CN211352570U - 一种船用航行信号灯控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种船用航行信号灯控制器，包括电源控制模块、应急控制模块和驱动模块，电源控制模块用于给驱动模块和应急控制模块分配电源，应急控制模块为手动模块直接控制航行信号灯。驱动模块包括驱动电路、诊断电路和隔离切换电路。所述驱动电路中的第二继电器的输出端与航行信号灯的输入端连接，航行信号灯的输出端与诊断电路中的电流互感线圈的输入端连接；诊断电路中的电流采集器的输出端与隔离切换电路中的第二单片机的输入端连接。隔离切换电路中的第四隔离器的输出端与驱动电路中的第二继电器的输入端连接。本实用新型提供了一种能提高航行信号灯可靠性和安全性的航行信号灯控制器，保证航行信号灯安全可靠的工作。

Description

一种船用航行信号灯控制器

技术领域

本实用新型涉及船用航行控制器，具体涉及一种船用航行信号灯控制器。

背景技术

航行信号灯的目的是识别船舶和通知其他海上航行的意图，航行灯控制器的目的是为了向值班驾驶员提供监控船上航行灯状态的方法。随着国际与国内航行法规要求的逐步升级，以及世界范围内的电子化浪潮推进了船舶电控化的发展，对航行信号灯控制器的自动化程度、可靠性、安全性都提出了更高的要求。随之世界范围内人工成本的大幅提高和智能船舶的迅速发展，推进航行信号灯的电控化和自动化是必然的发展方向，另一方面作为识别船舶和通知其他海上航行意图的重要媒介，其安全可靠对于船舶航行的安全可靠性能有着紧密的联系。

因此，急需提供一种能保证航行信号灯安全可靠的工作的航行信号灯驱动与诊断的控制器。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种能提高航行信号灯可靠性和安全性的航行信号灯控制器，以保证航行信号灯安全可靠的工作。

本实用新型提供一种船用航行信号灯控制器，包括电源控制模块、应急控制模块和驱动模块，所述电源控制模块用于给驱动模块和应急控制模块分配电源；所述应急控制模块用于手动控制航行信号灯。

所述驱动模块包括分别具有驱动、诊断、隔离切换功能的驱动电路、诊断电路和隔离切换电路；

所述驱动电路包括第二继电器；所述诊断电路包括电流互感线圈和电流采集器，所述电流互感线圈的输出端与电流采集器输入端连接；

所述隔离切换电路包括第四隔离电源、第五隔离电源、第三隔离器、第四隔离器和第二单片机，第四隔离电源的输出端分别与第二单片机和第五隔离电源的输入端连接，所述第五隔离电源的输出端与第三隔离器的输入端连接，所述第三隔离器与第二单片机通信连接，所述第二单片机的输出端还连接第四隔离器的输入端，所述第四隔离器的输出端与第二继电器的线圈连接；

所述驱动电路中的第二继电器的输出端与航行信号灯的输入端连接，所述航行信号灯的输出端与诊断电路中的电流互感线圈的输入端连接；所述诊断电路中的电流采集器的输出端与隔离切换电路中的第二单片机的输入端连接；所述隔离切换电路中的第四隔离器的输出端与驱动电路中的第二继电器的输入端连接。

进一步地，所述电源控制模块包括第一电源控制模块和第二电源控制模块；所述第一电源控制模块设有第一继电器和AC-DC模块，所述第一继电器的输出端分别与AC-DC模块、应急控制模块和驱动模块内的第二继电器的输入端连接，AC-DC模块的输出端与驱动模块内的第四隔离电源的输入端连接。

进一步地，所述第二电源控制模块包括第一单片机、第一隔离电源、第二隔离电源、第三隔离电源、第一隔离器和第二隔离器；所述第一隔离电源的输出端分别与第二隔离电源、第三隔离电源以及第一单片机的输入端连接，第二隔离电源的输出端与第一隔离器的输入端连接，第三隔离电源的输出端与第二隔离的输入端连接；且所述第一单片机与第一隔离器通信连接，与第二隔离器CAN总线连接；所述第一隔离器与驱动模块的第三隔离器通信连接；

进一步地，还包括控制报警指示的HMI系统，所述HMI系统的输入端与AC-DC模块的输出端连接，其输出端连接指示灯和报警装置；所述第二电源控制模块的第二隔离器与HMI系统CAN总线连接。所述HMI系统通过电源控制模块与驱动模块通信连接。

