柴油機水泵機組應(yīng)急冷卻供水系統(tǒng)探討

柴油機水泵機組應(yīng)急冷卻供水系統(tǒng)探討摘要：針對原有柴油機應(yīng)急冷卻供水機組啟動困難、運行轉(zhuǎn)速不穩(wěn)、參數(shù)管理等問題，進行自動化改造，提出解決方案：采用斗山DP222型柴油機和國產(chǎn)水泵總成，運用APC715柴油發(fā)動機智能控制器和柴油機數(shù)字化速度調(diào)節(jié)器DSC，實現(xiàn)現(xiàn)場參數(shù)在線設(shè)置、測量與報警、自動機組啟停與轉(zhuǎn)速控制等功能，配置蓄電池自動充電、柴油機冷卻水溫度控制裝置，保證柴油機可靠啟動，實現(xiàn)應(yīng)急柴油機-水泵機組應(yīng)急冷卻供水系統(tǒng)可靠運行。經(jīng)測試運行，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，實現(xiàn)了方案的功能。關(guān)鍵詞：柴油機水泵機組；改造；APC715；DSC；應(yīng)急供水對于鋼鐵生產(chǎn)加工等相關(guān)生產(chǎn)工藝，應(yīng)急冷卻供水的可靠性對于相關(guān)生產(chǎn)過程十分重要。正常情況下，冷卻水采用電泵供應(yīng)，當(dāng)電力中斷或者電力驅(qū)動水泵故障等造成出水壓力不足時，配置能自動投入運行、智能管理與控制工藝參數(shù)、人機交互方便的應(yīng)急冷卻供水系統(tǒng)，對于提升應(yīng)急供水可靠性和生產(chǎn)工藝品質(zhì)是必要的[1]。1問題提出與解決方案某生產(chǎn)車間原有的應(yīng)急柴油機水泵機組由柴油機、水泵、蓄電池、儀表盤等組成，由于采用手動操作，機組啟停、怠速與運行切換、水泵負載投切、蓄電池充電等需要人工控制，在運行中存在較多問題：由于冷卻水溫度低、蓄電池電力不足等原因造成啟動困難；怠速切換、負載投切等人工操作，降低了機組運行的可靠性和時效性；柴油機轉(zhuǎn)速由高壓泵油門設(shè)定、控制，轉(zhuǎn)速精度、穩(wěn)定性不高；機組運行參數(shù)，包括轉(zhuǎn)速、機油壓力、冷卻水溫、出水壓力等不便于監(jiān)控；蓄電池電能不能保持充足；現(xiàn)場報警信息、運行記錄等歷史信息不便查詢等。如果應(yīng)急供水啟動失效，對于生產(chǎn)管理將產(chǎn)生諸多不利影響。針對上述問題，提出如下解決方案：采用眾智APC715柴油發(fā)動機智能控制器來控制柴油機水泵機組，實現(xiàn)柴油機自動開停機操作、怠速/運行轉(zhuǎn)換、負載控制、柴油機運行參數(shù)在線設(shè)置、參數(shù)測控、保護報警等參數(shù)管理功能；使用柴油機配套數(shù)字化速度控制調(diào)節(jié)器（DSC）的調(diào)速功能，調(diào)節(jié)穩(wěn)定柴油發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，穩(wěn)定水泵出水壓力，配置蓄電池充電管理機制，冷卻水溫度自動調(diào)節(jié)控制[2]，保證柴油機組可靠啟動，實現(xiàn)應(yīng)急柴油機水泵機組可靠運行，有效提升生產(chǎn)工藝品質(zhì)和生產(chǎn)過程自動化水平。2系統(tǒng)組成與主要設(shè)備選擇本系統(tǒng)主要由柴油機-水泵機組、水泵控制器（APC715）、柴油機速度調(diào)節(jié)器（DSC）、市電檢測、蓄電池及智能充電裝置，以及柴油機轉(zhuǎn)速、機油溫度/壓力、冷卻水溫/水位等監(jiān)測傳感器組成。以市電斷電為例，由APC715發(fā)出柴油機啟動信號，水泵機組投入運行；當(dāng)市電來電時，APC715發(fā)出停車信號，水泵機組退出運行。機組運行過程中，水泵控制器完成參數(shù)測量、報警保護功能，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)由DSC完成。另外，本系統(tǒng)還具有手動控制、PC機通過RS485接口遠程監(jiān)控等功能，便于不同應(yīng)用場合的功能擴展。2.1柴油機選擇柴油發(fā)動機采用韓國斗山DP222型柴油發(fā)動機，使用其原裝配套的數(shù)字式速度調(diào)節(jié)器（DSC）、機載發(fā)電機轉(zhuǎn)速傳感器、機油壓力傳感器、冷卻水溫傳感器，并提供相關(guān)的發(fā)動機各項經(jīng)驗數(shù)據(jù)，控制系統(tǒng)的設(shè)計、安裝調(diào)試和維護工作極為方便。