電控柴油機(jī)技術(shù)研討

1、電控柴油機(jī)技術(shù)及檢驗電控柴油機(jī)技術(shù)及檢驗內(nèi)容內(nèi)容控制理論計算機(jī)控制技術(shù)現(xiàn)場總線技術(shù)電控柴油機(jī)介紹電控柴油機(jī)檢驗注意事項一、控制理論一、控制理論反饋控制系統(tǒng)的基本概念自動控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型控制系統(tǒng)的指標(biāo)控制對象的特性控制器的作用規(guī)律1. 反饋控制系統(tǒng)的基本概念簡介反饋控制系統(tǒng)是將各種運(yùn)行參數(shù)如溫度、壓力、液位、粘度、流量等控制在最佳值上的系統(tǒng)。在機(jī)艙中所要控制的運(yùn)行參數(shù)很多，各控制系統(tǒng)的控制任務(wù)和結(jié)構(gòu)形式可能不同,但它們的組成單元及工作過程基本相同。1. 反饋控制系統(tǒng)的基本概念分類 控制系統(tǒng)按控制作用分類：定值控制系統(tǒng)：保持被控量不變，例如：缸套水溫度、滑油溫度、蒸汽壓力、發(fā)電機(jī)頻率、電壓等。隨

2、動控制系統(tǒng)：被控量緊緊跟隨給定值的變化而變化，例如：隨動舵 follow up程序控制系統(tǒng)：隨設(shè)定的時間程序變化，例如：主機(jī)負(fù)荷程序控制。 2、自動控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、自動控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型e(t)偏差信號 e(t)=r(t)-z(t)y(t)被控量p(t)控制量f(t)擾動量測量單元測量單元控制器控制器ep執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)q擾動擾動f(t)控制對象控制對象輸出輸出y給定值給定值rz信號傳遞形成閉合回路的控制系統(tǒng)稱為閉環(huán)系統(tǒng)，反之為開環(huán)系統(tǒng)。經(jīng)反饋能加強(qiáng)閉環(huán)系統(tǒng)輸入效應(yīng)的稱為正反饋，會減弱閉環(huán)系統(tǒng)輸入效應(yīng)的稱為負(fù)反饋。按偏差控制運(yùn)行參數(shù)的控制系統(tǒng)必為負(fù)反饋控制系統(tǒng)。 2、自動控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

3、、自動控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型2、自動控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、自動控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型控制對象是指所要控制的機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過程。把所要控制的運(yùn)行參數(shù)叫被控量。測量單元用來測量被控量的實際值。把被控量的實際值稱為測量值。測量單元把被控量的測量值檢測下來，并轉(zhuǎn)變成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號。氣動控制系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)信號：0.020.10MPa 電動控制系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)信號： 010V(或420mA)2、自動控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、自動控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型控制器首先把被控量的給定值與測量值相比較得到偏差值，再根據(jù)偏差值的大小和方向，依據(jù)某種作用規(guī)律輸出一個控制信號，對被控量施加控制作用。執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行調(diào)節(jié)單元的控制指令，直接動作調(diào)節(jié)閥，改變流入

4、控制對象的物質(zhì)或能量流量，使被控量逐漸回到給定值上，直到偏差為零。在氣動控制系統(tǒng)中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般為氣動薄膜調(diào)節(jié)閥或氣動活塞調(diào)節(jié)閥。 在電動控制系統(tǒng)中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般為可逆轉(zhuǎn)伺服電機(jī)或三相伺服電機(jī)。3、控制對象的特性控制對象對輸入?yún)?shù)的反映特性，例如在時間上、敏感度、慣性等方面的反映特性。例如：經(jīng)常碰到的建模一般是針對控制對象的，比如柴油機(jī)的建模，就是理清柴油機(jī)的輸入輸出的數(shù)量、時間上的關(guān)系，從而可以驗證控制器的設(shè)計，或做仿真使用。4、控制器的作用規(guī)律位式作用規(guī)律：輔鍋爐浮子式水位雙位控制系統(tǒng)比例作用規(guī)律：比例帶，特點：靜態(tài)偏差比例積分作用規(guī)律（PI）：積分作用消除靜態(tài)偏差，輸入一個階躍偏差后積分

