发动机控制系统WECS-9500.doc

YMD-SULZER RT-flex发动机 控制系统WECS-9500YMD-SULZER RT-Flex58T-B发动机控制系统WECS-9500目录1 总述2 元件3 发动机相关的控制功能31 总述32 燃油压力控制33 伺服油压力设定点34 与WECS-助手的联系35 WECS-9500与外部系统的联系36 监控和设定功能37 曲轴角度传感器4 气缸相关的功能41 总述42 CCM的功能说明43 VDM的功能说明1 总述计算机化的发动机控制系统WECS-9500是专门为采用SULZER共轨技术的二冲程发动机设计的，其主要控制功能如下：- 起动，换向和停车- 喷油定时（包括VIT）和排气定时（包括VEO和VEC）- 燃油槽轨压力- 伺服油压力和排气阀驱动- 冗余度和监控功能遥控系统（RCS）独立于WECS-9500，但与其紧密相连，并作为船舶操纵人员与发动机控制系统之间的界面。在DENIS-9接口规范中所定义的功能如下：- 车钟，转速检测，起动程序，遥控指示，报警，降速和安全停车。2 元件相关的元件及其连接如图1所示。除WECS-助手之外，其余所有元件都装在发动机上。WECS-助手一般都装在集控室里。WECS-9500的主要元件有：- 公共电子单元（COM-EU），每台机一套（图2）。- 气缸电子单元（CYL-EU），每缸一套（图3）。输入电源曲轴角度传感器传感器1#缸执行器助手船上报警系统安全系统转速控制选择器控制油系统燃油泵执行器燃油系统机旁备用控制遥控备用控制遥控伺服油P/P执行器伺服油系统WECS-9500发动机控制室 图1 WECS-9500相关元件至气缸电子单元选择/选定的信号至气缸电子单元起动阀信号：来自液位压力等控制油泵燃油泵执行器机旁备用控制遥控备用控制燃油泵执行器传动信号来自/至- 遥控系统- 转速控制- 安全系统- 船上报警系统- WECS-9500助手信号来自/至桥楼和控制室子模块子模块选择/信号正常选择/信号正常选择器 图2 公共电子单元COM-EU有冗余的曲轴角度传感器喷油量信号排气阀信号#2排气阀信号#1起动阀控制初始设置脉冲初始设置脉冲轨道阀准时排气控制信号轨道阀准时轨道阀准时喷油控制信号喷油控制信号轨道阀准时喷油控制信号只到1#和2#缸的CCM10的信号排气轨道阀位置传感器燃油轨道阀起动阀伺服油泵执行器位置传感器喷油量传感器上死点信号 图3 气缸电子单元CYL-EU3发动机相关的控制功能31 总述由MCM（主控制器模块）对发动机相关的功能进行控制和监控。所需要的功能包容在每台机一套的模块中，与发动机的缸数无关。然而，为安全起见，安装了两套模块，即一套在运行，另一套在“热准备”模式。这就是说，它的CAN（控制总线）连接和电源总是在运行状态，如果现役MCM断开，通过控制室的按钮可越过ASM（匹配选择器模块）设定备用模块接替工作。除WECS内部控制和监控功能外，MCM还被用作转速控制器、报警系统和DENIS-9等外设的界面。MCM控制的功能：- 燃油压力控制- 伺服器压力控制- WECS-9500与外部系统的联系- 监控功能- 控制油泵32 燃油压力控制燃油升压泵（动力装置）燃油泵执行器驱动燃油泵执行器供油单元传动燃油泵燃油释放阀中间燃油蓄压器主轴承油燃油压力控制阀燃油切断阀燃油槽轨喷射 图4 燃油压力控制起动： 起动时，燃油泵执行器被设定在起动设定位置。发动机运行：燃油压力取决于发动机负荷。燃油槽轨压力控制回路基本上如下所述：- MCM通过CAN从CCM（气缸控制模块）收到发动机转速信号。- 从MCM输出信号至执行器驱动和执行器。- 依据气缸数量，每个执行器通过齿条调节两台或三台燃油泵。