第十三章 现场总线型主机遥控系统.ppt

AUTOCHIEFC20网络型主机遥控系统,一、系统的结构组成驾驶台操作单元集控室操作单元主机接口单元MEI主机安全单元ESU数字调速器单元DGU分布式处理单元,ACC20型主机遥控系统是集控制、报警和安全保护于一体的综合推进控制系统。ACC20采用分布式模块化的设计，分布式模块DPU采用标准化设计，模块之间通过双冗余的CAN现场总线互联。针对不同的船舶和主机类型，可以通过软件进行灵活组态，除了能适用于连接定距桨的可逆转主机之外，还适用于连接变距桨的不可逆转主机，以及各种通过减速齿轮箱连接螺旋桨的中、高速柴油主机。ACC20还适用于MANBWME系列和SULZERRT-flex系列等电喷主机。,ACC20系统采用双冗余的CAN现场总线网络，具有Local和Global两套CAN总线，双处理分段控制器dPSC用来实现两套CAN现场总线间的通信。两套总线互为热备份，系统中的主要单元同时连接到两套总线上。AutoChief系统是一种主从型的多微机控制系统，控制单元并无冗余措施。因此，ACC20系统的可靠性要高得多。,ACC20系统的拓扑结构,ACC20系统可以无缝地集成到同一公司生产的K-Chief500（或DATACHIEFC20）型报警监视与控制系统（也采用CAN总线）中，通过dPSC单元与K-Chief500系统相连。在K-Chief500系统的操作站OS上可以对ACC20系统进行系统组态、参数修改及状态监视，如ACC20系统中各个模块的状态显示，对于使用者十分方便。一些非重要的传感器可以与K-Chief500系统共享，这样就有效地减少了安装和电缆成本。,ACC20系统的拓扑结构,系统文件都储存在K-CHIEF500系统的操作站。打开操作站的ACC20界面，可以看到本船ACC20系统的实际配置框图，包括设备安装位置、工作状态、控制器总线状态；双击DPU图标，可以看到该DPU的各通道号、通道作用、通道参数设置、通道状态、通道报警设定值等。,二、分布式处理单元DPU（DistributedProcessingUnit）,DPU单元（DISTRIBUTEDPROCESSINGUNIT）,DPU是采用模块化设计、具有通信功能的智能化远程IO单元，以单片机作为微处理器，是系统的核心单元。DPU有AI、AO、DI、DO或输入输出混合模块等各种类型，可以根据需要选用。通道数为（832）。,主机安全单元ESU（EngineSafetyUnit）,主机接口单元MEI（MainEngineInterfaceUnit）,主机接口单元MEI和主机安全单元ESU,X1为输入输出接线端子，端子编号采用3位数，个位数为端子号，十位和百位表示通道号（191和192分别代表19通道的第1和第2个接线端子）；X8为CAN1总线的接线端子，X8中的81和83连续网络中的上一个相邻DPU，82和84连接下一个相邻的DPU；X9为CAN2总线的接线端子，与X8类同；X10连接24VDC电源。说明：不论在ACC20主机遥控系统还是在K-Chief500监视与报警系统中，所有DPU的端子名称和编号规律均一致。,MEI（主机接口单元）,作用：专门为主机遥控系统的电动部分与主机气动操纵系统相连接而设计，提供了各种与气动操纵系统接口的开关量和模拟量输入输出通道。主要特性：3个电位器输入，三端连接（4.5V,滑动端,0V)5个电流输入，三端连接(24V,电流输入,0V)14个开关量输入（带线路检查）2个电流/电压输出（+/-20mA和+/-10V）10个电磁阀驱动信号（带断线检查）2个继电器输出对于所有通道进行监视和故障报警自检CAN网络状态、误差管理,ACC20系统采用专门的DPU模块主机安全单元（ESU）来实现主机的SHUTDOWN功能，主机的SLOWDOWN功能则由数字调速系统实现。ESU只有DI和DO通道，DI通道接收主机操作部位、手动应急停车和自动应急停车等开关量信号；DO输出包括转向指示灯、向ALPHA注油器送出主机状态信号和控制应急停车电磁阀动作的电压输出。为确保应急情况下能够可靠地进行应急停车，ESU的许多输入通道与输出通道在内部电路中直接连通，即使ESU故障也不会影响其自动停车功能。,ESU（主机安全单元）,转速检测箱RPMD,2个DPU模块RPME1和RPME2用来对主机转速进行检测和处理，它们安装在一个转速控制箱（RPMD）内。转速检测系统共有2组共4个脉冲式检测探头（NPN输出或PNP输出），一组接至RPME1，另一组接至RPME2，两组测速装置互为冗余。,RPME1和RPME2对探头输入的信号进行计算和处理后得到主机转速的测量值，一方面通过CAN网络送至数字调速单元（DGU）和其它DPU（如ACP），另一方面还以RS422/485通信方式直接送给DGU。当发生主机超速时，RPMD将输出一个开关量信号送至主机安全单元（ESU），在ESU的输出控制下进行应急停车。