主發(fā)電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)

1、 主發(fā)電柴油機速度控制系統(tǒng) 本課件主要內(nèi)容是通過對主機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的兩個 主要部件Woodward723控制器和PG-EG 執(zhí)行器的內(nèi)部基本 原理和工作過程的介紹使我們能夠?qū)@個系統(tǒng)有一個基本 的認識，然后以此為基礎(chǔ)能對該系統(tǒng)的維護保養(yǎng)和故障處 理能起到一定的指導作用。 woodward 723 PG-EG 執(zhí)行器 主機 M/E SPEED woodward 723 PG-EG 執(zhí)行器 主機 M/E SPEED DROOPISOCHRONOUS ELECTRIC ELECTRIC FUEL RACK FUEL RACK OTHER INPUTS OTHER INPUTS OTHER OUTPU

2、T OTHER OUTPUT 上面是這個系統(tǒng)各個模塊以及他們之間聯(lián)系的一個簡圖。 安裝在主機飛輪側(cè)的的轉(zhuǎn)速傳感器檢測主機曲軸轉(zhuǎn)速，接著把它傳輸 到Woodward723。 然后Woodward723根據(jù)控制模式是速度降還是同 步來決定對輸入的速度和負荷信號進行何種運算，這也決定了723的 輸出。接著輸出的電信號再傳到PG-EG執(zhí)行器，經(jīng)過電信號和液壓信 號的轉(zhuǎn)換和控制后輸出的液壓信號再拉動油門桿，從而影響主機轉(zhuǎn)速， 使之向相反的方向變化。然后此過程一直在進行，直到主機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定 在一定的范圍之內(nèi)。 速度降模式： 如圖當速度降和同步輸 入端有信號來時，其就使 得723在同步的運轉(zhuǎn)模式。 且在速度降

3、控制模式下其 輸出： Y= KX K:速度降系數(shù)（是主機在 空載時的轉(zhuǎn)速和主機在滿 載時的轉(zhuǎn)速差與標定轉(zhuǎn)速 的比值，一般取5%左右.） X: 速度差 雖然此時可推導出轉(zhuǎn)速與 負荷成正比例關(guān)系，但其 值是內(nèi)部設(shè)定的最大速度 和最小速度值的范圍之內(nèi)。 故這種模式一般僅在手動 控制主機功率的情況下使 用。 左下圖標注的主機功率 輸入端，它是從功率監(jiān)視 組件（VAMP260)來的， 其值對723很重要，如果 它出問題，則主機控制直 接由同步轉(zhuǎn)為速度降模式 速度降和同步 模式輸入選擇 加減油門 輸入接口 主開關(guān)狀態(tài) 輸入 主機功率數(shù)值輸入端 723同步模式的輸入端： 如圖它的輸入信號里有 一個“功率分配

4、線”（這個 在AVR里也出現(xiàn)過),它是保 證各個并聯(lián)運行的主機在同 步模式下功率能平均分配。 它是三臺主機共用兩根公共 線，這樣就能保證三臺主機 的這個輸入端電壓相等。如 果并聯(lián)運行的主機功率不等 時，（如左圖）負載大的其 9-10的端電壓就大于負載小 的那個9-10的端電壓。那么 這里就會產(chǎn)生電流，這樣就 會對內(nèi)部控制系統(tǒng)起作用， 也就是有信號傳到內(nèi)部控制 系統(tǒng)。而且這個信號一直起 作用，直到并聯(lián)運行的主機 功率相等。 在輸入信號里還有兩個 轉(zhuǎn)速信號,進入控制器后作為 輸入值與標定轉(zhuǎn)速進行比較， 得出來的差值被分別在主機 空載和帶負荷時使用,(從下 圖可以看出）但如果有一個 轉(zhuǎn)速傳感器出現(xiàn)故

5、障，那么 系統(tǒng)自動使用正常傳感器。 然后這個轉(zhuǎn)速差作為輸出為 下一步的運算做準備.在同步 模式下此差值被送到PID控 制器。 轉(zhuǎn)速傳感器 功率分配線 723的輸出 上面是PID控制器內(nèi)部圖，其比列積分微分的公式：P(t)=Ke(t)+e(t)dt/Ti +Td.de(t)/dt 在同步模式下Woodward723內(nèi)部是PID控制,公式由上。從上圖可以看出速度差在一定的范圍之 內(nèi)時增益率為0，即此時調(diào)速器也就沒有輸出。直到速度差超過這個范圍后增益量才開始有，并且隨 著速度差的增加而增加。同時對兩個轉(zhuǎn)速傳感器過來的信號的選取和主開關(guān)狀態(tài)的關(guān)系也可以從上圖 能看出來。接著我們從信號的走勢還看出這個增

