电控柴油机技术研讨

1、电控柴油机技术及检验电控柴油机技术及检验内容内容控制理论计算机控制技术现场总线技术电控柴油机介绍电控柴油机检验注意事项一、控制理论一、控制理论反馈控制系统的基本概念自动控制系统的数学模型控制系统的指标控制对象的特性控制器的作用规律1. 反馈控制系统的基本概念简介反馈控制系统是将各种运行参数如温度、压力、液位、粘度、流量等控制在最佳值上的系统。在机舱中所要控制的运行参数很多，各控制系统的控制任务和结构形式可能不同,但它们的组成单元及工作过程基本相同。1. 反馈控制系统的基本概念分类 控制系统按控制作用分类：定值控制系统：保持被控量不变，例如：缸套水温度、滑油温度、蒸汽压力、发电机频率、电压等。随

2、动控制系统：被控量紧紧跟随给定值的变化而变化，例如：随动舵 follow up程序控制系统：随设定的时间程序变化，例如：主机负荷程序控制。 2、自动控制系统的数学模型、自动控制系统的数学模型e(t)偏差信号 e(t)=r(t)-z(t)y(t)被控量p(t)控制量f(t)扰动量测量单元测量单元控制器控制器ep执行机构执行机构q扰动扰动f(t)控制对象控制对象输出输出y给定值给定值rz信号传递形成闭合回路的控制系统称为闭环系统，反之为开环系统。经反馈能加强闭环系统输入效应的称为正反馈，会减弱闭环系统输入效应的称为负反馈。按偏差控制运行参数的控制系统必为负反馈控制系统。 2、自动控制系统的数学模型

3、、自动控制系统的数学模型2、自动控制系统的数学模型、自动控制系统的数学模型控制对象是指所要控制的机器、设备或生产过程。把所要控制的运行参数叫被控量。测量单元用来测量被控量的实际值。把被控量的实际值称为测量值。测量单元把被控量的测量值检测下来，并转变成统一的标准信号。气动控制系统标准信号：0.020.10MPa 电动控制系统标准信号： 010V(或420mA)2、自动控制系统的数学模型、自动控制系统的数学模型控制器首先把被控量的给定值与测量值相比较得到偏差值，再根据偏差值的大小和方向，依据某种作用规律输出一个控制信号，对被控量施加控制作用。执行机构执行调节单元的控制指令，直接动作调节阀，改变流入

4、控制对象的物质或能量流量，使被控量逐渐回到给定值上，直到偏差为零。在气动控制系统中，执行机构一般为气动薄膜调节阀或气动活塞调节阀。 在电动控制系统中，执行机构一般为可逆转伺服电机或三相伺服电机。3、控制对象的特性控制对象对输入参数的反映特性，例如在时间上、敏感度、惯性等方面的反映特性。例如：经常碰到的建模一般是针对控制对象的，比如柴油机的建模，就是理清柴油机的输入输出的数量、时间上的关系，从而可以验证控制器的设计，或做仿真使用。4、控制器的作用规律位式作用规律：辅锅炉浮子式水位双位控制系统比例作用规律：比例带，特点：静态偏差比例积分作用规律（PI）：积分作用消除静态偏差，输入一个阶跃偏差后积分

5、输出等于比例输出所需的时间就是积分时间 常用比例积分微分作用（PID）微分作用辅助，起超前控制作用。效果最好的控制器二、二、计算机控制技术基础知识基础知识计算机控制技术进展介绍计算机控制技术进展介绍1、基础知识应用机型：单片机、PLC、工业PC机等控制方式：从单机控制到集散控制、现场总线网络控制2、计算机控制技术进展介绍、计算机控制技术进展介绍单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)特点：用于自行开发控制系统，方便、灵活、成本低，可用低级语言、也可用高级语言编程。一般用于实现较简单的控制功能，且自行开发，专用性强。2、计算机控制技术进展介绍、计算机控制技术进展介绍可