- 两个压力传感器测量燃油槽轨里的压力，反馈给MCM。安全停车：安全停车时，燃油泵执行器被设定到0位，燃油切断阀被安全系统执动。321 应急模式一台执行器失效：如果一台燃油泵执行器失效，其调节杆系保持在原位或被弹簧拉至最大位置。另一台执行器仍然控制燃油压力。在适当负荷以下的多余燃油由燃油压力控制阀释放掉。燃油槽轨无控制油加压：发动机仍然可以起动，但起动空气的消耗量将增加。322 监控压力：压力被监控，如果超出公差，就指示有故障。传感器：传感器也被监控，如果超出范围或差值过大，就指示有故障。33 伺服油压力设定点伺服油和控制油=附加过滤过的滑油控制油泵伺服油泵带内部压力控制器供油单元传动安全阀压力保持阀安全阀伺服油槽轨排气阀驱动至喷油控制单元 图5 伺服油压力控制331 压力设定点每台伺服油泵内部都配备了带有电设定点的机械压力控制器。该设定点是频率为60-100Hz，0-2.5安培（DC）的脉冲宽度调制信号。设定点主要是发动机负荷的功能。它在MCM里产生并传送到CCM。一个闭路控制补偿油泵和伺服油槽轨之间管路里的压力损失。每个CCM提供一个输出，这种分散性增加了伺服油系统的适用性。332 应急模式一台伺服油泵失效，系统仍可保持运行。负荷由另一台泵负担。333 传感器监控压力： 压力被监控，如果超出公差，就指示有故障。传感器：传感器也被监控，如果超出范围或差值过大，就指示有故障。34 与WECS-助手的联系341 参数设定参数分为两组：- 用户参数，进入不用口令。- 专家参数，进入需用口令。用户参数，如最大燃油限制、磨合模式、FQS可由发动机操作人员调整。专家参数只能由发动机生产厂的服务人员改动，主要是在主机提交的时候。典型的专家参数是发火顺序，它只设定一次。342 显示有关WECS-9500当前状态的信息，在WECS-助手的屏幕上可以看到。这些信息包括传感器的测量值、报警显示、参数设定值以及趋势线。（详见flex View 软件）35 WECS-9500与外部系统的联系351 遥控系统（RCS）发动机的所有运行命令，如正车或倒车，都由RCS按照操作人员的要求发出。在另一方面，MCM产生一个超出实测燃油量信号平均值的负荷信号给RCS。有两个扫气压力信号通过WECS-9500传送给RCS，因此信号有冗余。如果WECS-9500检测出一个故障，它就发出报警信号给船上报警系统或发出降速/安全停车信号给安全系统。352 转速控制器发动机的转速控制器是一个独立的电子装置，不是WECS-9500的一部分。WECS-9500从转速控制器接收燃油命令信号。MCM把此信号分配给所有的CCM，这就是要喷射的油量的设定点。如果转速控制器失效，发动机也可以在备用模式下用手动调整燃油命令信号来运行。！注意！如果发动机带动可调节距螺旋桨（CPP），在备用模式下运行一定要锁定螺旋桨节距，以防超速。353 报警系统WECS-9500内的每一个故障都产生一个“WECS小报警”、“WECS大报警”或“停缸”。详见flex View 软件。36 监控和设定功能361 模块辨识需要有一个识别器和一个奇偶通道以分辨哪一个MCM在运行模式，哪一个MCM在“热准备”状态。362 泄漏检测flex组件的整套液压系统由几个液位开关进行监控，能发现某一部位或系统的非正常泄漏。363 传感器监控所有传感器都有上、下监测范围，如果出现测量差值能给出显示。37 曲轴角度传感器在自由端装有两个曲轴角度传感器，由曲轴通过联轴器带动。它们提供一个绝对角度信号（非增量信号）。信号被传送到每一个CYL-EU。信号必须与飞轮上的读数进行比较，如果必要需在WECS-助手里对补偿值进行重新调整。4 气缸相关的控制功能41 总述每一个气缸都装有气缸电子单元（CYL-EU），其中包括CCM（气缸控制模块）和VDM（阀驱动模块）。