一种紧急停车电磁阀线路故障检测装置及检测方法与流程

1.本发明涉及线路故障检测技术领域，尤其涉及一种紧急停车电磁阀线路故障检测装置及检测方法。


背景技术：

2.在船用发动机上，温度高、振动大、腐蚀强，容易发生线路故障，且发动机空间紧凑，线路一般都布置密集，捆扎在一起，大多数情况下，即使线缆发生故障也不容易发现。船用发动机紧急停车通过电磁阀切断发动机油路，达到保护发动机目的。如果紧急停车电磁阀线路发生故障不及时发现，在紧急情况下发动机无法实现紧急停机，可能导致发动机永久性故障，甚至危及船舶运行安全。
3.电磁阀线路故障检测一般有断线检测和短路检测两种功能，目前具备断线和短路检测功能的电磁阀线路故障检测方法通常是在电磁阀线圈通电情况下进行检测，由处理器通过软件判断电磁阀线路是否发生故障，其检测装置和方法复杂。
4.然而船舶发动机紧急停车是在发生紧急情况下迅速停止发动机的一种装置，一般情况下，紧急停车仅在紧急情况下使用，如果在通电工作时进行检测，一旦发生线路故障，即使发出报警，也难以避免发动机无法紧急停机问题，显然通过电磁阀线圈通电检测线路故障方法不适应船舶发动机紧急停车电磁阀。另外船用发动机控制系统紧急停车装置大多是通过硬线开关控制，也不适合通过处理器进行复杂的软件逻辑判断和分析。
5.因此本领域技术人员致力于开发一种全新的、替代处理器进行检测的紧急停车电磁阀线路故障检测装置及采用该装置进行检测的方法。


