CN208705706U - 一种应用于动力系统的通用控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型专利公开了一种应用于动力系统的通用控制器，所述控制器包括机箱、控制板卡；所述控制模块安装于机箱内部，控制板卡上设置有通讯模块，执行模块，模拟量模块，数字量模块、功率模块、存储模块和电源模块；所述通讯模块，执行模块，模拟量模块，数字量模块、功率模块和电源模块对应的外接口安装于机箱侧面；所述存储器中保存动力系统工作参数表；通讯模块将上级指令转发给控制板卡，控制板卡解读上级指令，确定通用控制器的工作模式，本实用新型能应用于不同的动力系统，通过接口连线和参数设置而满足不同动力系统监控需求。

Description

一种应用于动力系统的通用控制器

技术领域

本实用新型涉及动力系统控制技术，主要为发动机油门控制，齿轮箱或离合器档位控制，喷水推进器喷嘴和导流罩控制，螺旋桨螺距控制和舵叶方向控制等动力系统选型时提供通用的控制器。

背景技术

船舶动力系统通常由以下部分组成：发动机，齿轮箱或离合器，喷水推进器，螺旋桨及舵叶，转向器等，不同部件的组合可以实现不同的动力方式；例如发动机、离合器和喷水推进器组成喷泵船的动力系统；发动机、齿轮箱、螺旋桨和舵叶组成螺旋桨船的动力系统；发动机、齿轮箱和转向器组成两栖船的陆地动力系统。

以上动力系统都需要控制器进行驱动，现有的控制器一般只是针对一种特定的动力系统，例如发动机、离合器和喷水推进器组成的动力系统的控制器中，只提供0-5V的电子油门控制，电子离合控制，电子-液压喷嘴控制，电子-液压导流罩控制。

无法同时满足其它动力系统监控需求，如发动机、齿轮箱、螺旋桨和舵叶动力系统，发动机、离合器和喷水推进器等动力系统，这对不同动力配件组合需要重新设计控制器，或更换不同的控制器，同时还需要对控制参数进行重新整定。

因此有必要提供一种通用控制器，能满足多种动力系统的控制需求。

鉴于此，克服上述现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。

发明内容

本实用新型需要解决的技术问题是：通过一种通用控制器满足多种动力系统的控制需求，从而提高控制的适用性。

本实用新型通过如下技术方案达到上述目的：本实用新型提供一种应用于动力系统的通用控制器，所述控制器包括机箱、控制板卡；所述控制板卡安装于机箱内部，所述控制板卡上设置有通讯模块具体为CAN网络模块，执行模块具体为RS232模块和RS422模块，模拟量模块具体为AD模块和DA模块、数字量模块具体为IO模块、功率模块、存储模块和电源模块。

所述CAN网络模块对应的外接口为CAN外接口；所述CAN网络模块通过CAN总线与监控中心交互数据，接收监控中心的控制指令，同时向监控中心反馈控制器的状态数据和监测数据。

所述RS232模块和RS422模块对应同一个外接口为执行外接口；RS232模块和RS422模块的输入端通过模拟电子开关与控制板卡相连，输出端与执行外接口相连；RS232模块的接收RXD和发送TXD信号线与执行外接口上的对应OUT接点相连，接地GND信号线与GND接点相连；RS422模块的接收RXD+、RXD-和发送TXD+、TXD-与执行外接口上的对应OUT接点相连，接地GND信号线与GND接点相连。RS232模块或RS422模块用于和电动执行器进行通信，实现机械油门、机械齿轮箱或离合器控制。

所述DA模块负责将控制板卡的数字量信号转化为模拟量信号然后转发给外联设备，其输入端与控制板卡相连，输出端经由模拟电子开关与AD/DA外接口的OUT接点相连，接地GND信号线与GND接点相连。

