一种用于柴油机监控系统的主控制器及控制方法技术方案
Main controller and control method for diesel engine monitoring system
The invention belongs to the technical field of diesel engine monitoring, a main controller and control method of monitoring system of diesel engine, 2 speed measurement circuit, the main controller by using the method of the input processing circuit 8 PT1000 measurement circuit, 4 road 12 road 4-20mA thermocouple measurement circuit, measuring circuit, circuit voltage measurement, 2 22 way switch input measurement circuit is respectively connected with the input end of the processor MCU; 2 4-20mA output circuit, the output processing circuit 20 switch output drive circuit is respectively connected with the MCU processor connected to the output end; monitoring and early warning, the invention realizes the various parameters of the diesel engine automatic control function to replace the original PLC device monitoring system to better meet the high speed high power diesel engine monitoring requirements, and the advantages of low cost.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于柴油机监控
，主要涉及用于柴油机转速、温度、压力、蓄电池电压等物理参数的监测、预警的一种用于柴油机监控系统的主控制器及控制方法，同时也能实现柴油机自动起停车、数据通讯、冷却水预热、滑油预供等自动控制功能。
技术介绍
国内经济的快速发展，石油装备、海洋工程装备、道路工程机械等领域对高速大功率柴油机的需求越来越多，对柴油机监控系统的智能化程度要求越来越高。计算机、微电子、网络通信等技术不断升级带动了工业自动化控制技术的快速发展，为柴油机监控系统的智能化提升起到了重要作用。早期柴油机监控系统多采用毛细管仪表加分立电器元件相结合的形式，具有主控电路原理简单、控制逻辑简单、功能少等特点。当前柴油机监控系统更多采用数字式控制方式，仪表多采用数码显示或LCD图形显示，主控部分多采用PLC器件或以单片机为核心的控制器构成。尽管PLC具有硬件通用性强、稳定性好、开发周期短等优点，但存在综合应用成本较高、部分硬件资源闲置、与柴油机控制需求贴合不够紧密等缺点。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的是提出一种用于柴油机监控系统的主控制器及控制方法。本专利技术为完成其专利技术任务采用如下技术方案：一种用于柴油机监控系统的主控制器，包括：输入处理电路、输出处理电路、通讯电路、处理器MCU、电源电路、箱体，箱体内设置有印刷电路板，印刷电路板上设置有与电源电路相连的输入处理电路、输出处理电路、通讯电
【技术保护点】
一种用于柴油机监控系统的主控制器，其特征是：包括：输入处理电路、输出处理电路、通讯电路、处理器MCU、电源电路、箱体，箱体内设置有印刷电路板，印刷电路板上设置有与电源电路相连的输入处理电路、输出处理电路、通讯电路、处理器MCU、实时时钟电路；所述输入处理电路包括：2路转速测量电路、8路PT1000测量电路、4路热电偶测量电路、12路4‑20mA测量电路、2路电压测量电路、22开关量输入测量电路，所述的2路转速测量电路与处理器MCU第一输入端相连，所述的8路PT1000测量电路与处理器MCU第二输入端相连，所述的4路热电偶测量电路与处理器MCU第三输入端相连，所述的12路4‑20mA测量电路与处理器MCU第四输入端相连，所述的2路电压测量电路与处理器MCU第五输入端相连，所述的22路开关量输入测量电路与处理器MCU第六输入端相连；所述输出处理电路包括：2路4‑20mA输出电路、20路开关量输出驱动电路，所述的2路4‑20mA输出电路与处理器MCU第一输出端相连，所述的20路开关量输出驱动电路与处理器MCU第二输出端相连；所述通讯电路包括： 2路RS485总线驱动电路和2路CAN总线驱动电...