技术实现要素：

6.有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种全新的、替代处理器进行检测的紧急停车电磁阀线路故障检测装置。
7.为实现上述目的，本发明提供一种紧急停车电磁阀线路故障检测装置，包括第一电源、第二电源、控制开关、第一二极管、第一电阻、电压监测电路和故障报警信号生成电路，所述第一电源与所述控制开关的一端连接，所述控制开关的另一端与所述第一二极管的负极和故障报警信号生成电路的一输入端连接；所述第二电源与所述第一电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端与所述第一二极管的正极和所述电压监测电路连接，所述电压监测电路还与所述故障报警信号生成电路的另一输入端连接。
8.所述控制开关为继电器、机械按钮、金氧半场效晶体管、双极型晶体管中的一种。
9.所述第一二极管可以是一个二极管，也可以是多个二极管串联。
10.所述电压监测电路包括第一比较器、第二比较器、第二二极管、第三二极管、第二电阻和第三电阻。
11.所述第二电源连接所述第二电阻的一端和第三电阻的一端，所述第二二极管的正极、所述第二电阻的另一端与所述第一比较器的输出端连接。
12.所述第一比较器的负极和第二比较器的正极连接后连接所述第一电阻的另一端与所述第一二极管的正极。
13.所述第三二极管的正极、所述第三电阻的一端与所述第二比较器的输出端连接。
14.所述第二二极管的负极与所述第三二极管的负极连接后连接所述故障报警信号生成电路的另一输入端。
15.所述故障报警信号生成电路包括与门、rc滤波电路、第四电阻、第五电阻和光电耦合器。
16.所述第四电阻的一端与所述光电耦合器内的发光部二极管的正极连接，另一端与所述第一二极管的负极连接，所述光电耦合器内的发光部二极管的负极连接所述接地端。
17.所述第五电阻的一端连接所述第二电源，另一端连接所述光电耦合器内的受光部三极管的集电极和所述与门，所述光电耦合器内的受光部三极管的发射极连接所述接地端。
18.所述电压监测电路连接所述与门的一输入端，所述与门的输出端与所述rc滤波电路的输入端连接。
19.所述第二二极管的负极与所述第三二极管的负极连接后连接所述与门的另一输入端。
20.本发明还提供一种采用上述紧急停车电磁阀线路故障检测装置的进行检测的检测方法，包括电磁阀线圈，所述电磁阀线圈的一端通过第二线路连接接地端，将所述电磁阀线圈的另一端通过第一线路与所述控制开关的另一端、所述第一二极管的负极和故障报警信号生成电路的一输入端连接。
21.本发明的有益效果是：本发明的紧急停车电磁阀线路故障检测装置，包括第一电源、第二电源、控制开关、第一二极管、第一电阻、电压监测电路和故障报警信号生成电路，第一电源与控制开关的一端连接，控制开关的另一端与第一二极管的负极和故障报警信号生成电路的一输入端连接；第二电源与第一电阻的一端连接，第一电阻的另一端与第一二极管的正极和电压监测电路连接，电压监测电路还与故障报警信号生成电路的另一输入端连接；在采用该电路对电磁阀线路进行检测时，电磁阀线圈线路与控制开关的另一端、第一二极管的负极和故障报警信号生成电路的一输入端连接。本发明能准确无误检测电磁阀未动作时线路故障，无复杂的处理器和软件，由硬件电路检测电磁阀线路故障,该线路故障包含断线故障和短路故障，确保电磁阀在工作时安全可靠动作。
附图说明
22.图1是本发明的结构原理示意图；
23.图2是本发明电压监测电路的一种实施方式的电路原理示意图；
24.图3是本发明故障报警信号生成电路的一种实施方式的电路原理示意图；
25.图4是电压监测电路波形输出图；
26.图5是故障报警信号生成电路波形输出图。
具体实施方式
27.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，需注意的是，在本发明的描述中，
术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”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发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方式构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
28.以下对本发明的实施方式进行详细说明。以下实施例主要是对用于船用紧急停车线路故障检测装置进行说明，但是本实施方式涉及的线路故障检测装置也能够应用于其他船用电磁阀以及船舶以外的各种线路故障检测为目的的装置。
29.如图1至图3所示，一种紧急停车电磁阀线路故障检测装置，包括第一电源v1、第二电源v2、控制开关k1、第一二极管d1、第一电阻r1、电压监测电路1和故障报警信号生成电路2，所述第一电源v1与所述控制开关k1的一端连接，所述控制开关k1的另一端与所述第一二极管d1的负极和故障报警信号生成电路2的一输入端连接；所述第二电源v2与所述第一电阻r1的一端连接，所述第一电阻r1的另一端与所述第一二极管d1的正极和所述电压监测电路1连接，所述电压监测电路1还与所述故障报警信号生成电路2的另一输入端连接；本发明能准确无误检测电磁阀未动作时线路故障，无复杂的处理器和软件，由硬件电路检测电磁阀线路故障,该线路故障包含断线故障和短路故障，确保电磁阀在工作时安全可靠动作。
30.在本实施例中，一种采用上述紧急停车电磁阀线路故障检测装置的进行检测的检测方法，包括电磁阀线圈l，所述电磁阀线圈l的一端通过第二线路x2连接接地端gnd，将所述电磁阀线圈的另一端通过第一线路x1与所述控制开关k1的另一端、所述第一二极管d1的负极和故障报警信号生成电路2的一输入端连接，然后对所述紧急停车电磁阀线路故障检测装置进行通电即可检测，此时的故障检测是在电磁阀未工作情况下进行。
31.在本实施例中，所述控制开关k1为继电器、机械按钮、金氧半场效晶体管(mosfet)、双极型晶体管(bjt)中的一种；所述第一二极管d1可以是一个二极管，也可以是多个二极管串联。
32.其中所述电压监测电路1有多种实施方式，优选的一种为所述电压监测电路1包括第一比较器u1、第二比较器u2、第二二极管d11、第三二极管d12、第二电阻r11和第三电阻r12；所述第二电源v2连接所述第二电阻r11的一端和第三电阻r12的一端，所述第二二极管d11的正极、所述第二电阻r11的另一端与所述第一比较器u1的输出端连接；所述第一比较器u1的负极和第二比较器u2的正极连接后连接所述第一电阻r1的另一端与所述第一二极管d1的正极；所述第三二极管d12的正极、所述第三电阻r12的一端与所述第二比较器u2的输出端连接；所述第二二极管d11的负极与所述第三二极管d12的负极连接后连接所述故障报警信号生成电路2。
