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基于以太網(wǎng)的船用柴油機安全監(jiān)測系統(tǒng)研制

2017-01-16 12:02:25汪恬
東方教育 2016年15期
關(guān)鍵詞:安全監(jiān)測以太網(wǎng)柴油機

汪恬

摘要:柴油機安全監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)對柴油機運行參數(shù)的實時監(jiān)測,當參數(shù)越限時會及時提醒操作人員消除安全隱患,因此研制船用柴油機安全監(jiān)測系統(tǒng)有著十分重要的應(yīng)用價值。本文根據(jù)當前柴油機安全監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用需求,結(jié)合以太網(wǎng)總線的特點,展開了安全監(jiān)測系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計,并設(shè)計操作顯示單元實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的顯示以及報警的功能。

關(guān)鍵詞:柴油機;安全監(jiān)測;以太網(wǎng)

一、引言

本文以船舶柴油機為對象,結(jié)合當今飛速發(fā)展的以太網(wǎng)技術(shù),研制了一套功能完善、操作界面友好的柴油機安全監(jiān)測系統(tǒng)。柴油機機旁監(jiān)控儀由微型計算機控制的,能精確監(jiān)測顯示柴油機轉(zhuǎn)速、油壓、水溫、油溫和排溫等參數(shù),并能根據(jù)與用戶設(shè)定值比較,對越限參數(shù)發(fā)出報警信號;另還設(shè)定有停機保護功能,參數(shù)越限超過停機值,則發(fā)出停機信號。

二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能分析

2.1 系統(tǒng)功能分析

根據(jù)船舶安全運行需求,柴油機安全監(jiān)測系統(tǒng)可實現(xiàn)如下功能:

1.采集柴油機各路壓力信號、溫度信號、轉(zhuǎn)速脈沖等模擬量以及開關(guān)量輸入信號,并對上述的信號顯示記錄。

2.將處理后的數(shù)據(jù)打包發(fā)送至操作顯示單元,上位按照模擬儀表盤或列表顯示示采集數(shù)據(jù)并存儲,為后續(xù)維修診斷提供依據(jù)。

3.當采集到的數(shù)據(jù)超過或低于預(yù)定值時,輸出報警信號到操作顯示單元。

根據(jù)系統(tǒng)控制功能要求,圖1所示柴油機安全監(jiān)測系統(tǒng)的輸入輸出信號及系統(tǒng)間關(guān)系。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

安全監(jiān)測系統(tǒng)由安保單元、監(jiān)測控制單元和操作顯示單元三部分組成,各部分之間電氣連接關(guān)系如圖2所示:

安保單元是監(jiān)測和控制柴油機停車功能的獨立系統(tǒng)。通過監(jiān)測柴油機的壓力、溫度和轉(zhuǎn)速量等信號,并輸入至單片機中,數(shù)據(jù)處理程序做出相應(yīng)的電磁閥動作,完成柴油機安全保護功能。安保單元能夠?qū)崿F(xiàn)超速停車、高溫水高溫停車、滑油低壓停車、應(yīng)急停車(設(shè)置在集控室)、各種傳感器的電纜檢測、系統(tǒng)的電源及故障檢測。同時將上述開關(guān)量和模擬量信號經(jīng)過處理后通過串口通信發(fā)送到監(jiān)測控制單元實現(xiàn)通訊。

監(jiān)測控制單元是監(jiān)測系統(tǒng)的核心模塊,實現(xiàn)系統(tǒng)的監(jiān)測、控制、保護及報警、通訊等功能。監(jiān)測控制單元接受監(jiān)測部件(傳感器、接線等)送來的信號,負責數(shù)據(jù)采集、A/D轉(zhuǎn)換、通訊傳輸、報警判斷等工作,并通過電控部件(繼電器、電磁閥)實現(xiàn)控制的功能。

操作顯示單元主要接收來自監(jiān)測控制單元參數(shù)數(shù)據(jù)并予以顯示,當監(jiān)控量越限時實現(xiàn)報警,操作顯示單元的安全停車設(shè)定值應(yīng)調(diào)整到比安保單元中的設(shè)定值稍高/稍低,以保證在危險的情況下應(yīng)用安保單元停車。當安保單元發(fā)生故障時,操作顯示單元中的安全停車也能夠起作用。

