船舶机舱自动化4.4 主机遥控系统的转速与负荷控制

4.1主机遥控系统的基本概念4.2主机遥控系统基本气动阀件和气源4.3主机遥控系统的逻辑控制4.4主机遥控系统的转速与负荷控制4.5船舶柴油主机气动操纵系统

第四章船舶推进装置自动控制系统4.4主机遥控系统的逻辑控制4.4.1主机转速控制系统的组成及功能4.4.2起动供油的设定4.4.3车钟系统及操作部位的切换4.4.4主机加、减速程序控制4.4.5转速限制4.4.6负荷限制转速与负荷的控制回路调速器前的限制：转速给定（转速限制）调速器后的限制：负荷限制（燃油限制）4.4.1主机转速控制系统的组成及功能（1）负荷控制方法转速控制：定值（海上航行）、随动（进出港）和程序（加减速）控制三种情形，均属于反馈控制；转速定值控制：转速恒定、油量任意。负荷控制：

油量恒定、转速任意。转速-负荷控制：

正常时用转速控制方式，工况变化大时用负荷控制方式。

说明：负荷控制属于开环控制；

使用时需合上开关。4.4.1主机转速控制系统的组成及功能（2）死区控制方法特点：死区范围最大。适用场合：主机高负荷范围内需维持主机进油量恒定、以获得稳定的热平衡效果的场合。②正常控制方式特点：死区范围适中，比刻度控制小得多。正常控制是在保证所需的调节精度下尽可能减小主机油门刻度位置波动的一种控制方式。③恶劣海况模式作用：防止主机在大风浪运行中发生超速。在本方式中，控制回路减小主机的最大供油范围，并将死区调得最小(趋于零)，以提高转速控制灵敏度。①刻度（Index）控制方式死区范围调速回路适用工况刻度控制方式最大不起作用高负荷区正常控制方式适中转速波动小时不起作用转速波动大时起作用正常运行状况恶劣海况控制方式最小（趋于0）起作用大风浪超速死区控制方法4.4.2起动油量的设定起动油量含义：在主机起动时，为保证起动成功而供给主机的初始油量。起动油量一般比微速甚至比慢速的供油量还要多一些，但也不能过多，否则爆燃现象严重。显然，在起动过程中，靠车钟手柄任意设定转速所对应的供油量是不行的，而应该是预先调好的一个定值。因此，在供油回路中要设有起动供油逻辑回路。起动供油方式：①“油—气并进”②“油—气分进”

（1）“油—气并进”

停车时起动油量信号就送到调速器，起动时进行起动油量和车令设定转速油量的切换且解除停油联锁，但由于延时作用，起动过程中供起动油量。（B阀－起动油量；PL－程序负荷环节；C－气容）附：

（2）“油—气分进”4.4.3车钟系统及操纵部位转换车钟档位示意图1.车钟系统概述1）主车钟2）副车钟3）主车钟发讯原理

（1）气动遥控车钟（2）电动遥控车钟2.车钟系统组成及操纵部位的转换作用：在各操纵部位之间发送和接收主机操纵指令

及传递操纵信息。组成：驾驶台车钟、集控室车钟和机旁应急车钟。1.车钟系统概述1）主车钟在驾驶台遥控主机时，驾驶台主车钟直接用于主机的操纵控制，可向遥控系统发送停车、正车（倒车）指令和转速指令。集控室车钟和机旁应急车钟只对驾驶台车令进行复示。在集控室遥控主机时，驾驶台主车钟只用于传令操纵，而集控室主车钟不仅用于回令，而且还用于主机的正、倒车换向操纵控制。目前大型自动化船舶所使用的车钟通常都是集传令车钟与遥控手柄于一体的指针跟踪式或指示灯跟踪式车钟。1.车钟系统概述手柄式车钟一般设有两根指针，一根指示本地手柄的位置，另一根跟踪其它操纵部位的手柄位置，也称为复示指针。按键式车钟用指示灯代替指针。手柄式车钟的指针跟踪一般采用自整角机或由伺服马达实现。当驾驶台发出车令后，集控室和机旁的复示指针或指示灯将跟踪驾驶台车令，轮机员应在主机的当前操纵部位进行回令，即将车钟手柄推到相应的位置或按下按键式车钟相应的挡位按钮。回令之前，三地车钟均有声响提示，回令结束后，声响提示消失。1）主车钟2）副车钟（SubTelegraph）

