CN201945848U - 船舶主机遥控与报警装置 - Google Patents
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Abstract
一种船舶主机遥控与报警装置，控制模块分别连接执行模块、检测模块、报警模块，控制模块包括发令系统和回令系统，发令系统与回令系统之间采用RS485通讯；检测模块由随动系统的位移检测、柴油机主轴转速检测、顺车及倒车电磁阀闭合状态检测、齿轮箱滑油及柴油机油压状态检测、发电机和备用电池供电状态的检测、冷却水水温检测、油门电磁阀检测几部分组成；执行模块包括顺车电磁阀、倒车电磁阀、执行电动机、转速显示数码管和正反转指示。本实用新型适用于主柴油机单转向高，中，低速机，带顺倒，离合器，齿轮箱的船舶主推进装置，属全电控制方式。船员通过驾驶室操纵器可直接操纵齿轮箱的脱合排换向、主机转速调节和主机相关部位报警等。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种船舶主机遥控与报警装置，属于船舶自动控制领域。
背景技术
我国内河航道较多，特别是长江流域给中小型船舶运输业创造了有利的条件。目前，我国造船业处于快速成长阶段，但设计能力落后、配套产业发展滞后、大量电子设备和核心装备依赖进口。这些装备虽然功能齐全，但原理复杂，线路较多，安装维护难度大，而且价格昂贵。主机遥控系统是船舶自动化系统的核心，而国内船舶主机控制系统大部分以模拟量组合单元仪表为主，这类控制系统所需要的仪表控制器件数量多，大部分采用手动操作，数据显示精度低且控制困难，部分控制系统采用气动控制方式，但无法实现控制系统的故障监测诊断。而对于中小型船舶来说并不需要太高的要求，追求的是控制成本，安全稳定。在低端市场，国内外都有类似的产品，大都用PLC的解决方案，容易实现，但成本相对较高。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种船舶主机遥控与报警装置，克服现有技术的不足之处，实现性价比高且安全有效的船舶自动控制。
为解决上述技术问题，本实用新型的目的是这样实现的：一种船舶主机遥控与报警装置，控制模块分别连接执行模块、检测模块、报警模块，控制模块包括发令系统和回令系统，发令系统与回令系统之间采用RS485通讯；
检测模块由随动系统的位移检测、柴油机主轴转速检测、顺车及倒车电磁阀闭合状态检测、齿轮箱滑油及柴油机油压状态检测、发电机和备用电池供电状态的检测、冷却水水温检测、油门电磁阀检测几部分组成；
执行模块包括顺车电磁阀、倒车电磁阀、执行电动机、转速显示数码管和正反转指示。
控制模块的控制芯片采用AVR单片机。
控制模块切换模式采用自动模式或者手动模式。
发令系统的显示灯分三组分别和三片IC相连后，再通过IC接控制模块的单片机接口。
执行模块的包含H桥驱动电路，H桥驱动电路连接单片机。
检测模块设有掉电检测电路，掉电检测电路与单片机连接。
本实用新型一种船舶主机遥控与报警装置的有益效果如下：
1、发令系统的显示灯分三组分别和三片IC相连后，在通过IC接控制模块1的单片机接口，能节约单片机接口。
2、执行模块的包含H桥驱动电路，H桥驱动电路通过OUT1、OUT2、OUT3、OUT4、M+和M-与单片机相连用来控制电机的正反转。
3、检测模块设有掉电检测电路，掉电检测电路与单片机连接，单片机据掉电检测电路端口高低电平的变化判断是否失电，然后通过继电器动作，切换到备用电源上去。
4、控制模块的核心控制芯片采用AVR单片机；结合方便、快速、准确RS485通讯技术；运用神经网络学习算法实现了无静差和快速响应的控制效果，另外,由于神经元具有自组织自学习的特性,使得抗干扰能力得到增强,对参数变化不甚敏感。而且连续采样20次，系统出现一次错误信息，采样信息全部归零，重新采样，消除了机械振动带来的影响。