所述AD模块和DA模块对应同一个外接口为AD/DA外接口；AD模块负责将外联设备的模拟量信号转化为数字量信号然后转发给控制板卡，其输入端与AD/DA外接口的IN接点相连，输出端经由模拟电子开关与控制板卡相连，接地GND信号线与GND接点相连。

所述模拟量模块用于对发动机电子油门控制，以及采集转向角度等模拟量信号。

所述IO模块对应的外接口为IO外接口，IO模拟包括多个继电器和多个脉冲测量；继电器包括“点火继电器、启动继电器、停止继电器、急停继电器、暖机继电器、越控继电器”用于传递控制板卡中“点火、启动、停止、急停、暖机、越控”等控制指令，继电器的输入端与控制板卡相连，输出端与IO外接口中OUT接点相连，接地GND信号线与GND接点相连；脉冲测量设置“脉冲测量一和脉冲测量二”两个点用于记录两路发动机转速脉冲信号，脉冲测量的输入端与IO外接口中IN接点相连，输出端与控制板卡相连，接地GND信号线与GND接点相连。

所述功率模块对应的外接口为功率外接口，功率模块用于实现电磁阀的控制以及电机的正反转控制，包括四个子模块，分别为“子模块一、子模块二、子模块三和子模块四”，各子模块包括一个接地GND和两路输出“OUT1和OUT2”，功率模块的输出端与功率外接口上对应的OUT接点连接，接地GND信号线与GND接点相连。

所述存储模块直接和控制板卡相连，存储模块中记录动力系统工作参数表。

所述电源模块为控制板卡、通讯模块、执行模块、模拟量模块、数字量模块、功率模块和存储模块供电，所述电源模块的对应外接口为电源外接口。

CAN外接口、执行外接口、AD/DA外接口、IO外接口、功率外接口和电源外接口都安装于机箱侧面。

CAN网络模块将上级指令转发给控制板卡，由控制板卡根据上级指令读取存储模块中的参数，根据参数确定模拟电子开关通断情况，进而确定通用控制器的工作模式。

本实用新型相比现有技术具有以下优点：

1、通过存储模块保存不同动力系统所需的工作参数表，便于控制板卡根据监控中心指令确定通用控制器工作模式。

2、通过模拟电子开关实现控制器的功能取舍。

3、本通用控制器能适应多种动力系统的控制。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例中总体结构图。