进一步地，所述电源包括220VAC的主备电源和辅助电源，所述辅助电源为24V船用蓄电池，所述主备电源的输出端与第一继电器的输入端连接，所述第一继电器的常闭触点连接辅助电源的输出端和第一隔离电源的输入端。

进一步地，所述主备电源包括主电源和备用电源，且所述电源控制模块上设置交流电选择模块，所述交流电选择模块的输入端与主备电源的输入端连接，输出端与连接第一继电器的输入端连接。

进一步地，所述第一隔离电源和第四隔离电源均为24V-5V隔离电源，第二隔离电源、第三隔离电源以及第五隔离电源为均5V-5V隔离电源。

本实用新型的有益效果：

(1)驱动模块设计了诊断电路和隔离切换电路，使其控制系统具有诊断和隔离切换功能，当某一模块或者某一个航行灯出现故障时，不会将故障带入其他部分，故不会影响其他航行灯的正常使用，具有隔离性高，安全稳定性强的优点。

(2)本实用新型中设计有应急控制模块，当驱动模块失效后，航行灯无法继续工作，此时工作人员可手动操作启动应急控制模块，使其航行信号灯继续工作，为航行灯的运行工作做最后保障，保证了航行信号灯的可靠运行。

(3)本实用新型中设计有电源控制板，其能够安全可靠地给驱动模块和应急控制模块内的零部件分配所需的不同电源；对HMI系统进行逻辑控制，并实现了与HMI系统和航行信号灯驱动板的通信连接；使其连接方便、快捷。

(4)本实用新型中设计有HMI系统，与电源控制模块和驱动模块信通连接，并指示各个航行信号灯的位置、工作状态、报警等信号，使其工作人员能够直观地观察控制器的运行状态，保证了其可靠性。

(5)本实用新型中的电源采用主电源和备用电源，当主电源出现故障后，备用电源自动启动，使其航信信号灯继续安全可靠的工作；HMI系统、指示灯和报警装置可采用辅助电源和主备电源，当主备电源出现故障无法确保航行信号灯正常工作时，通过辅助电源对航行信号灯供电，HMI系统能够使其指示灯发出报警信号，及时采取措施，增加了控制系统的可靠性。

(6)本实用新型采用多模块增量式组合安装，包括电源控制模块、HMI系统、应急控制模块和驱动模块，其中，驱动模块能够根据实际需求进行增减，只有数量上的差别，但其诊断、隔离、切换完备，因此使控制器的使用范围更广，通用性更强。

综上所述，本实用新型提高了航行信号灯可靠性和安全，保证了航行信号灯安全可靠的工作。

附图说明

图1为本实用新型的功能结构图。

图2为电源控制板上的结构图。

图3为驱动板上的连接图。

图4为驱动模块多种故障模式示意图。

图中：1-航行信号灯，3-HMI系统，4-应急控制模块，5-底板，6-主备电源，61-主电源，62-备用电源，7-辅助电源；

8-电源控制模块，81-第一电源控制模块，811-交流电选择模块，812-第一继电器，813-AC-DC模块，814-常闭触点；

82-第二层电源控制板，821-第一单片机，822-第一隔离电源，823-第二隔离电源，824-第三隔离电源，825-第一隔离器，826-第二隔离器；

9-驱动模块，91-第二继电器，92-电流采集器，93-第四隔离电源，94-第五隔离电源，95-第三隔离器，96-第四隔离器，98-第二单片机，99-电流互感线圈，90-保险丝；

11-指示灯，13-报警装置，14-第一连接点，15-第二连接点，16-第三连接点，17第一二极管，18-第二二极管。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行进一步的描述:

如图1-3所示，一种船用航行信号灯控制器，包括电源控制模块8、应急控制模块4和驱动模块9，所述电源控制模块8用于给驱动模块9和应急控制模块4分配电源；所述应急控制模块4用于手动控制航行信号灯1。应急控制模块4是在驱动模块9失效时的应急状态下使用的，用于应急条件下航行信号灯1的手动操作，为航行信号灯1的工作做最后的保障。

所述驱动模块9包括分别具有驱动、诊断、隔离切换功能的驱动电路、诊断电路和隔离切换电路；

所述驱动电路包括第二继电器91；所述诊断电路包括电流互感线圈99和电流采集器92，所述电流互感线圈99的输出端与电流采集器92输入端连接。根据电流采集器92采集的电流对回路进行电流实时监测并能实时诊断，能够探测出包括航行信号灯1断路、短路，过载等多种故障，并提供针对性的应对措施，能够保证系统安全可靠运行，避免了重大事故的发生。

