毕业论文-“育鲲”轮DGS8800e数字调速系统简介与故障分析

大连海事大学毕业论文………………装………………..订………………线………………二〇一二年四月“育鲲”轮DGS8800e数字调速系统简介与故障分析专业班级：轮机08-11班姓名：指导老师：轮机工程学院内容摘要摘要：本文首先对“育鲲”轮DGS8800e数字调速系统的结构组成进行介绍，并详细描述了DGS8800e数字调速系统的运行模式和控制模式。然后分析了该数字调速系统可能会出现的故障并分析了可能的故障原因。最后结合说明书，提出了对系统的维护保养计划。希望能为“育鲲”轮上的轮机人员以后对该系统的管理提供帮助。关键词:数字调速系统运行模式控制模式维护保养ABSTRACT:ThepassagefirstlyintroducesthecompositionoftheDGS8800edigitalgovernorsystemusedin“yukun”ship,andparticularlydescribestheworkingmodeandcontrolmodeoftheDGS8800edigitalgovernorsystem.Thenanalysesthepossibletroubleandthepossibletroublereason.Intheend,themaintenanceplanisgivencombinedwiththeinstructionmanual.Ihopethatitwillbevaluabletodailymanagementonthesystemfortheengineersin“yukun”ship.Keywords:digitalgovernorsystemworkingmodecontrolmodemaintenance目录TOC\o"1-3"\h\u10601前言 “育鲲”轮DGS8800e数字调速系统简介与故障分析前言随着电子技术的发展，电子控制系统已愈加广泛地应用在发动机上，其中电子调速器在柴油机上的应用已达到非常令人满意的效果,同时电子调速器具有调节精度高、全面的控制功能、广泛的适应能力、具有各种不同的操作模式及简化的制造,安装和维护等特点。电子调速器的应用也是提高柴油机性能最有效的途径和最主要的措施之一。“育鲲”轮主机遥控系统包括AT2000推进系统、电子调速器DGS8800e、安保装置SSU8810三个系统联合实现对主机的控制。电子调速器DGS8800e是由计算机控制的全数字式调速系统，直接接受AT2000推进控制系统的调速指令，控制主机油门拉杆，从而实现主机加减速或维持主机转速稳定。1电子调速器的特点1.1精确的速度控制以机械—液压调速器为核心的控制系统一般来说可以适合各场合，但对于一些比较复杂场合的控制却不是很理想。电子调速器对于转速的控制是通过飞轮处安装的传感器监测,并根据设定转速和实际转速的差异进行调节以保证柴油机的稳定运转,由于控制器具有很高的响应及PID(比例微积分)计算功能,因此对发动机的速度有很精确地控制，稳定状态下的转速波动率可低于0.1%。为了减轻扭振信号的影响,在电子调速器中设有联轴节扭振滤器，滤掉速度信号中的扭振信号,使调速器不会反映和放大这些扭振信号。联轴节扭振滤器还可以自身调节达到不同的自振频率并抑制由温度变化可能产生的频率偏移。这样在不牺牲稳定性的前提下大大改善了传递特性,保证了速度的精确控制。1.2全面的控制功能现代船用电子调速器不仅可以精确地控制柴油机的转速,而且对柴油机具有全面的控制能力。在带有轴带发电机的船上,可以把电负荷作为前馈信号送回系统以增加系统对负荷的响应,良好地控制轴带发电机和柴油发电机组间的负荷转移。电子调速器大量的限制功能可以在各种运转条件下使柴油机不承受异常负荷,保证柴油机安全可靠地运转。1.3广泛的适应能力电子调速器有很强的适应能力。通过修改软件设置可以将调速器用于各种场合。调速器可以在现场调整设定点和进行动态调节以适应技术条件的变化,如果需要的话,在安装若干年后也能够很方便地加以改进。1.4具有各种不同的操作模式各种不同的操作模式是指可以根据不同的要求由操作者选择机器的运转模式，例如DGS8800e数字调速系统具有正常模式、空闲模式、设定值模式、试验模式、校验模式和自检模式，并保证发动机一直处于最优化状态运转。