一种船舶电力推进防误操作控制装置的制作方法

本发明属于船舶自动化控制
技术领域：
，具体涉及一种船舶电力推进防误操作控制装置。
背景技术：
：船舶主机的运行状态与船舶安全营运密切相关。目前，在船舶离靠码头的过程中，需要频繁进行前进和后退工况的操作，大部分主机的运行控制与调整均由操车人员操纵，即处于主航手操工作模式下。操作人员在主控板前接受由遥控设备传至主航车钟的车令信号并确认，使用手动操作方式操作灭磁开关来实现前进和后退工况。若操车人员对输出轴扭矩的把握程度和水平不一致，会对主机产生误操作，造成不必要的经济损失。技术实现要素：本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种船舶电力推进防误操作控制装置，能够在主航手操工作模式下，输出稳定的推进电机启动轴输出信号，并产生电气联锁信号，防止人为因素误操作，从而消除事故隐患。为解决现有技术的上述问题，本发明采用以下技术方案。本发明的一种船舶电力推进防误操作控制装置，其特征在于：所述的船舶电力推进防误操作控制装置通过一个CAN收发器驱动模块与船舶的主机遥控设备、主航车钟连接，并接收所述的船舶主机遥控设备的车钟发送命令和主航车钟的应答命令数据；本发明所述的船舶电力推进防误操作控制装置包括：嵌入式系统ECU、CAN收发器驱动模块、第一光电隔离电路、第二光电隔离电路、第三光电隔离电路、第四光电隔离电路、电流信号放大电路、数据采集模块、RS-485电平转换电路、触摸屏人机界面、驱动电路、声光报警电路；一个灭磁开关信号输入端，所述的灭磁开关设置于船舶主控板上；来自所述的灭磁开关信号输入端的信号，经过所述的第三光电隔离电路后，进入所述的嵌入式系统ECU输入端；一个电枢电流采样电路，通过所述的电流信号放大电路、数据采集模块和所述的第四光电隔离电路与所述的嵌入式系统ECU相连；所述的电流信号放大电路支持双极性电压采样，通过SPI串行接口与所述的嵌入式系统ECU通讯，采样频率可以达到200ksps；所述的嵌入式系统ECU通过第一光电隔离电路与驱动电路、声光报警电路分别相连，用于输出一组常闭常开干结点形式的电气联锁信号，控制船舶推进主机轴从推进系统中分离；所述的触摸屏人机界面与嵌入式系统ECU之间通过所述的RS-485电平转换电路进行通讯；通过所述的触摸屏人机界面实时监测推进电机参数变化，来观察船舶主机和保护系统各运行状态，记录主航操作历史数据。进一步的，所述的嵌入式系统ECU通过所述的第二光电隔离电路与所述的CAN收发器驱动模块相连，用于提高系统的抗干扰性能。进一步的，所述的嵌入式系统ECU采用Freescale系列处理器m9s12x128，内置看门狗和电压监视电路。进一步的，所述的RS-485电平转换电路采用抗静电或抗雷击的芯片MAX487E。进一步的，所述的声光报警电路具有消音止铃功能。本发明与现有技术相比，包括有以下优点和有益效果：1.本发明应用在船舶电推控制器上面，包括主推和侧推，不同于普通的船舶推进器，目的是协同车钟指令与人员操作的一致性，避免误操作带来的不安全因素。即：根据现有车钟信号网络、主控制板灭磁开关动作状态和前、后电枢励磁电流变化方向，产生推进电机启动轴电气联锁信号，完成主机的起动、调速、正倒车换向、停车控制功能，保证主机安全可靠运行，避免人为的误操作，可提高船舶的操纵性能和航行的安全性。2.本发明具有防止误操作功能：车钟命令与灭磁开关状态、电流方向不匹配时，系统经逻辑判断认为发生误操作，装置立刻发出声光报警，同时启动轴联锁信号保持原有状态不改变。3.本发明装置是一套独立的安全保护系统，可自由配置。装置作为车钟网络中一个新添加的节点，在功能上不发送任何指令，只从CAN网中接收已有的主航车钟信息，所以不需要改变原有车钟网络中的软件和硬件。