【电喷：案例】7RT-flex60c：正车起动主机正常, 倒车起动失败,在AC-4面板“start ...

0 引言

随着世界气候环境的急剧恶化和石油价格的不断攀升, 降低柴油机油耗和排放的呼声日益增多, 国际公约排放法规也日益严格。为提高燃油经济性和降低排放, 提高柴油机的可靠性和灵活性, 实现适时调节, 对柴油机提出更高的要求。伴随电子技术的不断发展, 电控技术已广泛应用在船舶动力控制和监测中, 与传统柴油机相比, 其在可靠性、安全性、节能、灵活性及环境保护等方面具有很大优势。电控共轨柴油机已成为未来发展的必然趋势。

与传统柴油机相比, 电控柴油机的起动在控制方式上有较大区别, 并且大部分控制环节、故障检测和故障报警等的实现均由软件完成, 船舶技术管理人员需转变维修观念和学习维修方法。

1 起动故障现象

中波“太阳”轮主机为型号Sulzer 7RT-flex60c电控柴油机, 采用WECS-9500控制系统。在离港备车起动时, 该船集控室正车起动主机正常, 倒车起动失败, 主机不动;由于起动时间过长, 在AC-4遥控系统控制面板上的“start too long”故障指示灯亮, 状态指示灯“starting”亮。

2 起动控制系统组成和功能

主机起动由主机外部的AC-4遥控系统、内部的WECS-9500控制系统和DENIS-9操作系统等共同完成, 任一环节出现问题都会导致起动故障。

2.1 AC-4遥控系统

AC-4遥控系统为微机控制的主机遥控系统, 由车钟系统、遥控系统、DGU8800f数字调速器系统和SSU8810安保系统等4部分组成。各系统内部的硬件构成基本相同, 即包括微处理器主板、扩展I/O接口和适配器板等。由于程序储存器中的软件不同, 功能不同, 各系统之间采用RS-422串行通信总线连接进行通信联系, 共同完成电控柴油主机的遥控功能。

控制面板上的指示灯、按钮和LCD数字显示器通过扩展I/O接口板与主板上的接口芯片相连, 是实现人机交互过程中信息输入/输出的窗口, 也是轮机管理人员掌握遥控系统工作状态和故障判断的信息来源。

主机磁脉冲速度传感器安装在飞轮端, 信号分别发送到遥控系统、安保系统以及数字调速器系统进行检测和显示, 是AC-4遥控系统完成各功能的重要信号。

2.1.1 车钟、遥控系统

车钟、遥控系统用于对主机进行遥控操作、状态显示和参数显示。在驾驶台和集控室采用具备传令和操作指令发讯功能的复合车钟, 包含操作部位转换按钮、副车钟以及1个应急停车按钮。车钟内的车令发讯器为电位器, 车钟每个位置转速对应1个阻值;阻值通过主板上的模/数转换器转换为数字信号, 并通过主板内的程序进行速度和负荷限制;再通过数/模转换为模拟量, 送至DGU8800f数字调速器系统。负荷限制信号来自WECS-9500中MCM板上的4~20 m A电流模拟量。

当在驾驶台或集控室正倒车操作时, 车钟带动下部的正倒车微动开关, 微动开关信号通过串行通信接口送至集控室的遥控系统主板。如果符合起动条件, 那么给WECS-9500的MCM板输出1个正倒车起动的开关量信号。

2.1.2 DGU8800f数字调速器系统

将遥控系统给定的速度信号与转速传感器测量的实际转速信号进行偏差比较和PID计算, 再通过扫气压力限制、转矩限制和排放限制等使主机操作避免超过螺旋桨特性曲线, 最后通过总线提供4~20 m A的电流模拟量油门信号给WECS-9500的MCM, 用于调节主机转速。