1.5简化的制造,安装和维护电子调速器所有的控制参数都是由电位计确定而不是弹簧、连杆和孔,也不需要齿轮传动的驱动系统及压缩空气和液压系统,这使得制造、安装过程大大简化。电子调速器的各个部分不需要对不同的应用场合限制调速器的编号,各部分可以作为标准元件进行制造。电子调速器和执行器只是在需要进行油量调节时才工作,而不是像液压调速器那样需要不停地运转。这使得电子调速器的维修工作大大减少,有足够的可靠性，一般来说不需要维修。2柴油机电子调速器工作原理常见的电子调速器按照控制器划分可分为模拟式电子调速器和数字式电子调速器两类。模拟电子调速器的控制器由模拟电子元件组成，数字式电子调速器由数字式微处理器及外围设备组成。电子调速器工作原理是利用转速调整电位，传感器通过测量发动机的转速，将信号送至控制器中与设定值相比较后，按一定的规律或运算，放大后驱动执行器调节喷油泵齿条，调节供油量，从而达到稳定转速的目的。“育鲲”轮上所选用的电子调速器就是DGS8800e数字调速系统。3电子调速器的选择在选用电子调速器时要考虑到动力装置的复杂程度,根据动力装置复杂程度的不同,可以把它们分为“传统型”和“新型”两类。传统型的动力装置主要包括:发动机与定距桨连接，发动机与无离合器、对螺距变化也无特殊要求的变距桨连接，发动机带有功率不超过15%MCR的轴带发电机及变距桨。这类动力装置和柴油机可以选用认可的电子调速器。例如“育鲲”轮选用的NORControl公司的DGS8800e数字调速系统。新型的船舶动力装置包括:动力装置中带有弹性联轴器,齿轮装置,可脱开螺旋桨的离合器,柴油机直接带动要求能够迅速改变螺距的变距桨及对频率准确性有很高要求的轴带发电机。对于这类动力装置,电子调速器一定要订做,并且系统的布置应同时得到用户、调速器供应厂及柴油机制造厂共同许可.在确定总体方案时,一定要注意停车系统,调速器和遥控系统必须是兼容的。4DGS8800e数字调速系统组成DGS8800e数字调速系统由驾驶台和集控室的发令装置、电源、数字调速单元（DGU8800e）、转速检测装置和扫气压力传感器（GT7或GT100）五个基本部分组成。图1为DGS8800e数字式电子调速器的配置图。图1DGS8800e数字式电子调速器配置图4.1驾驶台和集控室的发令装置DGS8800e数字式电子调速系统可以接受驾驶台和集控室两个位置的信号，并根据信号大小进行控制。图2为驾驶台和集控室控制面板。在航行中，主机的运转速度和可调距桨的螺距可以分别从转速仪表和螺距仪表中读出。通过调节车钟手柄的位置可以改变船舶的航速。准备航行时，主机的起动就可以通过在AT2000操作面板上按照主机起动的步骤操作来完成。图2驾驶台和集控室控制面板1、主机转速仪表2、螺距仪表3、车钟4、AT2000操作面板4.2电源220伏三相交流动力电源用来给三相伺服电机提供服务的，220伏单相交流电源用来给控制电路提供服务的，24伏直流电源用来给数字伺服单元提供服务的。4.3数字调速单元数字调速单元包括调速器和执行机构两部分，这两部分都有各自的微处理器。它主要作用就是接受外部过程的各种信号并转换成标准的数字量信号，然后将数字量信号送到调速器内。4.3.1控制面板控制面板位于机舱集控室的控制台面板上，图3为DGU8800e数字调速单元的控制面板，左面为调速器控制部分，右面为执行机构控制部分，右面的钥匙开关时两部分公用的。调速器控制部分运行模式指示灯和调速器状态指示灯分别指示调速器的运行模式以及所处的状态，警报指示灯能够直接指示出故障。可以在参数选择面板上选择所要知道的参数，该参数的数值将会在参数数据显示面板上显示。检测按钮在系统所有模式中都会用到，通过按动上面的按钮直接输入一个模拟信号量，模拟量的输入将会被转化为当前信号，可以通过“+”或“-”按钮来调整。通过控制模式按钮可以选择调速器的控制模式。执行机构控制部分模式指示灯和执行器状态指示灯分别指示执行器运行模式和所处的状态，警报指示灯能够直接指示出故障。执行器参数选择面板、参数数据显示面板和执行器测试按钮的作用和调速器的一样。所有的参数都具有调整保护，该保护就是通过钥匙开关实现的。