6、益率和主機功率有關(guān)，并且隨著主機功率的增加而增 加。最后我們得出：K比例系數(shù)=K速度差 . K功率 PID微分和積分值也是兩套數(shù)值，其選取也由主開關(guān)狀態(tài)來決定。 主開關(guān)狀態(tài)對兩個轉(zhuǎn) 速傳感器差值信號產(chǎn) 生的增益的選取 主開關(guān)狀態(tài)對微分和 積分值的選取 相對于速度降和同步以 外的另一種控制模式 相應的比例增益 723內(nèi)部可以設(shè)置的參數(shù) 速度控制盲區(qū) P=Proportion比例 I=Integral 積分 D=Differential 微分 在當我們懷疑這幾個值有問題時，我們就通過手操器（如左圖） 找到比例積分微分的參數(shù)設(shè)定值，這些值對控制系統(tǒng)也就是PID的輸 出的影響如下： 比例P：比例項部分

7、其實就是對預設(shè)值和反饋值差值的放大倍數(shù)。其 值大，可以加快調(diào)節(jié)，減小誤差，但過大的比例會使系統(tǒng)穩(wěn)定性下 降，甚至造成系統(tǒng)不穩(wěn)定； 積分I：積分項部分就是對預設(shè)值和反饋值之間的差值在時間上進 行累加。因此積分項的調(diào)節(jié)存在明顯的滯后。而且I值越大，滯后效 果越明顯。 微分D：微分項是根據(jù)差值變化的速率，提前給出一個相應的調(diào) 節(jié)動作?？梢娢⒎猪椀恼{(diào)節(jié)是超前的。并且D值越大，超前作用越 明顯。可以在一定程度上緩沖振蕩。 接下來723輸入的動態(tài)參數(shù)在PID控制器經(jīng)過運算后，其結(jié)果再輸 出到723控制器的下一部分。 從上面分析我們知道如下： 1、同步模式下723出來的電信號是由控制轉(zhuǎn)速的PID和主機并聯(lián)運

8、行的負荷控制的兩個信號的共 同作用輸出來的； 2、速度降模式下723的輸出是由速度降系數(shù)和轉(zhuǎn)速差決定的。 3、這些值因為是電信號，所以相對而言變化一般都比較頻繁。如果用這樣的信號來直接控制主 機的油門桿，就會頻繁的拉動油門桿，這樣就顯得不太合適。所以在這之間又加了個PG-EG液壓 執(zhí)行器,也就是把723輸出的電信號轉(zhuǎn)化為液壓信號來控制油門桿。這樣就使得油門桿在主機轉(zhuǎn)速 或負荷變化時不僅能夠及時的響應，又能幅度相對緩慢的變化。 這就是上面我們提到的PG-EG液壓執(zhí)行器照片和內(nèi)部原理圖。電信號首先是到噴嘴擋板機構(gòu), 然后通過這個機構(gòu)電信號成比例的轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤盒盘?。然后再到后半部分的積分機構(gòu),在這里在

9、某 種程度上如果說723的作用是把輸入量主機轉(zhuǎn)速以最優(yōu)化的方式控制在標定轉(zhuǎn)速的范圍之內(nèi)，那 么PG-EG執(zhí)行器的作用就是把它的輸入量723輸出的電信號以最優(yōu)化的控制方式控制在0,也就是 當液壓A=液壓B的時候。這時我們也可以看出執(zhí)行器是積分中帶比例的機構(gòu)(比例不直接起作用） 噴嘴擋板機構(gòu)噴嘴擋板機構(gòu) 積分機構(gòu)積分機構(gòu) 液壓A 液壓B 液壓A：噴嘴擋板機構(gòu)的出口壓力 液壓B：推動油門桿的液壓壓力 積分機構(gòu)：因其在輸出值與設(shè)定值不符時， 就控制動作就一直進行，故在這里主要指 PG球頭和滑閥這一段 液壓A 液壓B 如圖從油泵過來的壓力油先通過滑 閥底部的壓力調(diào)節(jié)閥,使其降到690KPa 的標準油壓，