4、本发明功能性强：系统通过检测电枢励磁电流大小可判断推进电机运行状态，包括励磁电流开路、励磁电流过大等极端情况，所以比现有技术检测范围及功能更为全面。5、本发明装置可判断主推进电机励磁电流方向变化与车钟车令信号构成联锁，并将输出启动轴干结点信号串接到控制回路中，提高了系统的运行安全系数。附图说明图1为本发明装置的一个实施例与船舶主机遥控设备、主航车钟的联接示意图。图2为本发明的一个实施例的船舶电力推进防误操作控制装置结构框图。图3为本发明的一个实施例的车钟联锁信号控制主程序框图；图4为本发明的一个实施例的ECU控制CAN通讯接收中断服务程序框图；图5为本发明的一个实施例的数据采集模块AD7606控制流程框图。其中，1船舶电力推进防误操作控制装置，2船舶主机遥控设备，3主航车钟，4嵌入式系统ECU(电子控制单元)，5双电源模块，6是CAN收发器驱动模块；701第一光电隔离电路，702第二光电隔离电路，703第三光电隔离电路，704第四光电隔离电路；8电流信号放大电路，9数据采集模块；10是RS-485电平转换电路，11触摸屏人机界面，12驱动电路(固态继电器)，13声光报警电路。具体实施方式下面结合附图对本发明做进一步详细说明。图1为本发明装置的一个实施例与船舶主机遥控设备、主航车钟的联接示意图。如图1所示，本发明船舶电力推进防误操作控制装置的一个实施例通过CAN收发器驱动模块6与主机遥控设备2、主航车钟3连接，共享遥控设备2车钟发送命令、主航车钟3应答命令数据。CAN总线协议符合船舶行业车钟车令标准规范，遥控设备2可对地址控制权、车钟逻辑控制、电子调速系统和安全保护系统车令信号进行修改。在主航手操模式下，车令信号通过CAN通讯传达至本发明的一个实施例的船舶电力推进防误操作控制装置1。同时计算机经过CAN分析仪与装置1相联，上位机使用USB转CAN工具完成车令信号参数的修改功能，数据自动保存到嵌入式系统ECU存储器单元。其中，ECU(ElectronicControlUnit)电子控制单元，又称“行车电脑”、“车载电脑”等。从用途上讲则是汽车专用微机控制器。它和普通的电脑一样,由微处理器(CPU)、存储器(ROM、、RAM)、输入/输出接口(I/O)、模数转换器(A/D)以及整形、驱动等大规模集成电路组成。CAN控制器局域网络(ControllerAreaNetwork,CAN)，由以研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发，并成为国际标准ISO11898，是国际上应用最广泛的现场总线之一。在北美和西欧，CAN总线协议现已成为计算机控制系统和嵌入式工业控制局域网的标准总线。图2为本发明的一个实施例的船舶电力推进防误操作控制装置结构框图。如图2所示，本发明实施例的船舶电力推进防误操作控制装置1包括：嵌入式系统ECU4、双电源模块5、CAN收发器驱动模块6、第一光电隔离电路701、第二光电隔离电路702、第三光电隔离电路703、第四光电隔离电路704、电流信号放大电路8、数据采集模块9、RS-485电平转换电路10、触摸屏人机界面11、驱动电路(固态继电器)12、声光报警电路13。其中，嵌入式系统ECU4是本实施例的硬件核心部件。实际工作时，本实施例的嵌入式系统ECU4通过第一光电隔离电路701与驱动电路12、声光报警电路13分别相连，用于输出一组常闭常开干结点形式的电气联锁信号，控制船舶推进主机轴从推进系统中分离；在船舶主航手操模式下，所述的嵌入式系统ECU4经逻辑判断是人为误操作时，联锁信号不发生变化，同时通过所述的声光报警电路13在其控制面板上进行报警显示、蜂鸣器鸣警。其声光报警电路(13)具有消音止铃功能。本实施例的嵌入式系统ECU4通过第二光电隔离电路702与CAN收发器驱动模块6相连，用于提高系统的抗干扰性能，完成遥控设备和主航车钟内部协议的发送命令、应答命令数据共享。