图3DGS8800e数字调速单元控制面板1、运行模式指示灯2、调速器状态指示灯3、调速器警报指示灯4、执行器模式指示灯5、执行器状态指示灯6、执行器警报指示灯7、调速器参数选择面板8、调速器参数数据显示面板9、执行器参数选择面板10、执行器参数数据显示面板11、钥匙开关12、执行器测试按钮13、伺服机构测试按钮14、调速器检测按钮15、控制模式按钮4.3.2执行机构DGS8800e数字调速系统的执行机构包括了数字伺服装置和电动执行器。（1）数字伺服装置数字伺服装置是一个标准的可墙挂式数字伺服装置控制箱，它位于机舱集控室前门和控制台之间的墙壁上。图4为DSU001数字伺服装置。它是电子调速器的一个重要中间环节，接受数字调速单元输出的指令，经过线性变换与功率放大，其输出信号就去控制电动执行器输出轴的角度变化。与此同时，它也接受电动执行器有关转角输出变化的反馈等信号。图4DSU001数字伺服装置（2）电动执行器电动执行器位于主机机旁操作台后面。图5为电动执行器实物图，电动执行机构包括一个三相无刷伺服电机和减速齿轮。伺服电机不含电子元件，使用球型长寿润滑轴承。它是受伺服放大器SBS15/30A控制，内部装有一个刹车装置，在故障时，例如系统故障、电源故障时，执行机构将保持燃油齿条在当前位置上，燃油齿条位置会保持在安全状态，柴油机会保持当前速度；同时外部也有保护设备。执行机构输出位置通过一个直接安装在伺服电机内部的绝对编码器进行测量，测量信号既是转速调节器的反馈信号，又是电动执行机构的反馈信号。图5电动执行器4.4转速检测装置速度检测采用电磁式传感器安装在主机齿轮对面，并且成对安装，提高系统的可靠性。图6为转速检测装置实物图，图7为转速检测装置结构原理图。该转速检测装置属于非接触式测速装置，它没有运动部件，不会发生磨损，具有使用寿命长、检测精度高等特点。传感器靠近齿轮安装，齿顶之间保持一个较小的间隙（间隙要求在2.5mm±0.5mm）。主机转动时，齿顶和齿谷交替经过，引起线圈内的磁通量交替变化，使线圈感应出一系列的脉冲信号。脉冲频率f取决于齿数Z和转速n，即。传感器输出的感应电势脉冲信号经过整形放大电路，使其转换成同频率的矩形波。矩形波再经频率/电压转换电路变成电压信号。该电压信号的大小反映了转速的高低。图6转速检测装置1、电磁式传感器2、齿轮图7转速检测装置结构原理图1、永久磁铁2、软磁芯3、线圈4、非导磁性外壳5、主机齿轮4.5扫气压力传感器扫气空气限制就是当主机加速时，为保证不超负荷以及燃烧良好，主机供油量应与供气量成比例地增长，也就是说随着扫气压力的升高逐渐增加各气缸的燃油量。调速器单元的扫气空气燃油限制器就是利用扫气压力传感器,按照扫气空气总管上的测量的压力值来限制燃油喷入量。这个限制器需要按照主机制造厂的推荐值来进行调整。如果随意调整的话，主机的寿命就会减少。因为燃油与扫气量的匹配不好,会造成主机燃烧状况恶化。图8为扫气压力传感器实物图。图8扫气压力传感器5DGS8800e数字调速系统的运行模式和控制模式5.1调速器的运行模式与操作方法5.1.1正常（NORMAL）模式“NORMAL”指示灯亮，表示系统在正常模式下工作。该模式的进入是由备车和各种有效的遥控操纵而自动实现的。假如主机在备车完成后的停车状态，现在操纵车钟手柄操正车或倒车，系统便自动进入正常模式，调速器控制面板左上方的“NORMAL”指示灯亮。在这种模式下，主机处在遥控系统的正常控制之中，并且所有的系统参数和数据都可以利用相应的参数代码进行查询、监视或修改，所有调整后的系统参数都将被存储下来，关掉电源后这些被调整和存储的参数仍保留在存储器中。5.1.2空闲（IDLE）模式空闲（IDLE）模式也可说是运行就绪模式或停车模式。在系统加电后，或系统处在停车状态，或进行起/停逻辑操作的机动操作过程中，或车钟手柄放在停车位置时，系统都会自动进入空闲模式，此时“IDLE”指示灯亮。在空闲模式下，可以进行参数查询和修改。5.1.3设定值（SETPOINT）模式设定值模式又称直接燃油量控制模式，是一种由车钟手柄发出的车令转速设定信号既不通过加/减速速率限制等转速设定值限制环节的限制，也不通过调速器的运算和调节，而直接发送到电动执行结构前的选小器，从而实现直接控制主机油门开度的应急操作模式。