CN214151411U - 一种船用高速机电控系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型实施例公开了一种船用高速机电控系统。该船用高速机电控系统包括：主机转速控制模块、喷油执行模块和至少一个驱动控制模块；其中，主机转速控制模块包括第一主机转速控制模块和第二主机转速控制模块；其中，第一主机转速控制模块与驱动控制模块连接，驱动控制模块分别与喷油执行模块和第二主机转速控制模块连接；驱动控制模块用于在第一主机转速控制模块异常时，切换至第二主机转速控制模块，并控制喷油执行模块执行第二主机转速控制模块输出的喷油指令。通过该系统可以实现在第一主机转速控制模块异常时，能够自动切换至第二主机转速控制模块，实现对高速机电抗系统的冗余控制，以提高电控系统的可靠性。

Description

一种船用高速机电控系统
技术领域
本实用新型实施例涉及船用高速机控制技术，尤其涉及一种船用高速机电控系统。
背景技术
随着科技创新的发展，船舶动力系统从原来的人工机械结构控制转变为电子控制。而经济的全球化发展，船舶的运输能力是别的交通工具无法代替的，因此船舶在人们生活中有形无形的占据着重要的地位。船舶的大量运用，随之而来的问题就是船用电控系统的可靠性要求也越来越高。
尤其是当船舶运行过程中遇到极端情况导致主控制器失效时，会对船舶电控系统的可靠性带来巨大的危害。因此，如何提高船舶动力系统中电控系统的可靠性成为亟待解决的难题。
实用新型内容
本实用新型提供一种船用高速机电控系统，以实现在第一主机转速控制模块异常时，能够自动切换至第二主机转速控制模块，并根据第二主机转速控制模块输出的喷油指令控制喷油执行模块执行喷油指令，实现对高速机电抗系统的冗余控制，以提高电控系统的可靠性。
本实用新型实施例提供了一种船用高速机电控系统，该船用高速机电控系统包括：主机转速控制模块、喷油执行模块和至少一个驱动控制模块；其中，所述主机转速控制模块包括第一主机转速控制模块和第二主机转速控制模块；
其中，所述第一主机转速控制模块与所述驱动控制模块连接，所述驱动控制模块分别与所述喷油执行模块和所述第二主机转速控制模块连接；
所述驱动控制模块用于在所述第一主机转速控制模块异常时，切换至所述第二主机转速控制模块，并控制所述喷油执行模块执行所述第二主机转速控制模块输出的喷油指令。
可选地，所述驱动控制模块包括第一驱动控制模块和第二驱动控制模块，所述第一驱动控制模块分别与所述喷油执行模块、所述第二主机转速控制模块连接，所述第二驱动控制模块与所述第一驱动控制模块、所述第一主机转速控制模块、所述第二主机转速控制模块、所述喷油执行模块连接；
所述第二驱动控制模块用于监测所述第一驱动控制模块是否正常，并在所述第一驱动控制模块异常时切换至所述第二驱动控制模块。
可选地，该船用高速机电控系统还包括喷油参数检测模块，所述喷油参数检测模块分别与所述第一主机转速控制模块和所述第二主机转速控制模块连接。
可选地，所述喷油参数检测模块包括曲轴转速检测单元、温度检测单元和油雾检测单元，所述曲轴转速检测单元、所述温度检测单元和所述油雾检测单元均与所述主机转速控制模块连接。
可选地，所述曲轴转速检测单元、所述温度检测单元和所述油雾检测单元均包括双路输出信号。
可选地，该船用高速机电控系统还包括第一CAN总线，所述驱动控制模块通过所述第一CAN总线与所述主机转速控制模块通信连接。
可选地，该船用高速机电控系统还包括第二CAN总线，所述驱动控制模块在所述第一CAN总线发生故障时通过所述第二CAN总线与所述主机转速控制模块通信连接。
可选地，所述喷油执行模块包括电磁阀和喷油器，所述电磁阀分别与所述第一驱动控制模块、所述第二驱动控制模块电连接，所述电磁阀与所述喷油器机械连接。
可选地，该船用高速机电控系统还包括第一继电器开关，所述第一继电器开关分别与所述第一主机转速控制模块和所述第二主机转速控制模块连接，所述第二主机转速控制模块通过所述第一继电器开关控制所述第一主机转速控制模块的导通或者关闭。
