CN115817780A - 变速箱用盘车自动控制装置 - Google Patents
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Abstract
变速箱用盘车自动控制装置，解决了如何实现对盘车装置自动控制的问题，属于船用变速箱用盘车控制技术领域。包括采集模块、机旁控制箱、离合器控制箱和主控箱；采集模块采集汽轮齿轮机组的滑油压力主轴温度、齿隙检测机构的齿隙匹配信号、盘车装置离合器的状态；通过机旁控制箱控制盘车装置电动机正转、反转和停止；主控箱根据盘车装置离合器的状态和齿隙匹配信号向离合器控制箱发出离合器接合指令，当离合器接合后，根据内部定时器、以及滑油压力主轴温度对机旁控制箱发出指令，进而控制盘车装置电动机，盘车结束后，向离合器控制箱发出离合器脱开指令；离合器控制箱根据接收到指令控制离合器电磁阀，进而使盘车装置离合器推入接合或脱开。
Description
技术领域
本发明属于船用变速箱用盘车控制技术领域。
背景技术
变速箱作为船舶的传动装置，它的运行状态直接影响船舶的性能。变速箱配有电动盘车装置，带动主动力机组低速旋转，主要用于备车时将机组均匀受热，并在停机后将主机组均匀的由热态过渡到冷态，避免机组转子因受热不均匀产生变形而发生严重事故，确保变速箱安全稳定的运行，保障舰船动力系统稳定运行。
现有的盘车装置的接合与脱开方式一般采用人工操作，由于空间受限导致操作不便的同时还存在无法脱开或损坏时导致变速箱无法动车的安全性问题，且现有的盘车控制装置无法实现自动控制，自诊断和状态判别。此外，当盘车控制装置发生故障时，传统非模块化设计的装置不便于对元器件和元部件的故障诊断和故障隔离。
发明内容
针对如何实现对盘车装置自动控制的问题，本发明提供一种变速箱用盘车自动控制装置。
本发明的变速箱用盘车自动控制装置,所述装置包括采集模块、机旁控制箱、离合器控制箱和主控箱；
采集模块，通过机旁控制箱与主控箱连接，用于采集汽轮齿轮机组的滑油压力主轴温度、齿隙检测机构的齿隙匹配信号、盘车装置离合器的状态，并通过机旁控制箱发送给主控箱；
机旁控制箱与盘车装置电动机连接，通过机旁控制箱控制盘车装置电动机正转、反转和停止；单独采用机旁控制箱的控制为就地控制模式；
主控箱，与离合器控制箱连接，主控箱根据盘车装置离合器的状态和齿隙匹配信号向离合器控制箱发出离合器接合指令，当盘车装置离合器接合后，根据内部定时器、以及采集的滑油压力主轴温度对机旁控制箱发出电机控制指令，进而控制盘车装置电动机的正转、反转和停止，盘车结束后，向离合器控制箱发出离合器脱开指令；
主控箱的控制为远程控制模式；
离合器控制箱，与离合器电磁阀连接，用于根据接收到的离合器接合或脱开指令控制离合器电磁阀，进而使盘车装置离合器推入接合或脱开。
作为优选，所述主机箱通过控制采集模块、机旁控制箱和离合器，实现检测盘车、备车暖机盘车、停机冷机盘车三种自动控制。
作为优选，所述机旁控制箱设置有就地控制按钮，通过就地控制按钮输入电机控制指令，进而控制盘车装置电动机正转、反转和停止，所述机旁控制箱具有就地控制模式和远程控制两种模式，且机旁控制箱设置有模式选择开关。
作为优选，所述机旁控制箱还包括连锁保护电路和盘车电机驱动及保护电路；
采集模块采集的滑油压力主轴温度、齿隙匹配信号、盘车装置离合器的状态通过连锁保护电路输入至主控箱；
主控箱的电机控制指令及就地控制按钮输入的电机控制指令通过模式选择开关输入至连锁保护电路，经连锁保护电路后输入至电机驱动及保护电路，电机驱动及保护电路输出驱动信号至盘车装置电动机。
作为优选，所述连锁保护电路具有盘车装置电动机的短路、过流、过载保护、滑油压力低保护、手动盘车连锁保护功能。
作为优选，连锁保护电路用于，当同时满足离合器接合、非手动盘车状态、非滑油压力低状态三个条件时，主控箱的电机控制指令及就地控制按钮输入的电机控制指令才能进入盘车电机驱动及保护电路，
