專利名稱：一種船用主汽輪機控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種船用主汽輪機控制器，實時采集機組轉(zhuǎn)速等運行的相關(guān)參
數(shù)，經(jīng)過適當(dāng)?shù)姆答佌{(diào)節(jié)計算后，通過模出通道輸出閥位控制信號，改變調(diào)節(jié)閥開度，最終控制機組轉(zhuǎn)速跟隨給定值變化。
背景技術(shù)：
隨著國內(nèi)工業(yè)的快速發(fā)展，大型艦船多采用汽輪機作為動力設(shè)備。目前國內(nèi)船用主汽輪機的轉(zhuǎn)速控制設(shè)備主要為國外進口產(chǎn)品。為了節(jié)省大量的外匯，而且保證我國的國防安全，急迫需要研制國產(chǎn)船用主汽輪機控制器。 船用主汽輪機帶動螺旋槳旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動艦船航行。為了給艦船向前、向后運動提供動力，主汽輪機可正轉(zhuǎn)也可反轉(zhuǎn)運行。主汽輪機為雙向旋轉(zhuǎn)、變轉(zhuǎn)速、凝汽式汽輪機。

發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種專為大型艦船主汽輪機調(diào)速控制的船用主汽輪機控制器。 為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案 船用主汽輪機控制器由CPU模塊、模入模塊、模出模塊、測速模塊組成，CPU模塊分別與模入模塊、模出模塊、測速模塊連接。實現(xiàn)現(xiàn)場信號采集功能、實時控制邏輯運算功能、控制信號輸出功能等。船用主汽輪機控制器的控制策略具備靈活方便的可組態(tài)修改特性，以適應(yīng)不同控制對象的需要，并且其運算能力強、速度快可滿足艦船控制響應(yīng)時間的要求。[0007] 船用主汽輪機控制器系統(tǒng)功能 船用主汽輪機控制器是控制艦船動力設(shè)備主汽輪機轉(zhuǎn)速的一種嵌入式控制設(shè)備。主要被控參數(shù)為機組的轉(zhuǎn)速。它實時采集機組轉(zhuǎn)速等運行的相關(guān)參數(shù)，經(jīng)過適當(dāng)?shù)姆答佌{(diào)節(jié)計算后，通過模出通道輸出閥位控制信號，改變調(diào)節(jié)閥開度，最終控制機組轉(zhuǎn)速跟隨給定值變化。 船用主汽輪機控制器的外形結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足船艙空間環(huán)境的要求。在船用主汽輪機控制器的底部可通過航空插座連接電源、通訊、現(xiàn)場1/0信號等電纜。與DCS系統(tǒng)共享的操作員站可安裝在艦船主控制室，通過通訊電纜與船用主汽輪機控制器相連，可完成完善的正常操作顯示功能。船用主汽輪機控制器的內(nèi)部應(yīng)配有采集輸出各種現(xiàn)場信號的1/0模塊、快速實時處理調(diào)節(jié)任務(wù)的控制CPU模塊等。 船用主汽輪機控制器的控制策略具備靈活方便的可組態(tài)修改特性，以便適應(yīng)不同類型艦船控制的需要。 船用主汽輪機控制器可適應(yīng)的控制對象為船用推進汽輪機組。船用主汽輪機控制器需要具有方便、靈活的組態(tài)調(diào)試能力，以滿足不同工程對控制算法及操作顯示界面的設(shè)計需要。 船用推進汽輪機組由正車汽輪機和倒車汽輪機組成?？刂品绞椒终嚳刂?、倒車
3控制和協(xié)調(diào)控制。
正常運行過程采用轉(zhuǎn)速PID調(diào)節(jié)，以消除轉(zhuǎn)速靜差。也可采用閥位控制。[0014] 被控參數(shù)轉(zhuǎn)速，閥位。船用主汽輪機控制器采集機組被控參數(shù)與相應(yīng)設(shè)定值比較，經(jīng)調(diào)節(jié)算法處理后，改變調(diào)節(jié)閥開度，最終使被控參數(shù)維持在設(shè)定值附近。[0015] 控制器功能和性能指標 1)模擬量輸入信號16路，4 20mA，可選擇供電、不供電形式，精度高于0. 5%。[0017] 2)頻率輸入4路，可選擇磁阻式、磁敏式探頭，頻率測量范圍0. 5Hz 4KHz，頻率測量精度高于10—4數(shù)量級，轉(zhuǎn)速測量精度為±0. 1RPM。 3)開關(guān)量輸入信號24路，干接點輸入，提供24VDC查詢電源，光隔離。4)模擬量輸出信號4路，4 20mA，精度高于0.5X，負載能力最大為600Q。 5)開關(guān)量輸出信號12路，常開接點，接點容量30VDC/0. 5A(250VAC/1A)。 6)通訊能與上位PC機通訊，可以接收上位機的組態(tài)程序下載，可以將過程數(shù)據(jù)