可选地，该船用高速机电控系统还包括第二继电器开关，所述第二继电器开关分别与所述第一驱动控制模块和所述第二驱动控制模块连接，所述第二驱动控制模块通过所述第二继电器开关控制所述第一驱动控制模块的导通或者关闭。
本实用新型通过提供一种船用高速机电控系统，该船用高速机电控系统包括：主机转速控制模块、喷油执行模块和至少一个驱动控制模块；其中，主机转速控制模块包括第一主机转速控制模块和第二主机转速控制模块；其中，第一主机转速控制模块与驱动控制模块连接，驱动控制模块分别与喷油执行模块和第二主机转速控制模块连接；驱动控制模块用于在第一主机转速控制模块异常时，切换至第二主机转速控制模块，并控制喷油执行模块执行第二主机转速控制模块输出的喷油指令。通过该系统可以实现在第一主机转速控制模块异常时，能够自动切换至第二主机转速控制模块，并根据第二主机转速控制模块输出的喷油指令控制喷油执行模块执行喷油指令，实现对高速机电抗系统的冗余控制，以提高电控系统的可靠性。
附图说明
图1是本实用新型实施例一中的一种船用高速机电控系统的结构框图；
图2是本实用新型实施例一中的两种主机转速控制模块的工作原理图；
图3是本实用新型实施例二中的一种船用高速机电控系统的结构框图；
图4是本实用新型实施例二中的第二驱动控制模块监测第一驱动控制模块喷油指令输出示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1为本实用新型实施例一中提供的一种船用高速机电控系统的结构框图，图2是本实用新型实施例一中提供的两种主机转速控制模块的工作原理图。参考图1，该船用高速机电控系统包括：主机转速控制模块10、喷油执行模块30和至少一个驱动控制模块20；其中，主机转速控制模块10包括第一主机转速控制模块11和第二主机转速控制模块12；
其中，第一主机转速控制模块11与驱动控制模块20连接，驱动控制模块20分别与喷油执行模块30和第二主机转速控制模块12连接；
驱动控制模块20用于在第一主机转速控制模块11异常时，切换至第二主机转速控制模块12，并控制喷油执行模块30执行第二主机转速控制模块12输出的喷油指令。
其中，喷油指令可以包括喷油正时、喷油脉宽和喷油量等喷油数据参数。其中，根据喷油正时可以获取喷油时间根据喷油脉宽和喷油量可以获取喷油的速度和喷油量。
其中，第一主机转速控制模块11为主设备，正常情况下，驱动控制模块20只执行第一主机转速控制模块11发出的喷油指令。作为冗余考虑，第二主机转速控制模块12为备用设备，当第一主机转速控制模块11异常时，驱动控制模块20只执行由第二主机转速控制模块12发出的喷油指令。
需要说明的是，正常情况下，第一主机转速控制模块11和第二主机转速控制模块12均向驱动控制模块20发出喷油指令，驱动控制模块20同时接收第一主机转速控制模块11和第二主机转速控制模块12发出的喷油指令，但是，在第一主机转速控制模块11正常的情况下，驱动控制模块20只执行第一主机转速控制模块11发出的喷油指令；在第一主机转速控制模块11异常时，驱动控制模块20只执行第二主机转速控制模块12发出的喷油指令，由此可以确保船用高速机电控系统的正常运行。
在本实施例的技术方案中，该船用高速机电控系统的实现过程为：结合图1和图2，正常情况下，第一主机转速控制模块11和第二主机转速控制模块12同时向驱动控制模块20发出喷油指令，第一主机转速控制模块11正常时，驱动控制模块20接收并执行第一主机转速控制模块11发出的喷油指令，即控制喷油执行模块30按照第一主机转速控制模块发出的喷油指令执行喷油动作。驱动控制模块20执行完一次由第一主机转速控制模块11发出的喷油指令后，暂停一个喷油周期，等待下一个喷油指令。