作为优选，所述主控箱包括单片机、继电器驱动电路、开关量检测电路和模拟量检测电路；
单片机同时和继电器驱动电路、开关量检测电路和模拟量检测电路连接，
单片机通过继电器驱动电路向机旁控制箱输出电机控制指令，及向离合器控制箱输出离合器接合指令及离合器脱开指令；
单片机通过开关量检测电路接收来自机旁控制箱的滑油压力主轴温度和盘车装置离合器的状态；
单片机通过模拟量检测电路接收来自机旁控制箱的齿隙检测机构的齿隙匹配信号。
作为优选，离合器控制箱设置有时间继电器，用于限制离合器电磁阀通电时间，同时对离合器的状态及工作油压两个信号进行双重判断，防止离合器运动过程中识别到错误信号。
作为优选，分配到机旁控制箱、离合器控制箱和主控箱的平均修复时间Mcti：
Mct为平均修复时间，λi为机旁控制箱、离合器控制箱和主控箱的故障率，n为3。
本发明的有益效果，该盘车控制装置具备就地控制和远程控制两种操作部位，可分别通过按钮和操作面板实现盘车电机的正转、反转和停止，并使得整个盘车装置实现自动控制，工作效率高且保障了设备和人员的安全。连锁保护电路可综合整个盘车装置的工作状态，且机旁和远程操作人员都可根据指示灯、仪表、计时器等判断盘车装置运行状态。为防止电磁阀长时间通电损坏，离合器控制箱设置时间继电器，可现实电磁阀通电时间，并可防止离合器执行接合/脱开动作的中间过程对盘车装置发出错误的信号判断，保证了盘车装置工作稳定、确保机组安全。采用模块化电路设计，可单独测试并具备自检功能，便于故障部件的更换和维修，提高了系统的维修性和可靠性。
附图说明
图1为盘车自动控制装置原理图；
图2为机旁控制箱原理图；
图3为主控箱原理图；
图4为离合器控制箱的原理图。
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作出创造性劳动的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。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
本实施方式的变速箱用盘车自动控制装置,包括采集模块、机旁控制箱、离合器控制箱和主控箱；如图1所示，采集模块采集汽轮齿轮机组的滑油压力主轴温度、齿隙检测机构的齿隙匹配信号、盘车装置离合器的状态，并通过机旁控制箱发送给主控箱；通过机旁控制箱控制盘车装置电动机正转、反转和停止；机旁控制箱的控制为就地控制模式；主控箱根据盘车装置离合器的状态和齿隙匹配信号向离合器控制箱发出离合器接合指令，当盘车装置离合器接合后，根据内部定时器、以及采集的滑油压力主轴温度对机旁控制箱发出电机控制指令，进而控制盘车装置电动机的正转、反转和停止，盘车结束后，向离合器控制箱发出离合器脱开指令；
主控箱的控制为远程控制模式；
离合器控制箱根据接收到的离合器接合或脱开指令控制离合器电磁阀，进而使盘车装置离合器推入接合或脱开。
本实施方式的采样模块包括在盘车装置安装检测位置的传感器及检测盘车齿轮的齿隙测量装置。其中，在就地控制模式下，通过操作机旁控制箱实现盘车装置电机的正转、反转和停止。在远程控制模式下，控制盘车装置电机的机旁控制箱与主控箱连接，可通过操作面板选择“检测盘车”、“备车暖机盘车”和“停机冷机盘车”三种盘车程序，选定盘车程序后，主控箱将根据盘车装置离合器的状态和盘车装置齿隙信号对离合器控制箱发出指令，进而控制盘车装置离合器的推入接合，盘车装置离合器接合后，主控箱将根据内部定时器、以及采集的主轴温度等信息对机旁控制箱发出指令，进而控制盘车装置电机的正转、反转和停止；此时机旁控制箱的就地控制按钮不起作用。根据选定的盘车程序设定，盘车结束后，主控箱对离合器控制箱发出指令，进而控制离合器的推出脱开。此时变速箱具备启动或停机准备状态。
