船舶柴油機智能安全保護裝置的製作方法

2023-07-10 06:13:11 1

專利名稱：船舶柴油機智能安全保護裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及的是柴油機安全保護裝置。
背景技術：
目前以線性電路或單片機微機電路為控制核心的柴油機安全保護裝置一般都存在著四個缺陷，第一，傳統的柴油機安全保護單元集成於其它裝置，只能適用於特定的柴油機系統，通用性差，並且在維修中不易更換，其靈活性受到限制。第二，傳統安全保護裝置不可脫離監控單元、調速單元等其他裝置而獨立起作用。第三，傳統的安全保護裝置出於實時性和複雜性的考慮只是對幾種主要的信號進行檢測和控制，檢測不全面。第四，傳統的安全保護裝置在監控單元和調速單元失效時不能單獨的工作，對柴油機的安全運行存在著重大的隱患。從目前的檢索情況分析，與本發明相關的公開文獻包括(1)公開號為 CN89217189.8的專利文件中公開的「柴油機安全保護裝置」(
公開日1990年4月18日)； (2)公開號為CN97231862. 3的專利文件中公開的「柴油機智能安全保護裝置」(
公開日
1999年6月23日)等。前者中的柴油機安全保護裝置是一種機械式的保護裝置，只是針對柴油機不設電源的安全保護裝置；後者只是實現了任意設定報警參數，直觀顯示柴油機工作系統運行狀態數據。上述文獻所述柴油機系統的安全保護裝置功能單一，應用範圍窄，不能保證柴油機全面、安全、可靠的運行。

發明內容
本發明的目的在於提供一種結構簡單，功能齊全，可以對柴油機進行更安全更有效的保護的船舶柴油機智能安全保護裝置。本發明的目的是真啊也能夠實現的包括電源模塊和控制模塊兩大部分；控制模塊包括轉速調理電路、開關量調理電路、線路故障檢測電路、MC9S12XEP100微處理器、通信電路、開關量輸出電路和功率輸出電路；電源模塊為控制模塊提供+5V和+12V的電源；控制模塊中的轉速調理電路將採集的船舶柴油機運行時的實時轉速信號，經過信號調理後輸入至MC9S12XEP100微處理器的定時器模塊；開關量調理電路將採集到的船舶柴油機開關量信號，經過信號調理後輸入至 MC9S12XEP100微處理器的GPI模塊；MC9S12XEP100微處理器的脈衝寬度調製器信號通過線路故障檢測電路檢測開關量信號；MC9S12XEP100微處理器利用CAN模塊通過通信電路與外部設備進行CAN通信；MC9S12XEP100微處理器利用GPO模塊通過開關量輸出電路輸出開關量信號控制船舶柴油機；MC9S12XEP100微處理器利用GPO模塊通過功率輸出電路輸出緊急停車電磁閥信號來控制電磁閥。本發明針對船舶柴油機提出了一種電子式的保護裝置，在完成基本柴油機安全保護功能的同時應把柴油機安全保護裝置設計成一個功能獨立，並可脫離柴油機監控單元、 調速單元等其他裝置的電子式獨立單元模塊裝置，當柴油機智能安全保護裝置在出現故障時，可以方便的更換，增強了靈活性。本裝置具有自診斷故障功能，當智能安全保護裝置出現故障時可以進行自診斷。本船舶柴油機智能安全保護裝置在實現功能方面不僅實現了轉速檢測功能、超速保護功能、油壓保護功能、溫度保護功能、報警輸出功能、緊急停車功能、 通信功能而且還增加了開關量檢測功能、線路故障檢測功能、失電檢測功能、越控功能，當各種傳感器的線路和其它輸入、輸出的信號線路出現故障時，柴油機智能安全保護裝置經過判斷實時報警。並且在監控單元和調速單元失效時，柴油機智能安全保護裝置仍然可以獨立正常的工作。同時，智能安全保護裝置具備與其他單元通信的功能，從而實現柴油機的多目標控制。本發明的技術方案避免了已有船舶柴油機安全保護裝置結構複雜，檢測目標少、 功能不完全等缺陷，使用本船舶柴油機智能安全保護轉置可以對柴油機進行更安全更有效的保護。


圖1是本發明的結構圖。圖2是功率輸出電路的示意3是線路故障檢測電路的示意圖。
