第四节 AC C20的控制功能.doc

第四节 AC C20的控制功能 一、逻辑控制 1、封锁起动功能封锁起动是指在某些特定情况下，不允许主机进行起动的一项安全措施。在AC C20遥控系统中，只要出现下列任意一种情况，都将激活遥控系统的封锁起动功能。（1） 主机故障停车。当主机安保系统检测到某种严重故障而导致故障停车时，将封锁主机的起动操作。故障停车的具体原因可通过ACP上的mimic画面查询。（2） 起动空气压力低。为保证主机的成功起动，必须保证有足够的起动空气压力，起动空气压力的最低值可在ACP面板上进行设置。当空气压力低于设定压力时，将封锁起动。（3） 转速检测故障。转速时主机起动过程和运行的关键性参数，当转速监测系统发生故障时，主机不允许起动。（4） 调速器脱开。当进行机旁操作时，油门拉杆是人工通过气动操作系统进行手动操纵的，油门拉杆离合器应从调速器执行机构断开，合向手动拉杆。此时，主机的气动操纵也是在机旁进行的，因此不允许遥控系统发出起动命令。（5） 封锁主起动阀。出于安全的考虑，当主机停止工作时，主启动阀必须手动置于封锁位置。因此，在进行主机起动之前，必须将主启动阀置于工作位置。（6） 封锁空气分配器。和主启动阀一样，在主机停止工作时，还要封锁空气分配器。在主机起动之前，必须将空气分配器的封锁解除。（7） 盘车机未脱开。如果盘车机齿轮未从主机飞轮脱开，主机的起动时严格禁止的。2、 主机的起动功能在主机处于备车完毕状态下，只要将驾驶台操作手柄从停车位置扳向正车（或倒车）任意位置，主机都将自动地进行正车（或倒车）起动。（1） 正常起动当驾驶台手柄发出起动命令时，遥控系统将通过 MEI 触发起动电磁阀动作，使起动空气按空气分配器规定的顺序进入主机气缸，推动主机起动。同进，系统将向调速器送出一个预设的“起动转速设定值”。当主机转速达到油气切换转速时，关闭起动空气，调速器送出一个预设的油量作为起动油量（该起动油量将在主机转速超过“起动转速设定值”时自动取消，切换为按调节规律输出的计算油量）。若起动成功，则主机在“起动转速设定值”下运行某一预设时间（一般为6秒，可调）后自动切换为手柄设定转速。（2）慢转起动当满足慢转逻辑条件时，主机的第一次起动包含一次慢转过程。若在规定时间内完成曲轴的一圈慢转，则自动进入正常起动程序，否则将在驾驶台和集控室发出慢转失败报警。慢转起动功能可在 ACP 上操作“取消限制”按钮加以取消。此外，是否有慢转功能还和主机的机型有关。（3）重复起动若起动空气切断后，主机未能在燃油的维持下持续运行（即起动失效），则系统将进行自动重复起动。第二次和第三次起动的“起动转速设定值”要比第一次起动高(重起动设定转速）。若第二次起动失败，则将进行第三次起动；若第三次起动失败，则将发出起动失败报警。（4）重起动在重复起动和应急倒车的情况下，遥控系统将自动提高“起动转速设定值”，调速器因此向伺服控制单元输出一个较大的油门拉杆位置设定值，使伺服控制单元给出一个较大的起动油量，提高主机起动的成功率。（5） 起动失败报警慢转起动、一次起动时间过长和三次起动失败等三种情况均被视为起动失败，并在驾驶台和集控室的 ACP 上发出起动失败报警。将操作手柄扳回到停车位置可对起动失败报警进行复位。3、 换向功能AC C20的换向功能分一下三种情况：（1） 停车换向当主机处在停车状态下，驾驶台将车令手柄从停车位置扳倒正车或倒车位置，且车令与主机的转向控制装置位置（包括空气分配器凸轮轴位置和各个高压油泵的滚轮位置）不一致时，遥控系统将首先执行换向操作，当换向完成后在进入起动程序。（2） 运行中换向当主机在运行状态下，驾驶台将车令手柄从正车（或倒车）扳到倒车（或正车）位置时，遥控系统将首先停油减速，并进行换向操作和反方向起动。若当前转速高于制动转速，则当转速下降到制动转速时进行换向，并进行强制制动，以加快主机反转的过程。