船舶柴油机调速器

5.5 常规故障报警
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各种传感器的失效报警 执行机构线路断开报警 Viking Vision程序发出停车命令的报警 无接收错误报警 齿条限制偏差报警 转速控制差错报警 多主错误报警 内存失效报警 联结断开报警
6.负载分配
★负载分配的控制目标： • 保证负载分配的精度 • 保证负载分配的稳定 • 避免负载震荡 ★两种分配方法： • 齿条主控/从属同步孤岛式 • 下降式
5.VIKING电子调速器
• 德国REGULATEURS EUROPA公司生产的
Viking系列电子调速器中的一员 • 当今世界最先进电子调速器的代表之一 • 我国烟台—大连火车轮渡船舶所应用的电 子调速器
5.VIKING电子调速器
★用于高精度发电机组，是一种双脉冲电子 调速器： • 单脉冲调速器只进行转速调节，而转速变 化滞后于负载变化，此调节使柴油机输出 波动较大。 • 双脉冲调速器可以在分析了由转速传感器 和负载传感器得来的两种信号后，在转速 未发生明显变化前改变供油量。
5.3.2 增压空气压力限制
★增压空气压力—供油量函数
5.3.3 转矩限制
★在高负荷运行时，限制柴油机的机械负荷， 实现对柴油机得得保护
5.3.4 附加燃油限制
★附加燃油限制是作为模拟输入信号的一个 函数对燃油的一种控制
5.4 传感器失效
★ Viking的一些传感器会因输出的电流信号 小于2毫安而失效，进而导致柴油机停车。 ★这些传感器有： • 增压空气压力传感器 • 附加传感器 • 功率传感器 • 载荷控制传感器 • 基本载荷传感器
7.展望
★对于电子调速器，还要进行以下几个方面 的研究： • 应用现代控制技术进一步提高调速性能， 减少有害排放； • 增压柴油机的调速控制； • 并机运行负荷分配的控制； • 关键部件的研究； • 多功能开发。
7.展望
★随着电子控制技术与计算机技术的进一步 发展，数字式电子调速装置(电子调速器)在 自身的工作可靠性、调速控制性能、人机 操作界面、与柴油机遥控系统接口等各方 面都将会得到大幅度提升，新建大型船舶 的主柴油机及发电柴油机调速控制必将更 广泛地使用性能更稳定、操作更简便的电 子调速器 （完）
4.2 PID控制
★ PID调节器特点： • 具有可调节的动态参数，所以相同的调速器 可以与一些具有不同动态参数的装置相匹配 • 输出信号同时传达给执行机构和燃料板，并 接收燃料板位置给出的内反馈或外反馈，达 到限制燃料的目的 ★随着科技的发展，控制器除采用PID控制外， 模糊控制、最优控制、自适应控制等也逐渐 被采用并不断趋向成熟
5.3 燃油限制（负荷限制）
★在进行转速自动控制时，柴油机的供油量 是由调速器根据偏差转速大小来控制的 • 调速器为了把柴油机的转速快速调节到设 定转速，有可能使主机供油量太大而超载， 为此遥控系统应对柴油机的供油量进行限 制
5.3 燃油限制（负荷限制）
★四种燃油限制： • 启动时燃油限制 • 增压空气压力燃油限制 • 转矩燃油限制 • 附加燃油限制
船舶柴油机电子调速器 原理及应用
——VIKING电子调速器 指导老师：聂延生 答辩人：田宇玺
1.调速装置的功能及必要性
• 柴油机上均要用到调速装置，这是柴油机
自身的特点——由扭矩速度特性及喷油泵 速度特性所决定的。 • 目的：根据柴油机负荷变化自动调节柴油 机循环供油量，保证柴油机的转速稳定， 从而保证柴油机具有良好的工作性能。
4.1 电子调速器工作原理
• • •源自文库•
脉冲式转速传感器 脉冲信号（负反馈） 频率—电压转换 模拟电压量 数字信号 比较偏差 PID 运算 控制量 功率放大后的控制量 执行器驱动机构
4.2 PID控制
★主要运用于大惯性、大时延的控制对象 • D：（微分控制）阻止偏差进一步变大，是 根据被控量变化趋势来进行提前控制 • P：（比例控制）快速控制减少动态偏差， 偏差越大，控制作用就越大 • I：（积分控制）逐渐消除静态偏差，控制 作用与被控量之间无硬性关系
（附）转速传感器（结构原理）
• 转速传感器是由一个装在线圈内的磁棒构
成 • 安装在与柴油机曲轴同步运转的飞轮齿圈 缘处 • 当磁棒顶端与飞轮齿圈轮齿间产生相对运 动时，使线圈感应出交变脉冲频率信号 • 此脉冲作为负反馈被送入控制器
5.2 转速设置
★转速设置是通过对转速的调节作用调整供 油。即通过检测偏差转速，将其按照PI或 PID规律运算后输出相应的控制油量信号1 ★转速设置初始化 • 开始运转时，设置的转速必须初始化为怠 速转速