如果第一主机转速控制模块11和第二主机转速控制模块12分别发出第二个喷油指令时，驱动控制模块20只能接受到第二主机转速控制模块12发出的喷油指令而接受不到第一主机转速控制模块11发出的喷油指令时，则此时驱动控制模块20判断第一主机转速控制模块11异常，进入故障状态，执行第二主机转速控制模块12发出的喷油指令，并且在此之后，不再执行第一主机转速控制模块11发出的喷油指令。由此，通过设置冗余的第二主机转速控制模块12可以确保在第一主机转速控制模块11发生异常时直接切换至第二主机转速控制模块12，从而可以确保船用高速机电控系统的正常运行。此外，通过设置驱动控制模块20在执行完一次由第一主机转速控制模块11发出的喷油指令后，暂停一个喷油周期，等待下一个喷油指令，可以提高对第一主机转速控制模块是否正常判断的准确性。
本实施例的技术方案，通过提供一种船用高速机电控系统，该船用高速机电控系统包括：主机转速控制模块、喷油执行模块和至少一个驱动控制模块；其中，主机转速控制模块包括第一主机转速控制模块和第二主机转速控制模块；其中，第一主机转速控制模块与驱动控制模块连接，驱动控制模块分别与喷油执行模块和第二主机转速控制模块连接；驱动控制模块用于在第一主机转速控制模块异常时，切换至第二主机转速控制模块，并控制喷油执行模块执行第二主机转速控制模块输出的喷油指令。通过该系统可以实现在第一主机转速控制模块异常时，能够自动切换至第二主机转速控制模块，并根据第二主机转速控制模块输出的喷油指令控制喷油执行模块执行喷油指令，实现对高速机电抗系统的冗余控制，以提高电控系统的可靠性，确保船用高速机电控系统的正常运行。
实施例二
图3是本实用新型实施例二中提供的一种船用高速机电控系统的结构框图，图4是本实用新型实施例二中提供的第二驱动控制模块监测第一驱动控制模块喷油指令输出示意图。
在上述实施例一的基础上，可选地，参考图3，驱动控制模块20包括第一驱动控制模块21和第二驱动控制模块22，第一驱动控制模块21分别与喷油执行模块30、第二主机转速控制模块12连接，第二驱动控制模块22与第一驱动控制模块21、第一主机转速控制模块11、第二主机转速控制模块12、喷油执行模块30连接；
第二驱动控制模块22用于监测第一驱动控制模块是否正常，并在第一驱动控制模块21异常时切换至第二驱动控制模块22。
其中，正常情况下，第一驱动控制模块21和第二驱动控制模块22都会根据主机转速控制模块(第一主机转速控制模块11或第二主机转速控制模块12)发出的喷油指令来计算喷油指令(包括如喷油正时、喷油脉宽和喷油量等)，但是，在第一驱动控制模块21正常运行的情况下，只有第一驱动控制模块21向喷油执行模块30发送喷油指令，第二驱动控制模块22不向喷油执行模块30发送喷油指令，此时，喷油执行模块30根据第一驱动控制模块21发出的喷油指令执行喷油动作。第二驱动控制模块22与第一驱动控制模块21通过软件设置心跳包来连接，第二驱动控制模块22用于实时监测第一驱动控制模块21是否向喷油执行模块30发出喷油指令(即监测第一驱动控制模块21是否正常)，并在监测到第一驱动控制模块21发生异常时切换至第二驱动控制模块22，由第二驱动控制模块22向喷油执行模块30发送喷油指令，此时，喷油执行模块30根据第二驱动控制模块22发出的喷油指令执行喷油动作。其中，第二驱动控制模块监测第一驱动控制模块喷油指令输出示意图可参考图4，其中，图4中的M0为第一驱动控制模块21出现异常输出时段。
其中，正常情况下，第一驱动控制模块21和第二驱动控制模块22都会根据主机转速控制模块(第一主机转速控制模块11或第二主机转速控制模块12)发出的喷油指令来计算喷油正时、喷油脉宽和喷油量，是对主机转速控制模块发出的喷油数据参数进行校验，以确保喷油参数的准确性，避免因主机转速控制模块计算出错影响高速机的正常运行，提高能量利用率，避免浪费。
可选地，继续参考图3，该船用高速机电控系统还包括喷油参数检测模块40，喷油参数检测模块40分别与第一主机转速控制模块11和第二主机转速控制模块12连接。