（3） 应急倒车应急倒车时运行中换向的一个特例，即驾驶台手柄从全速正车直接扳到应急倒车位置时的一种紧急操作。一般情况只在船舶避碰的情况下才使用，因此也称为避碰倒车（CrashAstern）。在应急倒车情况下，遥控系统将有如下动作：1 驾驶台和集控室 ACP 上显示“Crash Astern”；2 发出主机停车命令；3 主机转速下降到制动转速；4 对主机进行换向，换向结束后打开起动空气进行强制制动；5 重起动和取消限制命令送到调速器，进行重起动，并取消各种限制；6 倒车转速达到油气切换转速时切断起运空气，调速器供油。4、 停车功能当车令手柄扳至停车位置时，遥控系统通过 MEI 控制停车电磁阀动作，各个高压油泵泄压阀动作，使主机停车。同时，停油信号还将送至调速器，使调速器输出油量为零。另外，在驾驶台、集控室和机旁控制台的车种钟面板上还设有应急停车按钮，在应急情况下按下应急停车按钮，将通过主机安全单元（ESU）进行应急停车。5、 其他辅助功能AC C20遥控系统还提供了以下辅助功能：（1） 辅助风机控制系统可以控制1至3个辅助风机，在主机低负荷条件和起动之前，可在集控室指示面板上通过手动或自动的方式起动或停止风机的运行。在自动模式下，风机的起停由扫气箱压力传感器控制。当扫压力达到0.065MPa时风机自动停止。（2） 燃油凸轮监控燃油凸轮监控功能可确保在换向过程中所有的燃油凸轮都能动作到位，以便主机能按照希望的方向正确起动。（3) 电子VIT控制（可选功能）作为一个可选功能，AC C20遥控系统可提供电子VIT控制功能，以取代机械式VIT机构。（4） 气缸追加润滑（可选功能）当监测到主机负荷在相对长的时间内有明显增加时，调速器将控制气缸注油系统的一个电磁阀动作，使得注油量在原来的基础上额外增加，更好地适应主机负荷的变化。这是针对MAN B&W主机的可选功能。（5） 可变气缸切换该功能是针对主机的低负荷和低转速情况设计的，也称气缸切除（Cylinder Cut Out，CCO）。当主机的负荷和转速都比较低时，可将主机的工作气缸分为两组， 并且只让其中一组工作，即只有一半的气缸在同时工作。其目的是保证主机的低转速和低负荷情况下的运转能够更加平稳。考虑到各缸热负荷的均匀以及避免气缸润滑油的浪费，两组气缸一般按照时间顺序进行轮流工作。但是，为保证主机的安全起动，从主机起动直到稳定运行期间，气缸切除功能将被屏蔽。另外，如果“取消限制”功能被激活，或者手柄设定转速和实际转速偏差超出预定的范围，也必须保证所有的气缸同时工作。二、转速控制AC C20的主机转速控制系统由测速单元、数字调速器、伺服控制单元和电动执行机构组成，如图14-4-1（a）所示。为确保测速可靠，测速单元采用了两套 CAN 节点式测速模块 （RPME) ，即通过两个DPU 对来自测速探头的脉冲信号进行处理，转换为主机实际转速值，并以数字信号输出。 转速测量值通过两种方式送给数字测速器（DGU），一种是通过 RS422/485 通信接口直接连接，另一种是通过 CAN 总线连接，两种连接互为备用。DGU 一方面通过CAN 网络和 RS422 接口接收转速测量信号，另一方面通过 CAN 网络接收操作手柄发出的手柄设定转速，其控制输出通过 RS422/485 通信送给伺服控制单元，由伺服控制单元进行位置反馈控制和功率放大后驱动伺服马达，对油门拉杆进行精确定位。主机转速控制系统的逻辑结构如图14-4-1（b）所示。手柄设定转速经各种转速限制环节后作为转速设定值与来自测速单元的转速实际值相比较，得到转速偏差，经 PID作用规律获得控制输出。PID 控制的输出再经燃油限制（负荷限制）和输出补偿（如非线性补偿）得到数字调速器的最终油量输出，送给伺服控制单元。调速器的输出可以理解为燃油给定值（即油门拉杆的希望位置），而伺服控制单元实质上是一个局部反馈控制器。