结合优化保护策略的柴油机安全运行保护系统及方法

本发明属于柴油机安全保护。

背景技术：

1、柴油发动机具有效率高、油耗低、扭矩大、经济性好的特点，被广泛应用于交通运输、农业机械、工程机械以及军事等领域。但柴油机结构较为复杂，工作环境比较恶劣，一旦出现故障且工作人员处理不及时，容易导致设备瘫痪，造成巨大经济损失和影响人员安全。为了避免柴油机在发生故障时继续运行导致恶性事故的发生，需对柴油机的运行状态进行实时监控，并对超过报警设定值的参数给出报警提示，提醒工作人员采取有效措施排除故障。

2、通过对现有技术的文献检索发现，中国发明专利(公开号cn112555024a)公布了一种发动机运行监测、安保系统及其安保方法。发动机运行监测、安行保系统由模拟信号采集模块、adc转换模块、转速采集模块、数字信号输出模块、显示模块、处理模块、电源模块组成并通过设置固定的报警阈值实现发动机运行过程安全保护功能。但是缺少传感器断线故障检测功能，致使该系统在传感器断线时可能会误报警；报警阈值是固定值，致使该系统无法在柴油机各不同工况下执行安全保护任务。

技术实现思路

1、本发明是为了解决现有发动机运行监测系统存在误报警率大的问题，现提供一种结合优化保护策略的柴油机安全运行保护系统及方法。

2、结合优化保护策略的柴油机安全运行保护系统，包括：传感器单元、信号调理模块、控制模块、按键模块和显示模块；

3、传感器单元用于采集柴油机输出轴的转速信号、滑油压力信号、冷却水温度信号和齿轮箱控制油压力信号，并将采集的信号经信号调理模块发送至控制模块；

4、所述控制模块还接收电控系统的空挡反馈信号和越控信号；

5、所述控制模块用于判断接收的信号是否满足阈值范围，若存在任一信号不在对应的阈值范围，则延时对应阈值时间，延时后再次判断所述不在对应的阈值范围的信号是否满足对应的阈值范围，若延时后所述信号仍不在对应阈值范围，则判断是否存在越控信号，若是，则向按键模块和显示模块发送报警信号，同时向电控系统发送报警信号和停车信号，否则，向按键模块和显示模块送报警信号，同时向电控系统发送报警信号、脱档信号和紧急停车信号；

6、所述显示模块用于对报警信息进行显示；

7、按键模块用于对报警信息进行确认和复位，向控制模块发送确认和复位信号。

8、进一步地，本发明中，还包括按键模块，所述按键模块包括报警确认键、报警复位键和测试指示灯；

9、所述报警确认键用于向控制模块发送报警确认信号，同时通过确认指示灯对确认状态进行显示；

10、控制模块接收到报警确认信号停止该次报警信号发送；

11、报警复位键用于向控制模块发送复位信号，并通过案件指示灯对复位状态进行显示。

12、进一步地，本发明中，还包括信号输入模块和控制信号输出模块；

13、所述信号输入模块用于接收传感器单元发送的转速信号、滑油压力信号、冷却水温度信号、齿轮箱控制油压信号、空挡反馈信号和越控信号；将转速信号、滑油压力信号、冷却水温度信号和齿轮箱控制油压信号传输至信号调理模块，将空挡反馈信号和越控信号直接发送至控制模块；

14、控制信号输出模块用于接收控制模块发送的报警信号、脱档信号和紧急停车信号发送至电控系统。

15、进一步地，本发明中，信号调理模块用于将转速信号转换为脉冲信号，将润滑油进机压力的电流信号、冷却水温度的电阻信号、齿轮箱控制油压力的高低电平信号分别转换为对应的电压信号。

16、进一步地，本发明中，信号调理模块包括转速信号调理电路、冷却水温度信号调理电路、润滑油压调理电路和齿轮箱控制油压力调理电路。

17、进一步地，本发明中，转速信号调理电路包括：电阻r63、电阻r64、电阻r65、电阻r67、电阻r68、电容c30、电容c33、光电耦合器u4、稳压二极管d38和施密特触发器u3c；