5、輸出等于比例輸出所需的時間就是積分時間 常用比例積分微分作用（PID）微分作用輔助，起超前控制作用。效果最好的控制器二、二、計算機(jī)控制技術(shù)基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識計算機(jī)控制技術(shù)進(jìn)展介紹計算機(jī)控制技術(shù)進(jìn)展介紹1、基礎(chǔ)知識應(yīng)用機(jī)型：單片機(jī)、PLC、工業(yè)PC機(jī)等控制方式：從單機(jī)控制到集散控制、現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)控制2、計算機(jī)控制技術(shù)進(jìn)展介紹、計算機(jī)控制技術(shù)進(jìn)展介紹單片微型計算機(jī)(Single Chip Microcomputer)特點：用于自行開發(fā)控制系統(tǒng)，方便、靈活、成本低，可用低級語言、也可用高級語言編程。一般用于實現(xiàn)較簡單的控制功能，且自行開發(fā)，專用性強(qiáng)。2、計算機(jī)控制技術(shù)進(jìn)展介紹、計算機(jī)控制技術(shù)進(jìn)展介紹可

6、編程邏輯控制器（PLC）2、計算機(jī)控制技術(shù)進(jìn)展介紹、計算機(jī)控制技術(shù)進(jìn)展介紹可編程邏輯控制器（PLC）繼電器邏輯控制系統(tǒng)與微機(jī)相結(jié)合的產(chǎn)物。在工廠自動化中有廣泛應(yīng)用。PLC的功能條件控制、定時控制、計數(shù)控制、順序控制、A/D及D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、通信與連網(wǎng)功能等。PLC的特點可靠性高、編程容易、組合靈活、輸入/輸出功能模塊齊全、安裝方便、運(yùn)行速度快等。2、計算機(jī)控制技術(shù)進(jìn)展介紹、計算機(jī)控制技術(shù)進(jìn)展介紹工控機(jī)2、計算機(jī)控制技術(shù)進(jìn)展介紹、計算機(jī)控制技術(shù)進(jìn)展介紹工控機(jī)模塊化結(jié)構(gòu)、軟件資源極其豐富、軟件開發(fā)容易、使用方便等。三、三、現(xiàn)場總線技術(shù)介紹現(xiàn)場總線系統(tǒng)稱為第五代控制系統(tǒng)，也稱作FCS現(xiàn)場總線控

7、制系統(tǒng)。第一代：50年代前的氣動信號控制系統(tǒng)PCS第二代：420mA等電動模擬信號控制系統(tǒng)第三代：數(shù)字計算機(jī)集中式控制系統(tǒng)第四代；70年代中期以來的集散式分布控制系統(tǒng)三、三、現(xiàn)場總線技術(shù)介紹比較常用的成熟的總線系統(tǒng) CAN 廣泛的應(yīng)用在汽車和工業(yè)領(lǐng)域。優(yōu)點：CAN為多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點均可在任意時刻主動地向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點發(fā)送信息，不分主從；CAN數(shù)據(jù)包可帶優(yōu)先級，滿足不同的實時性要求；其他的工業(yè)以太網(wǎng)，profibus等不多介紹。四、電控柴油機(jī)介紹及檢驗要點低速機(jī)Wartsila系統(tǒng)介紹低速機(jī)Man B&W系統(tǒng)介紹四、A 低速機(jī)WARTSILA系統(tǒng)介紹Wartsila電控柴油機(jī)系統(tǒng)總體

8、圖遙控系統(tǒng)電子調(diào)速系統(tǒng)安保系統(tǒng)檢測報警系統(tǒng)FCM-20模塊手動控制面板共軌閥角度編碼檢測器噴油控制排氣閥控制伺服油和控制油系統(tǒng)冗余1.WARTSILA電控柴油機(jī)系統(tǒng)總體介紹1. 噴油和排氣閥電控共軌系統(tǒng)1. 噴油和排氣閥電控共軌系統(tǒng)1. 電控系統(tǒng)WECS-9520 是主機(jī)控制的核心，處理所有的動作，直接的控制主機(jī)運(yùn)行，主要功能如下：p共軌檢測和壓力調(diào)節(jié)p噴油器、排氣閥、啟動閥的控制和檢測p和外部系統(tǒng)通過CAN接口連接p主機(jī)性能調(diào)試，IMO參數(shù)設(shè)置和檢測WECS-9520沒有一臺電腦主機(jī)用來控制，但是每個氣缸都擁有自己的FCM-20模塊來處理和該氣缸有關(guān)的功能和共軌功能。這些FCM-20模塊被直