【技术特征摘要】
1.一种用于柴油机监控系统的主控制器，其特征是：包括：输入处理电路、输出处理电
路、通讯电路、处理器MCU、电源电路、箱体，箱体内设置有印刷电路板，印刷电路板上设置有
与电源电路相连的输入处理电路、输出处理电路、通讯电路、处理器MCU、实时时钟电路；
所述输入处理电路包括：2路转速测量电路、8路PT1000测量电路、4路热电偶测量电路、
12路4-20mA测量电路、2路电压测量电路、22开关量输入测量电路，所述的2路转速测量电路
与处理器MCU第一输入端相连，所述的8路PT1000测量电路与处理器MCU第二输入端相连，所
述的4路热电偶测量电路与处理器MCU第三输入端相连，所述的12路4-20mA测量电路与处理
器MCU第四输入端相连，所述的2路电压测量电路与处理器MCU第五输入端相连，所述的22路
开关量输入测量电路与处理器MCU第六输入端相连；
所述输出处理电路包括：2路4-20mA输出电路、20路开关量输出驱动电路，所述的2路4-
20mA输出电路与处理器MCU第一输出端相连，所述的20路开关量输出驱动电路与处理器MCU
第二输出端相连；
所述通讯电路包括：2路RS485总线驱动电路和2路CAN总线驱动电路，所述的2路RS485
总线驱动电路由RS485隔离收发器组成，RS485隔离收发器一传输端与处理器MCU两个通讯
端SCI接口相连，另一传输端与系统的2路RS485通讯总线相连；所述的2路CAN总线驱动电路
由CAN隔离收发器组成，CAN隔离收发器一传输端与处理器MCU两个CAN控制器相连，另一传
输端与系统的2路CAN通讯总线相连；
所述电源电路包括：开关电压调节器LM2596-12、DC-DC隔离电源模块，所述的开关电压
调节器LM2596-12输入端分别与24V电源转换为隔离的24V的DC-DC隔离电源模块、24V电源
转换为隔离的5V的DC-DC隔离电源模块相连，24V电源转换为隔离的24V的DC-DC隔离电源模
块型号为：URB2424XD-10WR2；24V电源转换为隔离的5V的DC-DC隔离电源模块型号为：
URB2405XD-10WR2；所述处理器MCU电路为飞思卡尔16位处理器9S12XEP100。
2.根据权利要求1所述的一种用于柴油机监控系统的主控制器，其特征是：所述转速测
量电路由阻容电路、三极管BC846、光耦PS2811组成，阻容电路通过三极管BC846与光耦
PS2811输入端相连，光耦PS2811输入端设置有发光管LED。
3.根据权利要求1所述的一种用于柴油机监控系统的主控制器，其特征是：所述PT1000
测量电路，包括：系统外部温度传感器PT1000采集输入电路Part_A、8选1多路复用电子开关
电路和精密运算放大器，所述的8选1多路复用电子开关电路的输入端Sa-Sb与系统外部温
度传感器PT1000采集输入电路Part_A输出端相连；8选1多路复用电子开关电路的输出端
Da-Db与精密运算放大器输入端相连。
4.根据权利要求1所述的一种用于柴油机监控系统的主控制器，其特征是：所述热电偶
测量电路由带冷端补偿的K型热电偶数字转换器MAX6675组成。
5.根据权利要求1所述的一种用于柴油机监控系统的主控制器，其特征是：所述4-20mA
测量电路，包括具有供电控制和总电流过流保护功能的压力变送器的供电电源电路Part_
A、具有对压力变送器信号进行转换、放大和采样及对单路传感器的过流保护功能的压力变
送器的信号采样电路Part_B；
所述的压力变送器的供电电源电路Part_A一端通过接线端P+与系统外部压力变送器
电源端连接，另一端连接直流电源24V；所述的压力变送器的信号采样电路Part_B一端通过
接线端P-与系统外部压力变送器信号输出端连接，另一端连接处理器MCU；
所述的压力变送器的供电电源电路Part_A由二极管D1通过三极管Q1与场效应管Q2相
连，三极管Q1与场效应管Q2相连B端点通过三极管Q3连接处理器MCU；三极管Q1与场效应管
Q2相连B端点与比较器LM2901相连；场效应管Q2型号为FQD17P06；
所述的压力变送器的信号采样电路Part_B由场效应管Q4通过分压电阻与运放器
AD8608相连组成；与场效应管Q4相连的分压电阻分压端为D端点，运放器AD8608输出端为F
端点；场效应管Q4型号为2N7002。
6.根据权利要求1所述的一种用于柴油机监控系统的主控制器，其特征是：所述电压测
量电路为对供电电压或蓄电池电压测量的电路由电压隔离输入的隔离变送器T6630P与运
放器AD8608，运放器AD8608为同向缓冲器；隔离变送器T6630P的输入端Input1与Input2间
电位差即待测电压。
7.根据权利要求1所述的一种用于柴油机监控系统的主控制器，其特征是：所述开关量
输入测量电路，包括：开关量输入信号检测电路、带断线侦测的开关量信号检测电路，
所述开关量信号检测电路由检测电路供电电路Part_A、对开关量信号的转换、开关量
通道采集电路Part_B与两个多路复用开关路HC151电连接组成，所述检测电路供电电路
Part_A由三极管、场效应管、运放器、光耦组成，三极管与场效应管运放器连接构成的复合
管A点与第一光耦相连，通过运放器与第二光耦相连；所述开关量通道采集电路Part_B由光
耦U4与发光管LED电连接组成；
所述带断线侦测的开关量信号检测电路由检测电路的供电电路Part_A、开关量通道
采集及断线侦测电路Part_B分别与系统外部开关量连接组成，开关量通道采集及断线侦测
电路Part_B由两组采集/断线侦测电路组成，每组采集/断线侦测电路由阻容电路通过运放