,DigitalGovernorUnit(DGU)数字调速单元,DGU是为实现主机的转速与负荷控制而专门设计的DPU模块，包含：4个CAN网络接口2个称为全局CAN网络（GlobalCANNet）接口（其接线端子标识为X8G和X9G）与同层网络的其它DPU互连；另外2个称为局部CAN网络（LocalCANNet）接口（其接线端子标识为X8L和X9L），用于在系统中进行网络扩展。2个RS422/485接口一个连接转速检测模块RPME，直接获取主机的转速测量值，另一个向油门执行机构的伺服单元传送调速器的油量输出信号（即油门位置信号）。,DGU在转速控制过程中所需的所有参数命令均通过CAN网络获取。若在驾驶台或集控室以单手柄车钟（LTU）操作，则手柄设定值直接通过网络传送；若在集控室通过“主机起/停与转速设定杆”进行手动操作，则手柄发出的电位器输出信号经过MEI处理后再由网络送至DGU。此外，在ACP上针对调速器所进行的各种参数设置也通过网络传送。DGU具有与主机调速有关的所有功能，如加速速率限制、负荷程序、增压空气压力限制和自动调速等，并且可以独立工作。即使网络通信失效，也能以当前设定转速为设定值继续工作。,RemoteAnalogueInput(RAi-16),三、ACP和LTU,驾驶台操作单元和集控室操作单元主要包括：控制面板ACP（AutoChiefControlPanel）单手柄复合车钟LTU（CombinedLeverandtelegraphunit）,驾驶台控制单元,集控室控制单元,ACP（AutoChiefControlPanel）,组成：显示器、旋转球、功能键。功能：遥控、调速、安保。,ACP也是一个DPU模块,ACP的内部电路框图,ACP的部分外部接线,ACP充分体现了ACC20系统的设计理念：providingtheinformationyouneedonlywhenyouneedit.仅在您需要的时候才向您提供所需要的信息。,当出现SLOWDOWN等报警时，ACP的主页上立即弹出对话框。,AutoChiefCombinedLeverandtelegraphunit(LTU)单手柄复合车钟,WRONGWAY,应急停车按钮（EMSTOP),操作：打开盖子，按下按钮。,CancelCancelCancelSHDSLDLimits,InSoundAlarmCommandOffAck,显示单元下方的6个功能按钮,指示屏单元IPU,AutoChiefPushbuttonTelegraph(PBT)按钮式车钟,左方BRIDGE、ECR、LOCALFEW、STANDBY、ATSEAWRONGWAY、LAMPTEST,四、ACP的菜单结构,ACP的主页,Limits子菜单,EngineState子菜单,ControlPos.控制位置,SeqDiagram顺序图,ACP的菜单结构,EngineModes,MiscMenu包含7个选项：Misc2Menu包含5层：InvalidTags、LampTest、AlarmTest、Nodes、I/OTest。EngineDataDimming车令转速的微调。Date&TimeUserAccess用户密码ParameterChange包含11层，如第1层为：Start/Stop/ReversingVITSetting,ParameterChange,ParameterChange,ParameterChangeStart/Stop/Reversing,MEGOVERNORDGU（包括9个分层）,五、系统的控制功能,ACC20系统的功能和AC-4系统的功能基本相同。（一）逻辑控制1.起动闭锁功能只要出现下列任意一种情况，都将实现起动闭锁。（1）主机故障停车；（2）起动空气压力低；（3）转速检测故障；（4）调速器脱开；（5）主起动阀闭锁；（6）空气分配器闭锁；（7）盘车机未脱开。2.起动功能（1）正常起动遥控系统通过MEI触发起动电磁阀动作，使起动空气进入主机气缸，进行起动。同时系统将向调速器送出一个预设的“起动转速设定值”。当主机转速达到发火转速时，关闭起动空气，调速器送出一个预设的油量作为起动油量。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）慢转起动慢转起动功能可在ACP上按下“取消限制”按钮加以取消。（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，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）。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失败、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，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（1）停车换向（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（CrashAstern）应急倒车是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，其功能和过程与AC-4系统相同。