Интеллектуальное устройство защиты дизельной установки

Полезная модель относится к приборостроению и может быть использована для управления запуском и аварийной защиты двигателя, в частности, судовой дизельной установки. Предлагаемая полезная модель содержит модуль защиты, источник питания, кнопку «Пуск», электроклапан аварийного останова, электроклапан стартера, зубчатый маховик. Модуль защиты содержит микроконтроллер, два полевых транзистора, два драйвера затвора полевого транзистора, магниторезистивный элемент, постоянный магнит, приемо-передатчик интерфейса. Техническим результатом полезной модели является повышение надежности устройства защиты дизельной установки от разноса, введение возможности диагностики защиты двигателя, контроля стартера, а также повышение точности аварийной защиты и возможность изменения параметров контроля дизельной установки.

Полезная модель относится к приборостроению и может быть использована для аварийной защиты двигателя, в частности, судовой дизельной установки.

Известен способ защиты двигателя и устройство для его реализации (патент РФ 2188962, F02D 17/04, G01M 15/00), содержащий датчик частоты вращения вала двигателя, преобразователь частоты вращения вала в электрический сигнал, первую, вторую и третью схему сравнения, триггерную схему, исполнительный механизм топливной магистрали двигателя и логическую схему И.

В известном способе защиты двигателя и устройстве для его реализации используется сложная цифро-аналоговая схема управления, что снижает его надежность и быстродействие, также недостатком является установка порогов срабатывания схем сравнения, что снижает точность аварийной защиты двигателя. Недостатком также является отсутствие возможности диагностики режимов работы двигателя и контроля стартера.

Вышеуказанные недостатки не позволяют реализовать надежное устройство защиты дизельной установки.

Известна система контроля и защиты дизельной установки (патент РФ 2166112, F02D 17/04, G05D 13/04) - прототип.

Известная система контроля и защиты дизельной установки содержит установленный на двигателе измеритель скорости вращения, блок фиксации наличия экстремума скорости вращения, элемент сравнения, таймер контрольного времени, управляемый топливный вентиль, установленный на топливной магистрали двигателя, задатчик контрольной скорости вращения и контрольного времени, а также кнопку «Пуск».

Известная система контроля и защиты дизельной установки предоставляет защиту дизельной установки от разноса в пусковом режиме. Однако во внештатном режиме появление экстремума скорости вращения может вызвать разнос двигателя, также недостатком является установка параметров задатчика контрольной скорости вращения и контрольного времени, что снижает точность аварийной защиты двигателя. Недостатком также является отсутствие возможности диагностики режимов работы двигателя и контроля стартера.

Вышеуказанные недостатки не позволяют реализовать надежное устройство защиты дизельной установки.

Техническим результатом полезной модели является повышение надежности устройства защиты дизельной установки от разноса, введение возможности диагностики защиты двигателя, контроля стартера, а также повышение точности аварийной защиты и возможность изменения параметров контроля дизельной установки.

Для достижения указанного технического результата в интеллектуальное устройство защиты дизельной установки, содержащее измеритель непрерывного параметра контроля, управляемый топливный вентиль, кнопку «Пуск», введены электроклапан стартера двигателя, микроконтроллер, первый и второй полевые транзисторы, первый и второй драйверы затворов полевых транзисторов, приемо-передатчик интерфейса модуля защиты, в качестве измерителя непрерывного параметра контроля применен магниторезистивный элемент, постоянный магнит модуля защиты и зубчатый маховик двигателя, в качестве управляемого вентиля применен электроклапан аварийного останова, при этом первые входы электроклапана аварийного останова и электроклапана стартера соединены с отрицательной шиной источника питания, второй вход электроклапана аварийного останова соединен с истоком первого полевого транзистора, а второй вход электроклапана стартера соединен с истоком второго полевого транзистора модуля защиты, стоки полевых транзисторов соединены с положительной шиной источника питания, затворы полевых транзисторов соединены с соответствующими драйверами затвора полевых транзисторов, два выхода порта универсальных входов/выходов микроконтроллера соединены с соответствующими драйверами затвора полевого транзистора, вход универсальных входов/выходов микроконтроллера через кнопку «Пуск» соединен с положительной шиной источника питания, выход магниторезистивного элемента, установленного вблизи зубьев зубчатого маховика двигателя с постоянным магнитом, соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера, порт UART микроконтроллера соединен с первыми выводами приемо-передатчика интерфейса, вторые выводы которого подсоединяются к внешним устройствам (компьютер, пульт управления), порт JTAG микроконтроллера подсоединяется к интерфейсу JTAG рабочего места для настройки и отладки программ микроконтроллера.

На фиг. показана структурная схема интеллектуального устройства защиты дизельной установки:

1 - модуль защиты;

2 - источник питания;

3 - кнопка «Пуск»;

4 - электроклапан аварийного останова;

5 - электроклапан стартера;

6 - зубчатый маховик;

Модуль защиты 1 содержит:

7 - микроконтроллер (микросхема MSP430F2410TRGCT, ф. Texas Instruments);

8, 9 - драйверы затвора полевого транзистора (микросхема BTS740S2, ф. Infineon Technologies);

10, 11 - полевые транзисторы (микросхема BTS740S2, ф. Infineon Technologies);

12 - магниторезистивный элемент (ЯВФИ.411511.001-03);

13 - постоянный магнит;

14 - приемо-передатчик интерфейса (базовая микросхема MAX13488EESA, ф. MAXIM);

Интеллектуальное устройство защиты дизельной установки содержит следующие выводы:

15 - технологические входы/выходы к интерфейсу JTAG рабочего места;

16 - рабочие входы/выходы к внешним устройствам (компьютер, пульт управления).