9、接安裝在主機(jī)上并通過CAN Bus通信，用戶操作WECS-9520的接口被集成在主機(jī)遙控系統(tǒng)和flexView的面板上。WECS-9520既不是主機(jī)遙控也不是安保系統(tǒng)2. 主機(jī)遙控遙控系統(tǒng)（Kongsberg，Nabtesco等）一個操作主機(jī)的界面，通過CANbus或者M(jìn)odbus連接WECS-9520p 傳送如下指令；1、啟動 剎車 2、沖車 3、停車 4、慢轉(zhuǎn) 5、正車 6、倒車 7、慢轉(zhuǎn)失敗復(fù)位p遙控通過內(nèi)部設(shè)定（比例控制，負(fù)荷程序等）來處理車種指令，然后給一個相應(yīng)的速度信號給調(diào)速系統(tǒng)。3. 電子調(diào)速系統(tǒng) Kongsberg，Nabtesco等電子調(diào)速系統(tǒng)提供給WECS-9520油門信號

10、并且調(diào)節(jié)主機(jī)轉(zhuǎn)速。燃油指令是在特定主機(jī)負(fù)荷條件下，根據(jù)遙控系統(tǒng)給定的速度信號計算出來的，燃油限制是調(diào)速系統(tǒng)根據(jù)實際的速度和掃氣壓力來限制燃油指令，以避免主機(jī)的操作超過螺旋槳曲線（排放和扭矩限制）。3. 電子調(diào)速系統(tǒng)4. 安保系統(tǒng) Kongsberg，Nabtesco等主機(jī)安保系統(tǒng)會在主機(jī)超速或者其他一些主機(jī)以及其他輔助設(shè)備工作不正常的情況下觸發(fā)slowdown或者shutdown信號。WECS-9520和安保系統(tǒng)之間應(yīng)用了冗余的總線系統(tǒng)安保系統(tǒng)直接通過硬線觸發(fā)應(yīng)急停止電磁閥來泄放共軌里的燃油安保系統(tǒng)通過CANbus提供給WECS-9520如下開關(guān)量輸出：p給WECS-9520停車信號，來觸發(fā)w

11、ecs內(nèi)部停車動作pWECS-9520故障，請求減速同樣也會通過安保系統(tǒng)。5.監(jiān)測報警系統(tǒng)監(jiān)測報警系統(tǒng)監(jiān)測報警系統(tǒng)接受報警信息，分為兩大組：p通常的故障報警信號直接傳到檢測報警系統(tǒng)，比如：燃油泄漏報警燃油壓力調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障燃油泵出口溫度偏差報警WECS-9520供電監(jiān)測p其他的WECS-9520故障信號是通過冗余的Canbus連接傳送的。6.FCM-20模塊模塊6.FCM-20模塊模塊每個模塊有兩個module bus（can open， modbus）用來和外部系統(tǒng)進(jìn)行通信：（propCS，ALM），應(yīng)急控制面板，執(zhí)行器。模塊內(nèi)部的排線以及電纜槽在共軌里將高EMC噪聲的電纜，例如電力電纜和

12、脈沖電流的電纜（PWM，共軌閥）和敏感的低壓電纜，例如傳感器電纜和總線電纜完全分開走線。6.FCM-20模塊功能模塊功能和汽缸工作有關(guān)的功能和汽缸工作有關(guān)的功能和共軌有關(guān)的功能和共軌有關(guān)的功能6.和汽缸工作有關(guān)的功能和汽缸工作有關(guān)的功能將閥控定時和角度編碼器信號進(jìn)行同步，每一個FCM-20從SSI-Bus讀取并且處理角度編碼信號，由此計算主機(jī)轉(zhuǎn)速，角度和每個缸的轉(zhuǎn)向。啟動、噴油和排氣閥動作是根據(jù)data container里的參數(shù)設(shè)置和從canbus讀取的控制信號。6.和汽缸工作有關(guān)的功能和汽缸工作有關(guān)的功能6.和共軌有關(guān)的功能和共軌有關(guān)的功能燃油和伺服油共軌壓力調(diào)節(jié)和監(jiān)測控制油泵的控制存儲和