具體實施例方式面結合附圖及本發明的實施例對本發明作進一步說明，但並不因此將本發明限制在所述的實施例範圍之內，任何根據上述說明對本發明所做出的變更和修改，均屬於本發明的思想範疇。結合圖1，本發明的船舶柴油機智能安全保護裝置，由電源模塊、和控制模塊兩大部分組成，其中控制模塊包括轉速調理電路、開關量調理電路、線路故障檢測電路、 MC9S12XEP100微處理器、通信電路、開關量輸出電路、功率輸出電路；電源模塊為控制模塊提供所需+5V、+12V和+24V的電源；控制模塊中的轉速調理電路將採集的船舶柴油機運行時的實時轉速信號，經過信號調理後輸入至MC9S12XEP100微處理器的定時器模塊 (ECT)；開關量調理電路將採集到的船舶柴油機各種開關量信號，經過信號調理後輸入至 MC9S12XEP100微處理器的GPI模塊；利用MC9S12XEP100微處理器的脈衝寬度調製器(PWM) 信號通過線路故障檢測電路來檢測各種開關量信號；MC9S12XEP100微處理器利用CAN模塊通過通信電路與外部設備進行CAN通信；MC9S12XEP100微處理器利用GPO模塊通過開關量輸出電路輸出各開關量信號控制柴油機；MC9S12XEP100微處理器利用GPO模塊通過功率輸出電路輸出緊急停車電磁閥等信號來控制電磁閥。結合圖2，功率輸出電路由7路結構原理相同的子電路組成，其中一路功率輸出電路由繼電器LS7，電阻R45-R49，續流二極體D12，三極體Q7，電容C10，DVCC和地組成。由電流驅動器出來的兩路電磁閥信號分別接到電阻R48、R45然後都接到三極體Q7的1腳， 這兩路信號中一路為保護信號，另一路為驅動電磁閥信號，只有當保護電路的電平和驅動電磁閥信號電平同時置高位時電磁閥信號才有效。三極體Q7的3腳接繼電器LS7的10腳同時接續流二極體D12正極，D12負極接電源DVCC和繼電器LS7的1腳同時接到電阻R49 一端，這裡的電阻R49起到限流的作用，當繼電器由導通到關閉的瞬間，產生一股強大的電流，此時續流二極體釋放電流，對整個電路起到保護作用。三極體Q7的2腳接電容ClO負極和地，電容ClO起濾波的作用。繼電器LS7的8腳接電容ClO的正極和電阻R46、R47的一端，電阻R46、R47的另外一端分別與另一電流驅動器相連。繼電器LS7的4腳接接線端子的一腳0UT7，7腳接電阻R49的一端，繼電器LS7的9腳接地。繼電器LS7的6腳接電源 DVCC，繼電器LS7的3腳接COMl 口。功率輸出電路的工作流程為當微處理器輸出驅動電磁閥信號時，三極體1腳為高電平，三極體導通，使繼電器的3腳和4腳相連，從而驅動電磁閥，同時8腳和7腳相連，8腳變為高電平然後通過下路R46、R47輸出一個反饋信號到微處理器。結合圖3，線路故障檢測電路由結構原理相同的7個子電路，其中一個線路故障檢測子電路由光耦U10,電壓比較器Ul 1，恆流二極體D27、D28、D29，電阻R15、R16，R56、R57， 電容C15，排阻RN16、RNl7, RN18、RN19、RN20,電源+24V、DVCC和地組成。線路故障檢測的結構為外部接線端子的一個腳接到電壓比較器Ull的3、5腳同時接電容C15的正極和電阻 R15的一端，電阻R15的另外一端接電源+24V，電容C15的負極接地。Ull的8腳接+MV， 4腳接0V，為電壓比較器提供電源。RN18的5、6腳和RN16的1、2腳都接+24V，RN18的7、 8腳和RN16的3、4腳都接0V，RN18的2、3腳分別接RN16的7、6腳，RN18的1、4腳和RN16 的5、8腳都空，電壓比較器Ull的2、6腳分別接RN18的2、3腳，此塊電路為電源給電壓比較器Ull的2腳和6腳分別提供標準的+6V和+18V比較電壓，與從電壓比較器Ul 13腳、 5腳輸入的外部電壓信號進行比較，然後將比較結果由電壓比較器Ull的1腳和7腳分別輸出到光耦UlO的2腳和4腳。電壓比較器UlO的1、3、5腳分別接恆流二極體D27、D28、 D29的2腳，1腳分別接到電阻R56、R16、R57然後接到+24V, +24V為光耦UlO左側提供電源，恆流二極體D27、D28、D^作用是為光耦UlO提供一個恆定的電流，增強了光耦的精度。 光耦UlO的16、14腳接DVCC,光耦13、15腳分別接到排阻RN20的6腳和5腳和排阻RNl7 的7腳和8腳，光耦13、15腳同時分別接到排阻RN19的6腳和5腳，排阻RN19的另外一端接地，排阻RN17，RN20的另一端的線路信號接到微處理器。線路故障檢測電路的工作過程是首先從外部接線端子輸入的線路信號到電壓比較器Ull與標準電壓進行比較，其次將比較結果輸出到光耦UlO進行隔離，然後將光耦隔離後的信號分兩路輸入到微處理器進行檢測，判斷線路是否出現故障。