三、系統(tǒng)設(shè)計

1、監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計

監(jiān)測系統(tǒng)采用16位微控制器作為主控制器,控制器通過接口電路采集柴油機各狀態(tài)參數(shù)信號,并對信號處理以及邏輯判斷,根據(jù)判斷結(jié)果決定是否輸出繼電器控制信號,另外其與操作顯示單元通過以太網(wǎng)進行通訊。

(1)MCU選型

本次設(shè)計采用的XC2267是英飛凌(infineon)公司基于C166架構(gòu)的16位單片機,其具有很寬的工作環(huán)境溫度范圍,可以從-40℃到 +125℃,另外其還有許多優(yōu)秀特性:

MCU 82kB片上RAM(2kB DPRAM,16kB DSRAM,64kB PSRAM)

16通道10位A/D轉(zhuǎn)換模塊,帶4.1V精密電壓參考

SPI通訊的12位 D/A 轉(zhuǎn)換

其帶有16通道的AD轉(zhuǎn)換,便于數(shù)據(jù)的采集處理,并且?guī)в?4位的地址,8位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線,方便對外圍控制芯片的控制操作,因此本文采用infineon單片機SAK-XC2267-96F作為現(xiàn)場分布式單元的主控芯片。

(2)溫度測量調(diào)理電路

監(jiān)測控制單元需要采集15路的溫度參數(shù),溫度范圍分為0~200℃和0~800℃,分別采用熱電阻和熱電偶來實現(xiàn)。

熱電阻測量調(diào)理電路如圖3,采用減法運算式的恒流源測溫電路,恒流源給熱電阻提供激勵電流,熱電阻接在JN和JG之間,對應(yīng)0~200℃的電壓信號從NO_PT輸出。

熱電偶測量采用K型熱電偶芯片MAX6675,其溫度測量范圍為0℃~1024℃,MAX6675作為一種在工業(yè)現(xiàn)場專用測量熱電偶的器件,本身芯片內(nèi)部已集成冷端補償電路(補償溫度范圍-20℃~80℃)。同時芯片本身還有對數(shù)據(jù)進行處理的能力,包括信號的線性處理和放大、溫度的冷端補償、A/D轉(zhuǎn)換(轉(zhuǎn)換精度12位)以及SPI串口數(shù)字化輸出這些功能,這些為其后續(xù)電路的設(shè)計提供了很大的方便。

熱電阻和熱電偶測量的溫度信號直接送到模擬切換開關(guān),模擬切換開關(guān)順序的輸出各路溫度信號到調(diào)理電路,調(diào)理電路輸出信號NO_PT,SPI_Ther到放大電路,放大后送到AD采樣單元。

(3)壓力測量調(diào)理電路

監(jiān)測系統(tǒng)中需要采集滑油壓力、燃油壓力等壓力信號,一般的壓力傳感器輸出4~20mA標準電流信號,設(shè)計中采用150Ω 1‰精密電阻將傳感器輸出的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號,在后端通過放大電路放大轉(zhuǎn)化的電壓信號,使其電壓分布在AD輸入能夠接受的范圍內(nèi),以利于提高分辨率和精度,其測量電路圖如圖5所示。

(4)轉(zhuǎn)速測量調(diào)理電路

機旁監(jiān)測系統(tǒng)分別采集柴油機轉(zhuǎn)速以及增壓器轉(zhuǎn)速,轉(zhuǎn)速范圍分別是0~1400 rpm和0~80000 rpm,采用接近開關(guān)式轉(zhuǎn)速傳感器磁電式轉(zhuǎn)速傳感器進行測量采集。

磁電式轉(zhuǎn)速傳感器不需要外接電源,其通過飛輪凸齒改變磁通變化輸出的波形類似于正弦波,接口電路需要將正弦波整形成方波信號輸入主控單元,再通過在固定的時間內(nèi)計數(shù)方波數(shù)目從而得出轉(zhuǎn)速。其調(diào)理電路如圖7所示,轉(zhuǎn)速信號從CD_ROT1輸入,先經(jīng)過兩次二階濾波,再經(jīng)過施密特觸發(fā)器將濾波后的干凈信號整形成為方波進行輸出,轉(zhuǎn)速傳感器得到的方波信號經(jīng)波峰限制處理后送入XC2267單片機的定時捕捉模塊,用其內(nèi)部硬件計數(shù)器完成轉(zhuǎn)速的測量,其中BAT54S將方波的峰值限制在0~5V范圍內(nèi),使之成為單片機控制器易于接受的TTL方波。