6、编程逻辑控制器（PLC）2、计算机控制技术进展介绍、计算机控制技术进展介绍可编程逻辑控制器（PLC）继电器逻辑控制系统与微机相结合的产物。在工厂自动化中有广泛应用。PLC的功能条件控制、定时控制、计数控制、顺序控制、A/D及D/A转换、数据处理、通信与连网功能等。PLC的特点可靠性高、编程容易、组合灵活、输入/输出功能模块齐全、安装方便、运行速度快等。2、计算机控制技术进展介绍、计算机控制技术进展介绍工控机2、计算机控制技术进展介绍、计算机控制技术进展介绍工控机模块化结构、软件资源极其丰富、软件开发容易、使用方便等。三、三、现场总线技术介绍现场总线系统称为第五代控制系统，也称作FCS现场总线控

7、制系统。第一代：50年代前的气动信号控制系统PCS第二代：420mA等电动模拟信号控制系统第三代：数字计算机集中式控制系统第四代；70年代中期以来的集散式分布控制系统三、三、现场总线技术介绍比较常用的成熟的总线系统 CAN 广泛的应用在汽车和工业领域。优点：CAN为多主方式工作，网络上任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息，不分主从；CAN数据包可带优先级，满足不同的实时性要求；其他的工业以太网，profibus等不多介绍。四、电控柴油机介绍及检验要点低速机Wartsila系统介绍低速机Man B&W系统介绍四、A 低速机WARTSILA系统介绍Wartsila电控柴油机

8、系统总体图遥控系统电子调速系统安保系统检测报警系统FCM-20模块手动控制面板共轨阀角度编码检测器喷油控制排气阀控制伺服油和控制油系统冗余1.WARTSILA电控柴油机系统总体介绍1. 喷油和排气阀电控共轨系统1. 喷油和排气阀电控共轨系统1. 电控系统WECS-9520 是主机控制的核心，处理所有的动作，直接的控制主机运行，主要功能如下：p共轨检测和压力调节p喷油器、排气阀、启动阀的控制和检测p和外部系统通过CAN接口连接p主机性能调试，IMO参数设置和检测WECS-9520没有一台电脑主机用来控制，但是每个气缸都拥有自己的FCM-20模块来处理和该气缸有关的功能和共轨功能。这些FCM-20

9、模块被直接安装在主机上并通过CAN Bus通信，用户操作WECS-9520的接口被集成在主机遥控系统和flexView的面板上。WECS-9520既不是主机遥控也不是安保系统2. 主机遥控遥控系统（Kongsberg，Nabtesco等）一个操作主机的界面，通过CANbus或者Modbus连接WECS-9520p 传送如下指令；1、启动 刹车 2、冲车 3、停车 4、慢转 5、正车 6、倒车 7、慢转失败复位p遥控通过内部设定（比例控制，负荷程序等）来处理车种指令，然后给一个相应的速度信号给调速系统。3. 电子调速系统 Kongsberg，Nabtesco等电子调速系统提供给WECS-9520

10、油门信号并且调节主机转速。燃油指令是在特定主机负荷条件下，根据遥控系统给定的速度信号计算出来的，燃油限制是调速系统根据实际的速度和扫气压力来限制燃油指令，以避免主机的操作超过螺旋桨曲线（排放和扭矩限制）。3. 电子调速系统4. 安保系统 Kongsberg，Nabtesco等主机安保系统会在主机超速或者其他一些主机以及其他辅助设备工作不正常的情况下触发slowdown或者shutdown信号。WECS-9520和安保系统之间应用了冗余的总线系统安保系统直接通过硬线触发应急停止电磁阀来泄放共轨里的燃油安保系统通过CANbus提供给WECS-9520如下开关量输出：p给WECS-9520停车信号，