2.2柴油機智能控制器APC715柴油發(fā)動機智能控制器采用32位ARM微處理器，可實現(xiàn)過程參數(shù)的精準(zhǔn)測量、過程參數(shù)整定、運行記錄查詢等功能，實現(xiàn)發(fā)動機開停機、怠速切換、負載控制、報警保護等優(yōu)化控制，具有手動、自動、遠程監(jiān)控三種工作模式。系統(tǒng)運行時，過程參數(shù)可從控制面板LCD在線調(diào)整，所有參數(shù)可使用USB接口或者通過RS485接口在線設(shè)置、調(diào)整及實時監(jiān)測?？刂破鞒司哂谐Ｒ?guī)發(fā)動機調(diào)速接口（GOV）外還帶有CANbus（SAEJ1939）接口[3]，可廣泛應(yīng)用于各類型柴油發(fā)動機控制系統(tǒng)。2.3柴油機速度調(diào)節(jié)器與DP222型柴油機配套，數(shù)字調(diào)速控制器（DSC-1000）應(yīng)用于柴油發(fā)動機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)與控制，控制精準(zhǔn)，發(fā)動機運行轉(zhuǎn)速穩(wěn)定、設(shè)置范圍寬。以升級版微控制單元（MCU）設(shè)計而成的高性能嵌入式電控系統(tǒng)，具有完善的軟硬件保護機制，減少模擬電路在使用中受到溫度漂移、電磁噪聲、振動等干擾。作為高端的數(shù)碼速度控制器，該數(shù)字調(diào)速控制器具有PID自動設(shè)定功能，能檢查電池電壓、pick-up傳感器、執(zhí)行器的狀態(tài)，如發(fā)生異常，黑匣子將記錄管理發(fā)動機的運行情況，方便用戶的操作和使用。3電氣系統(tǒng)設(shè)計3.1水泵機組控制回路柴油機水泵機組控制示意圖如圖1所示，市電檢測、冷卻水溫度控制和充電控制示意圖如圖2所示。自動模式下，市電檢測由電壓繼電器KV完成，其觸點KA10接入APC715的遠程控制接口實現(xiàn)自動啟動和停機，機組運行過程中，由柴油機轉(zhuǎn)速PID控制轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器DSC完成。手動操作模式在控制器面板完成，與自動模式類似。自動模式下的開停機操作如下：3.1.1機組開機操作1）當(dāng)市電掉電，電壓繼電器KV動作，遠程啟動信號輸入有效，進入啟動延時。2）采用單獨設(shè)計的冷卻水溫度控制，冬季接通預(yù)熱開關(guān)K2，冷卻水溫度控制按照用戶設(shè)定的溫度自動調(diào)節(jié)。3）啟動延時結(jié)束，燃油繼電器KA4輸出有效，速度調(diào)節(jié)器DSC上電，接通油路，并由KA5接通蓄電池充電回路，使機載發(fā)電機對蓄電池充電，此時，市電充電回路自動解除；同時啟動繼電器KA6輸出有效，接通啟動電機，柴油機啟動。如果在設(shè)定的啟動時間內(nèi)柴油機組工作參數(shù)沒有滿足啟動成功條件要求，則系統(tǒng)判定啟動失敗，燃油繼電器KA4和啟動繼電器KA6自動斷開，進入設(shè)定的啟動間隔，柴油機組延時再啟動，啟動成功條件可根據(jù)現(xiàn)場需要設(shè)置[3]。4）如果柴油機組啟動成功，則進入初始運行周期，在此期間，控制器對于油壓、水溫、轉(zhuǎn)速等參數(shù)不報警，初始運行時間到則進入怠速運行周期，由怠速繼電器KA2接通DSC怠速控制端子，進入怠速運行。在怠速時間內(nèi)，轉(zhuǎn)速報警無效，當(dāng)?shù)∷龠\行周期結(jié)束，KA2斷開，進入高速暖機周期。5）高速暖機周期結(jié)束，柴油機組進入正常運行狀態(tài)，根據(jù)用戶設(shè)定的帶負載條件（如發(fā)動機轉(zhuǎn)速），由帶負載繼電器KA3驅(qū)動離合器實現(xiàn)加載水泵。3.1.2機組停機操作1）當(dāng)市電來電，電壓繼電器斷開，自動停機信號輸入有效，開始停機延時周期。2）停機延時時間到，停機散熱延時周期開始。延時時間進入停機怠速運行周期，此時，按照用戶設(shè)定的卸載條件（如發(fā)動機轉(zhuǎn)速）由帶載繼電器KA3卸載水泵，為停機做好準(zhǔn)備，用戶可根據(jù)需要設(shè)置怠速繼電器KA2輸出。