时刻、前400ms时刻三次轴瓦温度平均值。累加计算同一测量时刻的各档有效轴瓦温度值，除以有效轴瓦温度档数，得出三个时刻的轴瓦温度平均值。将三次测量时刻温度平均值再次进行平均计算，得出当前时段轴瓦温度平均值。
T1AVG：第1档当前时段轴瓦温度平均值；
T2AVG：第2档当前时段轴瓦温度平均值；
TNAVG：第N档当前时段轴瓦温度平均值；
TAVG：当前时段轴瓦温度平均值；
N：温度数据有效档数；
优选的，当任意一档轴瓦的连续三次测量温度值减去当前时段轴瓦温度平均值，所得到的差值为正时，与正向偏差大报警限值比较，当大于限值时激活报警及保护；所得到的差值为负时，与负向偏差大报警限值比较，当低于限值时激活报警及保护。报警激活后，轴瓦控制系统3中PLC主机发送偏差大温度数据、偏差大方向、报警及保护状态信息至人机对话单元4，监测装置发出声、光报警，同时输出减载指令，当按下操作按键1中按钮，可实现报警消音及故障复位；
图2为人机对话单元显示界面1—温度数据，主要包括各档轴瓦温度当前测量值、各档当前时段该档轴瓦温度平均值、当前时段轴瓦温度平均值；
图3为人机对话单元显示界面2--报警及停机保护状态指示，主要包括各档轴瓦温度高报警、各档轴瓦温度突变增大越限报警、各档轴瓦温度与有效轴瓦温度平均值之间偏差大越限报警、各档报警引起停机保护状态指示；
图4为人机对话单元显示界面3--温度数据历史记录，主要包括各档轴瓦温度测量值、各档轴瓦每个时段温度平均值、每个时段轴瓦温度平均值。
实施例2
所述热电阻温度传感器安装至柴油机各档轴瓦处，将电阻信号引入PLC模块，热电阻温度传感器数量及PLC测量通道数量依据柴油机测点数量而定。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (4)
1.一种实时监测柴油机轴瓦温度的装置，其特征在于：包括热电阻温度传感器、PLC主机、热电阻温度扩展模块、人机对话单元、操控按键、减载及停机保护驱动控制；
其中，所述热电阻温度传感器安装与各档轴瓦上通过电缆与热电阻温度扩展模块相连，所述操控按键通过电缆与PLC主机相连，所述PLC主机通过扩展排线接口与热电阻温度扩展模块相连，所述PLC主机通过通讯总线与人机对话单元相连，所述PLC主机通过电缆与减载及停机保护驱动控制电路相连。
2.根据权利要求1所述的一种实时监测柴油机轴瓦温度的装置，其特征在于：所述热电阻温度传感器安装至柴油机各档轴瓦处，将电阻信号引入PLC模块，热电阻温度传感器数量及PLC测量通道数量依据柴油机测点数量确定。
3.根据权利要求1所述的一种实时监测柴油机轴瓦温度的装置，其特征在于：所述人机对话单元显示内容包括温度数据、报警及停机保护状态指示、温度数据历史记录；
所述温度数据包含：各档轴瓦温度当前测量值、各档当前时段该档轴瓦温度平均值、当前时段轴瓦温度平均值；
所述报警及停机保护状态指示包含：各档轴瓦温度高报警、各档轴瓦温度突变增大越限报警、各档轴瓦温度与有效轴瓦温度平均值之间偏差大越限报警、各档报警引起停机保护状态指示；
所述温度数据历史记录包含：各档轴瓦温度测量值、各档轴瓦每个时段温度平均值、每个时段轴瓦温度平均值。
4.一种实时监测柴油机轴瓦温度的装置及方法，利用如权利要求1所述的一种实时监测柴油机轴瓦温度的装置，其特征在于：所述PLC主机中录入了轴瓦温度监测与保护的控制程序；
包括：轴瓦温度传感器信号采样及故障判断程序、单档轴瓦温度高报警及保护程序、单档轴瓦温度突变增大越限报警及保护程序、单档轴瓦温度与有效轴瓦温度平均值之间偏差大越限报警及保护程序；
PLC获取各档轴瓦温度数据后，执行传感器信号采样及故障判断、单档轴瓦温度高报警及保护、单档轴瓦温度突变增大越限报警及保护、单档轴瓦温度与有效轴瓦温度平均值之间偏差大越限报警及保护等程序，将实时温度、状态、报警等数据信息通过通讯接口传送至人机对话单元，工作人员通过人机对话单元、操作按键进行数据监测与系统控制；
1)对轴瓦温度传感器信号的采样及故障判断方法，轴瓦温度传感器信号有效的温度范围为0～200℃，当温度传感器信号判断为无效时，该温度数据被屏蔽，不能参与单档轴瓦温度高报警及保护、单档轴瓦温度突变增大越限报警及保护、单档轴瓦温度与有效轴瓦温度平均值之间偏差大越限报警及保护控制方法；
2)对单档轴瓦温度高报警及保护的控制方法，控制程序每间隔200ms测量一次各档轴瓦温度传感器数据；任意一档轴瓦温度必须连续三次采样有效数据均超越报警上限值时，才可以激活该档轴瓦温度高报警及保护；报警激活后，人机对话单元显示相应数据及状态指示，监测装置发出声、光报警，同时输出减载指令；
3)对单档轴瓦温度突变增大越限报警及保护的控制方法，单档轴瓦的连续两次测量温度值减去当前时段该档轴瓦温度平均值，所得到的差值为正，且超越报警上限值时，激活单档轴瓦温度突变增大越限报警及保护；当前时段该档轴瓦温度平均值等于近三次所测量该档轴瓦温度值的平均值；报警激活后，人机对话单元显示相应数据及状态指示，监测装置发出声、光报警，同时输出减载、停机保护指令；
4)对单档轴瓦温度与有效轴瓦温度平均值之间偏差大越限报警及保护的控制方法，单档轴瓦的连续三次测量温度值减去当前时段轴瓦温度平均值，所得到的差值为正时，与正向偏差大报警限值比较，当大于限值时激活报警及保护；所得到的差值为负时，与负向偏差大报警限值比较，当低于限值时激活报警及保护；当前时段轴瓦温度平均值等于各档轴瓦当前时段温度平均值的再次平均值；报警激活后，人机对话单元显示相应数据及状态指示，监测装置发出声、光报警，同时输出减载指令。
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| GR01 | Patent grant | ||
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