在主航手操模式下，CAN收发器驱动模块6接收主机正速、停车、倒速三种状态和电子车钟车令信息，为启动轴联锁信号提供输入指令依据，实现对船舶推进主机运行状态监测和防止误操作的安全保护。在本发明实施例中，来自一个电枢电流采样电路的电枢电流信号通过电流信号放大电路8、数据采集模块9和第四光电隔离电路704与嵌入式系统ECU4相连。电流信号放大电路8为电压调理电路，将电枢电流信号经电压表表头分流器输出的±75mV电压信号放大到±5V范围内，送到AD7606数据采集模块9。电流信号放大电路8支持双极性电压采样±10V和±5V的输入信号，完全满足功能需求，同时通过与AD7606兼容的高速SPI串行接口与嵌入式系统ECU通讯，采样频率可以达到200ksps。本实施例还包括一个灭磁开关信号输入端，其灭磁开关设置于船舶主控板上；在实际运行中，来自所述的灭磁开关信号输入端的直流24V前进、后退和断开信号，经过所述的第三光电隔离电路703后，进入所述的嵌入式系统ECU4输入端；以此判断所述的车钟3命令的执行进程与操车逻辑关系，以确保产生可靠的启动轴联锁信号。本实施例中，嵌入式系统ECU4采用Freescale系列处理器m9s12x128，内置看门狗和电压监视电路，以确保工作的稳定性。RS-485电平转换电路10采用抗静电或抗雷击的芯片MAX487E和外围电路组成，包含光电隔离、接口的输入输出电路；触摸屏11与嵌入式系统(ECU)4之间采用RS-485电平转换电路10进行通讯，通过触摸屏人机界面11实时监测推进电机参数点的变化、观察主机和保护系统各参数点的状态，并记录主航操作数据。下表1、表2，为本发明实施例在使用时的对外接口定义。本发明实施例电力推进防误操作控制装置是船舶航行的组成部分，挂接到车钟控制系统和主控电路板，该装置的控制输入输出与推进系统对接参数和接口定义如附表所示：系统提供220±10V交流电源、车钟车令信号、主控板上灭磁开关状态信号、电枢励磁电流、推进电机启动轴电气联锁信号等信号。表1、本发明的一个实施例的装置输入信号编号接口名称来源接口/数量信号参数备注1推进系统供电动力电1根3芯AC220VL，N，GND2车钟车令信号主控板CAN网络1对/3芯DC1.5V-3.5VCANH,CANL，屏蔽3灭磁开关信号灭磁开关辅助触点3对/2芯DC24V前进、后退、断开4电枢电流信号表头分流器2路/2芯DC±75mv2路表2、本发明的一个实施例的装置输出信号图3为本发明的一个实施例的车钟联锁信号控制主程序框图。其控制程序移植在嵌入式系统ECU4内，主程序主要实现初始化，包括调用存储器内参数到缓冲区，设置CAN、RS-485和SPI等通讯中断，在主循环中内实现清看门狗、报警控制、灭磁开关状态信号检测、中断读取车令信号和励磁电流大小等通过逻辑关系运算输出启动轴信号。图4为本发明的一个实施例的ECU控制CAN通讯接收中断服务程序框图。其嵌入式系统ECU4通过CAN通讯网络6获得遥控设备和主航车钟之间车令编码，车令信息包括控制权地址、信息功能码、帧总数、车令车钟数据数据帧和校验码，除帧头、帧尾外，系统具有鉴别CRC校验出错或发送超时失败功能，以保障通讯信息的正确性和完整性。图5为本发明的一个实施例的数据采集模块AD7606控制流程框图。其嵌入式系统ECU4和数据采集模块9之间通过UDP协议进行SPI数据传输，AD7606控制单元在主函数中会循环检测是否接收到ECU的命令指令，如果接收到数据，则根据既定的命令代码执行操作。每帧发送的数据通信采用固定格式，报头(2byte)—数据字节数(2byte)—命令号(1byte)—数据—检验码(1byte)。根据命令号的不同，修改定时发送数据时间间隔、请求实时电枢励磁电流数据、AD复位、采样较零、过采样率设置等。当前第1页1 2 3