2.1.3 SSU8810安保系统

安保系统主要检测主机的重要参数。信号测量一般由开关量传感器完成, 一旦参数超过设定值, 安保系统会发出自动停车或减速的信号, 并报警。车钟操作面板上的应急停车信号也通过安保系统发出。安保系统停车控制信号分3路完成: (1) 由硬线直接控制主机燃油共轨上的电磁阀动作, 通过泄放燃油停车阀使燃油共轨的泄放阀打开, 迅速泄放燃油共轨油压; (2) 通过串行接口输给电子调速器1个停油指令; (3) 直接输给WECS-9500, 将喷油控制闭锁, 电动执行器的拉杆也使高压油泵回零。若故障停车或减速, 则必须排除故障并在操作面板复位后才能起动。

2.1.4 BACK UP模式

BACK UP模式为机旁操作模式, 在遥控系统或电子调速器出现故障时可以应急操作主机。通过面板上的小旋钮调节油量设定, 模拟量阻值信号直接传送至MCM, 起停主机的开关量信号也传送至MCM。因此, BACK UP模式也是由WECS-9500控制的智能化操作。若WECS-9500故障, 则该模式不能操作主机。

2.2 WECS-9500控制系统

WECS-9500控制系统是电控柴油主机的控制核心, 处理所有的动作并直接管理、控制柴油机的起动运行。燃油共轨和伺服油共轨都在WECS-9500的控制下保持燃油压力、伺服油压力, 满足负荷要求。WECS-9500控制系统主要包括整机控制单元COM-EU, 各缸控制单元CYL-EU和人机交互辅助控制单元WECS-assistant等。

2.2.1 整机控制单元COM-EU

整机控制单元COM-EU包括1个选择模块ASM和2个互为备用的主控模块MCM。MCM为整个控制系统的决策层, 内有强大的运算和控制功能:接收遥控系统的起停主机开关量信号、电子调速器4~20 m A的电流模拟量信号及安保系统的停止系统运行开关量信号;反馈给遥控系统1个4~20 m A的电流模拟量负荷信号, 在系统严重故障时向安保系统发送1个SHUT DOWN的开关量信号, 并按照故障类别向船舶报警系统发送1个“minor failure”或“major failure”的警报。MCM接收燃油共轨压力、伺服油共轨压力和扫气压力等4~20 m A的电流模拟量信号;发送4~20 m A的电流模拟量信号, 控制燃油电动执行器带动高压油泵齿条, 控制燃油轨压;发送24 V的直流电压信号, 控制主起动阀的开启。MCM通过CAN总线以特定的通信协议与各气缸控制单元CCM进行快速信息交换, 将计算结果送至CCM, 再由CCM控制执行器完成。在CAN总线的通信协议中, 数据链路层具有严格的故障自检功能。

2.2.2 各缸控制单元CYL-EU

CYL-EU由CCM和阀件控制信号放大驱动模块组成。CCM根据MCM的指令接收同步串行通信总线SSI的曲柄角度信号, 推算各缸的活塞位置, 同时接收排气阀位置的4~20 m A的电流模拟量信号、燃油喷射电磁阀的适时状态和油量传感器的4~20 m A的电流模拟量信号等, 通过内部设定程序的计算, 发出24 V的直流电压信号, 控制燃油喷射电磁阀、排气电磁阀和气缸起动阀导阀等的开启, 并发出1个脉宽调制控制信号至伺服油压力控制器, 调节伺服油泵的斜盘角度, 达到控制伺服油轨压的目的。

2.2.3 人机交互辅助控制单元WECS-assistant

人机交互辅助控制单元用于显示主机状态、报警信息和主机参数设定等, 是个人机交互窗口。

2.3 DENIS-9操作系统

DENIS-9操作系统由气路控制系统、燃油共轨、伺服油共轨和控制阀件等组成。与传统DENIS-6相比, DENIS-9取消换向装置和空气分配器, 其功能由MCM中的内设软件取代, 在接收遥控系统正倒车开关量信号后, 通过CAN总线发送按正车发火顺序起动或按倒车发火顺序起动主机的指令至CCM, CCM再通过VDM控制各气缸起动阀。2个主起动电磁阀相互备用, 由MCM模块控制。

3 电控柴油主机起动过程