专利名称：一种全回转舵桨控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于对船舶推进装置中的全回转舵桨(可调螺距螺旋桨)的控制系统，属于自动控制技术领域。
背景技术：
船舶推进装置中的可调螺距螺旋桨能在所有工况下充分吸收主机的全功率，提高螺旋桨效率，在部分负荷时可实现螺旋桨与主机转速的最佳匹配，有良好的机动与操纵性能且易于实现摇控，因而已在国内外多种船舶上得到广泛应用。可调螺距螺旋桨的控制系统一般采用全数字化、开放式、多点多站的通信系统的现场总线，实现分散式控制，其控制可靠度高、实时性强。 实用新型专利名称为“总线式调距桨联合控制系统”，授权公告日2006. 11. 15，授权公告号CN2837200Y，公开了一种总线式调距桨控制系统，包括螺距角传感器、转速传感器、螺距角调节装置、主机调速装置、主机控制系统和总路线控制器，螺距角传感器和转速传感器的传感信号输出端连接总线控制器的信号输入端，总线控制器的一个控制信号输出端连接螺距角调节装置，机舱外还设有多个总线控制器，所有的总线控制器均通过CAN现场总线连接。该实用新型提供的调距桨控制系统安装和调试简单、操作方便、运行可靠度高但上述控制系统也存在明显的缺陷与不足总线控制器之间均采用CAN总线连接，其成本较高、信息传输速度较低，影响其在调距桨控制系统中的应用。
发明内容本实用新型的目的是克服现有调距桨控制系统的总线控制器之间均采用CAN现场总线连接存在的成本较高、信息传输速度较低的缺陷与不足，提供一种新型的通信网络连接，上层数据管理层采用环形冗余CAN网络，底层现场数据传输层采用高速、低成本的Profibus网络，并通过Profibus转CAN网关实现Profibus网络与CAN网络之间的通信，该控制结构成本低廉、信息传输速度快、控制可靠度高。本实用新型为实现技术目的采用的技术方案是一种全回转舵桨控制系统，包括驾驶室控制单元、控制站I/O单元、驾驶室左翼控制面板、舵角微调面板、驾驶室主控制面板、驾驶室报警面板、驾驶室右翼控制面板、集控室报警面板、集控室控制面板、转速分控面板、负荷控制面板、集控室控制单元、舵角控制单元、机旁舵角控制面板、舵角反馈传感器、螺距控制单元、机旁螺距控制面板、螺距反馈传感器、液压动力组件和转速传感器；所述驾驶室左翼控制面板、驾驶室右翼控制面板分别与两个控制站I/O单元相连接，所述舵角微调面板、驾驶室主控面板和驾驶室报警面板与一个控制站I/o单元相连接，所述驾驶室控制单元与驾驶室主控制面板所在的控制站I/o单元、驾驶室左翼控制面板所在的控制站I/o单元和驾驶室右翼控制面板所在的控制站I/O单元之间通过Profibus总线相连接；[0008]所述集控室报警面板、集控室控制面板、转速分控面板和负荷控制面板与一个控制站I/o单元连接，所述集控室控制单元与集控室控制面板所在的控制站I/O单元之间通过Profibus总线相连接；所述两个机旁舵角控制面板和舵角反馈传感器分别与两个舵角控制单元相连接，所述机旁螺距控制面板、螺距反馈传感器和转速传感器分别与螺距控制单元相连接，所述驾驶室控制单元和集控室控制单元分别通过Profibus转CAN网关与螺距控制单元和两个舵角控制单元之间通过CAN总线连接成环形网络，所述舵角控制单元、螺距控制单元分别与液压动力组件相连接。一种全回转舵桨控制系统，所述控制系统还包括与航行数据记录仪和动力定位系统相连的接口，所述航行数据记录仪和动力定位系统分别与驾驶室控制单元相连接。一种全回转舵桨控制系统，所述控制系统还包括与主机系统和自动舵系统相连的接口，所述主机系统和自动舵系统分别与集控室控制单元相连接。 与现有技术相比，本实用新型的特点是控制系统同时利用了当前工业控制领域两种成熟的总线传输技术，上层数据管理层采用环形冗余CAN网络，底层现场数据传输层采用Profibus网络，并利用Profibus转CAN网关实现Profibus网络与CAN网络之间的通信，与CAN总线相比，Profibus总线是一种高速低成本通信网络，能够有效降低控制系统的成本、提高信息传输速度和控制可靠度。