10、然后通過節(jié)流孔到控制閥 座的頂部即噴嘴后，油直接噴向力矩馬 達梁(即擋板)的底部。 PID過來的信號是-ImaxImax,就是 當轉(zhuǎn)速最大時對應的輸出電流是負的最 大值，反之是正的最大值。當723輸出電 流是正值且增大時，它的電磁線圈產(chǎn)生 的力矩就增大，擋板靠近噴嘴，液壓A增 大。然后經(jīng)過后面的積分機構(gòu)后拉動油 門桿加油。在這同時油門桿還使復位杠 桿動作，最后杠杠是壓在復位彈簧上， 起到正反饋的作用，其正反饋的強度由 比例調(diào)節(jié)點來控制。正反饋的原因是每 一個負荷對應的馬達梁的一個位置使得 在電調(diào)信號（PID輸出）為零時，液壓 A=液壓B。且液壓B的大小從圖可以看出 是隨著負荷的增加而增加的，因

11、為它受 動力活塞彈簧的影響。 然后液壓A再到執(zhí)行器的下一個部件: 積分部分。 零位調(diào)節(jié)螺母就是通過調(diào)節(jié)它使得在電 調(diào)信號（PID輸出）為零時，液壓A=液 壓B。 積分部分 回復彈簧 比例調(diào)節(jié)點 零位調(diào)節(jié)螺母 補償環(huán)帶補償環(huán)帶 控制環(huán)帶控制環(huán)帶 阻尼活塞阻尼活塞 補償針閥補償針閥 液壓B 液壓A 在積分部件中我們看到此時723輸出電 流是正值且增大,則標定轉(zhuǎn)速大于主機實際轉(zhuǎn) 速，飛重向內(nèi)收攏推動滑閥柱塞下行，其控 制環(huán)帶也隨著下行，這樣也就開啟了通向阻 尼活塞左方的油路。而此時液壓A大于液壓B, 阻尼活塞左邊的油壓大于右邊的油壓。因此 阻尼活塞向右移動，并使其壓力油進入伺服 油缸的動力活塞下部，

12、然后推動油門桿上行 加油使柴油機加速。 與此同時阻尼活塞左右兩側(cè)的油壓同時 作用在補償環(huán)帶的兩側(cè)，且此時下側(cè)油壓大 于上側(cè)油壓，產(chǎn)生向上的補償力,使滑閥提前 復位。由此由補償力產(chǎn)生的負反饋作用可使 滑閥在柴油機轉(zhuǎn)速達到標定轉(zhuǎn)速之前，提前 回復到中央位置，關(guān)閉控制孔。然后在此后 的柴油機加速過程中此補償力將由阻尼活塞 的緩慢左移而逐漸減少，且減少的幅度通過 補償針閥進行調(diào)節(jié)。在動力活塞拉動油門桿 的同時，其復位杠桿也在對回復彈簧產(chǎn)生一 個向下的拉力，促使噴嘴擋板的出口油壓A 增加，因此在這種情況下液壓A減少的速度 就比沒有復位杠桿正反饋時來得慢，也就是 積分部分 此時補償環(huán)帶所產(chǎn)生的負反饋強度也

13、不沒有這個正反饋來得強，因此控制環(huán)帶也提前回復中央 位置，也就是更提前停止拉動油門桿，這樣就更減少油門桿的波動。 從上我們可以分析出伺服活塞拉動油門桿的幅度（也就是執(zhí)行器的輸出）基本是由補償針 閥的開度和比例調(diào)節(jié)點的位置決定的。 回復彈簧 比例調(diào)節(jié)點 woodward 723 PG-EG 執(zhí)行器 主機 M/E SPEED woodward 723 PG-EG 執(zhí)行器 主機 M/E SPEED DROOPISOCHRONOUS ELECTRIC ELECTRIC FUEL RACK FUEL RACK OTHER INPUTS OTHER INPUTS OTHER OUTPUT 這是調(diào)速器控制主