图2为本实用新型实施例中执行模块结构示意图。

图3 为本实用新型实施例中模拟量模块结构示意图。

图4 为本实用新型实施例中数字量模块结构示意图。

图5 为本实用新型实施例中功率模块结构示意图。

图6 为本实用新型实施例中RS232模块和RS422模块连线结构示意图。

图7 为本实用新型实施例中DA模块连线结构示意图。

图8 为本实用新型实施例中AD模块连线结构示意图。

图9 为本实用新型实施例中DA模块一路“油门”输出工作示意图。

图10 为本实用新型实施例中AD模块二路“喷嘴/导流罩”输入工作示意图。

图11 为本实用新型实施例中数字量模块三路“启动/停机/急停”输出工作示意图。

图12 为本实用新型实施例中功率模块三路 “液压离合器/液压转向喷嘴/液压导流罩”输出工作示意图。

图13 为本实用新型实施例中执行模块二路输出工作结构示意图。

图14 为本实用新型实施例中AD模块二路“喷嘴/导流罩”输入工作示意图。

图15 为本实用新型实施例中数字量模块“启动/停机/急停/暖机/转速”工作示意图。

图16 为本实用新型实施例中功率模块二路“液压转向/液压导流罩”输出工作示意图。

图17 为本实用新型实施例中DA模块二路“发动机油门/变距螺旋桨”输出工作示意图。

图18 为本实用新型实施例中AD模块二路“螺距/舵叶”输入工作示意图。

图19 为本实用新型实施例中数字量模块“启动/停机/急停/越控”工作示意图。

图20 为本实用新型实施例中功率模块二个子模块三路“线圈一/线圈二/液压舵叶”输出工作示意图。

图21 为本实用新型实施例中DA模块二路“油门一/油门二”输出工作示意图。

图22 为本实用新型实施例中AD模块一路“转角”输入工作示意图。

图23 为本实用新型实施例中数字量模块“启动/停机”工作示意图。

图24 为本实用新型实施例中功率模块二个子模块四路“线圈一/线圈二/转向电机”输出工作示意图。

图中：1-控制板卡；2-通讯模块；3-执行模块；4-模拟量模块；5-数字量模块；6-功率模块；7-存储模块；8-电源模块；201-CAN外接口；301-执行外接口；302-RS232模块；303-RS422模块；401-AD/DA外接口；402-DA模块；403-AD模块；501-IO外接口；502-点火继电器；503-启动继电器；504-停机继电器；505-急停继电器；506-暖机继电器；507-越控继电器；508-脉冲测量一；509-脉冲测量二；601-功率外接口；602-子模块一；603-子模块二；604-子模块三；605-子模块四；801-电源外接口。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在本实用新型的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本实用新型的限制。

此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面就参考附图和实施例结合来详细说明本实用新型。

实施例1:如图1-8所示，一种应用于动力系统的通用控制器，所述控制器包括机箱、控制板卡1；所述控制板卡1安装于机箱内部，所述控制板卡1上设置有通讯模块2具体为CAN网络模块，执行模块3具体为RS232模块302和RS422模块303，模拟量模块4具体为AD模块403和DA模块402、数字量模块5具体为IO模块、功率模块6、存储模块7和电源模块8。所述控制板卡1为DSP控制器。

所述CAN网络模块对应的外接口为CAN外接口201；所述CAN网络模块通过CAN总线与监控中心交互数据，接收监控中心的控制指令，同时向监控中心反馈控制器的状态数据和监测数据。

所述RS232模块302和RS422模块303对应同一个外接口为执行外接口301；RS232模块302和RS422模块303的输入端通过模拟电子开关与控制板卡1相连，输出端与执行外接口301相连；RS232模块302的接收RXD和发送TXD信号线与执行外接口301上的对应OUT接点相连，接地GND信号线与GND接点相连；RS422模块303的接收RXD+、RXD-和发送TXD+、TXD-与执行外接口301上的对应OUT接点相连，接地GND信号线与GND接点相连。一共设置两组RS232模块302和RS422模块303，模拟电子开关分别命名为：K1，K2，K3，K4；RS232模块302或RS422模块303用于和电动执行器进行通信，实现机械油门、机械齿轮箱或离合器控制。

所述AD模块403和DA模块402对应同一个外接口为AD/DA外接口401；

DA模块402负责将控制板卡1的数字量信号转化为模拟量信号然后转发给外联设备，其输入端与控制板卡1相连，输出端经由模拟电子开关与AD/DA外接口401的OUT接点相连，一共三路输出，电子开关分别命名为：K5，K6，K7；接地GND信号线与GND接点相连；

AD模块403负责将外联设备的模拟量信号转化为数字量信号然后转发给控制板卡1，其输入端与AD/DA外接口401的IN接点相连，一共三路输入，输出端经由模拟电子开关与控制板卡1相连，电子开关分别命名为：K8，K9，K10；接地GND信号线与GND接点相连；

模拟量模块4用于对发动机电子油门控制，以及采集转向角度等模拟量信号。

所述IO模块对应的外接口为IO外接口501，IO模拟包括6个继电器和2个脉冲测量；继电器分别为“点火继电器502、启动继电器503、停止继电器、急停继电器505、暖机继电器506、越控继电器507”用于传递控制板卡1中“点火、启动、停止、急停、暖机、越控”等控制指令，继电器的输入端与控制板卡1相连，输出端与IO外接口501中OUT接点相连，接地GND信号线与GND接点相连；脉冲测量设置“脉冲测量一508和脉冲测量二509”两个点用于记录两路发动机转速脉冲信号，脉冲测量的输入端与IO外接口501中IN接点相连，输出端与控制板卡1相连，接地GND信号线与GND接点相连。