4、正常停车和应急停车,（二）辅助功能（1）辅助风机控制系统可以控制所有辅助风机。在主机处于低负荷状态和起动之前，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变送器控制。当扫气压力达到0.65bar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，ACC20遥控系统可提供电子VIT（VariableInjectionTiming）控制功能，以取代MANB&W主机的机械式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153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MANB&M主机的可选功能。（5）可变气缸切换（CylinderCutOut，CCO）即“减缸运行”功能。为了保证主机的安全起动，从主机起动直到稳定运行期间，减缸运行功能将被屏蔽。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。,（三）转速控制ACC20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（伺服马达）组成。,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调速单元（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。,ACC20的转速控制,DIGITALSERVOUNITDSU,变频器,ACC20的转速控制,主机操纵手柄的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作用规律后形成输出。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位置反馈控制器。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时的位置上，使主机以当时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。,ACC20的转速控制,（四）转速与负荷限制,ACC20主机遥控系统采用了数字调速器DGU，DGU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和转速定值控制。为了防止主机超负荷，ACC20在数字调速器的软件中还设有各种负荷限制功能。,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。在ACC20系统中，以上各种限制都是通过计算机软件实现的。（1）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。,当驾驶台操纵杆扳至NavigationFull位置时，ACP上的指示为loadupprogramactive。当达到MCR时（30min），“loadupprogramactive便会消失。在相反方向也会有同样的功能。减速负荷程序通常耗时15min。按下ACP上的“CANCELLIMITATION”，可以取消负荷程序。,（2）负荷程序,（3）最大转速手动限制亦即轮机长最大转速限制。（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，即进行自动减速限制。,六、维护保养维护保养包括定期维护和维修，定期维护很重要的工作是对设备进行外观检查，检查设备及环境是否有异常。由于船上备件受限，特别是DPU等智能设备损坏后基本没有维修的可能，所以一定要重在维护。维修工作基本限定在更换元件。（一）定期维护1周维护：用干净干布清洁操作盘，试验操作盘灯。3个月期维护：清洁主机接口箱和调速器箱滤网。6个月期维护：外观检查系统部件是否有异常；检查转速传感器测量间距，清洁传感器浮尘；检查电缆电线是否损坏、接线柱螺栓是否紧固；检查UPS电池，UPS电池单独给系统供电30分钟（停航期间）。1年期维护：检查输入传感器和输出执行器，如果必要校准传感器；检查调速执行器与燃油调节杆连接是否紧固。,（二）故障处理1、DPU故障处理所有DPU都有自检功能，DPU出现故障后，报警信号送到ACP和K-Chief500操作站，很简单地就能确定故障DPU及原因。故障DPU确定后，根据DPU电源指示灯、保险丝指示灯（Fuse）、状态指示灯可以进一步确认是电源问题、传感器问题、线路问题、还是DPU自身问题，然后参考ACC20说明书提供的故障处理表格，进行故障处理。,2、ACP故障处理ACP故障一般是由于电源故障引起，如果ACP自身故障，只有更换。3、伺服系统故障处理如果出现DGUSERVODRIVEUNITFAIL报警，主机燃油杆由调速器锁定，一定要将主机控制转为机旁控制后，才能复位报警，否则可能会出现意外。（三）单元更换单元更换前