5、控制模块的模式切换技术，即紧急情况下，通过档位的切换，由自动模式切换到手动模式，使系统具了有更高的可靠性。
6、执行模块采用高效率直流电机来控制主机转速，具有逻辑顺序控制能力，使调转器给定转速信号曲线平稳缓慢的改变，不因遥控器操纵手柄快速搬动而快速变化。
7、检测模块对主机和齿轮箱要害部位都进行检测，并通过报警点传输到报警模块并传至控制模块，便于操作人员及时排除故障。
8、采用单片机作为控制模块的控制核心，高性能、低功耗且价格低廉，维护简单方便。
9、本实用新型船舶主机遥控与报警装置适用于主柴油机单转向高，中，低速机，带顺倒，离合器，齿轮箱的船舶主推进装置，属全电控制方式。船员通过驾驶室操纵器可直接操纵齿轮箱的脱合排换向、主机转速调节和主机相关部位报警等。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：
图1为本实用新型结构图；
图2为本实用新型发令系统单片机接口原理图；
图3为本实用新型回令系统单片机接口原理图；
图4为本实用新型发令系统显示灯示意图；
图5为本实用新型回令系统显示灯示意图；
图6为本实用新型H桥驱动电路图；
图7为本实用新型RS485通信硬件电路图；
图8为本实用新型转速显示数码管电路图；
图9为本实用新型位移检测电路图；
图10为本实用新型备用电源电路图；
图11为本实用新型掉电检测电路图。
具体实施方式
一种船舶主机遥控与报警装置，控制模块1分别连接执行模块2、检测模块3、报警模块4，控制模块1包括发令系统和回令系统，发令系统与回令系统之间采用RS485通讯；检测模块3由随动系统的位移检测、柴油机主轴转速检测、顺车及倒车电磁阀闭合状态检测、齿轮箱滑油及柴油机油压状态检测、发电机和备用电池供电状态的检测、冷却水水温检测、油门电磁阀检测几部分组成；执行模块2包括顺车电磁阀、倒车电磁阀、执行电动机、转速显示数码管和正反转指示。如图1所示。
所述控制模块1的控制芯片采用AVR单片机。
所述控制模块1切换模式采用自动模式或者手动模式。
所述发令系统的显示灯分三组分别和三片IC相连后，再通过IC接控制模块1的单片机接口。
所述执行模块2的包含H桥驱动电路，H桥驱动电路连接单片机。
所述检测模块3设有掉电检测电路，掉电检测电路与单片机连接。
控制模块1是装置核心部位。当发令系统发出命令后，信息通过RS485传递给回令系统，回令系统接收命令后控制执行模块2进行操作，操作结束后，回令给发令系统。发令系统再发出下一步操作命令。
①、自动模式下，操作人员通过遥控就能够直接控制执行模块2进行操作。
②、而手动模式下，操作人员需要进入机舱手动操作执行模块2。
执行模块2实现推、拉主机油杆的功能，采用高效率直流电机来控制主机转速，具有逻辑顺序控制能力，使调转器给定转速信号曲线平稳缓慢的改变，不因遥控器操纵手柄快速搬动而快速变化。执行模块2包括顺车电磁阀、倒车电磁阀、执行电动机、转速显示数码管和正反转指示等，上述都与控制模块1相连，受控制模块1发出的命令控制；
检测模块3集中检测主机和齿轮箱要害部位有无障碍，通过报警点传输到报警模块4以及控制模块1，便于操作人员及时排除故障。检测模块3检测随动系统的位移检测；柴油机主轴转速检测；顺车、倒车电磁阀闭合状态检测；齿轮箱滑油、柴油机油压状态检测；发电机和备用电池供电状态的检测；齿轮箱滑油、冷却水水温检测；油门电磁阀检测。
报警模块4由LED和蜂鸣器构成。