本实施方式的机旁控制箱的前面板装有若干指示灯、按钮、仪表：盘车装置离合器接合指示灯、盘车装置脱开指示灯、手动连锁指示灯、滑油压力地指示灯、短路指示灯、过流/过载指示灯、远程控制模式指示灯、就地控制模式指示灯、正车运转指示灯、倒车运转指示灯、盘车装置电机就绪指示灯、就地控制按钮、进线电源电压表、盘车电机电流表、电机运行计时器，内部安装有断路器、接触器、电机保护器等元件；就地控制按钮包括正向启动按钮、反向启动按钮、停止按钮。
机旁控制箱具有就地控制/远程控制两种模式，可通过面板上的模式切换按钮选择开关切换。就地控制模式下，由面板的按钮开关产生的盘车装置控制信经由连锁保护电路控制盘车装置电机驱动电路，通过带互锁的接触器实现盘车电机的正向、反向的启/停控制；远程控制模式时，机旁控制箱由主控箱的指令控制。
如图2所示，本实施方式的机旁控制箱还包括连锁保护电路和盘车电机驱动及保护电路；采集模块采集的滑油压力主轴温度、齿隙匹配信号、盘车装置离合器的状态通过连锁保护电路输入至主控箱；主控箱的电机控制指令及就地控制按钮输入的电机控制指令通过模式选择开关输入至连锁保护电路，经连锁保护电路后输入至电机驱动及保护电路，电机驱动及保护电路输出驱动信号至盘车装置电动机。
无论哪种控制模式下，机旁控制箱都具有盘车装置电机的短路、过流、过载保护、滑油压力低保护、手动盘车连锁保护功能。机旁控制箱设置连锁保护电路，综合整个盘车装置的工作状态判断盘车电是否可以运行。只有当“离合器接合”、“非手动盘车状态”、“非滑油压力低”条件同时满足时，来自远程的控制指令或就地按钮的电机控制信号才能进入盘车装置驱动电路，否则盘车装置电机不会启动。如果盘车装置电机发生短路、过载/过流则保护电路会切断盘车电机的动力回路和控制回路，使电机停止运行。
本实施方式中，如图3所示，主控箱前面板含有一个数字式巡检仪，显示电机电压、电流及汽轮机主轴温度。前面板设置4个功能选择按钮，可选择四个控制模式：“检测盘车”、“备车暖机盘车”、“停机冷机盘车”、“停机”。
主控箱主要完成三个任务：采集来自机旁控制箱的各种信号；经过盘车装置控制逻辑，将盘车装置启、停指令发送给机旁控制箱，将离合器接合、脱开指令发送给离合器控制箱；实现远程人机交互功能；
主控箱由前面板及驱动板、单片机控制板、电源模块组成。其中单片机控制板含有单片机、模拟量检测电路、开关量检测电路、继电器驱动电路以及CAN网络通信电路。单片机通过继电器驱动电路向机旁控制箱输出电机控制指令，及向离合器控制箱输出离合器接合指令及离合器脱开指令；单片机通过开关量检测电路接收来自机旁控制箱的滑油压力主轴温度和盘车装置离合器的状态；单片机通过模拟量检测电路接收来自机旁控制箱的齿隙检测机构的齿隙匹配信号。单片机控制板是主控箱实现远程操作的核心。使用国产单片机GD32F103RCT6，具有1个CAN总线接口，86个GPIO，2个多通道ADC、64K的RAN及256K闪存，32位CPU，最高主频108MHz，工作温度范围-40℃～80℃。
本实施方式中，如图4所示，离合器控制箱通过控制电磁阀通断操作液压油的方向，实现将离合器推入接合或推出脱开。离合器控制箱表面装有电源指示灯、离合器接合指示灯、离合器脱开指示灯，接合/脱开按钮。
离合器控制箱与机旁控制箱和主控箱独立。为防止电磁阀长时间通电损坏，离合器控制箱设置时间继电器，可限制电磁阀通电时间。离合器接合状态判断电路对离合器接合/脱开及工作油压两个信号进行双重判断，可防止离合器运动过程中识别到错误信号。
因盘车控制装置是全寿命设计，为满足机组战备完好性，利于检修和降低寿命周期费用，在系统设计时采取了模块化、标准化设计。装置电路板具有独立的单元功能，具备自检测功能，便于故障部件的更换和维修。
盘车控制装置各单元按故障率分配法做可靠性设计，各单元包括机旁控制箱、离合器控制箱和主控箱，可靠性模型为：
式中：Mcti为分配到分配到机旁控制箱、离合器控制箱和主控箱的平均修复时间，Mct为平均修复时间，λi为机旁控制箱、离合器控制箱和主控箱的故障率，n为3。
