船舶柴油發(fā)動機(jī)故障預(yù)測保護(hù)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種檢測保護(hù)系統(tǒng)，具體涉及船舶柴油發(fā)動機(jī)故障預(yù)測保護(hù)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]船舶柴油機(jī)是船舶的動力心臟，也是船舶機(jī)械系統(tǒng)中故障最多的系統(tǒng)，其安全可靠的運(yùn)行是船舶安全運(yùn)行的基本保證。目前船舶柴油機(jī)的故障率大約是每小時0.4 X 10-3次，這個數(shù)據(jù)是相當(dāng)可怕的，船舶柴油機(jī)的可靠性管理、監(jiān)測和診斷技術(shù)的研究是一項重要的研究課題。目前船舶柴油機(jī)的維修方式大多采用按定時維修:一是過剩維修，在柴油機(jī)達(dá)停檢或小修時，拆檢后未發(fā)現(xiàn)故障而產(chǎn)生過剩維修，重新組裝將人為地破壞處于良好潤滑條件的零件摩擦狀態(tài)，增加磨合期，加大故障率;二是缺乏事故預(yù)見能力，無法預(yù)見在兩次檢修期內(nèi)發(fā)生的機(jī)械故障;三是維修成本高，有時候經(jīng)常沒有必要維修。
[0003]柴油發(fā)動機(jī)的金屬材料性能劣化問題是導(dǎo)致大量船舶柴油發(fā)動機(jī)事故發(fā)生的罪魁禍?zhǔn)?。目前國?nèi)對于柴油發(fā)動機(jī)早期預(yù)測主要采用熱力分析法(包括分析油溫、油壓、水壓、氣溫、氣壓等數(shù)據(jù))實時監(jiān)測以及預(yù)測的方法，這種方法不用停電，一般不受外界因素干擾，而且對故障的反應(yīng)也極為靈敏。所以現(xiàn)有的船舶中急需要對船舶柴油機(jī)進(jìn)行準(zhǔn)確監(jiān)測的裝置或者系統(tǒng)。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型的目的在于提供船舶柴油發(fā)動機(jī)故障預(yù)測保護(hù)系統(tǒng)，該預(yù)測保護(hù)系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確的對船舶柴油發(fā)動機(jī)進(jìn)行檢測和監(jiān)測，使用更高效安全。
[0005]本實用新型為了實現(xiàn)上述目的，采用的技術(shù)解決方案是:
[0006]船舶柴油發(fā)動機(jī)故障預(yù)測保護(hù)系統(tǒng)，包括微控制器、檢測模塊和監(jiān)測模塊，所述檢測模塊通過數(shù)據(jù)采集電路與微控制器相連，所述監(jiān)測模塊包括數(shù)據(jù)顯示屏、控制開關(guān)、SD存儲卡和上位機(jī)WEB平臺，所述微控制器通過數(shù)據(jù)傳輸電路分別與數(shù)據(jù)顯示屏、控制開關(guān)、SD存儲卡連接，所述微控制器通過以太網(wǎng)與上位機(jī)WEB平臺相連通;所述檢測模塊包括水箱溫度和氣溫測量裝置、油水氣壓測量裝置、油溫測量裝置和電路電源檢測裝置。
[0007]優(yōu)選的，所述微控制器采用單片機(jī)STM32F103ZET6微控制器。
[0008]優(yōu)選的，所述水箱溫度和氣溫測量裝置內(nèi)設(shè)置有PT100鉑電阻，所述油水氣壓測量裝置內(nèi)設(shè)置有SMP131壓力變送器，所述油溫測量裝置內(nèi)設(shè)置有KZW/P-240E防爆數(shù)顯熱電阻。
[0009]優(yōu)選的，所述控制開關(guān)包括控溫開關(guān)、控速開關(guān)和控壓開關(guān)。
[0010]優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)顯示屏為DGUS數(shù)據(jù)顯示屏。
[0011 ]本實用新型的有益效果是:
[0012]本船舶柴油發(fā)動機(jī)故障預(yù)測保護(hù)系統(tǒng)以STM32微控制器為核心，針對水、油、氣等不同測量區(qū)域?qū)ｉT設(shè)計各種傳感器及其電路，對發(fā)動機(jī)油溫、油壓、水壓、氣溫、氣壓等數(shù)據(jù)進(jìn)行實時測量，C語言程序?qū)⑸鲜鰯?shù)據(jù)作為輸入，經(jīng)過計算之后輸出預(yù)測數(shù)據(jù)，并將預(yù)測結(jié)果通過STM32外擴(kuò)的ENC28J60以太網(wǎng)接口傳輸?shù)揭蕴W(wǎng)，監(jiān)控室內(nèi)工作人員通過Web網(wǎng)頁登陸發(fā)動機(jī)監(jiān)測平臺，對數(shù)據(jù)、圖表分析后對發(fā)動機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)，包括減速、降溫、降壓等措施對發(fā)動機(jī)進(jìn)行保護(hù)，或者直接停轉(zhuǎn)，斷電進(jìn)行檢修。本實用新型船舶柴油發(fā)動機(jī)故障預(yù)測保護(hù)系統(tǒng)中的微控制器通過線路直接與DGUS數(shù)據(jù)顯示屏相連，微控制器內(nèi)采集上來的數(shù)據(jù)直接進(jìn)入到DGUS數(shù)據(jù)顯示屏內(nèi)，DGUS數(shù)據(jù)顯示屏內(nèi)會顯示出檢測項目的數(shù)據(jù)變化曲線，通過DGUS數(shù)據(jù)顯示屏觀看數(shù)據(jù)更直觀明了。
【附圖說明】
[0013]圖1是船舶柴油發(fā)動機(jī)故障預(yù)測保護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖，對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)說明:
[0015]結(jié)合圖1，船舶柴油發(fā)動機(jī)故障預(yù)測保護(hù)系統(tǒng)，包括微控制器、檢測模塊和監(jiān)測模塊，所述微控制器為STM32F103ZET6微控制器，STM32F103ZET6微控制器為高性能32位微處理器，該處理器為Cortex-M3內(nèi)核，處理指令周期短，速度快，具有優(yōu)先級搶占中斷控制器，IM采樣速率的AD模式，GP1刷新速率可設(shè)定等功能。STM32F103ZET6微控制器完全能一并承擔(dān)起眾多功能器件的驅(qū)動與操控工作，而且也具備低功耗的特點(diǎn)，芯片價格低，適用于工業(yè)控制與一些對速度性能比較高的場合。
[0016]所述檢測模塊包括水箱溫度和氣溫測量裝置、油水氣壓測量裝置、油溫測量裝置和電路電源檢測裝置。本實用新型船舶柴油發(fā)動機(jī)故障預(yù)測保護(hù)系統(tǒng)利用船舶柴油機(jī)工作時熱力參數(shù)的變化來判斷其工作狀態(tài)，這些參數(shù)包括氣缸壓力示功圖、排氣溫度、轉(zhuǎn)速、滑油溫度、冷卻水進(jìn)出口溫度及排放等。熱力參數(shù)分析法著重對柴油機(jī)性能好壞判斷燃燒質(zhì)量的好壞及各缸是否功率平衡。但示功圖的測量難度大，特別是壓力傳感器的壽命及可靠性是利用示功圖診斷其性能的主要問題，因此本次設(shè)計傳感器的挑選是重點(diǎn)。
[0017]檢測模塊針對不同測量區(qū)域選用不同種傳感器，分別對應(yīng)相應(yīng)的測量功能特點(diǎn)，這是為了保證測量精度，抗壓抗?jié)穹辣芰?，壽命安全性能、價格等方面均要符合要求。
[0018]所述水箱溫度和氣溫測量裝置內(nèi)設(shè)置有PT100鉑電阻，通過PT100鉑電阻的使用可對船舶柴油發(fā)動機(jī)內(nèi)的水箱溫度進(jìn)行更好的檢測。選用鉑電阻PTlOO用于水箱溫度測量，采用高精度低失調(diào)電壓的精密集成運(yùn)放0P07構(gòu)成的恒流源電路，基準(zhǔn)電壓由電源電路的參考電壓輸出端提供，簡化了恒流源的設(shè)計。恒流源電路與A/D轉(zhuǎn)換電路使用同一個參考電壓，參考電源的漂移不會影響測量結(jié)果。恒流源輸出的信號經(jīng)調(diào)理電路送入STM32的A/D轉(zhuǎn)換接口進(jìn)行處理。