轉速線路故障檢測子電路由光耦U10，電阻R58、R59，R60電容C16，二極體D30，三極體Q8，排阻RN16、RN17、RN18、RN19、RN20，電源+24V、DVCC和地組成。轉速線路故障檢測電路結構為電阻R60的一端接到+24V，R59的一腳接到電容C16正極和二極體D30的2腳同事接到電阻R58的一端，輸入的轉速信號接到R59和R60之間，電容C16的負極接二極體 D30的1腳同時接到0V，電阻R58的另外一端接三極體Q8的1腳，三極體Q8的2腳接0V，3 腳接光耦UlO的6腳。這裡Ik的電阻R59和0. OluF的電容C16是一個低通濾波器，過濾掉轉速信號中一些高頻、雜質、幹擾信號。28. 2V的二極體D30是個鉗位二極體，防止電路中高壓信號損毀三極體Q8，起到保護作用。電阻R58起到限流的作用，三極體Q8起整流的作用， 將正弦波的轉速信號整流成方波信號輸入到光耦U10。光耦UlO的10、12腳接DVCC，光耦 9、11腳分別接到排阻RN20的8腳和7腳和排阻RN17的5腳和6腳，光耦9、11腳同時分別接到排阻RN19的8腳和7腳，排阻RN19的另外一端接地，排阻RN17，RN20的另一端輸出的轉速信號輸入到調理電路。轉速線路故障檢測電路的工作過程是首先從外部接線端子輸入的轉速信號經過低通濾波，其次到三極體進行整流，將正弦波的轉速信號整流成方波信號， 然後經過光耦隔離後輸入到轉速調理電路，轉速信號經過最後輸入到微處理器對轉速信號進行檢測。
權利要求
1.一種船舶柴油機智能安全保護裝置，包括電源模塊和控制模塊兩大部分；控制模塊包括轉速調理電路、開關量調理電路、線路故障檢測電路、MC9S12XEP100微處理器、 通信電路、開關量輸出電路和功率輸出電路；電源模塊為控制模塊提供+5V和+12V的電源；其特徵是控制模塊中的轉速調理電路將採集的船舶柴油機運行時的實時轉速信號， 經過信號調理後輸入至MC9S12XEP100微處理器的定時器模塊；開關量調理電路將採集到的船舶柴油機開關量信號，經過信號調理後輸入至MC9S12XEP100微處理器的GPI模塊；MC9S12XEP100微處理器的脈衝寬度調製器信號通過線路故障檢測電路檢測開關量信號；MC9S12XEP100微處理器利用CAN模塊通過通信電路與外部設備進行CAN通信； MC9S12XEP100微處理器利用GPO模塊通過開關量輸出電路輸出開關量信號控制船舶柴油機；MC9S12XEP100微處理器利用GPO模塊通過功率輸出電路輸出緊急停車電磁閥信號來控制電磁閥。
2.根據權利要求1所述的船舶柴油機智能安全保護裝置，其特徵是所述的功率輸出電路由相同的7個子電路組成，其中的一個子電路的結構為外部微處理器輸入的兩路信號分別接第四十八電阻(R48)、第四十五電阻(R^)然後都接到第七三極體0^7)的1腳，第七三極體Q7的3腳接繼電器(LS7)的10腳同時接續流第十二二極體(DU)正極，第十二二極體(D12)負極接DVCC和繼電器(LS7)的1腳還接到第四十九電阻(R49) —端，第七三極體Q7的2腳接第十電容(ClO)負極和地，繼電器(LS7)的8腳接第十電容(ClO)的正極和第四十六電阻(R46)、第四十七電阻(R47)的一端，第四十六電阻(R46)、第四十七電阻 (R47)的另外一端分別接回微處理器；繼電器LS7的4腳接到外部接線端子，繼電器LS7的 7腳接第四十九電阻(R49)的一端，繼電器LS7的9腳接地，繼電器LS7的6腳接DVCC。
3.根據權利要求1或2所述的船舶柴油機智能安全保護裝置，其特徵是所述的線路故障檢測電路由相同的7個線路故障檢測電路子電路和轉速線路故障檢測電路組成；其中一個線路故障檢測子電路由光耦(U10)，電壓比較器(Ull)，第二十七恆流二極體(D27)、第二十八恆流二極體(擬8)、第二十九恆流二極體(擬9)，第十五電阻(R15)、第十六電阻(R16)，第五十六電阻(R56)、第五十七電阻(R57)，第十五電容(C15)，第十六排阻 (RN16)、第十七排阻(RN17)、第十八排阻(RN18)、第十九排阻(RN19)、第二十排阻(RN20)， 