伺服控制单元将油门拉杆设定值与来自伺服马达的绝对编码器所反映的油门拉杆实际位置比较后，根据偏差和控制规律驱动伺服马达带动油门拉杆动作，直到油门拉杆位置与调速器希望的位置相符为止。为保证主机能在控制系统失电情况下仍能继续运转，调速系统的伺服控制单元设置了对伺服马达的刹车功能。一旦控制系统失电，伺服马达将被锁定在当前的位置，使主机以当前的输出油量继续工作。恢复供电后，调速系统自动转入正常工作。3、 转速与负荷限制主机的转速与负荷限制是转速控制系统的附加功能。AC C20 主机遥控系统采用了 DPU式数字调速器（参见图14-4-1），调速器根据转速设定值和实际测量转速的偏差进行 PID 调节，实现对主机的加减速荷转速定值控制。但作为转速控制对象，船舶柴油主机具有一定的特殊性，为了防止主机超负荷，AC C20在数字调速器的软件中设有各种转速限制和负荷限制功能。1、 转速限制转速限制包括加速速率限制、负荷程序、最低转速限制、轮机长最大转速限制和临界转速回避等。转速限制的概念和功能在已在第十一章阐述，在AC C20 系统中，以上各种限制都是通过计算机软件实现的。（1） 最大转速手动限制通过 ACP 的菜单操作可以对主机允许的最大转速限制参数进行修改，当手柄转速设定值超过这预设转速时，实际送至 PID 算法程序的转速设定值将受到限制，如图14-4-2所示。由于这一限制通常由轮机长根据主机的工作状况进行设置，因此也称为轮机长最大的转速限制。（2） 负荷程序当驾驶台手柄推到“Nav.Full”（海上全速）位置时，从“Full”（全速）至“Nav.Full”（海上全速）加速段将实行程序慢加速；同样，当手柄从“Nav.Full”（海上全速）扳至“Full”（全速）或“Full”（全速）以下时，从“Nav.Full”（海上全速）至“Full”（全速）减速段出可实行程序慢减速。程序慢加速和程序慢减速统称为负荷程序。系统进入负荷程序时，ACP将提示”Load up program active”和Load up program active”。加速和减速速率可通过ACP上的菜单操作进行编辑，通常慢加速时间为30min，而慢减速时间为15min。程序负荷限制曲线如图14-4-3所示。（3） 加、减速速率限制当主机在“Full”（全速）转速以下区间进行加速或减速时，系统将进行加、减速速率限制。其加、减速速率大小通过ACP设定。（4） 最低转速限制最低转速限制的转速值对应主机的最低稳定转速，当转速设定值低于这一限制时，遥控系统将以此最低转速送至调速器的PID算法程序，确保主机能够稳定运行。（5） 自动减速限制当主机出现异常情况需要减速运行时，遥控系统将根据引发降速的原因，在 ACP 上显示“可取消降速”或“不可取消降速”报警。在预警时间内，对于“可取消降速”，可通过“CancelSLD”按钮取消。预警时间过后。安全单元将发出自动减速命令，主机将自动减速至预先设定的某一转速运行，即进行自动转速限制。（6） 临界转速限制AC C20系统最多可设置两下临界转速区，均采用上、下回避策略，即加速过程采用避上限，减速采用避下限。若主机在临界转速区运行的时间过长，则在ACP上产生“CriticalRPM”报警。2、 负荷限制在数字调速器中，经PID控制算法得到的油量信号还要经过油量限制环节才能作为油量输出值送给伺服控制单元。这种限制是为了确保主机不超负荷而设置的，即负荷限制。在AC C20系统中，负荷限制包括增压空气压力限制、转矩限制和最大油量手动限制，均通过软件实现。增压空气限制程序根据扫气箱压力传感器测得的扫气压力，对允许的供油量进行分段限制，如图14-4-4（a）所示。转矩限制是根据主机的实际转速来进行限制的，即根据测量转速值的大小对允许输出的供油量进行分段限制，如图14-4-4（b）所示，最终送至伺服控制单元的油量值为PID计算值和各种限制值当中的最小值。14-4-4所示的曲线可根据实际需要在通过ACP 进行修改。