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新型通用船舶信号灯控制器的研制

时间:2017-11-30 理工毕业论文 我要投稿

  摘要:针对目前船舶航行信号灯控制器通用性差、信息化程度低、安装使用不方便等缺点,设计了一种新型通用船舶信号灯控制器,此新型控制器具有类似PLC的二次编程功能,可适用不同船舶的不同需求,该控制器占用面积小且布线简单、后期维护方便,样机测试实验表明:测试电压为24V±3V均能正常工作,消耗电流不大于1A,控制器工作可靠。

  关键词:船舶 控制器 信号灯

  目前,信号灯控制器采用的技术手段参差不齐,国外先进的船舶装备多采用电子装置的控制器,少数采用计算机模拟图显示、触摸屏控制技术的控制器,而国内船舶配套企业提供的产品多数采用传统的开关、继电器线路设计的控制器。

  近年来,随着单片机技术的快速发展,也有一些国内企业研制出了采用单片机等主要电子器件的控制器。随着船舶自动化程度的不断提高,传统的开关、继电器线路设计的控制器已经越来越不适应船舶安全航行的要求了,传统的信号灯控制器由开关、继电器、指示灯等元件组成,由于其线路结构复杂,可靠性差,无通用性,因而增加了设计、安装、调试和维护的难度和成本,更多的船配企业、研究所开始研制基于新型电子线路、单片机技术所设计的航行灯、信号灯控制器。

  一、船舶航行灯、信号灯国家标准的分析

  根据《1972年国际海上避碰规则公约(COLREG)》第21条、第23条和第34(b)条中关于航行灯的技术要求,国家海事部门于2007年10月8日通过了新修订的MSC253(83)航行灯、航行灯控制器和相关设备的性能标准,并于2009年1月1日生效。新制订的性能标准,适用于2009年1月1日及以后安装上船的航行灯、航行灯控制装置及相关设备。

  设置航行灯、航行灯控制器的目的:①在光线不良的情况,识别他船;②通知他方,本船海上航行的意图;③向值班驾驶员(00W)提供航行灯状态的信息。

  在MSC253(83)海安会决议中,航行灯(NL)和航行灯控制器(NLC)成为主要描述的内容。

  将决议的主要内容进行小结如下:

  光源:该标准具有新的范围,即包括白炽光源,发光二极管(LED)和其他非白炽光源;光源还包括灯、底座、安装位置和减小照明角度的装置,这里引出发光二极管(LED)的概念。

  双套灯具适用性:安装在船长不小于50m的船舶上的桅灯、舷灯和尾灯应为双套或安装两盏灯。

  灯具的配套:对配套的每盏灯,应仅使用制造厂规定的灯、以避免由于不适合的灯而降低航行灯的性能。并适当考虑配备的双套航行灯,应备有足够数量的备用灯。在这里最主要的就是防止备用灯的缺失,而导致航行灯的失效。

  二、硬件设计

  如图1,信号灯控制系统由1个主控制器、4个输入输出?(IO?)、以及若干快速熔断器组成,主控制器使用直流24V供电,电流≤1A,供电插座在背面,主控制器背面有4个D型插座,使用专用数据线可以连接4个IO?,主控制器备有RS485通信接口,用于编程下载和报警远程传送,主控制器有160个可编程、可调亮度LED输出,编号L0-L159;36个可编程开关输入,编号S0-S35;一个蜂鸣器输出。

  通用型IO?槊扛瞿?橛卸懒⒌8路输入输出电路。输出为继电器输出,对外提供无源触点,可承受断开电压≤220V,可通过电流≤3A。输入为电流输入型,当某一路输出继电器闭合,?榱⒖潭酝ü痰缙鞔サ愕牡缌鹘屑觳,若电流≥20mA,?槭淙胛1;若电流<10mA,?槭淙胛0。

  主控制器有:160个可编程、可调亮度LED输出,编号L0-L159;36个可编程开关输入,编号S0-S35;一个蜂鸣器输出。通用型IO?槊扛瞿?橛卸懒⒌8路输入输出电路。输出为继电器输出,对外提供无源触点,可承受断开电压≤220V,可通过电流≤3A。输入为电流输入型,当某一路输出继电器闭合,?榱⒖潭酝ü痰缙鞔サ愕牡缌鹘屑觳,若电流≥20mA,?槭淙胛1;若电流<10mA,?槭淙胛0。

  三、图形化编程软件设计

  图形化编程软件主要分三个部分,即界面部分、图形指令转换部分和下载连接部分。界面部分主要提供设计人员编程的界面,采用图形化元件,对话框提示,方便使用。图形转换部分对已编写好的图形化程序进行分析,翻译成二进制指令,供控制器执行用。下载连接部分可以通过串口连接计算机与控制器,把程序指令下载到控制器。

  四、样机的测试实验

  信号灯控制器使用24V直流电源供电,实际测试24V±3V均能正常工作,消耗电流不大于1A。总共32个I/O口,分布在4个I/O板。对样机进行了以下实验:①每一路I/O口均为无源触点,实际测试分断电压可承受220V以上,I/O口允许电流不小于3A,最大瞬时电流5A。② 每个I/O口内置电流检测电路,能检测到I/O口是否有电流(至少20mA)通过。③I/O口可用于直接控制220VAC、功率不大于100W或24VDC、功率不大于60W的白炽灯。④设计工作环境为温度-20-50℃,相对湿度小于60%,在高温试验中,温度为70℃ ±2℃,持续时间为2小时,系统仍能正常工作。图5为高温试验方法图。

  五、结论

  针对目前船舶信号灯控制器通用性差、信息化程度低、安装使用不方便等缺点,设计了一种新型通用船舶航行信号灯控制器,此新型控制器具有类似PLC的二次编程功能,可适用不同船舶的不同需求,该控制器占用面积小且布线简单、后期维护方便,样机测试实验表明:测试电压为24V±3V均能正常工作,消耗电流不大于1A,控制器工作可靠。

  参考文献

  [1] 邵玉华. 基于SJA1000的CAN总线通信系统的设计 [J]. 铁道通信信号. 2010 (03)

  [2] 王云午,魏宗寿. 基于CAN总线的通信节点设计 [J]. 现代电子技术. 2008 (03)

  [3] 李妍. 船舶航行信号指示灯调光器的改进 [J]. 船电技术. 2003 (01)

  [4] 张灼端. 海船各种航行信号灯的配置 [J]. 广船科技. 2000 (02)

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