作用：用于传送与主机操纵的相关信息。组成：三个带灯按钮，即AtseaStandbyFinishedwithengine（FWE）在操纵过程中，三个状态之间是互锁的。车钟单元ETUSUBTELEGRAPHMODE——完车、备车、海上航行CONTROLLOCATION——机旁、集控室、驾驶台TELEGRAPHSTATUS——新指令；车向错误；

RCS未准备就绪。SYSTEM——试灯、消声2）副车钟（SubTelegraph）

AutoChief®CombinedLeverandtelegraphunit(LTU)——单手柄复合车钟WRONGWAY（1）气动遥控车钟输出为0.05~05MPa的气信号。3）主车钟发讯原理气动遥控车钟结构原理及逻辑符号图1、7—顶杆；2—进气口；3—活塞；4—排气口；5、11—弹簧；6、12—凸轮；8—阀座；9—阀芯；10—螺钉（2）电动遥控车钟3）主车钟发讯原理电位器式指令发送器结构原理和输出特性曲线1—外壳；2—操纵手柄；3—缩紧装置；4—定位槽；5—刻度盘指针；6—电路板；7—电位器；8—微型开关；9—放大器；10、11—接线端子电位器输出：0～5KΩ4～

20mA0～

10V2.车钟系统组成及操纵部位的转换

按照操纵部位的不同，操纵方式可分为以下三种：机旁手动操纵集控室遥控驾驶台自动遥控机旁手动操纵：1）驾驶台发出车钟指令；2）轮机员在机旁扳动换向手柄和调油手柄来操纵主机；集控室遥控：

1）驾驶台发出车钟指令；2）轮机员在集控室用操纵手柄或按钮通过气

动操纵系统来操纵主机。驾驶台自动遥控：驾驶员用车钟通过遥控装置和气动操纵系统操纵主机。操纵部位的转换主机操纵部位选择的优先级：机旁最高，其次是集控室，而驾驶台最低。驾驶台与集控室之间的操纵部位转换条件：

（1）两处的车令方向一致（即同为正车、倒车或停车）；（2）两处的设定转速一致（以实现无扰动切换）。

2.车钟系统组成及操纵部位的转换AUTOCHIEF-Ⅳ系统中的车钟系统采用微机控制，由驾驶台车钟单元、集控室车钟单元和机旁应急车钟单元组成，相互间通过串行通信进行信息联络。驾驶台车钟、集控室车钟采用手柄操作，机旁应急车钟为按键操作，三地副车钟均为按键操作。驾驶台车钟还能将车令信息发送给主机遥控系统的驾驶台控制单元，以便在驾驶台操作时，通过遥控系统直接控制主机。车钟系统还连接一台车令打印机，对车令信息进行打印记录。驾驶员都是在驾驶台内直接通过驾驶台车钟对主机进行操作，对于大型船舶而言，通常还要在驾驶台的左右舷设置侧翼(PortWing和STBWing)车钟手柄，以实现船舶离靠码头时的机动操作。AUTOCHIEF-Ⅳ系统中的车钟系统

侧翼操作实现的两种方案：①在左右舷各设置一个与驾驶台完全一样的车钟手柄，它们可以完全独立地向主机遥控系统发送各种车令信号，具有完全独立操纵主机的功能；②在侧翼操作台设置“Joystick”手柄(香蕉柄)，“Joystick”手柄必须通过驾驶台的车钟系统间接完成车令发送任务。

通过控制三个微动开关的动作给出开关量车令信号：向前推，给出“正车加速(IncreaseAhead)”车令信号；向后拉，给出“倒车加速（IncreaseAstern）”车令信号；松手回中给出维持当前转速车令信号；向左扳，给出“停车（STOP）”车令信号。AUTOCHIEF-Ⅳ系统中的车钟系统驾驶台车钟→驾驶台AC-4单元→集控室AC-4单元→DGS8800e调速器（DGU调速单元→DSU伺服单元）→电动执行器→燃油调节杆→主机。转速指令传递的途径AUTOCHIEF-Ⅳ系统中的车钟系统4.4.4主机加、减速程序控制1.加速速率限制（1）气动加速速率限制（2）电动加速速率限制2.程序负荷气动程序负荷

为防止主机在加速过程中因加速过快导致超负荷，在转速发讯回路的输出端与调速器输入端之间，要设置各种转速限制环节，转速限制环节的输出信号才是转速的给定值。在低负荷区加速时，主机的加速过程可以快一些，常把低负荷区加速时的转速限制称为“加速速率限制”。在高负荷区（通常是在70％额定转速以上）再加速时，转速的给定值要慢慢增加，常把这个过程称为“程序负荷”。作用：限制设定转速在低负荷区（中速区，如

