前期我们讲到,MAN B&W ME主机为智能、电控柴油机,俗称“电喷机”,取消了传统柴油机高压油泵和排气阀的机械驱动部分,以及为之服务的凸轮轴等部件,使用225bar的伺服液压滑油直接驱动燃油增压泵、排气阀启闭执行机构、气缸油注油器。ME主机的燃油喷射、排气阀启闭、气缸油的喷射、缸头启动阀的开关均采用全电子控制。
下面我以MAN B&W 6S50ME-C9.7主机为例,介绍ME电喷主机的控制系统ECS (Engine Control System),主要内容包括:ECS(主机控制系统); Angle encoder- System和TACHOsys( 曲柄角度译码器系统和测速系统);HCS(液压控制系统),这三个内容分两讲,后面两点在下讲介绍。
本讲仅介绍ECS(主机控制系统),分ECS概述,ECS控制单元,MOP人机交换系统,PMI-CoCoS EDS监测测量系统,MPC(多功能控制板)原理,LOP(机旁操纵屏),UPS(不间断电源),绝缘和电噪声控制等八个方面逐一介绍。
一. ECS概述:这幅图是ECS主机控制系统各控制单元和和外部硬件执行机构,传感器的连接关系,上面这是控制单元,下面是执行元器件,比如说各种电磁阀,气缸注油器,液压泵的斜盘等等。 还有传感器,就是ECS系统中用到的各种用来检测转速,位置,温度,液位的探头。常见的如:FIVA阀的位置反馈信号,排气阀的位置反馈信号,高压油泵的反馈信号,液压泵斜盘位置反馈信号,气缸注油器的液位传感器等等。
二. ECS控制单元:控制单元指的是ME主机ECS 中用到的MPC(Multi-Purpose Controller) 多功能控制板,根据不同的控制功能被分为: EICU、ECU、CCU、ACU、SCU、CWCU等不同功能模想块。这图是它们之间的连接关系。
EICU: (Engine Interface Control Unit)主机通讯控制单元。安装在集控室。负责和除ECS以外的系统进行通讯和数据交换,接收驾驶台、集控室(MOP)的操作信息;与外部系统(电源、车钟、遥控、安保、报警系统)通信。来自驾驶台或集控室的运行指令,经EICU运算处理,确定合理的转速设定点和运行模式。处理过的数据,保证了主机的安全运转避免伤害。EICU处理来自遥控站(驾驶台和集控室)的信号,机旁的操作信号不经过EICU处理,而是直接送到ECU、CCU、ACU等执行。也就是说,应急LOP机旁操纵时不需要EICU。 ECU:(Engine Control Unit)主机控制单元(核心),安装在机旁。控制三个ACU及六个CCU单元;具有换向、启动、停车、调速功能;接收现场传感器送来的信号;机接受旁操作板的操作指令;直接控制备用泵的启停。EICU理过的数据作为参考值,交由ECU执行。根据曲轴编码器的信号,ECU按正确的发火顺序,在正确的曲轴位置上启动主机并进行喷油。ECU的转速输出又作为反馈信号与设定信号对比,进行偏差修正。当然,在加减速的过程中,燃油限制会发挥作用,并经过最大设定转速限制、最大设定负荷限制、程序负荷限制、扫气压力限制、临界转速限制等的过滤,保证主机安全运行。依据选择的运行模式,ECU按照燃油限制法则运算出增加或减少喷油量、燃油喷射和排气阀定时参数、气缸油注油率等,并通过网络网络将这些指令送到CCU执行;而与设定转速对应的液压油压力设定值信号则送到ACU执行。