所述功率模块6对应的外接口为功率外接口601，功率模块6用于实现电磁阀的控制以及电机的正反转控制，包括四个子模块，分别为“子模块一602、子模块二603、子模块三604和子模块四605”，各子模块包括一个接地GND和两路输出“OUT1和OUT2”，功率模块6的输出端与功率外接口601上对应的OUT接点连接，接地GND信号线与GND接点相连。

所述存储模块7直接和控制板卡1相连，存储模块7中记录动力系统工作参数表。

所述电源模块8为控制板卡1、通讯模块2、执行模块3、模拟量模块4、数字量模块5、功率模块6和存储模块7供电，所述电源模块8的对应外接口为电源外接口805。

CAN外接口201、执行外接口301、AD/DA外接口401、IO外接口501、功率外接口601和电源外接口805都安装于机箱侧面。

CAN网络模块将上级指令转发给控制板卡1，由控制板卡1根据上级指令读取存储模块7中的参数，根据参数确定模拟电子开关通断情况，进而确定通用控制器的工作模式。

实施例2:如图9-12所示，在实施例1的基础上，当动力系统为“发动机、离合器和喷水推进器”时，根据系统硬接线情况确定系统工作参数表，然后保存到存储模块7中，工作参数表中需要监控目标和控制参数对应情况如下。

当监控目标：RS232模块302禁止且RS422模块303禁止；控制参数：模拟电子开关；对应接口：无；要求动作：K1断开、K2断开、K3断开、K4断开。

当监控目标：发动机油门；控制参数：模拟电子开关；对应接口：DA输出一路0-5V模拟量；要求动作：K5闭合、K6断开、K7断开。

当监控目标：喷嘴位置反馈；控制参数：模拟电子开关；对应接口：AD输入0-190Ω；要求动作：K8闭合。

当监控目标：导流罩位置反馈；控制参数：模拟电子开关；对应接口：AD输入0-190Ω；要求动作：K9闭合、K10断开。

当监控目标：启动信号；控制参数：启动指令；对应接口：启动继电器503；要求动作：启动继电器503动作一次发动机启动一次。

当监控目标：停机信号；控制参数：停机指令；对应接口：停机继电器504；要求动作：停机继电器504动作一次发动机停机一次。

当监控目标：急停信号；控制参数：急停指令；对应接口：急停继电器505；要求动作：急停继电器505动作一次发动机急停一次。

当监控目标：液压离合器；控制参数：离合器电磁阀；对应接口：功率模块6的子模块一602；要求动作：子模块一602的OUT1输出。

当监控目标：液压转向喷嘴；控制参数：离合器电磁阀；对应接口：功率模块6的子模块二603；要求动作：子模块二603的OUT1输出。

当监控目标：液压导流罩；控制参数：导流罩电磁阀；对应接口：功率模块6的子模块三604；要求动作：子模块三604的OUT1输出。

实施例3:如图13-16所示，在实施例1的基础上，当动力系统为“发动机、离合器和喷水推进器”时，根据系统硬接线情况确定系统工作参数表，然后保存到存储模块7中，工作参数表中需要监控目标和控制参数对应情况如下。