30%～70%额定转速范围）内的变化率，以防主机因加速过快而导致机械过载。特点：加速时，加速速率随转速上升逐渐减小；减速时，减速速率随转速降低逐渐增大（即加速慢，减速快）。实现：分级延时阀（气动遥控系统）；阻容回路（电气遥控系统）。1.加速速率限制4.4.4主机加、减速程序控制（1）气动加速速率限制（关键元件－分级延时阀）起动油量信号<30%，阀B直通；信号>30%，B阀节流。起动信号1.加速速率限制（2）电动加速速率限制A1——电压比较器A2——差动输入比例运算器（输出始终为负）A3——电压跟随器

1.加速速率限制靠电子开关控制电容充放电实现功能。加速时，A1输出“1”，SW的1－15闭合，电容C充电；减速时，A1输出“0”，SW的2－15闭合，电容放电。LD在UO1接近UI1时闪光，在减速时常亮。（2）电动加速速率限制1.加速速率限制说明：起动时无速率限制作用（起动油量信号uss经电压跟随器A3、二极管D2直接向C充电）。2.程序负荷作用：对设定转速在高负荷区（如70%～100%额定转速范围）内的加速或减速过程进行时序控制，防止主机热负荷波动过大。应急时可取消程序负荷。4.4.4主机加、减速程序控制（1）气动程序负荷回路实现：在气动遥控系统中，由节流元件和气容组成的

惯性环节实现程序负荷功能。2.程序负荷（2）电动程序负荷回路2.程序负荷程序加、减速控制：离港与进港按钮实现，采用计数式程序负荷控制频率控制回路根据进港与离港信号来选择时钟脉冲发生器的定时回路输出相应频率的脉冲作为程序计数器的计数脉冲。程序计数器在加、减速控制回路的控制下，在加速时作减数计数，在减速时作加数计数。程序计数器输出二进制计数值需经D/A转换器转换成相应的电压ULP，然后再由选小器将ULP与车令设定转速In，进行选小，使主机的设定转速在离港或进港时按预先调定的程序负荷速率加速或减速。4.4.5转速限制（1）轮机长最大转速限制

应急时可取消。（2）最低稳定转速限制

作用：防止主机熄火。（3）最大倒车转速限制（4）故障转速限制（SLOWDOWN限制）

应急时可取消。（5）临界转速自动避让1.轮机长最大转速限制（手动最大转速限制）应急时可取消轮机长最大转速限制.4.4.5转速限制在柴油机全部工作转速内可能有两个或两个以上共振区，其中最大的共振区称为临界共振区，对应的主机转速叫临界转速。柴油机在临界转速区工作时，产生的扭转振动应力将超过材料的允许应力。因此，柴油机在运行期间必须避开临界转速区。其原则是不在临界转速区内运行，快速通过临界转速区。

2.临界转速的回避4.4.5转速限制4.4.5转速限制

避上限：转速设定值落在临界转速区时，自动使主机在临界转速的下限值运行；避下限：转速设定值落在临界转速区时，自动使主机在临界转速的上限值运行；避上下限：加速时避下限，减速时避上限（或反之）。在实际应用中，为使该环节结构简单，多采用避上限回避临界转速的方式

2.临界转速的回避Ps<Pa,P0=PsPa<Ps<Pb,P0=PaPs>Pb,P0=Ps（1）气动临界转速避让回路

2.临界转速的回避（2）电动临界转速避让回路

2.临界转速的回避电压比较器下限值上限值

3.最低稳定转速限制最低稳定转速限制：保证主机运行转速不低于其最低稳定转速。A9、A10、R14、R15、D构成选大器。

4.最大倒车转速限制和故障降速转速限制负荷限制用来限制主机的供油量，防止主机超负荷，故又称“燃油限制”。

4.4.6负荷限制1.增压空气压力限制

根据增压空气压力限制最大允许供油量。防止主机喷油量增加过快，而增压空气的压力不能及时增大。

应急情况下，可以取消电动增压空气压力限制环节的限制功能。2.转矩限制

根据给定转速或测量转速限制最大允许供油量。限制主机的机械负荷和热负荷，防止主机超负荷运行。

3.最大油量限制

轮机长手动限制主机的最大供油量，限制量一般为额定油量的（50-100%）。应急情况下，可以取消限制功能。4.4.6负荷限制1.增压空气压力限制作用：使Fkm（增压空气压力所允许的最大供油量）随Pk（增压空气压力）的变化而变化，避免主机加速过程中因油多气少而冒黑烟。根据增压空气压力的大小来限制主机的最大允许供油量。