CCU:(Cylinder Control Unit)气缸控制单元,安装在机旁。控制单缸的喷油/排气阀/注油器等,接收曲柄角度译码器信号,计算活塞位置、工作进程状态。控制FIVA阀、启动空气电磁阀、气缸注油器。根据ECU中的设定值负责动作①根据 tacho系统的曲轴转角信号,按正确的发火顺序启动主机;②执行燃油指令,通过FVA阀控制燃油喷射;③按照系统的定时设定,控制打开或关闭排气阀;④气缸油注油器根据ECU设定的注油率,通过电磁阀进行注油工作。另外,在启动、机旁操纵和负荷在10秒钟内变化超过15%期间,LCD将自动增加25%的气缸注油率,以加强气缸润滑,并在负荷稳定后维持30分钟。当其中一缸的CCU出现故障,该缸就会自动封缸,停止喷油,排气阀保持在打开位置。 ACU:(Auxilliary Control Unit)辅助控制单元,安装在机旁。控制伺服油泵、辅助风机启停(手/自模式)。①控制电动液压泵起停(225Bar); ②根据系统设定值对应的不同转速,控制3台机带柱塞泵倾斜盘比例,调整液压系统的压力; ③根据扫气压力,控制辅助鼓风机起停(0.4Bar启动,0.7Bar停止。在出现故障停车或应急停车后,液压系统重新建立压力需要大约60~120秒辅助鼓风机重启需要大约20~30秒) SCU(Scavenge Control Unit),扫气控制单元,控制EGB, VTA等改善扫气压力
CWCU(CoolingWater ControlUnit),冷却水控制单元
三. MOP 其实就是两台船用电脑,触摸屏的。安装在集控室。MOP 电脑的操作系统还是 WindowsXP,
MOP:(Main Operating Panel): MOP人机交换系统有两台相互冗余的人机交换系统 MOP A /B,实际上就是两台带有触摸屏的电脑,安装在集控室。它是轮机员操纵主机的主要信息界面。对整个ECS进行界面显示、操作、参数修改调整设定、报警、与PMI&COCOS-EDS通信,可以通过网线直接和各个功能模块通信。它是一台普通PC机,只是在其主板的PCI扩展槽内安装了特制的板子,当然这些离不开软件的支持。MPC板需要的软件就存放在MOP电脑的硬盘中,其操作系统为Win XP,是特殊的定制系统,没有家用电脑 Windows XP 系统的很多功能,最重要的是没有安装杀毒软件。整个电脑里只安装了 ME 主机的控制系统软件ME-ECS SW,。两台 MOP 同时工作,相互冗余,即使两台都不工作,主机照样可以运转,并且负荷不受限制。MOP有2个使用账户级别:操作级和管理级。操作级只能进行常规的操纵和监控,不允许做参数设定;管理级除了操作级的权限外,还拥有修改参数的权限。进入管理级需要密码,而且这个密码是固化在系统里的,不可修改。
四. PMI-CoCoS EDS监测测量系统
PMI (Pressure Monitoring Instrument)也就是我们说的电子示功仪,用来测量主机工况的工具。配置 Auto Tuning PMI。Auto Tuning PMI 实时采集主机工况数据同时被送到 MOP 电脑 ME-ECS 软件中,ME-ECS 软件中的 Auto Tuning 功能会对主机的实时工况进行实时调整(每 10 转调整一次),保证主机一直处于最佳的工作状态中。保证最经济,排放最低。 CoCoS -EDS (Computer Controlled Surveillance – Engine Diagnostics System)是用来收集和记录/分析主机参数的一种程序。是一种功能非常强大的类似于主机大数据平台,如果按时备份,它可以记录主机一生所有的参数,并且可以用不同的形式将这些参数呈现出来,比如说柱状图,趋势图,线性变化,等等。 CoCoS – EDS 的软件是和 PMI 的软件安装在同一个电脑上的,所以这台电脑又叫 PMI-CoCoS EDS PC。
操作系统如果被病毒感染,会导致正常的操作文件丢失,系统不能正常工作。因此,轮机员如果需要从 MOP 拷贝文件出来的时候,首先要把连接的USB 格式化,再使用,并且只用于 MOPB,一旦出现问题,最起码还有 MOP A 。对于PMI – CoCoS –EDS 电脑,也建议如此, 不要存储其它文件或当做日常工作电脑来用。建议船上/机务收集每条船的MOP A/B 的Windows XP系统备份,ME-ECS SW 的安装软件备份,SPAF 参数备份,以及PMI – CoCoS –EDS软件,数据备份。万一出现问题,轮机员可以在MAN Diesel & Turbo远程指导下自行完成安装,恢复系统。