上傳到上位機。 7)防護等級外殼具有防水能力，達到IP65級。[0023] 8)掃描周期< 100ms。 9)具有掉電保護的存儲器，在掉電后能永久保存數(shù)據(jù)。 10)具有自由組態(tài)功能，包括功能塊圖和順序控制功能。能在一臺普通PC機上用Windows圖形操作系統(tǒng)完成全部控制策略的設(shè)計和組態(tài)，并能將設(shè)計和組態(tài)一次完成，生成的組態(tài)文件可直接下裝，無需編譯。 11)組態(tài)軟件要符合IEC-1131-3《可編程序控制器的編程軟件標準》功能塊圖形語言標準。具有預(yù)定義的各種類型的功能塊及模塊化標準控制算法。控制回路可以組態(tài)成
一幅或多幅功能塊圖:臺匕 l!匕離線和在線修改、調(diào)試。采用標準產(chǎn)品的電磁兼容性[0029]產(chǎn)品的電磁兼容性符合IEC61000-4系列標準的規(guī)定。[0030]IEC61000-4--2靜電放電抗擾度試驗接觸放電4kV ;空氣放電8kV ;IEC61000-4--3輻射電磁場抗擾度試驗10V/m ;IEC61000-4--4快速瞬變脈沖群抗擾度試驗2kV ;IEC61000-4--5浪涌抗擾度試驗線對線lkV ;線對地2kV ;IEC61000-4--6射頻場傳導(dǎo)騷擾抗擾度試驗3V ;IEC61000-4--11電壓瞬間跌落或中斷抗擾度試驗各極性中斷0. 5周波GJB152A-97電磁兼容性軍標I)CEIOI25Hz-10KHz電源線傳導(dǎo)發(fā)射2)CE10210KHz-10MHz電源線傳導(dǎo)發(fā)射3)CS10125Hz-50KHz電源線傳導(dǎo)敏感度4)CS106電源線尖峰信號傳導(dǎo)敏感度5)RE10125Hz-100KHz磁場輻射發(fā)射6)RE10210KHz-18GHz電場輻射發(fā)射7)RS10125Hz-100KHz磁場輻射敏感度[0044][0045][0046][0047][0048][0049][0050][0051][0052][0053]
8) RS103
9) CS116
感度
10KHz-40GHz電場輻射敏感度
lOKHz-lOO腿z電纜和電源線阻尼正弦瞬變傳導(dǎo)敏
產(chǎn)品的環(huán)境條件
工作溫度存儲溫度工作濕度存儲濕度大氣壓力防護等級
0°C 55°C ;-40°C 70°C
5 95%相對濕度，不凝結(jié)；5 95%相對濕度，不凝結(jié)；86kPa 106kPa. 振動適應(yīng)性 船用主汽輪機控制器振動適應(yīng)性符合《GB/T2423. 10-1995電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗第二部分試驗方法試驗Fc和導(dǎo)則振動(正弦)》的規(guī)定。[0056] GJB4. 7艦船電子設(shè)備環(huán)境試驗振動試驗。[0057] 碰撞適應(yīng)性 船用主汽輪機控制器的碰撞適應(yīng)性符合《GB/T2423. 6-1995電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗第二部分試驗方法試驗Eb和導(dǎo)則碰撞》的規(guī)定。[0059] GJB4. 8艦船電子設(shè)備環(huán)境試驗顛振試驗。[0060] 沖擊適應(yīng)性船用主汽輪機控制器的沖擊適應(yīng)性符合《GB/T2423. 5-1995電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗第二部分試驗方法試驗Ea和導(dǎo)則沖擊》的規(guī)定[0062] GJB4. 9艦船電子設(shè)備環(huán)境試驗沖擊試驗。[0063] 船用主汽輪機控制器滿足故障安全性設(shè)計原則 若發(fā)生電源失電故障，船用主汽輪機控制器的輸出信號將使機組打閘停機。當(dāng)船用主汽輪機控制器剛上電時，若未進行任何操作，輸出信號保持使機組打閘停機的狀態(tài)。即輸出的閥位給定信號為零。 通過精心設(shè)計控制CPU的程序，減少甚至避免發(fā)生程序跑飛watchdog動作的概
率。若watchdog動作使控制CPU熱啟動，此時應(yīng)設(shè)法保證輸出信號不變。 采用24VDC(士10X)電源供電。電源輸出電路設(shè)計為即使電源線正負接反也不會
損耗設(shè)備。 具有3路轉(zhuǎn)速測量通道，采用三取中冗余及奇異值濾波技術(shù)提高轉(zhuǎn)速信號的可靠性。 開關(guān)量、模擬量輸入通道，采用軟硬件濾波措施濾除高頻干擾及偶然尖峰干擾，提高輸入信號的可靠性。 具有輸入、輸出信號通道故障判斷能力?？刂扑惴ńM態(tài)為發(fā)現(xiàn)信號通道故障后，控制系統(tǒng)可降級運行，直至打閘停機。 船用主汽輪機控制器主CPU與I/0模塊、及操作員站間的通訊信道，采用容錯編碼技術(shù)濾除偶然干擾，提高通訊交換數(shù)據(jù)的可靠性。 采用工業(yè)級芯片、低功耗設(shè)計技術(shù)，無風(fēng)扇運行，滿足溫度、濕度環(huán)境條件的要求，