[0019]所述油水氣壓測量裝置內(nèi)設(shè)置有SMP131壓力變送器，SMP131壓力變送器可選用上海立格儀表有限公司的SMP131精巧型壓力變送器。壓力系統(tǒng)由于具備比功率大、運(yùn)行平穩(wěn)和無級調(diào)速等優(yōu)點(diǎn)，由于測量管道內(nèi)部參數(shù)為動態(tài)當(dāng)量，且變化復(fù)雜，所以選取傳感器的形式顯得尤為重要。所以本次項目選擇更適合本項目壓力系統(tǒng)的SMP131精巧型壓力變送器，可直接STM32A/D轉(zhuǎn)換通道。
[0020]所述油溫測量裝置內(nèi)設(shè)置有KZW/P-240E防爆數(shù)顯熱電阻，因為測油溫，對于測量電阻的要求特別高，必須考慮防爆措施。所以本次設(shè)計油溫測量模塊選用昆侖中大的防爆數(shù)顯熱電阻。結(jié)合柴油發(fā)動機(jī)的參數(shù)要求等因素，選擇KZW/P-240E防爆數(shù)顯熱電阻。輸出為RS485或者modbus信號，這里采用485通信方式交由STM32進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
[0021]所述監(jiān)測模塊包括數(shù)據(jù)顯示屏、控制開關(guān)、SD存儲卡和上位機(jī)WEB平臺，所述微控制器通過數(shù)據(jù)傳輸電路分別與數(shù)據(jù)顯示屏、控制開關(guān)、SD存儲卡連接，SD存儲卡具有容量大，可插拔，修改使用方便等特點(diǎn)。
[0022]所述數(shù)據(jù)顯示屏為DGUS數(shù)據(jù)顯示屏，檢測模塊檢測到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)轿⒖刂破骱?，微控制器通過數(shù)據(jù)傳輸電路將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)顯示屏，由于所述數(shù)據(jù)顯示屏為DGUS數(shù)據(jù)顯示屏，所述DGUS數(shù)據(jù)顯示屏上殼可顯示檢測模塊檢測到的數(shù)據(jù)的變化曲線。所述DGUS數(shù)據(jù)顯示屏為人機(jī)界面，主要借助PC軟件來進(jìn)行組態(tài)設(shè)計，把人機(jī)交互和控制過程完全分開，只需要寫點(diǎn)通過串口讀寫變量存儲器的代碼，可以顯示表格數(shù)據(jù)、示功圖形曲線等，便于分析，而且人機(jī)友好度好，可以通過觸摸功能實現(xiàn)減速、停轉(zhuǎn)等操作。
[0023]不同于現(xiàn)有技術(shù)中的數(shù)據(jù)經(jīng)過微處理器后在經(jīng)過電腦分析，所述微控制器通過以太網(wǎng)接口及以太網(wǎng)與上位機(jī)WEB平臺相連通。連通使用時，STM32F103ZET6微控制器通過外擴(kuò)的ENC28J60以太網(wǎng)接口傳輸?shù)揭蕴W(wǎng)，以太網(wǎng)與上位機(jī)WEB平臺相連通，工作人員直接登陸到上位機(jī)WEB的登陸窗口。當(dāng)工作人員不能當(dāng)面觀察數(shù)據(jù)顯示屏?xí)r，工作人員通過電腦或者手機(jī)等電子設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)登陸窗口，使用上位機(jī)WEB平臺內(nèi)設(shè)置的網(wǎng)頁程序，可遠(yuǎn)程監(jiān)測微控制器內(nèi)的數(shù)據(jù)變化。以太網(wǎng)網(wǎng)線通信方式比傳統(tǒng)的RS232/RS485通信要優(yōu)越的多，傳輸速度快，抗干擾性能強(qiáng)，傳輸距離非常遠(yuǎn)，完全符合遠(yuǎn)程操控的要求。
[0024]所述上位機(jī)WEB平臺的軟件應(yīng)用層采用B/S結(jié)構(gòu)，突出優(yōu)點(diǎn)是速度快，直觀方便，無需專用上位機(jī)操作系統(tǒng)，用WEB網(wǎng)頁方式進(jìn)行監(jiān)測與控制，操作簡單易行，受地域限制小，可實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，功能擴(kuò)展升級維護(hù)方便且成本低等功能。
