电控柴油机技术研讨优质课件.pptx
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- 柴油机 技术 研讨 优质 课件
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1、研讨内容研讨内容一控制理论二计算机控制技术三现场总线技术四电控柴油机介绍五电控柴油机检验一、控制理论一、控制理论1.反馈控制系统的基本概念2.自动控制系统的数学模型3.控制系统的指标4.控制对象的特性5.控制器的作用规律1.反馈控制系统的基本概念简介a.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。b.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:a.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。b.
2、随动控制系统:被控量紧紧跟随给定值的变化而变化,例如:随动舵 follow upc.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
3、型、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a.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。b.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a.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。b.执行机构执行调节单元的控制指令,直接动作
4、调节阀,改变流入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、控制系统的品质指标3、控制系统的品质指标a.最大偏差:被控参数偏离给定值的最大数值emaxb.衰减率:同向相邻两个峰值之差/前一个峰值c.余差C,余差越小越好d.过渡时间:过渡时间越短越好e.振荡次数,理想过程两个波4、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
5、输出的数量、时间上的关系,从而可以验证控制器的设计。5、控制器的作用规律a.位式作用规律:辅锅炉浮子式水位双位控制系统b.比例作用规律:比例带,特点:静态偏差c.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输出等于比例输出所需的时间就是积分时间d.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1.基础知识基础知识2.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a.应用机型:单片机、PLC、工业PC机等b.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
6、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编程逻辑控制器(PLC)控制方式:从单机控制到集散控制、现场总线网络控制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。控制对象是指所要控制的机器、设备或生产过程。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。Load Point Set
7、Value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。任何一个FCM-20模块都可以被在线的备件模块所替代。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。监测报警系统接受报警信息,分为两大组:可编程逻辑控制器(PLC)四、b 低速机Man B&W系统介绍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。WECS-9520供电监测可靠性
8、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。燃油泵出口温度偏差报警现场总线系统称为第五代控制系统,也称作FCS现场总线控制系统。微分作用辅助,起超前控制作用。通常的故障报警信号直接传到检测报警系统,比如:任何一个FCM-20模块都可以被在线的备件模块所替代。振荡次数,理想过程两个波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
9、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1.现场总线系统称为第五代控制系统,也称作FCS现场总线控制系统。2.第一代:50年代前的气动信号控制系统PCS3.第二代:420mA等电动模拟信号控制系统4.第三代:数字计算机集中式控制系统5.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
10、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a.低速机Wartsila系统介绍b.低速机Man B&W系统介绍c.中速机电控系统简介 MAN 32/40四、a 低速机Wartsila系统介绍1.Wartsila电控柴油机系统总体图2.遥控系统3.电子调速系统4.安保系统5.检测报警系统6.FCM-20模块7.手动控制面板8.共轨阀9.角度编码检测器10.喷油控制11.排气阀控制12.伺服油和控制油13.系统冗余四、a 低速机Wartsila系统介绍1.Wartsi
11、la电控柴油机系统总体介绍2、自动控制系统的数学模型2、技术案卷中是否应该详细列出Tuning的列表和查询方法,指导现场验船师通过Flexview等查看机器的定时设置等参数?燃油压力调节执行机构故障微分作用辅助,起超前控制作用。任何一个FCM-20模块都可以被在线的备件模块所替代。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。Man B&W 系统总体图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。2、电控机的满足情况及检验注意事项系统CAN bus,SSI Bus 永远都是2路总被激活,如果有
12、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。第一代:50年代前的气动信号控制系统PCS油耗的测量方法,总量测量应注意计算时使用实际的功率;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。过渡时间:过渡时间越短越好第一代:50年代前的气动信号控制系统PCS燃油泵出口温度偏差报警振荡次数,理想过程两个波自动控制系统的数学模型通常的故障报警信号直接传到检测报警系统,比如:Kongsberg,Nabtesco等1.喷油和排气阀电控共轨系统1.喷油和排气阀电控共
13、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,Nab
14、tesco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
15、.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,来触发wecs内部停车动作p WECS-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
16、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。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。燃油/伺服油 共轨管;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。燃油压力调节执行机构故障振荡次数,理想过程
17、两个波反馈控制系统的基本概念分类2、计算机控制技术进展介绍Load Point Set Value监测报警系统接受报警信息,分为两大组: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。根据不同的转速、扫气压力、共轨压力进行定时变化。3、控制系统的品质指标2、自动控制系统的数学模型其他的WECS-9520故障信号是通过冗余的Canbus连接传送的。WECS-9520供电监测第一代:50年代前的气动信号控制系统PCS燃油泵出口温度偏差报警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。比例积分作用规律(P
18、I):2、自动控制系统的数学模型由此可见,电控机的低速性能较好。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
19、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
20、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
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