其中，喷油参数检测模块40检测的数据同时发送到第一主机转速控制模块11和第二主机转速控制模块12。第一主机转速控制模块11和第二主机转速控制模块12根据喷油参数检测模块40发出的检测数据可以计算出喷油数据参数(即喷油指令)，喷油数据参数可以包括喷油正时、喷油脉宽和喷油量等。
可选地，继续参考图3，喷油参数检测模块40包括曲轴转速检测单元41、温度检测单元42和油雾检测单元43，曲轴转速检测单元41、温度检测单元42和油雾检测单元43均与主机转速控制模块10连接。
其中，主机转速控制模块10包括第一主机转速控制模块11和第二主机转速控制模块12。曲轴转速检测单元41分别与第一主机转速控制模块11和第二主机转速控制模块12连接，温度检测单元42分别与第一主机转速控制模块11和第二主机转速控制模块12连接，油雾检测单元43分别与第一主机转速控制模块11和第二主机转速控制模块12连接。
可选地，曲轴转速检测单元41、温度检测单元42和油雾检测单元43均包括双路输出信号。
其中，曲轴转速检测单元41可以为曲轴转速传感器，温度检测单元42可以为温度传感器，油雾检测单元43可以为油雾传感器。在传感器选型时，曲轴转速传感器、部分温度传感器和油雾传感器出于冗余的考虑，例如曲轴转速传感器选择了Noris的FAHD13系列，该系列传感器可以同时输出两个转速信号进入不同的系统。温度传感器选择了CMR的MBT19系列中，一个传感器带有两个PT1000热电阻的传感器。由于本机的外形较小，机械结构比较紧凑的情况下，这样的选择节约了传感器的布置空间。
可选地，继续参考图3，该船用高速机电控系统还包括第一CAN总线，驱动控制模块20通过第一CAN总线L1与主机转速控制模块10通信连接。
例如，参考图3，第一主机转速控制模块11通过第一CAN总线L1(即图中的实线)分别与第一驱动控制模块21和第二驱动控制模块22连接，第二主机转速控制模块12也通过第一CAN总线L1(即图中的实线)分别与第一驱动控制模块21和第二驱动控制模块22连接。其中，第一主机转速控制模块11和第二主机转速控制模块12各自具有一个ID号，由于CAN总线传输的特性，驱动控制模块(第一驱动控制模块或第二驱动控制模块)可以根据传输过来的数据的ID号区分具体接收的是哪个主机转速控制模块发出的喷油指令。同理，第一驱动控制模块21和第二驱动控制模块22各自也设有ID号。
可选地，继续参考图3，该船用高速机电控系统还包括第二CAN总线L2，驱动控制模块20在第一CAN总线L1发生故障时通过第二CAN总线L2与主机转速控制模块10通信连接。
例如，参考图3，第一主机转速控制模块11通过第二CAN总线L2(即图中的虚线)分别与第一驱动控制模块21和第二驱动控制模块22连接，第二主机转速控制模块12也通过第二CAN总线L2(即图中的虚线)分别与第一驱动控制模块21和第二驱动控制模块22连接。考虑到可能由于通讯网络的故障导致驱动控制模块20接收不到主机转速控制模块10的喷油指令，在驱动控制模块20和主机转速控制模块10的通讯中设计了冗余的内部CAN线通讯，即设置了第二CAN总线，进一步提高了该船用高速机的电控系统的可靠性。
可选地，继续参考图3，喷油执行模块30包括电磁阀31和喷油器32，电磁阀31分别与第一驱动控制模块21、第二驱动控制模块22电连接，电磁阀31与喷油器32机械连接。
其中，第一驱动控制模块21或第二驱动控制模块22通过控制电磁阀31的导通以及具体导通的阀门数量可以控制喷油器32的喷油量和喷油速度等。
可选地，继续参考图3，该船用高速机电控系统还包括第一继电器开关S1，第一继电器开关S1分别与第一主机转速控制模块11和第二主机转速控制模块12连接，第二主机转速控制模块12通过第一继电器开关S1控制第一主机转速控制模块11的导通或者关闭。
其中，第二主机转速控制模块12通过控制第一继电器开关S1的导通或者关闭可以控制第一主机转速控制模块11的导通或者关闭。第二主机转速控制模块12在第一主机转速控制模块11发生异常时通过控制第一继电器开关S1断开控制第一主机转速控制模块11关闭，可以确保在第一主机转速控制模块11出现异常后，驱动控制模块20接收到的喷油指令只由第一主机转速控制模块11发出，防止控制系统出错，由此可以提高电控系统的可靠性。