所述隔离切换电路包括第四隔离电源93、第五隔离电源94、第三隔离器95、第四隔离器96和第二单片机98，第四隔离电源93的输出端分别与第二单片机98和第五隔离电源94的输入端连接，所述第五隔离电源94的输出端与第三隔离器95的输入端连接，所述第三隔离器95与第二单片机98通信连接，所述第二单片机98的输出端还连接第四隔离器96的输入端，所述第四隔离器96的输出端与第二继电器91的线圈连接，所述继电器的输入端和输出端分别为两个不同的常闭出点，第二单片机98发出开关信号，经第四隔离器96控制第二继电器91的常闭触点814的打开和关闭。采用隔离电源实现了相互分区隔离，本实用新型中的隔离器均为光耦隔离，使其控制输入输出开关信号采用隔离器的光耦隔离技术，减少各区间的串扰，所述航行信号灯1回路使用电流互感线圈99的形式采集信号，以隔离的方式避免功率回路对采样回路的干扰，同时利用实时感应驱动回路中电流的大小，对驱动回路进行监控和诊断。

所述驱动电路中的第二继电器91的输出端与航行信号灯1的输入端连接，且所述第二继电器91与航行信号灯1之间还连接有保险丝90保护电流回路，所述航行信号灯1的输出端与诊断电路中的电流互感线圈99的输入端连接；所述诊断电路中的电流采集器92的输出端与隔离切换电路中的第二单片机98的输入端连接；所述隔离切换电路中的第四隔离器96的输出端与驱动电路中的第二继电器91的输入端连接；电流采集器92将采集到的电流信号反馈给第二单片机98，第二单片机98做出判断后发出隔离和驱动指令。

所述电源控制模块8包括第一电源控制模块81和第二电源控制模块82，所述第一电源控制模块81内设有第一继电器812和AC-DC模块813，所述第一继电器812的输出端分别与AC-DC模块813、应急控制模块4和驱动模块9内的第二继电器91的输入端连接，AC-DC模块813的输出端与驱动模块9内的第四隔离电源93的输入端连接。航行信号灯1直接接入交流电源，而第四隔离电源93需接入直流电，第一电源控制模块81内设置AC-DC模块813，能使其从第一继电器812中输出端输出的交流电通过AC-DC模块813转换为直流电供第四隔离器96直接接入，无需再另外引入直流电。所述AC-DC模块813为输出为24V的直流电源。

所述第二电源控制模块82包括第一单片机821、第一隔离电源822、第二隔离电源823、第三隔离电源824、第一隔离器825和第二隔离器826；所述第一隔离电源822的输出端分别与第二隔离电源823、第三隔离电源824以及第一单片机821的输入端连接，第二隔离电源823的输出端与第一隔离器825的输入端连接，第三隔离电源824的输出端与第二隔离的输入端连接；且所述第一单片机821与第一隔离器825通信连接，与第二隔离器826CAN总线连接；所述第一隔离器825与驱动模块9内的第三隔离器95通信连接。

还包括控制报警指示的HMI系统3，所述HMI系统3的输入端与AC-DC模块813的输出端连接，其输出端连接指示灯11和报警装置13；所述第二电源控制模块(82)的第二隔离器(826)与HMI系统(3)CAN总线连接，使得所述HMI系统3通过电源控制模块8与驱动模块9通信连接。HMI系统3作为一个相对独立的模块，一般安装在船舶的驾驶室中供操作员操作，并能指示各个航行信号灯1的位置、工作状态、报警信号等，HMI系统3和电源控制板进行互联互通，包括CAN总线通讯和电气互联。

在第二电源控制模块82上设置第一单片机821，使其具备主控制器的功能，为电源控制板与HMI系统3和驱动模块9的通讯交流和反馈起着重要作用。第二电源控制板82的第一单片机821通过485通讯和CAN总线会将HMI系统3的一些操作指令发送给驱动模块9，来驱动航行信号灯1的亮与灭，同时也使得驱动模块9将相应的状态反馈给电源控制板和HMI系统3。

本实用新型中的单片机用于根据航行的具体需要，进行各个位置的航行信号灯1的打开与关闭，并根据采集信息对航行信号灯1的状态进行判断和指示，其通信连接可采用485串口连接。