11、来触发wecs内部停车动作pWECS-9520故障，请求减速同样也会通过安保系统。5.监测报警系统监测报警系统监测报警系统接受报警信息，分为两大组：p通常的故障报警信号直接传到检测报警系统，比如：燃油泄漏报警燃油压力调节执行机构故障燃油泵出口温度偏差报警WECS-9520供电监测p其他的WECS-9520故障信号是通过冗余的Canbus连接传送的。6.FCM-20模块模块6.FCM-20模块模块每个模块有两个module bus（can open， modbus）用来和外部系统进行通信：（propCS，ALM），应急控制面板，执行器。模块内部的排线以及电缆槽在共轨里将高EMC噪声的电缆，例如电

12、力电缆和脉冲电流的电缆（PWM，共轨阀）和敏感的低压电缆，例如传感器电缆和总线电缆完全分开走线。6.FCM-20模块功能模块功能和汽缸工作有关的功能和汽缸工作有关的功能和共轨有关的功能和共轨有关的功能6.和汽缸工作有关的功能和汽缸工作有关的功能将阀控定时和角度编码器信号进行同步，每一个FCM-20从SSI-Bus读取并且处理角度编码信号，由此计算主机转速，角度和每个缸的转向。启动、喷油和排气阀动作是根据data container里的参数设置和从canbus读取的控制信号。6.和汽缸工作有关的功能和汽缸工作有关的功能6.和共轨有关的功能和共轨有关的功能燃油和伺服油共轨压力调节和监测控制油泵的控

13、制存储和处理调试数据（IMO，Engine specific and global settings）WECS内部监测（电源监测，SW-Watchdog,CRC&HW checks）计算和处理可变数据（VIT，VEC, VEO, ENGINE STATE）和推进控制系统的接口和机舱和集控室的应急控制面板通讯利用模块上的led显示，来帮助分析故障辅助鼓风机在低压扫气压力时的请求6.共轨功能接口图共轨功能接口图7.手动控制面板手动控制面板8. 共轨阀共轨阀组是由超快的（1ms）电液电磁阀组组成的，是一个双稳态的阀门，选定到一个动作位置会一直持续到相反的命令从WECS-9520发出。9. 角

14、度编码检测器曲轴角度编码器可以通过WECS9520提供完整的圆周角度，因此一旦上电，就能立即快速准确的显示当前的实际的曲轴角度。两个角度编码器通过一根带齿的皮带连接到一个特别设计的驱动轴上，这样的设计可以避免角度编码器轴向以及径向的移动产生测量误差。每个角度编码器将光码信号转换成数字信号，FCM20通过SSI（Synchronous Serial Interface） bus来读取这些数据。10. 喷油控制每一块FCM-20模块通过处理曲轴角度信号和从控制系统接收到的燃油指令，独立计算出自己的喷油定时。通常的操作在活塞到达TDC之前的几度，FCM-20模块会根据VIT和FQS设定，计算出正确的

15、喷油角度，然后会给出一个Deadtime，用来补偿从控制系统给出喷油指令到喷油真正开始的时间差。Deadtime是在喷油循环中，通过比较喷油指令给出，到燃油数量传感器开始动作，这段时间里测量到的，燃油数量传感器海提供了一个喷油量的反馈用来和燃油指令比较，喷油的开始和结束指令都是有FCM-20模块触发的。10. 喷油控制10. 喷油控制-低负荷时的操作低负荷时可以停止1、2个油头的喷油，能够节油降低排放。喷射相同量的燃油，一个油头需要的时间比2、3个要长，并且喷油压力是可控的，改善了雾化效果达到理想的燃烧条件。单油头工作时，每缸3个油头20min轮换一次，多缸不是同时切换，切换时间相隔20s。由