当监控目标：RS232模块302开启且连接执行器；控制参数：模拟电子开关；对应接口：执行模块3；要求动作：K1闭合且K2断开。

当监控目标：RS422模块303开启且连接执行器；控制参数：模拟电子开关；对应接口：执行模块3；要求动作：K3断开且K4闭合。

当监控目标：DA禁止输出；控制参数：模拟电子开关；对应接口：无；要求动作：K5断开、K6断开和K7断开。

当监控目标：喷嘴位置反馈；控制参数：模拟电子开关；对应接口：AD输0-190Ω；要求动作：K8闭合。

当监控目标：导流罩位置反馈；控制参数：模拟电子开关；对应接口：AD输0-190Ω；要求动作：K9闭合、K10断开。

当监控目标：启动信号；控制参数：启动指令；对应接口：启动继电器503；要求动作：启动继电器503动作一次发动机启动一次。

当监控目标：停机信号；控制参数：停机指令；对应接口：停机继电器504；要求动作：停机继电器504动作一次发动机停机一次。

当监控目标：急停信号；控制参数：急停指令；对应接口：急停继电器505；要求动作：急停继电器505动作一次发动机急停一次。

当监控目标：暖机信号；控制参数：暖机指令；对应接口：暖机继电器506；要求动作：暖机继电器506动作一次发动机暖机一次。

当监控目标：转速脉冲测量；控制参数：脉冲信号；对应接口：脉冲测量一508；要求动作：监测转速。

当监控目标：液压转向喷嘴；控制参数：离合器电磁阀；对应接口：功率模块6的子模块一602；要求动作：子模块一602的OUT1输出。

当监控目标：液压导流罩；控制参数：导流罩电磁阀；对应接口：功率模块6的子模块二603；要求动作：子模块二603的OUT1输出。

实施例4:如图17-20所示，在实施例1的基础上，当动力系统为“发动机、齿轮箱、螺旋桨和舵叶”时，根据系统硬接线情况确定系统工作参数表，然后保存到存储模块7中，工作参数表中需要监控目标和控制参数对应情况如下。

当监控目标：RS232模块302禁止输出且RS422模块303禁止输出；控制参数：模拟电子开关；对应接口：无；要求动作：K1断开、K2断开、K3断开、K4断开。

当监控目标：发动机油门；控制参数：模拟电子开关；对应接口：DA输出4-20mA信号；要求动作：K5闭合。

当监控目标：变距螺旋桨比例阀；控制参数：模拟电子开关；对应接口：DA输出4-20mA信号；要求动作：K6闭合且K7断开。

当监控目标：螺距位置反馈；控制参数：模拟电子开关；对应接口：AD输入0-190Ω；要求动作：K8闭合。

当监控目标：舵叶位置反馈；控制参数：模拟电子开关；对应接口：AD输入0-190Ω；要求动作：K9闭合、K10断开。

当监控目标：启动信号；控制参数：启动指令；对应接口：启动继电器503；要求动作：启动继电器503动作一次发动机启动一次。

当监控目标：停机信号；控制参数：停机指令；对应接口：停机继电器504；要求动作：停机继电器504动作一次发动机停机一次。

当监控目标：急停信号；控制参数：急停指令；对应接口：急停继电器505；要求动作：急停继电器505动作一次发动机急停一次。

当监控目标：越控信号；控制参数：越控指令；对应接口：越控继电器507；要求动作：越控继电器507动作一次发动机越控一次。

当监控目标：齿轮箱线圈一；控制参数：档位电磁阀；对应接口：功率模块6的子模块一602；要求动作：子模块一602的OUT1输出。

当监控目标：齿轮箱线圈二；控制参数：档位电磁阀；对应接口：功率模块6的子模块一602；要求动作：子模块一602的OUT2输出。

当监控目标：液压舵叶；控制参数：舵叶电磁阀；对应接口：功率模块6的子模块二603；要求动作：子模块二603的OUT1输出。

实施例5:如图21-24所示，在实施例1的基础上，当动力系统为“发动机、齿轮箱和转向器”时，根据系统硬接线情况确定系统工作参数表，然后保存到存储模块7中，工作参数表中需要监控目标和控制参数对应情况如下。