有冗余的CAN总线提供CYL-EU与COM-EU之间的联系。CYL-EU通过冗余的曲轴角度信号线缆接收曲轴角度信号。如果哪一个CYL-EU出故障，相应的缸就被停掉，而其它的CYL-EU照常运行。CYL-EU控制的功能：- 容积喷射量控制，包括VIT- 排气阀控制，包括VEO/ VEC- 起动控制阀控制- 一台伺服油泵的控制信号- 功能的监控和显示42 CCM的功能说明421 容积喷射量控制燃油槽轨燃油喷油器孔板喷射控制阀油量活塞油量信号喷射轨道阀控制油图示所有元件均在不喷射的位置 图6 燃油喷射控制喷油器控制功能：各缸的所有喷油器及其相应的轨道阀都是单独控制的，但有一个公共的燃油喷射量反馈信号。通常，一个缸的几个喷油器是一起动作的，每循环喷射一次。在特定运行模式下，可采用一个或两个喷油器喷油，或间断喷射（多次喷射模式）。为改善雾化状况，在低负荷时，一个或两个喷油器被自动关闭。用VDM来放大输出的控制信号，以达到轨道阀要求的信号水平。喷射控制的顺序：燃油喷射被控制如下：- 根据曲轴角度和VIT计算喷射始点角度。- 执动轨道阀触发喷射。- 喷射触发信号与有效喷射开始之间的时间差被称为“喷射始点空载时间”。有效喷射开始通过油量活塞的移动来检测。- 通过油量活塞的行程测量实际喷油量。- 通过对比喷油量和来自转速控制器的燃油命令信号，计算喷射的结束。- 对于下一个喷射循环，根据前一个循环的实测空载时间来计算始点空载时间。- 在每一个循环都对喷射系统的功能进行监控，如果出现不规则情况就采取必要的动作。换向功能：对于倒车运行发动机，过程是按上死点对称的。应急模式：如果油量传感器坏了，控制系统按一个时间周期转换来自主控制器的燃油命令信号，该缸就成为定时喷射控制。422 排气阀控制 约空气弹簧空气位置传感器伺服油隔离装置排气控制阀排气轨道阀图示所有元件在关闭位置 图7 排气阀控制排气阀功能：发动机每转排气阀打开和关闭一次，其运动由两个位置传感器测量。CCM控制排气阀的打开和关闭。用VDM来放大输出的控制信号，以达到轨道阀要求的信号水平。排气阀控制顺序：排气运动被控制如下：- 排气阀的打开命令根据曲轴角度和VEO来计算。- 触发开阀轨道阀。- 测量开阀空载时间：从0-15%阀行程位移的时间。- 排气阀的关闭命令根据曲轴角度和VEC来计算。- 触发关阀轨道阀。- 测量关阀空载时间：从100-15%阀行程位移的时间。- 在一整圈后，下一个循环的定时控制根据前一个循环的空载时间进行修正。换向功能：对于倒车运行发动机，过程是按上死点对称的。应急模式：如果一个位置传感器坏了，处理过程继续由另一个传感器进行。如果两个位置传感器都坏了，相应缸就按定时控制模式继续运行。423 起动控制阀控制CCM每转在规定的曲轴角度内打开和关闭起动阀一次，直到发动机运行起来为止。换向功能：对于倒车运行发动机，过程是按上死点对称的。424 一台伺服油泵的控制信号用于泵电磁阀的输出：60-100Hz，0-2.5安培（DC）的脉冲宽度调制信号。伺服油泵控制功能：压力控制器安在MCM里面，但三台伺服油泵的电磁执行器每个由一个CCM驱动。425 监控和设定功能曲轴角度信号监控：两个曲轴角度信号和上死点信号相互进行比较。如果三个信号在一定的公差内不相符合，就显示报警、降速或安全停车。轨道阀准时测量：只要阀活塞一动，轨道阀的供给就被切断。它的准时被测量并在WECS-助手上显示。这样可对轨道阀的状态进行某些分析。初始设定脉冲：由于轨道阀是双稳态的，所以它的初始位置不确定。因此，在发动机备车时，要先给轨道阀设定脉冲，以获得确定的位置。模块辨识：模块的辨识是需要的，以分辨各缸的CCM。对于各缸来说，发