主发电机转速控制系统

1、 主发电柴油机速度控制系统 本课件主要内容是通过对主机转速控制系统的两个主要部件Woodward723控制器和PG-EG 执行器的内部基本原理和工作过程的介绍使我们能够对这个系统有一个基本的认识，然后以此为基础能对该系统的维护保养和故障处理能起到一定的指导作用。woodward723PG-EG执行器主机M/E SPEEDwoodward723PG-EG执行器主机M/E SPEEDDROOPISOCHRONOUSELECTRICELECTRICFUEL RACKFUEL RACKOTHER INPUTSOTHER INPUTSOTHER OUTPUTOTHER OUTPUT 上面是这个系统各个模

2、块以及他们之间联系的一个简图。 安装在主机飞轮侧的的转速传感器检测主机曲轴转速，接着把它传输到Woodward723。 然后Woodward723根据控制模式是速度降还是同步来决定对输入的速度和负荷信号进行何种运算，这也决定了723的输出。接着输出的电信号再传到PG-EG执行器，经过电信号和液压信号的转换和控制后输出的液压信号再拉动油门杆，从而影响主机转速，使之向相反的方向变化。然后此过程一直在进行，直到主机转速稳定在一定的范围之内。速度降模式： 如图当速度降和同步输入端有信号来时，其就使得723在同步的运转模式。且在速度降控制模式下其输出： Y= KX K:速度降系数（是主机在空载时的转速和

3、主机在满载时的转速差与标定转速的比值，一般取5%左右.） X: 速度差虽然此时可推导出转速与负荷成正比例关系，但其值是内部设定的最大速度和最小速度值的范围之内。故这种模式一般仅在手动控制主机功率的情况下使用。 左下图标注的主机功率输入端，它是从功率监视组件（VAMP260)来的，其值对723很重要，如果它出问题，则主机控制直接由同步转为速度降模式 速度降和同步模式输入选择加减油门输入接口主开关状态输入主机功率数值输入端723同步模式的输入端： 如图它的输入信号里有一个“功率分配线”（这个在AVR里也出现过),它是保证各个并联运行的主机在同步模式下功率能平均分配。它是三台主机共用两根公共线，这样

4、就能保证三台主机的这个输入端电压相等。如果并联运行的主机功率不等时，（如左图）负载大的其9-10的端电压就大于负载小的那个9-10的端电压。那么这里就会产生电流，这样就会对内部控制系统起作用，也就是有信号传到内部控制系统。而且这个信号一直起作用，直到并联运行的主机功率相等。 在输入信号里还有两个转速信号,进入控制器后作为输入值与标定转速进行比较，得出来的差值被分别在主机空载和带负荷时使用,(从下图可以看出）但如果有一个转速传感器出现故障，那么系统自动使用正常传感器。然后这个转速差作为输出为下一步的运算做准备.在同步模式下此差值被送到PID控制器。转速传感器功率分配线723的输出 上面是PID控

5、制器内部图，其比列积分微分的公式：P(t)=Ke(t)+e(t)dt/Ti +Td.de(t)/dt 在同步模式下Woodward723内部是PID控制,公式由上。从上图可以看出速度差在一定的范围之内时增益率为0，即此时调速器也就没有输出。直到速度差超过这个范围后增益量才开始有，并且随着速度差的增加而增加。同时对两个转速传感器过来的信号的选取和主开关状态的关系也可以从上图能看出来。接着我们从信号的走势还看出这个增益率和主机功率有关，并且随着主机功率的增加而增加。最后我们得出：K比例系数=K速度差 . K功率 PID微分和积分值也是两套数值，其选取也由主开关状态来决定。主开关状态对两个转速传感器

6、差值信号产生的增益的选取主开关状态对微分和积分值的选取相对于速度降和同步以外的另一种控制模式相应的比例增益723内部可以设置的参数速度控制盲区P=Proportion比例I=Integral 积分D=Differential 微分 在当我们怀疑这几个值有问题时，我们就通过手操器（如左图）找到比例积分微分的参数设定值，这些值对控制系统也就是PID的输出的影响如下： 比例P：比例项部分其实就是对预设值和反馈值差值的放大倍数。其值大，可以加快调节，减小误差，但过大的比例会使系统稳定性下降，甚至造成系统不稳定； 积分I：积分项部分就是对预设值和反馈值之间的差值在时间上进行累加。因此积分项的调节存在明显