最大油量手动限制是通过ACP对调速器设定一个最大输出油量值，当数字调速器的计算油量超过这一油量限制时将受到输出限制。和最大转速手动限制相类似，最大油量手动限制也称作轮机长最大油量限制。3、 限制的取消当按下ACP上的“Cancel limit”按钮时，最大转速和最大油量的手动限制可被取消。同时增压空气压力限制和转矩限制值将自动提高10%（可调）4、 特殊工作模式为满足某些特殊情况的需要，AC C20转速控制系统还提供了几种特殊的工作模式。1、 轴带发电机模式当轴带发电机带有恒速装置时，为避免因主机正常减速或自动降速导致全船失电，遥控系统提供了一种可选工作模式，即轴带发电机模式。主配电板上有一路反映轴带发电机并车状态的开关量信号（“轴带运行”信号）送至主机遥控系统，当轴带发电机与电网连接时，要求主机转速必须高于某一规定转速（通常为75%MCR，可调）。2、 恶劣海况模式恶劣海况模式是在风浪天航行时采用的一种可选工作模式，其目的是避免主机因超速而导致停车。在海况恶劣的航行条件下，通过ACP菜单操作可进入恶劣海况模式。的那个转速超过设定的上限转速值时，遥控系统切断燃油供应，迫使主机降速，转速下降到停车复位转速后恢复供应油，然后维持该转速持续运行。此后，若想让主机再按手柄设定转速运行，则需将手柄拉回至复位转速，再推向希望的设定转速。3、 定油量模式当测量转速某一预设时间范围内保持恒定时，调速系统将在指令控制下进入定油量控制模式。此时，测速器将通过伺服控制单元锁定燃油齿条，保持恒定的主机供油量，此时转速将随外界负荷的变化而变化，但转速变差不允许超出规定的范围。转速偏差一旦超限，系统将自动退出定油量模式，转入正常的转速控制模式。需要注意，这种模式并不适用于低转速区间和高转速区间，因为前者有可能导致主机低于最低稳定转速，而后者则有可能使主机超负荷。通过 ACP 操作可限定此种工作模式的允许转速范围。第五节 AC C20的安全保护功能安全保护系统的主要功能是在出现某些特殊情况时对主机进行应急停车或自动降速，确保主机的安全。1、 应急停车应急停车包括自动停车和手动停车2种情况，AC C20的应急停车功能主要通过安全单元ESU的实现。1、 自动停车自动停车是当测试单元（RPME）发出主机超速信号或其他专门的应急停车传感器发生作用时，ESU将指挥停车电磁阀动作，转速控制系统也同时将调速器的输出减少至零位，使主机停车。AC C20一般可设置6个自动停车项目，即“Shut down 1”“Shut down 6”。其中“Shut down 1”固定用作超速停车，其余5个可根据实际需要分配给其他应急停车传感器。在某些特殊场合，若所需的应急停车项目较多，则还可以增加5个额外的定制项目。超速信号来自测速单元，当主机转速超过额定转速的109%（可调）时， RPME 将发出一个继电器触点信号，并通过硬线连接（所谓硬线连接是指非数据连接）连至ESU的第19输入通道（参见图14-2-2）触发自动停车。其他应急停车传感器可以是开关量或是模拟量传感器，若是开关量传感器，则可通过硬线连接直接接到ESU的备用停车通道，若是模拟传感器，则必须通过 CAN 网络将应急停车指令送达ESU。（1） 自动停车的取消对所有的自动停车项目均可通过ACP屏幕操作将其设置为“不可取消（Non cancellable）”或“可取消（Cancellable）”两种类型，一般情况下超速停车应设为“不可取消”。对于不可取消的项目，只要传感器起作用就将立即触发主机自动停车：而对于不可取消的项目，则可分别设置一定的延长时时间，并且在延时范围内可以取消。取消方法有两种，一是在集控室 ACP 上通过屏幕操作对当前出现的自动停车项目进行选择性取消（这种方法与当前操作部位无关），二是在当前操作部位按下“Cancel SHD”按钮进行一次性全部取消。（2） 自动停车的复位一旦发生自动停车时必须在自动停车故障消失