这种操作模式比以往的机旁应急操作更加方便、快捷和舒适。通常在主机遥控系统发生故障时才运行该模式。进入设定值模式的方法是：将执行机构面板中右方的修改锁（CHANGELOCK）用钥匙将开关扳向开(OPEN)的位置，然后按下调速器面板左下方控制模式（CONTROLMODE）区域中的燃油设定值按钮（FUELSETPOINT），系统便自动进入设定值模式，“SETPOINT”指示灯亮。这时调节器的转速设定限制功能和PID转速调节功能都将失效，只是通过车钟手柄直接调节给油量，实现的是转速的开环控制。注意：运行这种模式时，必须将微速（DEADSLOWRPM）和海上全速（FULLSEASPEEDRPM）两种转速时的转速设定值大小（RPMCOMMAD）与燃油给油量指示（FUELINDEX）相匹配，即通常调节使微速对应零燃油指示和海上全速对应海上全速的燃油供油量。5.1.4试验（TEST）模式试验模式的设置主要是用来诊断DGS8800e数字调速系统故障，特别是可以判别是外部传感器故障还是DGS系统内部部件（适配器卡、扩展I/O接口板或微处理器板）故障，以及进一步判断DGS系统内部哪个部件故障，都是非常有效和实用的。比如用这种方法可以确定和判别车令发讯装置故障、扫气空气传感器故障等。试验模式分两种情况：一种是在线试验模式（ON-LINETEST）,即从正常模式进入试验模式。方法是：在调速器面板右下方的试验区域中，按下模拟车令CMD、模拟螺距PITCH或模拟扫气压力SCAV按钮即可进行相应的系统实验。目的是对主机遥控系统，特别是外部传感器等进行故障原因查找和故障部位的确定。注意：由于此时主机正在正常受控运行状态，所以来自主机转速测量装置的转速测量信号是不能人为随便设置的（不允许按RPM按钮），否则将影响主机的正常运行。另一种是离线试验模式（OFF-LINETEST），即从空闲模式进入试验模式。在这种模式下，主机处在停车状态，用户可以做比在线试验模式更多的实验内容。进入离线试验模式的方法是：在空闲模式下，选择调速器面板左侧参数编号（PARAMETERNO.）为1，并将数值（VALUE）改为2。5.1.5校验（CALIBRATION）模式在校验模式下遥控系统自动调用一个预设转速值来代替实际转速测量值，这时相当于对系统加了一个阶跃的转速扰动信号，观察调速器对输入扰动信号的响应情况，以此来检验调速器的灵敏度和调节精确度。该模式既可以在正常模式进入，也可以在空闲模式下进入。如果在正常模式下按下试验区域中的[CAL]按钮，系统将起动校验程序，“CALIBRATION”指示灯亮。如果在空闲状态要进入校验模式，需要选择调速器面板左侧参数编号为1，并选该参数点的数值等于自检（SELFTEST）模式自检模式是一个专门用于检测计算机存储器的模式。该模式必须在空闲模式或车钟手柄处于停车位置时才能进入，方法是：选择调速器面板左侧参数编号为1和数值等于5，然后按下参数区域左下方的LAMPTEST按钮（带自检功能），“SELFTEST”指示灯亮，则计算机存储器检验程序被调用，自动进行存储器检验。如果检验结果正常，将显示“REG-UP”；如果发现存储器有故障，将显示“ERROR”。应当指出的是系统在运行这种检验程序的时候不再运行其他应用程序，不对其他设备进行控制。需要清楚的是，在进行存储器检验的同时，必然检验了微处理器CPU的功能，因为检验存储器的程序必须通过CPU才能运行，如果CPU故障存储器检验程序是无法运行的。同时，存储器检验的结果如果通过I/O接口电路控制面板上的指示灯亮灭，那么此时按下试灯按钮LAMPTEST将对存储器的检验过程体现在控制面板指示灯上，也可以间接试验指示灯的好坏。5.2调速器的三种特别控制模式5.2.1恒定供油量（CONSTANTFUEL）控制模式该模式是一种当主机转速维持在预设的转速死区限制（RPMDEADBANDLIMIT）范围内时，燃油供油量维持恒定不变的控制模式。引入这种控制方式的目的主要是为了减少调速器的频繁动作。在正常海况定速海上航行时，可按下CONSTANTFUEL按钮，其发光二极管灯亮，恒定供油量控制模式被启动。此时，若主机转速在预定的死区范围内时，调速器保持恒值输出，高压油泵齿条的位置将不发生变化，调速器和齿条机构工作更加稳定。