控制模块1的发令系统由单片机mega16及其外围器件构成。单片机接电源，功能按键组接mega16的PA1到PA7口；显示LED分三组分别和三片MM74C373J相连后再接mega16的PC1到PC7口以节约单片机端口，三片MM74C373J的输入使能端接mega16的PB2、PB3和PB4； RS485通过RXD、TXD和MAXEN三个端口接到mega16上，回令系统通讯；mega16还通过PWM、CSK、DATA端口与执行模块2的转速显示数码管相连接。
控制模块1的回令系统也是由单片机mega16及其外围器件构成的。单片机接电源；功能按键组接mega16的PA4到PA7口；显示LED分两组分别和两片74LS595相连后再通过SRCLK、SER和RCLK端口接到mega16上； RS485接到mega16的RXD、TXD和INT0端口上用来和发令系统通讯；执行模块2的转速显示数码管通过CSK、DATA端口与mega16相连；执行模块2的H桥驱动电路通过OUT1、OUT2、OUT3、OUT4、M+和M-与单片机相连用来控制电机的正反转；检测模块3的位移检测电路通过INT1接到mega16上。
操作步骤：
自动操作：
将遥控与机舱报警箱上的转换开关至遥控。打来电源开关，遥控系统开始自检，所有指示灯全亮，并有声音信号。自检结束后，指示灯熄灭，声音消失，数码开始显示主机转速。如需前进操作，向前推动操纵手柄，至合脱排位，电磁阀开始合排，再向前推动手柄，执行机构开始工作，主机开始加油。向后操作主机开始减油，至合脱排位，电磁阀脱排。如需后退操作，向后推动操纵手柄，至合脱排位，电磁阀开始合排，再向后推动手柄，执行机构开始工作，主机开始加油。向前操作主机开始减油，至合脱排位，电磁阀脱排。手机回到停车位，操作结束。
手动操作：
在机舱报警箱上（遥控）转动“遥控／手控”开关至“手动”位置，遥控和机舱同时声光闪烁报警，如遥控（机舱报警箱）也转至“手动“位置，声光消失，手动指示灯常亮。机舱人员可按照驾驶室的车钟指令开始手动操作，遥控停止工作。机舱选择手动向开关，进行主机操控。
报警显示：
如报警点出现报警，相应指示灯亮闪烁，并有声音报警。按动“消音”按钮，声音消失，灯光保持，直到故障排除。
紧急停车：
主机在任何情况下，可在遥控合机舱报警箱上按动“紧急停车”按钮，进行紧急停车。同时，遥控器作手柄应拉回到停车位置。这时，“紧急停车”指示灯闪烁，并有声音报警。
通讯技术：
图7为RS485通信硬件电路。本实用新型采用的是两线制接线方式，这种接线方式为总线式拓朴结构在同一总线上最多可以挂接32个结点。在RS485通信网络中一般采用的是主从通信方式，即一个主机带多个从机。
本实用新型中，主机读取数据时，先发送读命令，指定的从机向主机返回数据：若规定时间内，主机未收到或收到的数据有误，则重发读命令。
随动系统的位移检测：
图9为随动系统的位移检测电路图，本实用新型随动系统由两部分组成：电气控制和机械执行。在控制信号传递路线上，以执行元直流伺服电机作为接口。在反馈信号传递路线上，以位置传感器作为接口。通过位置传感器检测随动系统的位置，给单片机作为闭环反馈控制的控制信号。常用伺服电位器是接触式电阻变换器,它是在输入位移的作用下，改变接入电路中的固定电阻，亦即改变其电阻值的大小。
柴油机主轴转速检测：
转速传感器是采用霍尔传感器法，即将电磁铁固定在电机的转轴上，在转轴两侧各装一个霍尔传感器，霍尔传感器上产生电脉冲信号经过LM339整形，给单片机的捕获口，软件通过M/T法得到柴油机主轴的转速。此时数码管显示的即为柴油机主轴的转速（转/分）。图8为转速显示数码管的电路。
顺车、倒车电磁阀闭合状态检测：
单片机检测顺车、倒车电磁阀的动作信号，将信号进行分析处理，决定下一步动作，信号通过光耦隔离，防止信号串扰。
齿轮箱滑油、柴油机油压状态检测：