(4)以太網(wǎng)接口電路

ENC28J60網(wǎng)絡(luò)芯片是帶有SPI接口的獨立以太網(wǎng)控制器,可以直接連接到配有以太網(wǎng)控制端口的MCU中,如圖7所示為以太網(wǎng)控制器接口電路。

ENC28J60屬于CMOS器件范疇,其設(shè)計工作電壓為3.3 V,但SPI控制端口和RESET引腳均接受5V電壓,只需將網(wǎng)絡(luò)芯片與MCU的地連接統(tǒng)一,這樣就滿足了5V電壓工作的嵌入式系統(tǒng)。

2、監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計

(1)監(jiān)測控制單元的數(shù)據(jù)采集和處理

監(jiān)測控制單元每一個傳感器要采集多路信號,設(shè)計采用多路復(fù)用開關(guān)進行測量路數(shù)的轉(zhuǎn)換,這樣既擴展了AD采集的路數(shù),又減少了I/O占用量,設(shè)計中主程序?qū)Σ杉臄?shù)據(jù)的邏輯進行判斷,在中斷中進行數(shù)據(jù)的采集和通道的轉(zhuǎn)換,其數(shù)據(jù)的采集過程如圖9所示:

(2)通訊程序設(shè)計

通訊主程序如圖10所示,操作顯示單元作為主機,首先發(fā)出以太網(wǎng)幀,以太網(wǎng)幀分為IP幀和ARP幀,當為ARP幀時則實現(xiàn)IP地址和MAC地址的對應(yīng),并建立ARP緩存,當為IP幀時則完成對IP數(shù)據(jù)的解析,解析后進入傳輸層,若為ICMP幀則需要實現(xiàn)兩個IP之間的ping的操作,當為Udp幀時其實現(xiàn)數(shù)據(jù)向應(yīng)用層的傳送,進入應(yīng)用層后數(shù)據(jù)按照Modbus形式通過函數(shù)進行解包,然后讀取保持寄存器的值后再打包成Modbus的形式向操作顯示單元回復(fù)數(shù)據(jù)。本次的數(shù)據(jù)通訊格式如表4-3所示:

3、操作顯示系統(tǒng)設(shè)計

(1)系統(tǒng)主界面

操作顯示單元采用步科的MT4414TE型號觸摸屏來設(shè)計,組態(tài)界面采用步科圖形化編程軟件EV5000來進行設(shè)計。設(shè)計主界面主要包括主機轉(zhuǎn)速、尾軸轉(zhuǎn)速、滑油、燃油、廢氣、淡水壓力以及緊急停機、本地控制等一些開關(guān)量。另外在每個界面的下方都有快捷菜單,可以實現(xiàn)返回主界面,返回上一個界面以及查看報警列表的功能,其主界面設(shè)計如圖11所示:

導(dǎo)航界面中主要包含一些主機的運行參數(shù),通過對此界面的操作可以實現(xiàn)對油壓、水溫等參數(shù)界面的快速訪問,其設(shè)計界面如圖12所示:

四、小結(jié)

依托infineon 16位的微控制器研制的船用柴油機安全監(jiān)測系統(tǒng),依據(jù)其功能特點完成編寫相關(guān)軟件及一系列相關(guān)測試。并制定了上位機開發(fā)方案,通過組態(tài)軟件編寫操作顯示單元的顯示界面,完成了以太網(wǎng)總線數(shù)據(jù)在操作顯示單元的顯示、存儲。通過聯(lián)調(diào)和測試,顯示精度、控制功能等指標均符合預(yù)期的要求。

參考文獻:

[1]張顯庫,任光,等.綜合船舶監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].中國造船,2002,43(2):44-46.

[2]梁偉.船舶機艙自動監(jiān)測報警控制系統(tǒng)設(shè)計[D].大連:大連理工大學,2002.

[3]鄭明勇.船舶柴油機機旁監(jiān)控裝置的研制[D].武漢:武漢理工大學,2011.

[4]吳卓成,黃文君.船用柴油機智能報警監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計[J].中國造船,2009,20(4):24-26.

[5]王尚勇,楊青.柴油機電子控制技術(shù)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2005.

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