根据实际单元修复时间和故障率经验，机旁控制箱故障率为0.000059，维修分配1.2h；主控箱故障率0.000046，维修分配1.5h，离合器控制箱故障率0.000092，维修分配0.8h。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。
Claims (9)
1.变速箱用盘车自动控制装置，其特征在于，所述装置包括采集模块、机旁控制箱、离合器控制箱和主控箱；
采集模块，通过机旁控制箱与主控箱连接，用于采集汽轮齿轮机组的滑油压力主轴温度、齿隙检测机构的齿隙匹配信号、盘车装置离合器的状态，并通过机旁控制箱发送给主控箱；
机旁控制箱与盘车装置电动机连接，通过机旁控制箱控制盘车装置电动机正转、反转和停止；单独采用机旁控制箱的控制为就地控制模式；
主控箱，与离合器控制箱连接，主控箱根据盘车装置离合器的状态和齿隙匹配信号向离合器控制箱发出离合器接合指令，当盘车装置离合器接合后，根据内部定时器、以及采集的滑油压力主轴温度对机旁控制箱发出电机控制指令，进而控制盘车装置电动机的正转、反转和停止，盘车结束后，向离合器控制箱发出离合器脱开指令；
主控箱的控制为远程控制模式；
离合器控制箱，与离合器电磁阀连接，用于根据接收到的离合器接合或脱开指令控制离合器电磁阀，进而使盘车装置离合器推入接合或脱开。
2.根据权利要求1所述的变速箱用盘车自动控制装置，其特征在于，所述主机箱通过控制采集模块、机旁控制箱和离合器，实现检测盘车、备车暖机盘车、停机冷机盘车三种自动控制。
3.根据权利要求2所述的变速箱用盘车自动控制装置，其特征在于，所述机旁控制箱设置有就地控制按钮，通过就地控制按钮输入电机控制指令，进而控制盘车装置电动机正转、反转和停止，所述机旁控制箱具有就地控制模式和远程控制两种模式，且机旁控制箱设置有模式选择开关。
4.根据权利要求3所述的变速箱用盘车自动控制装置，其特征在于，所述机旁控制箱还包括连锁保护电路和盘车电机驱动及保护电路；
采集模块采集的滑油压力主轴温度、齿隙匹配信号、盘车装置离合器的状态通过连锁保护电路输入至主控箱；
主控箱的电机控制指令及就地控制按钮输入的电机控制指令通过模式选择开关输入至连锁保护电路，经连锁保护电路后输入至电机驱动及保护电路，电机驱动及保护电路输出驱动信号至盘车装置电动机。
5.根据权利要求4所述的变速箱用盘车自动控制装置，其特征在于，所述连锁保护电路具有盘车装置电动机的短路、过流、过载保护、滑油压力低保护、手动盘车连锁保护功能。
6.根据权利要求4所述的变速箱用盘车自动控制装置，其特征在于，连锁保护电路用于，当同时满足离合器接合、非手动盘车状态、非滑油压力低状态三个条件时，主控箱的电机控制指令及就地控制按钮输入的电机控制指令才能进入盘车电机驱动及保护电路。
7.根据权利要求1所述的变速箱用盘车自动控制装置，其特征在于，所述主控箱包括单片机、继电器驱动电路、开关量检测电路和模拟量检测电路；
单片机同时和继电器驱动电路、开关量检测电路和模拟量检测电路连接，
单片机通过继电器驱动电路向机旁控制箱输出电机控制指令，及向离合器控制箱输出离合器接合指令及离合器脱开指令；
单片机通过开关量检测电路接收来自机旁控制箱的滑油压力主轴温度和盘车装置离合器的状态；
单片机通过模拟量检测电路接收来自机旁控制箱的齿隙检测机构的齿隙匹配信号。
8.根据权利要求1所述的变速箱用盘车自动控制装置，其特征在于，离合器控制箱设置有时间继电器，用于限制离合器电磁阀通电时间，同时对离合器的状态及工作油压两个信号进行双重判断，防止离合器运动过程中识别到错误信号。
9.根据权利要求1所述的变速箱用盘车自动控制装置，其特征在于，分配到机旁控制箱、离合器控制箱和主控箱的平均修复时间Mcti：
Mct为平均修复时间，λi为采集模块、机旁控制箱、离合器控制箱和主控箱的故障率，n为3。
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