图I是本实用新型的全回转舵桨控制系统的网络拓扑结构图。图中驾驶室控制单元I、控制站I/O单元2、驾驶室左翼控制面板3、舵角微调面板4、驾驶室主控制面板5、驾驶室报警面板6、驾驶室右翼控制面板7、ProfibuS总线8、航行数据记录仪9、动力定位系统10、集控室报警面板11、集控室控制面板12、转速分控面板13、负荷控制面板14、集控室控制单元15、CAN总线16、舵角控制单元17、机旁舵角控制面板18、舵角反馈传感器19、螺距控制单元20、机旁螺距控制面板21、螺距反馈传感器22、液压动力组件23、配油器24、转速传感器25、主机系统26和自动舵系统27。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明，参见图1，本实用新型的全回转舵桨控制系统，包括驾驶室控制单元I、控制站I/O单元2、驾驶室左翼控制面板3、舵角微调面板4、驾驶室主控制面板5、驾驶室报警面板6、驾驶室右翼控制面板7、集控室报警面板11、集控室控制面板12、转速分控面板13、负荷控制面板14、集控室控制单元15、舵角控制单元17、机旁舵角控制面板18、舵角反馈传感器19、螺距控制单元20、机旁螺距控制面板21、螺距反馈传感器22、液压动力组件23和转速传感器25。其中，驾驶室左翼控制面板3、驾驶室右翼控制面板7分别与两个控制站I/O单元2相连接，舵角微调面板4、驾驶室主控面板5和驾驶室报警面板6与一个控制站I/O单元2相连接，以上连接均采用普通的控制信号线相连接。上述三个控制站单元，即驾驶室主控制面板5所在的控制站I/O单元2、驾驶室左翼控制面板3所在的控制站I/O单元2和驾驶室右翼控制面板7所在的控制站I/O单元2，与驾驶室控制单元I之间通过Profibus总线8相连接。集控室报警面板11、集控室控制面板12、转速分控面板13和负荷控制面板14与一个控制站I/O单元2连接，连接采用普通的控制信号线相连接。集控室控制面板12所在的控制站I/O单元2与集控室控制单元15之间通过Profibus总线8相连接。以上连接中，所有的控制站I/O单元2均为从站，驾驶室控制单元I和集控室控制单元15为主站，主站与从站之间均通过Profibus总线连接,构成的底层现场数据传输层,而Profibus总线是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式I/O的通信，可取代传统24VDC或4 -20mA模拟信号的传输，有效降低成本，以及提高通信速度和控制可靠度。两个机旁舵角控制面板18和舵角反馈传感器19分别与两个舵角控制单元17相连接，机旁螺距控制面板21、螺距反馈传感器22和转速传感器25分别与螺距控制单元20相连接，均通过普通的控制信号线连接。舵角控制单元17、螺距控制单元20分别与液压动力组件23相连接，液压动力组件23直接驱动调距桨变距和转舵，配油器24与液压动力组件23相连。以上连接中，驾驶室控制单元I、集控室控制单元15、螺距控制单元20和两个舵角控制单元17，通过CAN总线连接，驾驶室控制单元I和集控室控制单元15为主站，构 成多主站的环形冗余CAN网络的上层数据管理层。采用CAN总线网络的控制系统，可以判断错误的类型是总线上暂时的数据错误(如外部噪声等)，还是持续的数据错误(如单元内部故障、驱动器故障、断线等)，当总线上发生持续数据错误时，可将引起此故障的单元从总线上隔离出去，因此，CAN总线网络中一个节点的故障不影响整个网络中其它节点的数据传输，确保控制的实时性和可靠性。本实用新型提供的全回转舵桨控制系统，驾驶室控制单元I和集控室控制单元15连接有Profibus转CAN网关，以实现Profibus网络与CAN网络之间的通信转换。本实用新型提供的全回转舵桨控制系统，驾驶室控制单元I和集控室控制单元15的处理器为S7-300PLC，控制站I/O单元2为ET200M。S7-300具有强大的通信功能和通信组态功能，并具备多种不同的通信接口，通用性强。本实用新型提供的全回转舵桨控制系统，舵角控制单元17和螺距控制单元20采用HG-16控制器，该控制器集成CAN总线接口，并且其它接口丰富、扩展性强，具备较强的驱动能力，可直接驱动电磁阀，同时运行稳定，适用于恶劣的工作环境。