当监控目标：RS232模块302禁止输出且RS422模块303禁止输出；控制参数：模拟电子开关；对应接口：无；要求动作：K1断开、K2断开、K3断开、K4断开。

当监控目标：发动机油门一；控制参数：模拟电子开关；对应接口：DA输出4-20mA信号；要求动作：K5闭合。

当监控目标：发动机油门二；控制参数：模拟电子开关；对应接口：DA输出4-20mA信号；要求动作：K6闭合且K7断开。

当监控目标：转角反馈；控制参数：模拟电子开关；对应接口：DA输出4-20mA信号；要求动作：K8闭合、K9断开、K10断开。

当监控目标：启动信号；控制参数：启动指令；对应接口：启动继电器503；要求动作：启动继电器503动作一次发动机启动一次。

当监控目标：停机信号；控制参数：停机指令；对应接口：停机继电器504；要求动作：停机继电器504动作一次发动机停机一次。

当监控目标：齿轮箱线圈一；控制参数：档位电磁阀；对应接口：功率模块6的子模块一602；要求动作：子模块一602的OUT1输出。

当监控目标：齿轮箱线圈二；控制参数：档位电磁阀；对应接口：功率模块6的子模块一602；要求动作：子模块一602的OUT2输出。

当监控目标：液压转向助力器；控制参数：转向电机控制；对应接口：功率模块6的子模块二603；要求动作：子模块二603的OUT1输出。

当监控目标：液压转向助力器；控制参数：转向电机控制；对应接口：功率模块6的子模块二603；要求动作：子模块二603的OUT2输出。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种应用于动力系统的通用控制器，所述控制器包括机箱、控制板卡（1）；所述控制板卡（1）安装于机箱内部，其特征在于，所述控制板卡（1）上设置有通讯模块（2），执行模块（3），模拟量模块（4），数字量模块（5）、功率模块（6）、存储模块（7）和电源模块（8）；所述通讯模块（2），执行模块（3），模拟量模块（4），数字量模块（5）、功率模块（6）和电源模块（8）对应的外接口安装于机箱侧面，所述存储模块（7）中保存有动力系统工作参数表；所述通讯模块（2）将上级指令转发给控制板卡（1），由控制板卡（1）解读上级指令并确定通用控制器的工作模式。

2.根据权利要求1所述控制器，其特征在于，所述通讯模块（2）为CAN网络模块，对应安装于机箱侧面的外接口为CAN外接口（201）。

3.根据权利要求1所述控制器，其特征在于，所述执行模块（3）包括RS232模块（302）和RS422模块（303），对应的外接口为执行外接口（301）；所述RS232模块（302）通过模拟电子开关与控制板卡（1）相连；所述RS422模块（303）通过模拟电子开关与控制板卡（1）相连；RS232模块（302）和RS422模块（303）的外接线共同接在执行外接口（301）上，控制板卡（1）通过控制模拟电子开关确定RS232模块（302）和RS422模块（303）中的一个模块处于工作模式。

4.根据权利要求1所述控制器，其特征在于，所述模拟量模块（4）包括AD模块（403）和DA模块（402），对应的外接口为AD/DA外接口（401）；所述DA模块（402）设置多路输出，每路输出通过模拟电子开关与AD/DA外接口（401）中OUT接点相连；AD模块（403）设置多路输入，每路输入通过模拟电子开关与控制板卡（1）相连，AD模块（403）的外接线直接与AD/DA外接口（401）中IN接点相连。

5.根据权利要求1所述控制器，其特征在于，所述数字量模块（5）中包括多路继电器和多路脉冲测量，对应的外接口为IO外接口（501）；所述每个继电器作为一路数字量输出，输出端直接与IO外接口（501）中OUT接点相连；所述每个脉冲测量作为一路数字量输入，输入端直接与IO外接口（501）中IN接点相连。

6.根据权利要求1所述控制器，其特征在于，所述功率模块（6）设置多个子模块，对应的外接口为功率外接口（601），每个子模块设置二路输出，输出端直接与功率外接口（601）中OUT1和OUT2接点相连。

7.根据权利要求1-6中任意任一项所述控制器，其特征在于，控制板卡（1）读取存储模块（7）中的参数，确定模拟电子开关通断情况。