5提高長期運行的可靠性。 結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，設(shè)備間連接牢固，設(shè)備剛性、強度好，滿足振動、沖擊環(huán)境條件的要求，提高長期運行的可靠性。 印刷線路板采用特殊表面處理工藝，滿足鹽霧、油霧環(huán)境條件的要求，提高長期運行的可靠性。 通過精心設(shè)計控制算法，減少甚至避免發(fā)生誤操作的概率，提高長期運行的可靠性。 通過精心設(shè)計I/O模塊的程序，減少甚至避免發(fā)生程序跑飛watchdog動作的概率。若watchdog動作使1/0模塊熱啟動，此時應(yīng)設(shè)法保證模塊輸入輸出值不會因模塊熱啟動而變化，提高長期運行的可靠性。 通過精心設(shè)計I/O模塊的程序，減少甚至避免發(fā)生通訊離線的概率。若偶然發(fā)生通訊離線，I/O模塊也能自動恢復(fù)通訊，此時應(yīng)設(shè)法保證模塊輸入輸出值不會因模塊通訊離線、在線而變化，提高長期運行的可靠性。

圖1船用主汽輪機控制器硬件系統(tǒng)示意圖，[0078] 圖2船用主汽輪機控制器機箱圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖進一步說明 圖1船用主汽輪機控制器硬件系統(tǒng)示意圖 船用主汽輪機控制系統(tǒng)由操作員站、工程師站機和控制器組成?？刂破髦邪惭b有CPU模塊及各種I/O模塊，以完成各種控制功能。 DCS系統(tǒng)的操作員站通過通訊網(wǎng)絡(luò)與控制器相連，可與DCS系統(tǒng)共用，主要完成監(jiān)視操作功能。 工程師站通過通訊網(wǎng)絡(luò)與控制器相連，主要完成數(shù)據(jù)庫管理、控制組態(tài)及監(jiān)視操作等功能。 控制器I/O信號容量配置為24路開入；16路開出；8路非對外供電型4 20mA模入；8路對外供電型4 20mA模入；4路4 20mA模出；4路轉(zhuǎn)速。 2路4-20mA模出信號可作為閥位指令，與調(diào)節(jié)閥油動機控制器配合，可分別控制正車、倒車調(diào)節(jié)閥開度。 附圖2船用主汽輪機控制器機箱圖 主汽輪機控制器采用具有IP65防護等級的鋁合金密封型防水機箱l，尺寸為600X310X180mm為壁掛式結(jié)構(gòu)。通過數(shù)個航空插座2與外部進行電氣連接。每個航空插座都互不相同，能確保各航空插頭不會插錯位置。在機箱上下各預(yù)留有一個通風(fēng)口 3，必要時可通風(fēng)散熱 主汽輪機控制器采用適應(yīng)艦船惡劣環(huán)境的GGT型鋼絲繩減振器。減振器在動載荷作用下產(chǎn)生變形，可大量吸收和消耗系統(tǒng)振動能量。在模塊前后還安裝了泡沫減振墊，可進一步減少電路板的振動。
權(quán)利要求一種船用主汽輪機控制器，其特征在于船用主汽輪機控制器由CPU模塊、模入模塊、模出模塊、測速模塊組成，CPU模塊分別與模入模塊、模出模塊、測速模塊連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求所述的船用主汽輪機控制器，其特征在于船用主汽輪機控制器外設(shè)置外殼，外殼是采用具有IP65防護等級的鋁合金密封型防水機箱，通過數(shù)個航空插座與外部進行電氣連接，在機箱上下各預(yù)留有一個通風(fēng)口 。
專利摘要本實用新型的船用主汽輪機控制器是控制艦船動力設(shè)備主汽輪機轉(zhuǎn)速的一種嵌入式控制設(shè)備；主要被控參數(shù)為機組的轉(zhuǎn)速；船用主汽輪機控制器實時采集機組轉(zhuǎn)速等運行的相關(guān)參數(shù)，經(jīng)過適當(dāng)?shù)姆答佌{(diào)節(jié)計算后，通過模出通道輸出閥位控制信號，改變調(diào)節(jié)閥開度，最終控制機組轉(zhuǎn)速跟隨給定值變化。船用主汽輪機控制器的控制策略具備靈活方便的可組態(tài)修改特性，以便適應(yīng)不同類型艦船控制的需要。
文檔編號F01D17/26GK201461000SQ20092012034
公開日2010年5月12日 申請日期2009年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月14日
發(fā)明者劉康寧, 朱世博, 熊輝, 羅琳, 馬維 申請人:杭州和利時自動化有限公司