本实用新型提供的全回转舵桨控制系统，控制系统还包括与航行数据记录仪9和动力定位系统10相连的接口，上述航行数据记录仪9和动力定位系统10分别与驾驶室控制单元I相连接。驾驶室控制单元I预留了与航行数据记录仪9和动力定位系统10进行通信的接口，能够非常方便地与其进行数据交换。本实用新型提供的全回转舵桨控制系统，控制系统还包括与主机系统26和自动舵系统27相连的接口，上述主机系统26和自动舵系统27分别与集控室控制单元15相连接。集控室控制单元15预留了与主机系统26和自动舵系统27进行通信的接口，能够非常方便地与其进行数据交换。
权利要求1.一种全回转舵桨控制系统，包括驾驶室控制单元(I)、控制站I/O单元(2)、驾驶室左翼控制面板(3)、舵角微调面板(4)、驾驶室主控制面板(5)、驾驶室报警面板(6)、驾驶室右翼控制面板(7)、集控室报警面板(11)、集控室控制面板(12)、转速分控面板(13)、负荷控制面板(14)、集控室控制单元(15)、舵角控制单元(17)、机旁舵角控制面板(18)、舵角反馈传感器(19)、螺距控制单元(20)、机旁螺距控制面板(21)、螺距反馈传感器(22)、液压动力组件(23)和转速传感器(25);其特征在于所述驾驶室左翼控制面板(3)、驾驶室右翼控制面板(7)分别与两个控制站I/O单元(2)相连接，所述舵角微调面板(4)、驾驶室主控面板(5)和驾驶室报警面板(6)与一个控制站I/O单元(2)相连接，所述驾驶室控制单元(I)与驾驶室主控制面板(5 )所在的控制站I/O单元(2 )、驾驶室左翼控制面板(3 )所在的控制站I/O单元(2)和驾驶室右翼控制面板(7)所在的控制站I/O单元(2)之间通过Profibus总线(8)相连接；所述集控室报警面板(11)、集控室控制面板(12)、转速分控面板(13)和负荷控制面板(14)与一个控制站I/O单元(2)连接，所述集控室控制单元(15)与集控室控制面板(12)所在的控制站I/O单元(2)之间通过Profibus总线(8)相连接；所述两个机旁舵角控制面板(18)和舵角反馈传感器(19)分别与两个舵角控制单元(17)相连接，所述机旁螺距控制面板(21)、螺距反馈传感器(22)和转速传感器(25)分别与螺距控制单元(20)相连接，所述驾驶室控制单元(I)和集控室控制单元(15 )分别通过Profibus转CAN网关与螺距控制单元(20)和两个舵角控制单元(17)之间通过CAN总线(16)连接成环形网络，所述舵角控制单元(17)、螺距控制单元(20)分别与液压动力组件(23)相连接。
2.根据权利要求I所述的一种全回转舵桨控制系统，其特征在于所述控制系统还包括与航行数据记录仪(9)和动力定位系统(10)相连的接口，所述航行数据记录仪(9)和动力定位系统(10)分别与驾驶室控制单元(I)相连接。
3.根据权利要求I所述的一种全回转舵桨控制系统，其特征在于所述控制系统还包括与主机系统(26)和自动舵系统(27)相连的接口，所述主机系统(26)和自动舵系统(27)分别与集控室控制单元(15 )相连接。
专利摘要一种全回转舵桨控制系统，各类控制面板和反馈传感器分别与多个控制站I/O单元(2)相连接，多个控制站I/O单元(2)与驾驶室控制单元(1)和集控室控制单元(15)通过Profibus总线相连接，驾驶室控制单元(1)、集控室控制单元(15)、舵角控制单元(17)和螺距控制单元(20)通过CAN总线相连接。本实用新型提供的全回转舵桨控制系统，上层数据管理层采用环形冗余CAN网络，底层现场数据传输层采用高速、低成本的Profibus网络，并通过Profibus转CAN网关实现Profibus网络与CAN网络之间的通信，该控制结构成本低廉、信息传输速度快、控制可靠度高。
文档编号B63H21/22GK202508277SQ201220078470
公开日2012年10月31日 申请日期2012年3月5日 优先权日2012年3月5日
发明者朱真利, 毛玉国, 温新民, 肖开明, 赵丽雄, 马志钢 申请人:武汉船用机械有限责任公司