電源+24V、DVCC組成；外部接線端子的一個腳接到電壓比較器(Ull)的3、5腳同時接第十五電容(C15)的正極和第十五電阻(R15)的一端，第十五電阻(R15)的另外一端接電源 +24V，第十五電容(C15)的負極接地；電壓比較器(Ull)的8腳接+24V，4腳接0V;第十八排阻(RN18)的5、6腳和第十六排阻(RN16)的1、2腳都接+24V，第十八排阻(RN18)的7、8 腳和第十六排阻(RN16)的3、4腳都接0V，第十八排阻(RN18)的2、3腳分別接第十六排阻 (RN16)的7、6腳，第十八排阻(RN18)的1、4腳和第十六排阻(RN16)的5、8腳都空，電壓比較器(Ull)的2、6腳分別接第十八排阻(RN18)的2、3腳，給電壓比較器(Ull)的2腳和6 腳分別提供標準的+6V和+18V比較電壓，與從電壓比較器(Ull) 3腳、5腳輸入的外部電壓信號進行比較，然後將比較結果由電壓比較器(Ull)的1腳和7腳分別輸出到光耦(UlO)的 2腳和4腳；電壓比較器(Ull)的1、3、5腳分別接第二十七恆流二極體(D27)、第二十八恆流二極體(擬8)、第二十九恆流二極體(D29)的2腳，第二十七恆流二極體(D27)、第二十八恆流二極體(擬8)、第二十九恆流二極體(擬9)的1腳分別接到第五十六電阻(R56)、第十六電阻(R16)、第五十七電阻(R57)然後接到+24V，+24V為光耦(UlO)左側提供電源，第二十七恆流二極體(D27)、第二十八恆流二極體(擬8)、第二十九恆流二極體(D29)作用是為光耦(UlO)提供一個恆定的電流；光耦(UlO)的16、14腳接0￥0，光耦(UlO)的13、15腳分別接到第二十排阻(RN20)的6腳和5腳和第十七排阻(RN17)的7腳和8腳，光耦(UlO) 的13、15腳同時分別接到第十九排阻(RN19)的6腳和5腳，第十九排阻(RN19)的另外一端接地，第十七排阻(RN17)、第二十排阻(RN20)的另一端的線路信號接到微處理器；轉速線路故障檢測子電路由光耦(UlO)、第五十八電阻(R58)、第五十八電阻(R59)、 第六十電阻(R60)、第十六電容(C16)、第三十二極體(D30)、第八三極體(Q8)、第十六排阻 (RN16)、第十七排阻(RN17)、第十八排阻(RN18)、第十九排阻(RN19)、第二十排阻(RN20)、 電源+24V、DVCC組成；第六十電阻(R60)的一端接到電源+24V，第五十九電阻(R59)的一腳接到第十六電容(C16)正極和第三十二極體(D30)的2腳同是接到第五十八電阻(R58) 的一端，輸入的轉速信號接到第五十八電阻(R59)和第六十電阻(R60)之間，第十六電容 (C16)的負極接第三十二極體(D30)的1腳同時接到電源0V，第五十八電阻(R58)的另外一端接第八三極體0^8)的1腳，第八三極體0^8)的2腳接電源0V、3腳接光耦(UlO)的6 腳；光耦(UlO)的10、12腳接0￥0，光耦(UlO)的9、11腳分別接到第二十排阻(RN20)的8 腳和7腳和第十七排阻(RN17)的5腳和6腳，光耦(UlO)的9、11腳同時分別接到第十九排阻(RN19)的8腳和7腳，第十九排阻(RN19)的另外一端接地，第十七排阻(RN17)、，第二十排阻(RN20)的另一端輸出的轉速信號輸入到調理電路。
全文摘要
本發明提供的是一種船舶柴油機智能安全保護裝置。包括電源模塊和控制模塊兩大部分；控制模塊包括轉速調理電路、開關量調理電路、線路故障檢測電路微處理器、通信電路、開關量輸出電路和功率輸出電路；電源模塊為控制模塊提供+5V和+12V的電源。本發明在完成基本柴油機安全保護功能的同時，把柴油機安全保護裝置設計成一個功能獨立，並可脫離柴油機監控單元、調速單元等其他裝置的獨立單元模塊裝置，當柴油機智能安全保護裝置在出現故障時，可以進行方便更換，且有自診斷故障功能。本發明實現了轉速檢測、超速保護、油壓保護、溫度保護、報警輸出、緊急停車、通信、開關量檢測、線路故障檢測、失電檢測、越控等功能。
文檔編號F02B77/08GK102230424SQ20111013671
公開日2011年11月2日 申請日期2011年5月25日 優先權日2011年5月25日
發明者何郭靖, 劉國棟, 劉建飛, 姚崇, 宋恩哲, 張斌, 王程勇, 王軼, 範立雲 申請人:哈爾濱工程大學