4.4.6负荷限制1.增压空气压力限制4.4.6负荷限制在应急情况，按下“应急操纵”按钮，可取消增压空气压力限制。调整P1可调整比例运放的输出斜率，P1对地电阻增大，放大器的放大系数减小，允许供油量减小。由电位器P2调整起动供油限制值UM。2.转矩限制作用：对应一定的转速ns或n，就有一定的最大允许供油量Fnm，即用转速限油量的方法来实现转矩限制，以限制主机的机械负荷。方式：

①由设定转速限制油量（PGA调速器、AC-Ⅲ系统采用）；

②由实际转速限制油量（AC-C20系统采用）。4.4.6负荷限制2.转矩限制

1）起始段起始油量电压Ua（通常对应额定油量的50%～60%）不随ns变化。Ua越小，转矩限制作用就越提前。Us<Ua，A1为电压比较器。

2）限制段Unm随ns的增大而增大。斜率越小，转矩限制作用就越强。Us>Ua，A1为同相输入的比例运算放大器。4.4.6负荷限制3）调整将P1抽头上调，限制起始值和起始油量增大，反之减小；将P2调大，同一转速下的允许供油量增大，反之减小。2.转矩限制4.4.6负荷限制3.轮机长最大油量限制（手动最大油量限制）

4.4.6负荷限制A3、A10、R0构成选小器，电位器P10轮机长最大油量限制整定值

IE非为应急操纵取消限制信号DGS8800e数字调速系统概述计算机控制的全数字式调速系统可接受4-20mA电流、-10-10V电压、0-5KΩ电阻信号三种转速设定输入信号适于定螺距系统（FPP，FixedPitchPropeller）又适于可变螺距系统（CPP，ControllablePitchPropeller）。螺距信号是-10-10V电压、0-5KΩ电阻信号。包括两个INTEL8088CPU组成相对独立的微机子系统。能计算处理测量信号和控制信号，包括按钮选择，参数调整，系统试验，伺服装置对燃油电动执行器的驱动功能。4.4.7DGS-8800e数字调速系统1.系统组成及工作原理（1）系统组成调速系统由5个单元组成：1）驾驶台和集控室的发令装置2）电源变换单元3）数字调速单元（DGU8800e包括数字伺服单元、电动执行单元）4）转速检测装置5）扫气压力检测单元4.4.7DGS-8800e数字调速系统1.系统组成及工作原理（2）系统工作原理作用：根据转速设定值来控制燃油执行机构执行器的位置，使主机转速保持在设定转速上。4.4.7DGS-8800e数字调速系统1.系统组成及工作原理（2）系统工作原理两个闭环控制系统：转速PID反馈控制系统，油门PI反馈定位系统（又称执行机构）一个内部闭环是由DSU001数字伺服单元、执行马达以及马达转速测量环节构成的马达转速闭环控制回路。4.4.7DGS-8800e数字调速系统2.系统主要功能转速控制系统的主要功能：把转速设定值与转速测量值进行比较、对偏差进行PID运算、再经负荷等限制后，可输出两种（4~20mA电流信号或0~10VDC电压信号）对应于主机燃油油门杆位置（即执行机构位置）的油量控制信号到执行机构。4.4.7DGS-8800e数字调速系统2.系统主要功能执行机构的主要功能：接受来自转速反馈控制系统的油门杆位置指令和从油门杆机构来的实际油门开度信号，根据两者之偏差，按PI规律运算，输出油门调节信号使执行器对高压油泵的燃油齿条进行定位。4.4.7DGS-8800e数字调速系统3.调速器（REGULATOR）

（1）调速器的运行模式1）正常（NORMAL）模式2）空闲（IDLE）模式3）设定值（SETPOINT）模式4）试验（TEST）模式5）校验（CALIBRATION）模式6）自检（SELFTEST）模式4.4.7DGS-8800e数字调速系统3.调速器（REGULATOR）

（1）调速器的运行模式4.4.7DGS-8800e数字调速系统3.调速器（REGULATOR）

（2）调速器运行指示灯1）运行模式指示灯2）运行状态指示灯3）报警指示灯4）显示器和试灯按扭4.4.7DGS-8800e数字调速系统3.调速器（REGULATOR）