PT500-501水压传感器,水压变送器,油压力传感器,油压变送器，压力传感器检测到的电压变化的信号以4-20mA的工业通信标准远距离送到主控部分单片机，单片机通过读取AD值来读取压力传感器的压力信号，当压力超过设定的阈值时就启动报警电路。
输出信号: 4-20mA（二线制）,0-5V,1-5V,0-10V（三线制）
环境温度: 常温（-20-85℃）
负载电阻: 电流输出型:最大800Ω；电压输出型:大于50KΩ
振动影响: 在机械振动频率20Hz-1000Hz内,输出变化小于0.1%FS
电气接口（信号接口）: 四芯屏蔽线,四芯航空接插件,紧线螺母
机械连接（螺纹接口）: 有M14×1.5,M20×1.5,M22×1.5等。
发电机和备用电池供电状态的检测：
通过继电器的常开和常闭点检测220AC经过开关电源降到+24V上的电压失电状况。如图11所示，当失电信号是+24V时，三极管的基极为高电平，三极管呈导通状态，OFF端被拉为低，当出故障，导致+24V不能正常供电时，三极管截止，此时OFF端被电源部分拉为高。单片机据高低电平的变化判断是否失电，然后通过继电器动作，切换到备用电源上去。
齿轮箱滑油、冷却水水温检测：
DS18B20数字温度传感器提供9位（二进制）温度读数，指示器件温度，信息经过单线接口送入DS18B20或从DS18B20送出，因此主机CPU到DS18B20只需要一根线（和地线），因为每个DS18B20在出厂时已经给定了唯一的序号，因此任意多个DS18B20可以挂在同一条单线总线上。将DS18B20放置在齿轮箱和冷却水箱的金属铁皮上。
油门电磁阀检测：
紧急情况下，关闭油门，电机回零。
随动系统控制技术：
使用神经网络的自学习功能，设计了一种在线智能型位置控制算法。
由于丝杠螺距误差及受载后丝杠，轴承变形等影响，半闭环对检测结果的校正并不完全，控制精度比闭环要低一些。根据自动控制原理可知，工作台是一个质量元件，传动机一般不会引起进给振荡，而闭环参数选取不当，可能会产生不稳定。为了研究问题的方便，可将速度伺服单元等效为一阶惯性环节。本实用新型提出的学习规则采用反馈原理，同时将hebb规则与δ规则结合起来，这是位置式神经元PID控制器，本实用新型采用性能更加优越的增量式PID控制。
Claims (6)
1.一种船舶主机遥控与报警装置，其特征在于：控制模块（1）分别连接执行模块（2）、检测模块（3）、报警模块（4），控制模块（1）包括发令系统和回令系统，发令系统与回令系统之间采用RS485通讯；
检测模块（3）由随动系统的位移检测、柴油机主轴转速检测、顺车及倒车电磁阀闭合状态检测、齿轮箱滑油及柴油机油压状态检测、发电机和备用电池供电状态的检测、冷却水水温检测、油门电磁阀检测几部分组成；
执行模块（2）包括顺车电磁阀、倒车电磁阀、执行电动机、转速显示数码管和正反转指示。
2.根据权利要求1所述的一种船舶主机遥控与报警装置，其特征在于：控制模块（1）的控制芯片采用AVR单片机。
3.根据权利要求1所述的一种船舶主机遥控与报警装置，其特征在于：控制模块（1）切换模式采用自动模式或者手动模式。
4.根据权利要求1所述的一种船舶主机遥控与报警装置，其特征在于：发令系统的显示灯分三组分别和三片IC相连后，再通过IC接控制模块（1）的单片机接口。
5.根据权利要求1所述的一种船舶主机遥控与报警装置，其特征在于：执行模块（2）的包含H桥驱动电路，H桥驱动电路连接单片机。
6.根据权利要求1所述的一种船舶主机遥控与报警装置，其特征在于：检测模块（3）设有掉电检测电路，掉电检测电路与单片机连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110824 Termination date: 20120211 |