[0025]當(dāng)然，上述說明并非是對本實用新型的限制，本實用新型也并不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型的實質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也應(yīng)屬于本實用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1.船舶柴油發(fā)動機(jī)故障預(yù)測保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，包括微控制器、檢測模塊和監(jiān)測模塊，所述檢測模塊通過數(shù)據(jù)采集電路與微控制器相連，所述監(jiān)測模塊包括數(shù)據(jù)顯示屏、控制開關(guān)、SD存儲卡和上位機(jī)WEB平臺，所述微控制器通過數(shù)據(jù)傳輸電路分別與數(shù)據(jù)顯示屏、控制開關(guān)、SD存儲卡連接，所述微控制器通過以太網(wǎng)與上位機(jī)WEB平臺相連通;所述檢測模塊包括水箱溫度和氣溫測量裝置、油水氣壓測量裝置、油溫測量裝置和電路電源檢測裝置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶柴油發(fā)動機(jī)故障預(yù)測保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述微控制器采用單片機(jī)STM32F103ZET6微控制器。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶柴油發(fā)動機(jī)故障預(yù)測保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述水箱溫度和氣溫測量裝置內(nèi)設(shè)置有PTlOO鉑電阻，所述油水氣壓測量裝置內(nèi)設(shè)置有SMP131壓力變送器，所述油溫測量裝置內(nèi)設(shè)置有KZW/P-240E防爆數(shù)顯熱電阻。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶柴油發(fā)動機(jī)故障預(yù)測保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述控制開關(guān)包括控溫開關(guān)、控速開關(guān)和控壓開關(guān)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶柴油發(fā)動機(jī)故障預(yù)測保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)顯示屏為DGUS數(shù)據(jù)顯示屏。
【專利摘要】本實用新型公開一種船舶柴油發(fā)動機(jī)故障預(yù)測保護(hù)系統(tǒng)，包括微控制器、檢測模塊和監(jiān)測模塊，所述檢測模塊通過數(shù)據(jù)采集電路與微控制器相連，所述監(jiān)測模塊包括數(shù)據(jù)顯示屏、控制開關(guān)、SD存儲卡和上位機(jī)WEB平臺，所述微控制器通過數(shù)據(jù)傳輸電路與數(shù)據(jù)顯示屏、控制開關(guān)、SD存儲卡連接，所述微控制器通過以太網(wǎng)與上位機(jī)WEB平臺相連通；所述檢測模塊包括水箱溫度和氣溫測量裝置、油水氣壓測量裝置、油溫測量裝置和電路電源檢測裝置，該預(yù)測保護(hù)系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確的對船舶柴油發(fā)動機(jī)進(jìn)行檢測和監(jiān)測，使用更高效安全。
【IPC分類】G01M15/05
【公開號】CN205333318
【申請?zhí)枴緾N201620037047
【發(fā)明人】周立人, 王書源, 張旭童, 侯林源, 孟令楓
【申請人】山東科技大學(xué)
【公開日】2016年6月22日
【申請日】2016年1月15日