器L2901与光耦连接组成。
8.根据权利要求1所述的一种用于柴油机监控系统的主控制器，其特征是：所述4-20mA
输出电路由运放AD8608与隔离变送器T6130P电连接构成0V-5V的电压信号转变为4-20mA的
电流信号的隔离输出电路。
9.根据权利要求1所述的一种用于柴油机监控系统的主控制器，其特征是：所述开关量
输出驱动电路由光耦通过三极管放大器与驱动继电器连接组成，所述的驱动继电器为常开
触点输出的继电器，或为常开常闭触点输出的继电器。
10.一种用于柴油机监控系统的主控方法，其特征是：其步骤如下：
一、通过输入处理电路采集柴油机运行状态的电信号；
1）、通过2路转速测量电路采集的转速电信号传输至处理器MCU第一输入端；其中每个
转速测量电路完成转速信号的采样、整形和电平转换，电路将输入的转速信号Input转换为
5V左右的矩形波输出信号Output-MCU送入处理器MCU；
处理器MCU在200ms内对送入的信号Output-MCU计数，将时间、计数值和飞轮齿数代入
以下公式，即可计算出转速值；
其中：转速单位为转/分钟，柴油机飞轮齿数由被监控柴油机技术参数决定；
2）、通过8路PT1000测量电路的PT1000温度传感器采集的电信号传输至处理器MCU第二
输入端；其中每个PT1000测量电路完成对PT1000温度传感器信号的转换、校准和采样，即将
PT1000的电阻值转换为电压值，并将其与供电参考电压一起送入MCU，MCU对送入的电压信
号进行AD转换后，根据电压值计算出电阻值，并根据传感器电阻与温度的推算公式计算出
温度值；解决了转换器MCU-AD的基准电压与采样电路供电电压不一致造成的测量结果不准
确的问题，同时，在仅占用2个转换器MCU-AD采样通道的情况下实现了对8路PT1000信号的
分时复用采集；
以Sa、Sb信号经过ADG507送入Da、Db的情况：
MCU对Uout1进行12位采样精度的AD转换，有
（1）
运放U4作为差分放大器使用，有
（2）
运放U2、U3作为同相缓冲器使用，结合ADG507的信号转接作用有：
（3）
（4）
（5）
故将公式（5）、（2）代入（1）中，且，则有
（6）
根据设计，理想情况下AD采样的基准电压Uref与采样电路供电电压U相等为5V，公式
（6）简化为
（7）
MCU直接按照公式（7）即可计算出所需的传感器电阻值；
但实际情况，Uref和U与设计电压值并不完全一致，经实际测试，Uref在4.97V～5.03V
之间，U在4.96V～5.05V之间；如果仍然使用公式（7），由此对待测温度值引入的最大误差可
达13℃左右；
为解决此问题，电路设计时，在C点引出一个供电参考电压UC送入MCU，MCU对Uout2进
行12位采样精度的AD转换，则有
（8）
运放U5作为同相缓冲器使用，有
（9）
由电路图可知
(10）
（11）
（12）
考虑到，，将公式（9）、（10）、（11）、（12）代入（8）中有
（13）
将公式（13）代入（6）得到
（14）
MCU按照公式（14）即可计算出所需传感器电阻值；
通过引入供电参考电压UC的AD采样值D2，可以在计算传感器电阻值的过程中使用D2代
替比例因子，消除了由MCUAD转换器的基准电压Uref与采样电路供电电压U不一致带
来的误差；
使用Rpt根据下面的公式即可计算出温度值；
（15）
PT1000在温度测量时存在非线性误差，对其进行线性化校正可以使测量结果更加准
确；
因此，在向外输出待测温度前，MCU会采用分段查表和线性插值的方法对温度值Tr进行
线性化校正；
具体方法如下：首先在MCU中建立一个电阻值-温度修正值的分度表，
然后根据Rpt所在区域用插值法确定温度修正值Tc，如公式（16）所示
（16）
最后根据温度修正值Tc对温度值Tr进行修正后输出待测温度值T，如公式（17）所示：
(17)
3）、通过4路热电偶测量电路的K分度热电偶采集的电信号传输至处理器MCU第三输入
端；其中每个热电偶测量电路完成对K型热电偶信号的放大、补偿、转换和采样，能够实现0
℃到1024℃的温度测量，并将温度值以数字量的形式通过SPI串口送入MCU，同时还具有热
电偶断线检测功能及共享数据线MCU-SO和时钟线MCU-SCK，MCU通过片选信号MCU-CS1、MCU-
CS2、MCU-CS3和MCU-CS4，从输入的4路热电偶信号中选择希望采集的1路信号送入MCU；电
路在仅占用1个SPI串口的情况下实现了对4路热电偶信号的采集；
4）、通过12路4-20mA测量电路采集的电信号传输至处理器MCU第四输入端；其中每个4-
20mA测量电路在为压力变送器供电的同时完成对压力变送器信号的转换、放大和采样，并
具有分级过流保护功能，即对测量电路的总电流和各采集通道的分电流都有对应的过流保
护；
其中测量电路的供电电路Part_A具有供电控制和总电流过流保护功能；传感器通道采
集电路Part_B，它是对压力变送器信号进行转换、放大和采样，同时具有对单路传感器的过
流保护功能；
测量电路的供电电路Part_A是指通过控制信号MCU-PW-CRT实现对测量电路的供电通
断控制，供电控制信号MCU-...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨迅，
申请(专利权)人：河南柴油机重工有限责任公司，
类型：发明
国别省市：河南;41
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