可选地，继续参考图3，该船用高速机电控系统还包括第二继电器开关S2，第二继电器开关S2分别与第一驱动控制模块21和第二驱动控制模块22连接，第二驱动控制模块22通过第二继电器开关S2控制第一驱动控制模块21的导通或者关闭。
其中，第二驱动控制模块22通过控制第二继电器开关S2的导通或者关闭可以控制第一驱动控制模块21的导通或者关闭。第二驱动控制模块22在第一驱动控制模块21发生异常时通过控制第二继电器开关S2断开控制第一驱动控制模块21关闭，可以确保在第一驱动控制模块21出现异常后，喷油执行模块30接收到的喷油指令只由第一驱动控制模块21发出，防止控制系统出错，由此可以提高电控系统的可靠性。
注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种船用高速机电控系统，其特征在于，包括：主机转速控制模块、喷油执行模块和至少一个驱动控制模块；其中，所述主机转速控制模块包括第一主机转速控制模块和第二主机转速控制模块；
其中，所述第一主机转速控制模块与所述驱动控制模块连接，所述驱动控制模块分别与所述喷油执行模块和所述第二主机转速控制模块连接；
所述驱动控制模块用于在所述第一主机转速控制模块异常时，切换至所述第二主机转速控制模块，并控制所述喷油执行模块执行所述第二主机转速控制模块输出的喷油指令。
2.根据权利要求1所述的船用高速机电控系统，其特征在于，所述驱动控制模块包括第一驱动控制模块和第二驱动控制模块，所述第一驱动控制模块分别与所述喷油执行模块、所述第二主机转速控制模块连接，所述第二驱动控制模块与所述第一驱动控制模块、所述第一主机转速控制模块、所述第二主机转速控制模块、所述喷油执行模块连接；
所述第二驱动控制模块用于监测所述第一驱动控制模块是否正常，并在所述第一驱动控制模块异常时切换至所述第二驱动控制模块。
3.根据权利要求1所述的船用高速机电控系统，其特征在于，还包括喷油参数检测模块，所述喷油参数检测模块分别与所述第一主机转速控制模块和所述第二主机转速控制模块连接。
4.根据权利要求3所述的船用高速机电控系统，其特征在于，所述喷油参数检测模块包括曲轴转速检测单元、温度检测单元和油雾检测单元，所述曲轴转速检测单元、所述温度检测单元和所述油雾检测单元均与所述主机转速控制模块连接。
5.根据权利要求4所述的船用高速机电控系统，其特征在于，所述曲轴转速检测单元、所述温度检测单元和所述油雾检测单元均包括双路输出信号。
6.根据权利要求1所述的船用高速机电控系统，其特征在于，还包括第一CAN总线，所述驱动控制模块通过所述第一CAN总线与所述主机转速控制模块通信连接。
7.根据权利要求6所述的船用高速机电控系统，其特征在于，还包括第二CAN总线，所述驱动控制模块在所述第一CAN总线发生故障时通过所述第二CAN总线与所述主机转速控制模块通信连接。
8.根据权利要求2所述的船用高速机电控系统，其特征在于，所述喷油执行模块包括电磁阀和喷油器，所述电磁阀分别与所述第一驱动控制模块、所述第二驱动控制模块电连接，所述电磁阀与所述喷油器机械连接。
9.根据权利要求1所述的船用高速机电控系统，其特征在于，还包括第一继电器开关，所述第一继电器开关分别与所述第一主机转速控制模块和所述第二主机转速控制模块连接，所述第二主机转速控制模块通过所述第一继电器开关控制所述第一主机转速控制模块的导通或者关闭。
10.根据权利要求2所述的船用高速机电控系统，其特征在于，还包括第二继电器开关，所述第二继电器开关分别与所述第一驱动控制模块和所述第二驱动控制模块连接，所述第二驱动控制模块通过所述第二继电器开关控制所述第一驱动控制模块的导通或者关闭。
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