3）停機怠速運行結(jié)束，燃油繼電器KA4輸出無效，切斷油路，DSC掉電，同時控制器延時到指定時間后，通過對柴油機組參數(shù)測量，自動判斷柴油機組是否停穩(wěn)。4）當(dāng)柴油機組停穩(wěn)后，柴油機組進入待機狀態(tài)。5）上述各時間（怠速周期等）參數(shù)均可在控制器操作面板LCD在線設(shè)置。3.2檢測傳感器設(shè)置發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器、機油壓力傳感器、冷卻水溫傳感器為柴油機自帶，為機載安裝，轉(zhuǎn)速傳感器為電磁型，機油壓力、冷卻水溫傳感器為電阻型，柴油液位傳感器為電流型，出水壓力傳感器為電阻型。各傳感器類型、曲線、報警等相關(guān)參數(shù)的設(shè)置可在APC715控制器在線設(shè)置，設(shè)置參數(shù)必須與實際安裝器件一致。3.3冷卻水溫度控制由于系統(tǒng)安裝于北方，本系統(tǒng)加入了冷卻水溫自動控制部分，使用技術(shù)成熟的溫度控制模塊和熱電偶實現(xiàn)溫度控制，本系統(tǒng)選用兩段式穩(wěn)定控制器和E型熱電偶。在冬季運行時，閉合K2，則冷卻水溫度將會自動保持設(shè)定溫度，從而保證冬季水溫處于可使用范圍，冷卻水不凍結(jié)，以確保柴油機組正常工作。3.4蓄電池自動充電由于運行地點斷電情況較少，應(yīng)急供水系統(tǒng)啟動間隔時間很長，為保證市電斷電時蓄電池電能充足，保證柴油機可靠啟動，本系統(tǒng)主要通過時控開關(guān)控制，采用市電對蓄電池周期性充電。柴油機啟動之后，KA4接通，KM1斷開，智能充電器電源斷開，同時，KA5接通，切換到機載發(fā)電機對蓄電池充電；柴油機停車，KA4、KA5斷電，KM1受時控開關(guān)KT控制，根據(jù)時控開關(guān)設(shè)置的充電時間對蓄電池充電。3.5系統(tǒng)設(shè)置1）柴油機啟動的相關(guān)參數(shù)有柴油機轉(zhuǎn)速、機油壓力參數(shù)等，實際啟動參數(shù)需要達到設(shè)定值允許范圍，為系統(tǒng)重要參數(shù)，由控制器根據(jù)設(shè)定值與實際測量值進行比較后自行判斷，如果柴油機啟動參數(shù)不滿足啟動成功條件，則按照設(shè)定的啟動次數(shù)和間隔時間重新啟動，超過啟動次數(shù)，則發(fā)生啟動失敗報警。2）柴油機安全運行時間、怠速時間、高速暖機時間等關(guān)系到系統(tǒng)啟動的可靠性，與柴油機啟動成功條件參數(shù)類似，需要在調(diào)試中依據(jù)現(xiàn)場情況確定。3）柴油機速度調(diào)節(jié)器DSC設(shè)置主要有柴油機類型、運行轉(zhuǎn)速、怠速轉(zhuǎn)速、報警參數(shù)、齒輪齒數(shù)等[4]，可在DSC上電之后在現(xiàn)場設(shè)置。3.6注意事項1）柴油機啟動之前要檢查柴油液位、潤滑油標(biāo)尺和冷卻水液位，一般需要每年檢查2~3次，確保達到使用要求。2）柴油加注之后，在柴油機啟動之前，一定要排除柴油管路（柴油濾清器到噴油泵之間）當(dāng)中的氣泡，以免造成柴油機啟動困難或者運行轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定的情況[5]。3）緊急情況下，可以使用APC715控制器操作面板的緊急停車按鈕或者柴油機自帶的燃油泵操縱裝置關(guān)閉柴油機組。4結(jié)束語本系統(tǒng)采用先進成熟、穩(wěn)定可靠的柴油機組、控制調(diào)節(jié)方便的控制模塊以及數(shù)字式柴油機速度調(diào)節(jié)器，對原有水泵機組進行智能化改造，實現(xiàn)了應(yīng)急冷卻供水自動化控制，具備遠程監(jiān)控、自動、手動等多種操作模式，具有參數(shù)監(jiān)測、保護報警、怠速轉(zhuǎn)換、負載控制、自動投切等功能，有效了提升系統(tǒng)可靠性和運行品質(zhì)。系統(tǒng)已經(jīng)在某鋼鐵企業(yè)正常運行兩年，穩(wěn)定可靠，達到設(shè)計要求。參考文獻［1］何莫兄.消防雙動力給水設(shè)備的技術(shù)創(chuàng)新［J］.科技視界，2013（1）：58，91［2］吳世德，李玉鑫，段新，等.基于PLC的應(yīng)急柴油機