Микроконтроллер 7 содержит:

1) Порт универсальных входов/выходов предназначен для приема сигнала с кнопки «Пуск» и выдачи управляющих сигналов на драйверы 8, 9 полевого транзистора.

2) Аналого-цифровой преобразователь АЦП предназначен для приема и оцифровки сигнала магниторезистивного элемента и передачи в микроконтроллер.

3) Процессор CPU предназначен для решения задач по защите дизельной установки.

4) Оперативное запоминающее устройство ОЗУ предназначено для хранения переменной информации в процессе выполнения программы интеллектуального устройства защиты дизельной установки.

5) Flash-память предназначена для энергонезависимого хранения рабочих программ.

6) Порт JTAG присоединяется к интерфейсу JTAG для отладки микроконтроллера (работа организована в соответствии с требованиями американского стандарта IEEE Std 1149.1-1990)

7) Порт UART соединяется с приемо-передатчиком 14 последовательного интерфейса (работа организована в соответствии с требованиями американского национального стандарта ANSI/TIA/EIA-485-А-1998), который предназначен для внешнего управления работой интеллектуального устройства защиты дизельной установки.

Драйверы 8, 9 затвора полевого транзистора предназначены для передачи сигнала управления из порта универсальных входов/выходов микроконтроллера 7, гальванической изоляции, усиления мощности сигнала управления на затворах полевых транзисторов 10, 11.

Функционирование интеллектуального устройства защиты дизельной установки происходит следующим образом.

При замыкании кнопки «Пуск» 3 микроконтроллер 7 с помощью полевого транзистора 11 подает напряжение на электроклапан стартера 5. При этом начинает вращаться вал двигателя с зубчатым маховиком 6. АЦП микроконтроллера 7 принимает сигнал с информацией о скорости вращения двигателя от магниторезистивного элемента 12. Микроконтроллер 7 анализирует информацию АЦП о значении и изменении скорости вращения двигателя в процессе пуска и в течение всего времени работы дизельной установки. Когда скорость вращения двигателя достигает величины завершения процесса пуска, микроконтроллер 7 с помощью полевого транзистора 11 снимает напряжение с электроклапана стартера, обеспечивая, тем самым, защиту стартера двигателя. Когда скорость вращения двигателя достигает критических значений, угрожающих возникновению разноса двигателя, микроконтроллер 7 с помощью полевого транзистора 10 подает напряжение на электроклапан аварийного останова 4, который перекрывает подачу топлива в двигатель, осуществляя, тем самым, защиту дизельной установки.

Преимуществом интеллектуального устройства защиты дизельной установки с использованием микроконтроллера является возможность применения математических методов анализа величины и изменения скорости вращения вала двигателя, обеспечивая, тем самым, более высокую точность и надежность аварийной защиты дизельной установки от разноса. Кроме того, использование микроконтроллера с Flash-памятью и последовательной кодовой линии связи, реализованной с помощью приемопередатчика интерфейса 14, обеспечивает возможность коррекции и модификации программы и начальных данных, а также мониторинг функционирования устройства. Порт JTAG микроконтроллера обеспечивает возможность внутрисхемного программирования и отладки программного обеспечения.

Интеллектуальное устройство защиты дизельной установки, содержащее измеритель непрерывного параметра контроля, управляемый топливный вентиль, кнопку «Пуск», отличающееся тем, что содержит электроклапан стартера двигателя, источник питания, микроконтроллер, первый и второй полевые транзисторы, первый и второй драйверы затворов полевых транзисторов, приемо-передатчик интерфейса модуля защиты, в качестве измерителя непрерывного параметра контроля применен магниторезистивный элемент, постоянный магнит модуля защиты и зубчатый маховик двигателя, в качестве управляемого вентиля применен электроклапан аварийного останова, при этом первые входы электроклапана аварийного останова и электроклапана стартера соединены с отрицательной шиной источника питания, второй вход электроклапана аварийного останова соединен с истоком первого полевого транзистора, а второй вход электроклапана стартера соединен с истоком второго полевого транзистора модуля защиты, стоки полевых транзисторов соединены с положительной шиной источника питания, затворы полевых транзисторов соединены с соответствующими драйверами затвора полевых транзисторов, два выхода порта универсальных входов/выходов микроконтроллера соединены с соответствующими драйверами затвора полевого транзистора, вход универсальных входов/выходов микроконтроллера через кнопку «Пуск» соединен с положительной шиной источника питания, выход магниторезистивного элемента, установленного вблизи зубьев зубчатого маховика двигателя с постоянным магнитом, соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера, порт UART микроконтроллера соединен с первыми выводами приемо-передатчика интерфейса, вторые выводы которого подсоединяются к внешним устройствам (компьютер, пульт управления), порт JTAG микроконтроллера подсоединяется к интерфейсу JTAG рабочего места для настройки и отладки программ микроконтроллера.