所述电源包括220VAC的主备电源6和辅助电源63，所述辅助电源63为24V船用蓄电池，所述主备电源6的输出端与第一继电器812的输入端连接，所述第一继电器822的常闭触点814连接辅助电源63的输出端和第一隔离电源822的输入端，当第一继电器812的线圈通电时，常闭触点814断开，辅助电源63与第一隔离电源822不通电，当第一继电器812的线圈断电时，常闭触点814闭合，使其辅助电源63与第一隔离电源822连同。当主备电源6失效后第一继电器812断电，常闭触点814闭合，此时使用辅助电源63为HMI系统3和指示灯11供电，并发出报警信号。如图3所示，连接时，AC-DC模块813的输出端与第一隔离电源822之间的连接线上设置有第一连接点14，第二连接点15，第三连接点16，所述第一连接点14连接第四隔离电源93的输入端，第二连接点15连接常闭触点814，第三连接点16连接HMI系统3的输入端。第一连接点14与第二连接点15之间设有电流流向为第二连接点15的第一二极管17，所述第二连接点15与常闭触点814之间连接有电流流向为为第二连接点15的第二二极管18。这样使得辅助电源63工作时，不会出现倒流现象。

所述主备电源6包括主电源61和备用电源62，且所述电源控制模块8上设置交流电选择模块811，所述交流电选择模块811的输入端与主备电源6的输出端连接，其输出端与连接第一继电器812的输入端连接。交流电选择模块811对主备电源6进行选择，当主电源61断电时，备用电源62可无缝接入使用，可靠地保证了航行灯的电源供给。

所述第一隔离电源822和第四隔离电源93均为24V-5V隔离电源，第二隔离电源823、第三隔离电源824以及第五隔离电源94均为5V-5V隔离电源。采用带变压器的隔离电源，将两个电源之间隔开，使他们相互独立，每个模块独立工作，不受干扰。

所述驱动模块9可根据实际需求增减，各驱动模块9的互换性强，大大降低了后期的维修以及更换难度。且每一个驱动模块9可支持多路航行信号灯1，最多为36路。驱动模块9可根据船舶上航行信号灯1的多寡，灵活地选用8路、16路、24路航行信号灯1的驱动模块9，本实用新型中采用隔离切换电路，使其某一个模块或者航行信号灯1出现故障时，不会将故障带入其他部分，不影响其他航行信号灯1的正常使用，隔离性更高，安全稳定性更强。

多路航行信号灯1部分也可以作为备用通道，当这一路航行信号灯1出现故障时，及时切换至相应的备用通道，从而保证了正常航行，如图4所示的几种故障模式及其相应故障模式的应对措施如下：

故障模式1：在航行信号灯1或者该航行信号灯1所在通路出现短路情况时，电流会出现突升，电流异常的大；故障检测方法：电流采集器92采集电流信号并结合第二继电器91开关信号做出判断。故障应对措施：通过第四隔离器96隔离故障电路、关闭该通路的第二继电器91并切换至备用通道，HMI系统3给出报警指示，从而保证了航行信号灯1的正常运行。

故障模式2：航行信号灯1或者该航行信号灯1所在通路出现断路情况时；障检测方法：电流采集器92采集电流信号并结合第二继电器91开关信号做出判断，第二继电器91导通信号但没有电流。故障应对措施：通过第四隔离器96隔离故障电路、关闭该通路的第二继电器91并切换至备用通道，HMI系统3给出报警指示，从而保证了航行信号灯1的正常运行。

故障模式3：航行信号灯1或者该航行信号灯1所在通路出现过流或欠流。故障检测方法：电流采集器92对多个工作的驱动电路进行电流采集并结合第二继电器91开关信号做出判断，定量交叉对比电流大小。故障应对措施：这种情况下，通过第四隔离器96隔离故障电路、关闭该通路的第二继电器91并切换至备用通道，HMI系统3给出报警指示，从而保证了航行信号灯1的正常运行。

在具体制作时，所述电源控制模块8、应急控制模块4和驱动模块9通过一块底板5相互连接，所述第一继电器812的输出端与底板5连接，第二继电器91和应急控制模块4的输入端与底板5连接，通过底板使第一继电器812的输出端与第二继电器91和应急控制模块4的输入端连接；AC-DC模块813的输出端与底板5连接，所述第四隔离电源93和第一隔离电源822的输入端连接在底板5上与AC-DC模块813的输出端连接；第一隔离器825与底板5通信连接，所述第三隔离器95连接在底板5上与第一隔离器825通信连接。