7、的滞后。而且I值越大，滞后效果越明显。 微分D：微分项是根据差值变化的速率，提前给出一个相应的调节动作。可见微分项的调节是超前的。并且D值越大，超前作用越明显。可以在一定程度上缓冲振荡。 接下来723输入的动态参数在PID控制器经过运算后，其结果再输出到723控制器的下一部分。从上面分析我们知道如下：1、同步模式下723出来的电信号是由控制转速的PID和主机并联运行的负荷控制的两个信号的共同作用输出来的；2、速度降模式下723的输出是由速度降系数和转速差决定的。3、这些值因为是电信号，所以相对而言变化一般都比较频繁。如果用这样的信号来直接控制主机的油门杆，就会频繁的拉动油门杆，这样就显得不太合

8、适。所以在这之间又加了个PG-EG液压执行器,也就是把723输出的电信号转化为液压信号来控制油门杆。这样就使得油门杆在主机转速或负荷变化时不仅能够及时的响应，又能幅度相对缓慢的变化。 这就是上面我们提到的PG-EG液压执行器照片和内部原理图。电信号首先是到喷嘴挡板机构,然后通过这个机构电信号成比例的转变为液压信号。然后再到后半部分的积分机构,在这里在某种程度上如果说723的作用是把输入量主机转速以最优化的方式控制在标定转速的范围之内，那么PG-EG执行器的作用就是把它的输入量723输出的电信号以最优化的控制方式控制在0,也就是当液压A=液压B的时候。这时我们也可以看出执行器是积分中带比例的机构

9、(比例不直接起作用）喷嘴挡板机构喷嘴挡板机构积分机构积分机构液压A液压B液压A：喷嘴挡板机构的出口压力液压B：推动油门杆的液压压力积分机构：因其在输出值与设定值不符时，就控制动作就一直进行，故在这里主要指PG球头和滑阀这一段液压A液压B 如图从油泵过来的压力油先通过滑阀底部的压力调节阀,使其降到690KPa的标准油压，然后通过节流孔到控制阀座的顶部即喷嘴后，油直接喷向力矩马达梁(即挡板)的底部。 PID过来的信号是-ImaxImax,就是当转速最大时对应的输出电流是负的最大值，反之是正的最大值。当723输出电流是正值且增大时，它的电磁线圈产生的力矩就增大，挡板靠近喷嘴，液压A增大。然后经过后面

10、的积分机构后拉动油门杆加油。在这同时油门杆还使复位杠杆动作，最后杠杠是压在复位弹簧上，起到正反馈的作用，其正反馈的强度由比例调节点来控制。正反馈的原因是每一个负荷对应的马达梁的一个位置使得在电调信号（PID输出）为零时，液压A=液压B。且液压B的大小从图可以看出是随着负荷的增加而增加的，因为它受动力活塞弹簧的影响。 然后液压A再到执行器的下一个部件:积分部分。零位调节螺母就是通过调节它使得在电调信号（PID输出）为零时，液压A=液压B。积分部分回复弹簧比例调节点零位调节螺母补偿环带补偿环带控制环带控制环带阻尼活塞阻尼活塞补偿针阀补偿针阀液压B液压A 在积分部件中我们看到此时723输出电流是正值

11、且增大,则标定转速大于主机实际转速，飞重向内收拢推动滑阀柱塞下行，其控制环带也随着下行，这样也就开启了通向阻尼活塞左方的油路。而此时液压A大于液压B, 阻尼活塞左边的油压大于右边的油压。因此阻尼活塞向右移动，并使其压力油进入伺服油缸的动力活塞下部，然后推动油门杆上行加油使柴油机加速。 与此同时阻尼活塞左右两侧的油压同时作用在补偿环带的两侧，且此时下侧油压大于上侧油压，产生向上的补偿力,使滑阀提前复位。由此由补偿力产生的负反馈作用可使滑阀在柴油机转速达到标定转速之前，提前回复到中央位置，关闭控制孔。然后在此后的柴油机加速过程中此补偿力将由阻尼活塞的缓慢左移而逐渐减少，且减少的幅度通过补偿针阀进行