14、機轉(zhuǎn)速的油門桿，它是調(diào)速器 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)最簡單，但也是最容易出問題的地方。 安裝在主機飛輪端的 主機轉(zhuǎn)速傳感器，其 工作條件比較惡劣。 OTHER OUTPUT 1.檢查主機油門桿是否按照圖示中標注處進行潤滑和活 絡，并檢查被橡膠套封住的油門桿滑動軸承中有無臟東西， 在清潔完以后，再進行潤滑和活絡。還有就是對下面圖中兩 處加牛油的地方。裝牛油嘴的要用牛油槍往內(nèi)接觸面打牛油。 沒有的話就在其表面抹上牛油。特別是支撐軸承這里，必須 要用牛油槍把牛油從油嘴打進去，并使牛油另一個面溢出方 可。 這樣做的目的主要是防止卡阻。特別圖示中各個滑動軸 承的卡阻。還會直接導致PG-EG執(zhí)行器輸出的油門和高壓油 泵油

15、門桿真正接收到的值存在滯后，甚至直接就有差別，使 主機真正的供油量不是按照系統(tǒng)控制的那樣。這樣的結(jié)果就 是運轉(zhuǎn)時主機會轉(zhuǎn)速不穩(wěn)，啟機時不好啟動，空載時游車。 因此雖然這個部件結(jié)構(gòu)原理相對比較簡單，但很多時候故障 大部分就是這些不起眼的小地方引起的，而原因就是平時對 這些地方的維保不利。所以這要引起我們的重視。 綜上所述當發(fā)現(xiàn)主機轉(zhuǎn)速不太穩(wěn)定時，我們應按照以下幾個步驟進行排查。綜上所述當發(fā)現(xiàn)主機轉(zhuǎn)速不太穩(wěn)定時，我們應按照以下幾個步驟進行排查。 油門桿的 滑動軸承 高壓油泵油 門齒條桿 加牛油 支撐軸承 上牛油嘴 轉(zhuǎn)速傳感器 2.檢查飛輪旁的轉(zhuǎn)速傳感器：這個位置也是暴露 在室外，它是繼油門桿故障以

16、后的另一個最容 易引起問題的地方。因為安裝在這個地方的傳 感器表面容易臟污，且受到的振動也大，這都 會影響到傳感器的測量精度，甚至其內(nèi)部接線 也會因振動等原因而松動，甚至斷線。 還有就是凸輪軸端的速度傳感器，這個傳感 器出來的信號分兩路，一路到主機機旁的安保 系統(tǒng)，另一路到主機MCC間控制柜里面的PLC， 我們WOIS電腦上顯示的主機轉(zhuǎn)速也來自于這一 路，故這一路出問題會引起主機關(guān)停的事故。 執(zhí)行器輸出軸 的刻度指針 3. 檢查問題主機PG-EG執(zhí)行器輸出軸的 刻度指針，在運行時對照正常主機在正 常運轉(zhuǎn)時一般都是比較穩(wěn)定的，如果出 現(xiàn)來回波動比較大的情況，就有可能是 執(zhí)行器的問題。也就是上面提

17、到的補償 針閥開度或者比例調(diào)節(jié)點不太恰當，或 者由于其他原因?qū)е逻@個開度出現(xiàn)變化 了。 檢查Woodward 723得接線有無松動，如無異常 則再用手操器檢查723內(nèi)部設(shè)置的參數(shù)，并與其 它機相對照，看是否有不同的。然后分析是否是 這個地方造成的。如果都相同，則再對723進行 校準。也就是用外部設(shè)備，比如頻率發(fā)生器給 723一個速度輸入，然后觀察723的輸出。用這來 判斷723控制器是否正常。 總結(jié)：主機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)是主機的一個重要組成部分，保持它的正常運轉(zhuǎn)就顯得非常重 要。那么平時對它的維護保養(yǎng)檢查必須按時連續(xù)并認真的進行，比如對主機油門齒條機 構(gòu)的潤滑活絡，轉(zhuǎn)速傳感器的按時檢查校驗，PG-EG執(zhí)行器的濾器清洗滑油更換定期 送岸檢查等等！ 1. 根據(jù)設(shè)備的浴盆曲線早期故障期的故 障大多是由于設(shè)計、原材料和制造過程 中的缺陷造成的。隨著運行時間的增加 ，各零部件逐漸進入最佳配合狀態(tài)，故 障率也逐漸降至最低值。偶然故障期的 主要故障原因是由于使用不當、操作疏 忽、潤滑不良、維護欠佳、質(zhì)量缺陷、 材料隱患等因素引起。在產(chǎn)品投入使用 一段時間后，產(chǎn)品進入耗損故障期，該 階段的故障率隨時間的延長而