13、處理調(diào)試數(shù)據(jù)（IMO，Engine specific and global settings）WECS內(nèi)部監(jiān)測（電源監(jiān)測，SW-Watchdog,CRC&HW checks）計算和處理可變數(shù)據(jù)（VIT，VEC, VEO, ENGINE STATE）和推進(jìn)控制系統(tǒng)的接口和機(jī)艙和集控室的應(yīng)急控制面板通訊利用模塊上的led顯示，來幫助分析故障輔助鼓風(fēng)機(jī)在低壓掃氣壓力時的請求6.共軌功能接口圖共軌功能接口圖7.手動控制面板手動控制面板8. 共軌閥共軌閥組是由超快的（1ms）電液電磁閥組組成的，是一個雙穩(wěn)態(tài)的閥門，選定到一個動作位置會一直持續(xù)到相反的命令從WECS-9520發(fā)出。9. 角度編碼檢測器曲軸

14、角度編碼器可以通過WECS9520提供完整的圓周角度，因此一旦上電，就能立即快速準(zhǔn)確的顯示當(dāng)前的實際的曲軸角度。兩個角度編碼器通過一根帶齒的皮帶連接到一個特別設(shè)計的驅(qū)動軸上，這樣的設(shè)計可以避免角度編碼器軸向以及徑向的移動產(chǎn)生測量誤差。每個角度編碼器將光碼信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，F(xiàn)CM20通過SSI（Synchronous Serial Interface） bus來讀取這些數(shù)據(jù)。10. 噴油控制每一塊FCM-20模塊通過處理曲軸角度信號和從控制系統(tǒng)接收到的燃油指令，獨立計算出自己的噴油定時。通常的操作在活塞到達(dá)TDC之前的幾度，F(xiàn)CM-20模塊會根據(jù)VIT和FQS設(shè)定，計算出正確的噴油角度，然后會

15、給出一個Deadtime，用來補(bǔ)償從控制系統(tǒng)給出噴油指令到噴油真正開始的時間差。Deadtime是在噴油循環(huán)中，通過比較噴油指令給出，到燃油數(shù)量傳感器開始動作，這段時間里測量到的，燃油數(shù)量傳感器海提供了一個噴油量的反饋用來和燃油指令比較，噴油的開始和結(jié)束指令都是有FCM-20模塊觸發(fā)的。10. 噴油控制10. 噴油控制-低負(fù)荷時的操作低負(fù)荷時可以停止1、2個油頭的噴油，能夠節(jié)油降低排放。噴射相同量的燃油，一個油頭需要的時間比2、3個要長，并且噴油壓力是可控的，改善了霧化效果達(dá)到理想的燃燒條件。單油頭工作時，每缸3個油頭20min輪換一次，多缸不是同時切換，切換時間相隔20s。由此可見，電控機(jī)的

16、低速性能較好。11. 排氣閥控制排氣閥由伺服油壓打開，并且由空氣彈簧壓力關(guān)閉，動作共軌油的伺服油和動作排氣閥桿的液壓油是分離的，排氣閥桿的動作通過兩個位置傳感器將其位置反饋給WECS-9520。11. 排氣閥控制關(guān)于排氣閥的詳細(xì)功能說明：排氣閥的開啟定時是由每塊FCM-20模塊根據(jù)測量到的曲軸轉(zhuǎn)角，理論開啟角度和VEO計算出來的。當(dāng)排氣閥共軌閥動作到開啟位置時，伺服油壓控制排氣閥的控制閥，在隔離區(qū)下面的空間充滿了伺服油，隔離區(qū)的活塞當(dāng)油壓入蓄壓管，最終通過這里頂開排氣閥閥桿。11. 排氣閥控制幾個概念：幾個概念：FQS：燃油品質(zhì)設(shè)定手動根據(jù)燃油品質(zhì)設(shè)定補(bǔ)償時間VIT：可變噴油定時根據(jù)不同的轉(zhuǎn)速