五.MPC(Multi-purpose controller) 多功能控制板
MPC可以直接接收来自现场接触器的信号、0-10V和4-20mA的模拟信号、曲柄角度译码器、测速系统的脉冲信号等。同样,它也可以直接输出各种开关量和模拟量信号给现场设备。在MAN B&WME-C柴油机控制系统中的EICU\ECU\CCU\ACU模块单元的控制板就是多功能控制板MPC,其物理结构都是一样的,只是各个板子的应用软件不同。正常情况下,所有的应用软件都存储在MOPA(B)的PC硬盘中,系统会根据各个MPC板上的地址锁(KEY-PLUG)识别各自的IP地址,自动下载所需的软件到MPC的只读存储器(EPROM)中。目前ME电喷主机上有两种不同的MPC, 即MPC和MPC 10 ,MPC用于所有不同的控制单元, MPC 10 只能用作CCU,并且这两者不可以互换的。不管是MPC,还是MPC10,安装在船上的时候,是安装在防护等级为IP66的密封电气控制柜里,控制柜一般装在主机机旁控制侧的机架上。 六缸的ME-C主机控制系统共有MOP主机电脑板2块和MPC板13块,(其中2块EICU,2块ECU,6块CCU,3块ACU)。这些板子之间是用网络线连接的。A网是从MOPB开始,ECU B终止;B网从MOPA开始,ECU A终止。在MPC上J65通道接A网,J66通道接B网,网络的始终端都装有终端电阻(120欧),其作用是吸收信号反射及回波。在船更换MPC的时候,一定不要带电操作,在拆的时候,一定最先切断电源,装复后最后接通电源。避免在操作的过程中损坏MPC。
六. LOP(Local Operating Panel)机旁操纵屏
LOP(机旁操纵屏)相当于应急操纵台。由于M E主机没有油门/换向传动结构和调速器,故LOP省去了机械方面的操作,完全由电子控制元件完成,操作更加简单快速。转换操作通常是,LOP控制面板发出机旁操纵请求,在遥控控制站进行确认;特殊情况下,可以通过LOP上的“Forced Take Command”按钮,不需遥控位置同意强行进行应急操纵的快速转换。在LOP上,有进行主机启动、换向、调速、停止等基本功能,且大多重要参数都有仪表显示。M E主机如何进行机旁操纵,后面我会专门出一期视频,敬请关注。
七.UPS(Power supply)不间断电源
控制系统能量,需要外部提供220V稳定电源。船上的稳定电源有蓄电池和配电板。控制系统ECS对电源的要求有,一,电源的稳定性要高,不能产生脉冲;二,未来安全,必须两路电源供电。所以采用不间断电源UPS供电,两路供电,即UPS-A和UPS-B,且分别由主配电板和应急配电板供电,主配电板向UPS-A供电,UPS-A 再向MOP-A供电,应急配电板向UPS-B供电,UPS-B 再向MOP-B供电。
八.绝缘和电噪声控制
ME电控柴油机的电源装置装有绝缘检测,系统绝缘正常时在200KOHM左右,低于40KOHM时就会报警。控制系统ECS不但有自己的绝缘监测,还有电噪声监测,监测的数据在MOP里面都可以查询到,若接线不好,很容易造成绝缘低和电噪声。如图所示,如何保护接线,屏蔽线的处理,电源线的紧固,120欧姆终端电阻的安装,系统电源线和网路线都有规范的接线要求。
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ME-C电喷主机的控制系统ECS
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