33.其中所述故障报警信号生成电路2有多种实施方式，优选的一种为所述故障报警信号生成电路2包括与门21、rc滤波电路22、第四电阻r14、第五电阻r15和光电耦合器u3；所述第四电阻r14的一端与所述光电耦合器u3内的发光部二极管的正极连接，另一端与所述第一二极管d1的负极连接，所述光电耦合器u3内的发光部二极管的负极连接所述接地端gnd；所述第五电阻r15的一端连接所述第二电源v2，另一端连接所述光电耦合器u3内的受光部三极管的集电极和所述与门21，所述光电耦合器u3内的受光部三极管的发射极连接所述接地端gnd；所述电压监测电路1连接所述与门21的一输入端，所述与门21的输出端与所述rc滤波电路22的输入端连接；所述第二二极管d11的负极与所述第三二极管d12的负极连
接后连接所述与门21的另一输入端。
34.所述第二电源v2为所述电磁阀未通电工作时提供检测励磁电压，所述第二电源v2电压小于等于所述第一电源v1电压；所述控制开关k1为高边开关，所述控制开关k1控制所述电磁阀线圈l是否接通所述第一电源v1；所述第一二极管d1，其在所述控制开关k1接通时，隔断通过其控制的所述第一电源v1和所述电压监测电路1。
35.通常所述电磁阀线圈l的电阻rl在几十欧姆到几百欧姆，所述第一电阻r1取值应该数十倍于所述电磁阀线圈l的电阻rl,第二电源v2通过所述第一电阻r1限流后不足以驱动电磁阀工作。
36.所述电压监测电路1监测所述第一二极管d1的正极与所述第一电阻r1的连接节点处生成的第一信号s1，根据所述第一信号s1检测所述第一线路x1和第二线路x2的状况，当所述控制开关k1断开时，所述第一线路x1和第二线路x2的状况分为短路情况、正常情况和断线情况。
37.短路情况：所述控制开关k1断开并且所述第一线路x1和第二线路x2短路时，所述第二电源v2电压通过第一电阻r1、第一二极管d1回流到接地端gnd，所述第一信号s1电压等于vf，其中vf为所述第一二极管d1电压降。
38.正常情况：所述控制开关k1断开并且所述第一线路x1和第二线路x2连接正常时，所述第二电源v2电压通过第一电阻r1、第一二极管d1、电磁阀线圈l回流到接地端gnd，所述第一信号s1电压等于第一二极管d1电压降加上所述电磁阀线圈l电压降，即电磁阀线圈电压降等于(v2
‑
vf)
×
rl/(r+rl)，第一信号s1＝vf+(v2
‑
vf)
×
rl/(r+rl)。
39.断线情况：所述控制开关k1断开并且所述第一线路x1和第二线路x2断线时，所述第一信号s1电压等于所述第二电源v2电压。
40.所述控制开关k1接通时，由于所述第二电源v2电压小于所述第一电源v1电压，因此所述第一二极管d1中无电流流过，所述第一信号s1电压等于所述第二电源v2电压。
41.在所述电压监测电路1中，预先定义参考电压vl,vh。参考电压vl应大于短路情况下输入电压,即大于vf；参考电压vh应大于线路正常情况下电压，即大于vf+(v2
‑
vf)
×
rl/(r+rl)，同时不应超过电源v2电压。
42.所述电压监测电路1的第一信号s1电压与根据预先设定参考电压vl和vh比较，生成第二信号s2。
43.所述电压监测电路1实时监测所述第一信号s1电压，生成第二信号s2，所述第二信号s2可以区分线路正常情况、故障情况和控制开关接通情况。
44.其比较原理为：
45.在电压监测电路通电时,在第一信号s1＝vf时(第一线路x1和第二线路x2短路时)，第一比较器u1输出信号su1为高电平，第二比较器u2输出信号su2为低电平，第二信号s2输出高电平。
46.第一信号s1电压等于vf+(v2
‑
vf)
×
rl/(r+rl)时(第一线路x1和第二线路x2正常时)，由于预先设定vl＜s1＜vh,第一比较器u1输出信号su1为低电平，第二比较器u2输出信号su2为低电平,第二信号s2输出低电平。
47.第一信号s1电压等于电压v2时(第一线路x1和第二线路x2断线或者控制开关k1闭合时)，第一比较器u1输出su1为低电平，第二比较器u2输出信号su2为高电平,第二信号s2
输出高电平。
48.图4是电压监测电路1波形输出图,进一步示意电压监测电路功能，0
‑
t2时刻，为线路断线(或控制开关k1接通)情况；t2
‑
t3时刻，线路正常时波形；t3
‑
t4时刻，为线路短路时波形。
49.当所述控制开关k1接通闭合时，所述第一信号s1与第一线路x1和第二线路x2断线输入信号一致，因此所述故障报警信号生成电路2引入了第一控制开关信号scs。
50.所述故障报警信号生成电路2在所述控制开关k1接通闭合时，即所述电磁阀线圈l通电工作情况下，屏蔽故障报警信号，避免发生误报警。
51.所述故障报警信号生成电路2根据所述第一信号s1和第二信号s2生成故障报警信号vout。
52.第一控制信号scs通过所述光电耦合器u3转换为第二控制信号
53.当控制开关k1接通时，第一控制信号scs为高电平，所述光电耦合器u3内的发光部二极管导通，发出光线，所述光电耦合器u3内的受光部三极管导通，第二控制信号通过受光部三极管连接到接地端gnd，输出低电平。
54.当控制开关k1断开时，第一控制信号scs约为第二电源v2电压的几十分之一，可认为低电平，所述光电耦合器u3内的发光部二极管截止，所述光电耦合器u3内的受光部三极管截止，第二控制信号通过第五电阻r15连接到第二电源v2，输出高电平。
55.所述与门21接收到第二控制信号和第二信号s2进行逻辑计算，生成第三信号s3。
56.所述rc滤波电路22用于抑制干扰信号以及比较器上升沿平缓带来的窄脉冲干扰。
57.由于线路故障信号是一个低速信号，所述rc滤波电路22的rc时间常数应稍大，避免干扰误报警。
58.图5为故障报警信号生成电路2波形输出图,进一步示意故障报警信号生成电路2功能。
[0059]0‑
t1时刻，为第一控制开关k1接通情况波形，在此情况下，屏蔽报警发生，以免发生误报警；t1
‑
t2时刻为第一线路x1和第二线路x2断线时波形；t2
‑
t3时刻为第一线路x1和第二线路x2正常时波形；t3
‑
t4时刻为第一线路x1和第二线路x2短路时波形。
[0060]
所述故障报警信号生成电路2生成故障报警信号vout,在第一线路x1和第二线路x2线路正常或者电磁阀通电工作情况下，该信号为低电平，在第一线路x1和第二线路x2线路故障情况下，该信号为高电平。
[0061]
所述故障报警信号vout可以连接控制器，在控制系统上显示报警状态，也可以连接报警驱动单元，发出声光报警。
[0062]
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。