（3）调速器的三种特殊控制模式1）恒定供油量控制模式（CONST.FUEL）2）恶劣海况控制模式（ROUGHSEA）3）燃油设定值控制模式（FUELSETPNT）4.4.7DGS-8800e数字调速系统3.调速器（REGULATOR）

（4）调速器的参数查询及修改1）调速器参数及参数类型Op.Code0（遥控系统参数类型代码）用于正常操作中常用参数的设置和查询，是系统上电时默认参数显示类型。分为用户1参数和用户2参数。用户2参数受保护参数，对其查询或修改时需要先把修改锁打开。Op.Code1（功能调节类参数类型代码）描述主机的特性和定义系统的功能性参数Op.Code2（输入输出通道信号代码）基本I/O参数，用于定义各个模拟量和开关量输入通道的特性4.4.7DGS-8800e数字调速系统3.调速器（REGULATOR）

（4）调速器的参数查询及修改2）调速器参数显示器PARAMETERNO区的显示器用于显示参数编号.UP和DOWN键的作用DATAVALUE区的显示器用于显示该参数的数值或状态。如果要修改某参数，则要配合“CHANGELOCK”修改锁和“SERVICECODE”维修密码。修改参数后，必须按下“SAVE”按钮进行保存。4.4.7DGS-8800e数字调速系统3.调速器（REGULATOR）

（4）调速器的参数查询及修改3）调速器参数整定和服务密码的使用选择“密码”转换Op.Code类型和参数调整复位“密码”和保存调整结果4.4.7DGS-8800e数字调速系统3.调速器（REGULATOR）

（5）调速器（Regulator）模拟试验功能5种模拟输入信号的选择按钮：模拟车令CMD、模拟转速RPM、模拟螺距PITCH、模拟扫气力压SCAV或校验CAL。4.4.7DGS-8800e数字调速系统4.电动执行机构（ELECTRICACTUATOR)4.4.7DGS-8800e数字调速系统（1）执行机构的组成：执行机构子系统由数字伺服单元（DSU）电动执行器两部分组成，数字伺服单元包括电源（ABS)、执行器位置控制器和伺服驱动器（SBS），电动执行器包括伺服电机和减速装置。4.电动执行机构（ELECTRICACTUATOR)4.4.7DGS-8800e数字调速系统（1）执行机构的组成燃油齿条位置即伺服电机输出位置通过安装在伺服电机非负载端的绝对编码器进行检测。是电动执行器的位置反馈信号，又是转速调节器的反馈信号；伺服马达转角和角速度反馈是由旋转变压器实现的。4.电动执行机构（ELECTRICACTUATOR)4.4.7DGS-8800e数字调速系统（1）执行机构的组成1）DSU数字伺服单元DSU数字伺服单元控制箱两路电源由三相220VAC输入、135VAC输出的变压器（TRAFO001）供给的三相伺服电机动力电源，变压器输出功率是3.6KVA；由220V单相电源提供的控制电源。控制箱内包含一个ABS电源、SBS伺服放大器和一个为DGU8800e供电的24VDC电源。在伺服驱动器电路中，D1-D6起到整流作用4.电动执行机构（ELECTRICACTUATOR)4.4.7DGS-8800e数字调速系统（1）执行机构的组成2）ELACT001执行器ELACT001由三相无刷永磁同步伺服马达、减速装置和角度传感器Resolver（用于测量伺服电机转角位置和角速度，常称旋转变压器）和检测电机输出位置的绝对编码器AbsoluteEncode组成4.电动执行机构（ELECTRICACTUATOR)4.4.7DGS-8800e数字调速系统（1）执行机构的组成2）ELACT001执行器A.旋转变压器伺服电机的转角位置和速度反馈机构（Resolver）是一个只有电磁绕组，不含任何电子元件的旋转变压器。结构原理4.电动执行机构（ELECTRICACTUATOR)4.4.7DGS-8800e数字调速系统（1）执行机构的组成2）ELACT001执行器2）ELACT001执行器B.电动执行机构刹车电路马达具有内建的自动防故障装置，一旦出现系统故障或系统失电，马达能够停留在原来的位置，确保主机保持原有转速不变。4.电动执行机构（ELECTRICACTUATOR)4.4.7DGS-8800e数字调速系统（1）执行机构的组成2）ELACT001执行器B.电动执行机构刹车电路马达具有内建的自动防故障装置，一旦出现系统故障或系统失电，马达能够停留在原来的位置，确保主机保持原有转速不变。4.电动执行机构（ELECTRICACTUATOR)4