17、、掃氣壓力、共軌壓力進(jìn)行定時變化。VEO：可變氣閥開啟變化氣閥的開啟定時，調(diào)節(jié)壓縮壓力。VEC：可變氣閥關(guān)閉變化氣閥的關(guān)閉定時，提高廢氣交換程度，提高經(jīng)濟(jì)性。12. 燃油壓力控制12. 燃油壓力控制12. 伺服油和控制油12. 伺服油和控制油主機(jī)的伺服油共軌壓力是根據(jù)主機(jī)的負(fù)荷變化的，伺服油的壓力必須和排氣閥開啟的速度相適應(yīng)。FCM-20通過燃油指令和主機(jī)轉(zhuǎn)速來計算主機(jī)負(fù)荷并且用來計算相應(yīng)的伺服油壓的設(shè)定點，每一個伺服油泵都是由不同的FCM-20所控制。12. 啟動閥控制13. 系統(tǒng)冗余模塊冗余如果一個FCM-20故障，相應(yīng)的汽缸動作就會停止，其余汽缸繼續(xù)保持動作。任何一個FCM-20模塊都可

18、以被在線的備件模塊所替代。相應(yīng)的軟件和參數(shù)已經(jīng)在被存儲在該備件模塊內(nèi)，并且不再需要下載軟件和程序。13. 系統(tǒng)冗余系統(tǒng)CAN bus，SSI Bus 永遠(yuǎn)都是2路總被激活，如果有一路總線中斷，短路或者其他的故障，剩下的那條總線仍然可以繼續(xù)工作，正常通信，主機(jī)的操作是不會被中斷的。每個模塊都有2路供電。 13. 系統(tǒng)冗余傳感器冗余重要的傳感器都有兩個，用平均值來控制主機(jī)，若一個傳感器故障，WECS-9520會顯示相應(yīng)探頭的故障信息，并且主機(jī)會繼續(xù)用剩下的那個正常的探頭工作。如果兩個角度傳感器中有一個故障，WECS-9520會利用剩下的那個好的傳感器繼續(xù)工作。一個壞的TDC傳感器會在WECS-95

19、20檢測系統(tǒng)里有所顯示，但是通常不會引起停車或者slowndown（除非拆掉傳感器）燃油數(shù)量傳感器如果遇到故障，相應(yīng)的FCM-20會用一個固定的Deadtime來計算噴油提前角和用一個人工的斜坡信號來控制噴油量。每個排氣閥有兩個位置傳感器，如果兩個都故障，F(xiàn)CM控制排氣閥的開關(guān)動作都是按照固定的定時來動作。13. 系統(tǒng)冗余油泵冗余燃油泵和執(zhí)行器如果一個油泵/執(zhí)行器壞了，油泵的調(diào)節(jié)連桿可以被人為的在放到滿刻度的位置，并且鎖定在這個位置。相應(yīng)的油泵就會輸出最大的油壓，剩下的其他的執(zhí)行器就會運(yùn)行在相應(yīng)的低輸出的狀態(tài)，燃油壓力調(diào)節(jié)閥將共軌油壓限制在1050bar。損壞的油泵需要利用工具將其抬起，而同時

20、，其他的油泵將提供更大的輸出，有可能需要將燃油增壓泵端的燃油進(jìn)口壓力提高。伺服油泵如果有一個伺服油泵不能工作，機(jī)器照樣能在全負(fù)荷運(yùn)行，如果有2臺或者2臺以上伺服油泵損壞的話，那么機(jī)器只能在部分負(fù)荷下進(jìn)行工作。13. 系統(tǒng)冗余其他冗余燃油泄放/應(yīng)急停止閥燃油停車閥或者應(yīng)急停止電磁閥故障，停車/應(yīng)急停止信號只能夠?qū)娪蛣幼魍Ｖ?，通過WEC-9520將燃油執(zhí)行器輸出0，停車有可能。遙控控制/速度控制系統(tǒng)如果遙控或者速度控制不工作的話，主機(jī)還是能夠在燃油模式下工作的，從就地控制面板或者集控室的面板進(jìn)行操作。如果速度控制模式還能夠使用的話，WECS-9520面板允許無論是燃油控制模式還是速度控制模式操作，如果速度模式不能使用，那么只能使用燃油控制模式。手動控制面板是WECS-9520控制系統(tǒng)的一部分并且提供了一些特定的功能，獨立于推