DGU8800e调速单元中恒定供油量控制模式下死区偏差默认值为上下2r/min。应该说死区值越大，调速器工作越稳定，但对主机转速和船速的要求将放低了，死区值越小，调速器灵敏度越高，工作越不稳定。5.2.2恶劣海况（ROUGHSEA）控制模式在正常海况定速航行时，调速器采用PI调节规律来调节，并按正常的PI参数运行。在恶劣海况航行时，按下ROUGHSEA按钮，调速器将进入该模式运行。该模式主要有三大举措:(1)减小PI调速器的比例带，即加强调速器对偏差的反应力度，以抑制因大风浪使螺旋桨部分露出水面而引起的主机转速过大波动。（2）在PI调节规律中引入微分作用，以便在主机螺旋桨开始露出水面或潜入水面时，调速器的微分作用给出一个超前调节，使主机转速相对稳定，不会因为螺旋桨的露出或潜入引起主机转速波动过大或飞车。（3）DGS数字调速系统还兼有极限调速器的功能，即当主机转速接近“超速”转速时，自动切断燃油供给，主机转速将下降；当主机转速下降到复位转速时，恢复燃油的供应，主机转速慢慢恢复。这是一种双位式幅差控制。5.2.3燃油设定值（FUELSETPOINT）直接控制模式在调速器或转速测速装置等发生故障时，可以将执行机构面板中右方的修改锁用钥匙把开关扳向开的位置，然后按下FUELSETPOINT按钮，调节器的基本功能和转速反馈信号被切除，进入直接通过授权的车钟手柄给出的车令信号控制电动执行结构及燃油齿条位置调油调速。燃油设定值直接控制模式是一种抛开调速器和转速反馈环节的开环转速控制系统。在这种模式下，各种燃油限制仍然起作用，所以主机不会超负荷，但是容易超速，所以在这种模式下的加/减速操车速度不能过快。6故障分析6.1电源故障电源故障主要有三种：一是正24伏直流电磁阀电源故障，此故障可能是因为数字伺服装置的电源变换器和24伏电源不正常，此时要检查导线和接线端子、数字伺服装置和数字调速单元中的自动保险丝以及变压器中的保险丝。二是15伏直流电源故障，如果主机运转正常，则可能是由于电源监视电路故障或正15伏电压低于12伏，此时应测量正15伏电压是否正常，如果正常就更换电源监视电路板；如果模拟量输入信号都不正常，则可能是由于15伏电源外部或负载电路板回路短路或15伏电源内部故障，此时应拔出适配器电路板用万用表查找短路点和更换15伏直流电源板上的直流电源变换芯片。三是正5伏直流集成电路芯片电源故障，如果主机运转正常，则可能是因为电源监视电路故障或者是正5伏电压低于4.75伏，此时应检查或调整正5伏电压，如果正常就更换电源监视电路板；如果系统工作不正常，则可能是因为5伏电源外部短路或过载或者是5伏电源内部故障，此时要逐次短开相应部件查找短路点或过载原因和更换5伏电源或5伏电源内部故障芯片。6.2反馈故障反馈故障通常发生在传感器部位或DataBuffer发生故障。此故障会停止执行器工作，通过操纵手柄处于停止位置来复位反馈故障指示。一般情况反馈故障有五种：一是信号超出规定范围，此时要检查执行机构是否在检测模式并调整信号范围到适当的值。二是执行机构旋转方向错误，此时要改正错误计时器（根据执行器的参数列表）和更换伺服放大器。三是突然改变工作状态，此时要检查反馈电缆，更换NN-1105数据缓冲器。四是反映太慢，此时要检查机械限制、燃油齿条磨损情况、调整TooSlowTime、增加执行器增益量。五是线圈故障，此时要检查反馈电缆和更换NN-1105数据缓冲器。6.3发动机不能起动发动机不能起动的原因是多方面的,可能的故障有：一是引线接触不良,起动电机的电磁开关短路片接触不良。在按起动按钮时，通过观察风扇的转速，如果转速很慢说明起动电机有故障，此时要对起动电机进行检查，紧固引线接头。二是电子调速器的执行器不工作,转速传感器无信号输出等。在按起动按钮时，观察执行器是否动作，无动作说明有故障，此时就检查执行器，修复故障部位。通过测量电阻来判断转速检测装置有无故障，如果有故障就检查线路和传感器的安装位置，或更换转速传感器。三是油箱无油或油箱开关未打开，此时进行加油或打开开关；无燃油进入缸盖，此时在起动时，松开缸盖上的燃油管，检查止回阀；燃油不能经过油泵上的电磁阀，此时手动打开电磁阀，检查修复电磁阀控制电路。6.4发动机转速不稳引起发动机转