12、调节。在动力活塞拉动油门杆的同时，其复位杠杆也在对回复弹簧产生一个向下的拉力，促使喷嘴挡板的出口油压A增加，因此在这种情况下液压A减少的速度就比没有复位杠杆正反馈时来得慢，也就是积分部分此时补偿环带所产生的负反馈强度也不没有这个正反馈来得强，因此控制环带也提前回复中央位置，也就是更提前停止拉动油门杆，这样就更减少油门杆的波动。 从上我们可以分析出伺服活塞拉动油门杆的幅度（也就是执行器的输出）基本是由补偿针阀的开度和比例调节点的位置决定的。回复弹簧比例调节点woodward723PG-EG执行器主机M/E SPEEDwoodward723PG-EG执行器主机M/E SPEEDDROOPISOCH

13、RONOUSELECTRICELECTRICFUEL RACKFUEL RACKOTHER INPUTSOTHER INPUTSOTHER OUTPUT 这是调速器控制主机转速的油门杆，它是调速器系统结构最简单，但也是最容易出问题的地方。安装在主机飞轮端的主机转速传感器，其工作条件比较恶劣。OTHER OUTPUT 1.检查主机油门杆是否按照图示中标注处进行润滑和活络，并检查被橡胶套封住的油门杆滑动轴承中有无脏东西，在清洁完以后，再进行润滑和活络。还有就是对下面图中两处加牛油的地方。装牛油嘴的要用牛油枪往内接触面打牛油。没有的话就在其表面抹上牛油。特别是支撑轴承这里，必须要用牛油枪把牛油从油嘴

14、打进去，并使牛油另一个面溢出方可。 这样做的目的主要是防止卡阻。特别图示中各个滑动轴承的卡阻。还会直接导致PG-EG执行器输出的油门和高压油泵油门杆真正接收到的值存在滞后，甚至直接就有差别，使主机真正的供油量不是按照系统控制的那样。这样的结果就是运转时主机会转速不稳，启机时不好启动，空载时游车。因此虽然这个部件结构原理相对比较简单，但很多时候故障大部分就是这些不起眼的小地方引起的，而原因就是平时对这些地方的维保不利。所以这要引起我们的重视。综上所述当发现主机转速不太稳定时，我们应按照以下几个步骤进行排查。综上所述当发现主机转速不太稳定时，我们应按照以下几个步骤进行排查。 油门杆的滑动轴承高压油

15、泵油门齿条杆加牛油支撑轴承上牛油嘴转速传感器2.检查飞轮旁的转速传感器：这个位置也是暴露在室外，它是继油门杆故障以后的另一个最容易引起问题的地方。因为安装在这个地方的传感器表面容易脏污，且受到的振动也大，这都会影响到传感器的测量精度，甚至其内部接线也会因振动等原因而松动，甚至断线。 还有就是凸轮轴端的速度传感器，这个传感器出来的信号分两路，一路到主机机旁的安保系统，另一路到主机MCC间控制柜里面的PLC，我们WOIS电脑上显示的主机转速也来自于这一路，故这一路出问题会引起主机关停的事故。执行器输出轴的刻度指针3. 检查问题主机PG-EG执行器输出轴的刻度指针，在运行时对照正常主机在正常运转时一

16、般都是比较稳定的，如果出现来回波动比较大的情况，就有可能是执行器的问题。也就是上面提到的补偿针阀开度或者比例调节点不太恰当，或者由于其他原因导致这个开度出现变化了。检查Woodward 723得接线有无松动，如无异常则再用手操器检查723内部设置的参数，并与其它机相对照，看是否有不同的。然后分析是否是这个地方造成的。如果都相同，则再对723进行校准。也就是用外部设备，比如频率发生器给723一个速度输入，然后观察723的输出。用这来判断723控制器是否正常。总结：主机转速控制系统是主机的一个重要组成部分，保持它的正常运转就显得非常重要。那么平时对它的维护保养检查必须按时连续并认真的进行，比如对主机油门齿条机构的润滑活络，转速传感器的按时检查校验，PG-EG执行器的滤器清洗滑油更换定期送岸检查等等！1. 根据设备的浴盆曲线早期故障期的故障大多是由于设计、原材料和制造过程中的缺陷造成的。随着运行时间的增加，各零部件逐渐进入最佳配合状态，故障率也逐渐降至最低值。偶然故障期的主要故障原因是由于使用不当、操作疏忽、润滑不良、维护欠佳、质量缺陷、材料隐患等因素引起。在产品投入使用一段时间后，产品进入耗损故障期，该阶段的故障率随时间的延长而急速增加,