4.电子调速器
★具有代表性的电子调速器： • 日本NABCO公司的 MG-800数字调速器 • 德国REGULATEURS EUROPA公司生产的 Viking系列电子调速器 • SEIMENS公司的SPC-33系列数字调速器 • 德国MTU公司的R082型数字调速器 • 美国WOOD WARD公司的PROACT系列电子 调速器
6.1 负载分配方法1
★传统方法： • 通过速度降实现 • 柴油机并车，转速设定值就应减小 • 从空载增加到满负载时，速度下降量用下 降百分比来表示
6.2 负载分配方法2（Viking）
★电子调速器：数台柴油机等时负载分配。 是一个速度降为零的恒速系统。 ★主机：根据燃油量相等原理进行分配 • 当两台主机并行时，主控调速器（先合上 断路器 的调速器）向从属调速器发出与燃 料板位置成比例的信号，燃料板相互间用 电联动，两主机同时作用于负载，由此消 除负载震荡
（附图）
• 左图：机械式调速器工作原理示意图 • 右图：液压式调速器工作原理示意图
3.调速器的种类（发展方向）
• 能源短缺，环保问题，微电子技术和控制
理论的发展极对自动化水平要求的提高， 推动了柴油机电控技术，特别是以微机为 核心的数字式电子控制技术的发展。 • 现代控制理论，自适应控制，自学习系统 等的进展使电子调速器具有调节精度高， 结构简单，易实现自动化等优点，是今后 调速器的主要发展方向。
1.1 柴油机扭矩速度特性
• 燃烧 输出扭矩变化不大； • 阻力扭矩（外负荷）微变 转速大变；
★而船舶电站的负载是多变的，柴油发动机 的转速波动太大，电站就无法提供有稳定 频率的电源，电源质量就不得保证。 • 电能的质量指标：电压和频率的稳定性
1.2 柴油机喷油泵速度特性
• 在没有调速机构的情况下： • 负载减小 循环供油量增加；（柱塞套油
4.电子调速器
★发展历程： • 20世纪70年代：模拟电子调速器 ；（主要由电阻、 晶体管和运算放大器组成） • 20世纪80年代：由微处理器（MPU）和数字电路 组成的数字式电子调速器； • 90年代以来，数字式电子调速器在工作可靠性、 调速控制性能、人机操作界面等各方面都得到了 大幅度提升，成为市场主流。
（附图）
• 转速控制示意图
5.1 转速的测取
★转速信号是由两个转速传感器的测速头测 取的： • 低频的主转速传感器1号，其信号源于柔性 联轴节载荷侧的标记。 • 高频的从转速传感器2号，其这个信号源于 启动器(电动机)输出环齿 • 如果在两个测出值间有超过2转/分钟的转速 差，系统将自动选用较高的那个转速信号
孔的节流作用 ） • 负载增大 循环供油量减少； ★两种恶性循环会导致超速运行和意外熄火 情况发生
2.调速器的种类
• 机械式调速器
（对于大型柴油机，调节机构摩擦阻力较大， 灵敏度低 ） • 液压式调速器 （结构复杂，制造精度要求高，成本高，只用 于大功率机型 ） • 电子调速器 （结构简单，精度高，易于自动化，成本低）
6.2 负载分配方法2（Viking）
★发电柴油机：柴油机上附加一个负载传感 器，调速器由此得到测出的发电机负载信 号，并用此信号与平均负载信号比较，得 出偏差信号，以此进行调节 • 附1：各个调速器之间可以通过EIA 485 联 机互相连接，它们都有单独的地址号码 • 附2：所有的通信都被一个16B的CRC（循 环冗余码校验）值保护，以保证数据的可 靠性。如果数据不可靠，它将不被采用， 接收单元将等待下一次的传输
5.VIKING电子调速器
★转速控制分为： • 转速调节部分：由检测出的偏差转速得出 相应的控制油量信号1 • 燃油限制部分：轮机长设定最大油量信号2、 转矩限制允许最大油量信号3、增压空气压 力限制允许最大油量信号4 • 由1、2、3、4中选出最小值，作为伺服器 油量设定值，并通过伺服器来改变供油量
5.3.1 启动燃油限制
★要使柴油机顺利地起动起来，必须在柴油 机起动时供给适量的燃油 • 为了使起动供油量不受设定转速的影响， 实现定油量起动，遥控系统在柴油机起动 期间自动阻断设定转速命令，给出一个最 佳起动转速及最大允许起动油量，以确保 柴油机能安全可靠地起动
5.3.2 增压空气压力限制
★柴油机在低负荷运行时，增压器输出的增 压空气压力较低，如果这时如给柴油机注 入太多的燃油，就会出现油多气少的现象， 导致燃烧不充分而冒黑烟 • 为了防止加速过程中冒黑烟的现象，遥控 系统将自动按增压空气压力的高低来限制 柴油机的供油 • 保证喷入气缸的燃油充分燃烧，同时也可 防止柴油机受热件的过热现象