Claims (7)

1.一种船用航行信号灯控制器，其特征在于：包括电源控制模块(8)、应急控制模块(4)和驱动模块(9)，所述电源控制模块(8)用于给驱动模块(9)和应急控制模块(4)分配电源；

所述应急控制模块(4)用于手动控制航行信号灯(1)；

所述驱动模块(9)包括分别具有驱动、诊断和隔离切换功能的驱动电路、诊断电路和隔离切换电路；

所述驱动电路包括第二继电器(91)；

所述诊断电路包括电流互感线圈(99)和电流采集器(92)，所述电流互感线圈(99)的输出端与电流采集器(92)输入端连接；

所述隔离切换电路包括第四隔离电源(93)、第五隔离电源(94)、第三隔离器(95)、第四隔离器(96)和第二单片机(98)，第四隔离电源(93)的输出端分别与第二单片机(98)和第五隔离电源(94)的输入端连接，所述第五隔离电源(94)的输出端与第三隔离器(95)的输入端连接，所述第三隔离器(95)与第二单片机(98)通信连接，所述第二单片机(98)的输出端还连接第四隔离器(96)的输入端，所述第四隔离器(96)的输出端与第二继电器(91)的线圈连接；

所述驱动电路中的第二继电器(91)的输出端与航行信号灯(1)的输入端连接，所述航行信号灯(1)的输出端与诊断电路中的电流互感线圈(99)的输入端连接；所述诊断电路中的电流采集器(92)的输出端与隔离切换电路中的第二单片机(98)的输入端连接；所述隔离切换电路中的第四隔离器(96)的输出端与驱动电路中的第二继电器(91)的输入端连接。

2.根据权利要求1所述船用航行信号灯控制器，其特征在于：所述电源控制模块(8)包括第一电源控制模块(81)和第二电源控制模块(82)；所述第一电源控制模块(81)设有第一继电器(812)和AC-DC模块(813)，所述第一继电器(812)的输出端分别与AC-DC模块(813)、应急控制模块(4)和驱动模块(9)内的第二继电器(91)的输入端连接，AC-DC模块(813)的输出端与驱动模块(9)内的第四隔离电源(93)的输入端连接。

3.根据权利要求2所述船用航行信号灯控制器，其特征在于，所述第二电源控制模块(82)包括第一单片机(821)、第一隔离电源(822)、第二隔离电源(823)、第三隔离电源(824)、第一隔离器(825)和第二隔离器(826)；所述第一隔离电源(822)的输出端分别与第二隔离电源(823)、第三隔离电源(824)以及第一单片机(821)的输入端连接，第二隔离电源(823)的输出端与第一隔离器(825)的输入端连接，第三隔离电源(824)的输出端与第二隔离器(826)的输入端连接；且所述第一单片机(821)与第一隔离器(825)通信连接，与第二隔离器(826)CAN总线连接；所述第一隔离器(825)与驱动模块(9)的第三隔离器(95)通信连接。

4.根据权利要求3所述船用航行信号灯控制器，其特征在于：还包括控制报警指示的HMI系统(3)，所述HMI系统(3)的输入端与AC-DC模块(813)的输出端连接，其输出端连接指示灯(11)和报警装置(13)；所述第二电源控制模块(82)的第二隔离器(826)与HMI系统(3)CAN总线连接。

5.根据权利要求2-4任一项所述船用航行信号灯控制器，其特征在于：所述电源包括220VAC的主备电源(6)和辅助电源(63)，所述辅助电源(63)为24V船用蓄电池，所述主备电源(6)的输出端与第一继电器(812)的输入端连接，所述第一继电器(812)的常闭触点(814)连接辅助电源(63)的输出端和第一隔离电源(822)的输入端。

6.根据权利要求5所述船用航行信号灯控制器，其特征在于：所述主备电源(6)包括主电源(61)和备用电源(62)，且所述第一电源控制模块(81)上设置交流电选择模块(811)，所述交流电选择模块(811)的输入端与主备电源(6)的输入端连接，输出端与连接第一继电器(812)的输入端连接。

7.根据权利要求6所述船用航行信号灯控制器，其特征在于，所述第一隔离电源(822)和第四隔离电源(93)均为24V-5V隔离电源，第二隔离电源(823)、第三隔离电源(824)以及第五隔离电源(94)均为5V-5V隔离电源。

Images