18、转速信号的高电平输入端口is_h通过电阻r64连接电容c30的一端，低电平输入端口is_l与电容c30的另一端；

19、所述电容c30的一端连接稳压二极管d38的负极，所述稳压二极管d38的正极连接电容c30的另一端；

20、稳压二极管d38的正极连接光电耦合器u4的1号引脚，稳压二极管d38的负极连接光电耦合器u4的2号引脚，光电耦合器u4的3号引脚通过电阻电阻r63连接电源；光电耦合器u4的4号引脚接地；

21、稳压二极管d38的负极连接光电耦合器u4的2号引脚还通过电阻r65连接施密特触发器u3c的5号引脚；

22、施密特触发器u3c的5号引脚通过电阻r68接地，施密特触发器u3c的5号引脚还通过电容c33接地；

23、施密特触发器u3c的14号引脚连接电源，施密特触发器u3c的7号引脚接地，施密特触发器u3c的6号引脚连接电阻r67的一端，电阻r67的另一端为信号输出端is_out。

24、进一步地，本发明中，冷却水温度信号调理电路包括电阻r13、电阻r14、电阻r15、电阻r16、电阻r17、电阻r18、电阻r19、电阻r20、电阻r21、电阻r22、电容c5、电容c9、运算放大器u2a、运算放大器u2b、二极管d3；

25、冷却水温度信号输入端口ina3与电阻r14的一端连接，电阻r14另一端通过电阻r13连接电源，电阻r14另一端通过电阻r15连接运算放大器u2a的3号引脚，运算放大器u2a的3号引脚还通过电容c5接地；

26、运算放大器u2a的2号引脚通过电阻r16连接运算放大器u2a的1号引脚，运算放大器u2a的8号引脚链接电源，运算放大器u2a的4号引脚接地；

27、运算放大器u2a的1号引脚通过电阻r18连接运算放大器u2b的5号引脚；运算放大器u2b的6号引脚通过电阻r19分别连接电阻r17的一端和电阻r21的一端，电阻r17的另一端连接电源；电阻r21的另一端接地；

28、运算放大器u2b的4号引脚接地，运算放大器u2b的8号引脚连接电源；运算放大器u2b的7号引脚连接电阻r20的一端，电阻r20的另一端连接输出端口vo3，电阻r20的另一端通过电容c9接地，电阻r20的另一端还连接二极管d3的正极，二极管d3的负极接地。

29、结合优化保护策略的柴油机安全运行保护方法，包括：

30、步骤一、设置柴油机运行参数不同运行阶段的阈值，对不同的报警状况设定不同的报警延时；

31、柴油机运行状态参数包括：主机转速、润滑油压力、冷却水温度和齿轮箱控制油压力；

32、步骤二、实时采集柴油机主机转速数据、润滑油压力数据、冷却水温度数据和齿轮箱控制油压力数据，同时获取判断安全运行保护系统的越控信号和空挡反馈信号；

33、步骤三、根据主机启动时间判断主机运行的阶段，并将步骤一实时采集的数据与对应阶段的阈值进行比较，当有任意一所述数据超出对应的阶段阈值，则延时对应时间，若延时后所述数据仍超出对应阶段阈值，则判断安全运行保护系统是否处于越控状态，若是，则发出相应报警提示信号，否则，发出相应报警信号和停车信号；此外。紧急停车信号的发送不受越控信号的限制。

34、若延时后所述数据未超出对应阶段阈值，返回执行步骤二。

35、本发明结合优化保护策略的柴油机安全运行保护系统以单片机为控制核心，通过模块化设计电路，缩小了柴油机安保装置的体积，通过添加传感器断线检测功能、延时功能，提高了柴油机运行过程中和柴油机安全运行保护系统的可靠性、安全性。此外小型化的设计和针对不同工况的柴油机可以设置动态报警阈值提高了柴油机运行安全性。