16、此可见，电控机的低速性能较好。11. 排气阀控制排气阀由伺服油压打开，并且由空气弹簧压力关闭，动作共轨油的伺服油和动作排气阀杆的液压油是分离的，排气阀杆的动作通过两个位置传感器将其位置反馈给WECS-9520。11. 排气阀控制关于排气阀的详细功能说明：排气阀的开启定时是由每块FCM-20模块根据测量到的曲轴转角，理论开启角度和VEO计算出来的。当排气阀共轨阀动作到开启位置时，伺服油压控制排气阀的控制阀，在隔离区下面的空间充满了伺服油，隔离区的活塞当油压入蓄压管，最终通过这里顶开排气阀阀杆。11. 排气阀控制几个概念：几个概念：FQS：燃油品质设定手动根据燃油品质设定补偿时间VIT：可变喷油定

17、时根据不同的转速、扫气压力、共轨压力进行定时变化。VEO：可变气阀开启变化气阀的开启定时，调节压缩压力。VEC：可变气阀关闭变化气阀的关闭定时，提高废气交换程度，提高经济性。12. 燃油压力控制12. 燃油压力控制12. 伺服油和控制油12. 伺服油和控制油主机的伺服油共轨压力是根据主机的负荷变化的，伺服油的压力必须和排气阀开启的速度相适应。FCM-20通过燃油指令和主机转速来计算主机负荷并且用来计算相应的伺服油压的设定点，每一个伺服油泵都是由不同的FCM-20所控制。12. 启动阀控制13. 系统冗余模块冗余如果一个FCM-20故障，相应的汽缸动作就会停止，其余汽缸继续保持动作。任何一个FC

18、M-20模块都可以被在线的备件模块所替代。相应的软件和参数已经在被存储在该备件模块内，并且不再需要下载软件和程序。13. 系统冗余系统CAN bus，SSI Bus 永远都是2路总被激活，如果有一路总线中断，短路或者其他的故障，剩下的那条总线仍然可以继续工作，正常通信，主机的操作是不会被中断的。每个模块都有2路供电。 13. 系统冗余传感器冗余重要的传感器都有两个，用平均值来控制主机，若一个传感器故障，WECS-9520会显示相应探头的故障信息，并且主机会继续用剩下的那个正常的探头工作。如果两个角度传感器中有一个故障，WECS-9520会利用剩下的那个好的传感器继续工作。一个坏的TDC传感器会

19、在WECS-9520检测系统里有所显示，但是通常不会引起停车或者slowndown（除非拆掉传感器）燃油数量传感器如果遇到故障，相应的FCM-20会用一个固定的Deadtime来计算喷油提前角和用一个人工的斜坡信号来控制喷油量。每个排气阀有两个位置传感器，如果两个都故障，FCM控制排气阀的开关动作都是按照固定的定时来动作。13. 系统冗余油泵冗余燃油泵和执行器如果一个油泵/执行器坏了，油泵的调节连杆可以被人为的在放到满刻度的位置，并且锁定在这个位置。相应的油泵就会输出最大的油压，剩下的其他的执行器就会运行在相应的低输出的状态，燃油压力调节阀将共轨油压限制在1050bar。损坏的油泵需要利用工具

20、将其抬起，而同时，其他的油泵将提供更大的输出，有可能需要将燃油增压泵端的燃油进口压力提高。伺服油泵如果有一个伺服油泵不能工作，机器照样能在全负荷运行，如果有2台或者2台以上伺服油泵损坏的话，那么机器只能在部分负荷下进行工作。13. 系统冗余其他冗余燃油泄放/应急停止阀燃油停车阀或者应急停止电磁阀故障，停车/应急停止信号只能够将喷油动作停止，通过WEC-9520将燃油执行器输出0，停车有可能。遥控控制/速度控制系统如果遥控或者速度控制不工作的话，主机还是能够在燃油模式下工作的，从就地控制面板或者集控室的面板进行操作。如果速度控制模式还能够使用的话，WECS-9520面板允许无论是燃油控制模式还是速度控制模式操作，如果速度模式不能使用，那么只能使用燃油控制模式。手动控制面板是WECS-9520控制系统的一部分并且提供了一些特定的功能，独立于推进系统。四、B 低速机MAN