船舶主推进控制系统

内容摘要摘要：本文系统的介绍了Alphatronic2000推进控制系统在“育鲲”轮上的应用，包括其系统组成及相互关系，三大控制模式的选择，及为了防止主机超负荷而设置的负荷控制单元。并根据实习期间对“育鲲”轮上Alphatronic2000PCS系统的深入学习，总结出了对Alphatronic2000PCS系统日常使用管理注意事项。关键词：Alphatronic2000推进控制系统ABSTRACT:ThethesisintroducetheuseofAlphatronic2000PropulsionControlSysteminYuKUNVessel,includingtheconstructionandinterrelationofthesystem,thechoiceofthethreecontrolmodel,andtheloadcontrolunitinordertoavoidtheMainEngineoverload.WiththestudyoftheAlphatronic2000PropulsionControlSystemduringthegraduatepracticeinYUKUNVessel,thethesissummarizethedailymanagementandadvertentproceedingoftheAlphatronic2000PropulsionControlSystem.Keywords:Alphatronic2000PropulsionControlSystem目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"Alphatronic2000PCS系统主要功能及特点 3\o"CurrentDocument"Alphatronic2000PCS系统组成及其相互关系 4\o"CurrentDocument"2.1主控制屏的组成 -4\o"CurrentDocument"2.2Alphatronic2000与SSU8810和DGS8800e的联系 6\o"CurrentDocument"Alphatronic2000PCS系统推进控制屏组成 73.1如何在推进控制屏上进行参数的设定………………8\o"CurrentDocument"Alphatronic2000推进控制系统三大控制模式 8\o"CurrentDocument"Alphatronic2000PCS负荷控制单元 9\o"CurrentDocument"Alphatronic2000PCS日常使用管理 11\o"CurrentDocument"6.1备车时注意事项及操纵步骤 116.2完车时注意事项及操纵步骤 12\o"CurrentDocument"6.3紧急倒航工况注意事项及操纵步骤 12\o"CurrentDocument"6.4显示屏报警指示及采取的措施 12\o"CurrentDocument"6.5驾驶台备用操纵方式的切换 137•总结 13附图：图lAlphatronic2000PCS推进控制系统的结构图图2主控制屏组成图3.各个操纵手柄之间的相互联系图4Alphatronic2000与SSU8810和DGS8800e的联系图5推进控制屏图6组合控制模式转速和螺距设定曲线图7加负荷速度限制曲线图8增压空气压力限制曲线前言近几十年来船舶发展迅速，这不仅仅表现在船舶物理体积的增大，而且表现在主机操纵系统已经通过不同的控制方式从机旁控制模式发展到遥控模式。这些控制系统已经从最原始的机械推/拉连杆系统、便携式电缆系统、气动控制系统发展到今天的电子控制系统。MANB&w公司早期开发的Alpha推进控制系统应用到实船上是1902年，当时的控制系统比较简单，各种操作主要是靠手动操作来完成。从1902年至今，已经有6500条船舶应用了Alpha推进控制系统。1982年Alpha系统改名为Alphatronci系统，Alphatronic2000PCS是MANB&w公司经过多年改进后最近几年推出的推进控制系统。该系统采用了先进的电子设备，具有操作模式多样化、可靠性好等特点，应用该系统可以明显提高动力装置的经济能。“育鲲”轮作为我国自主设计的最先进的远洋教学实习船，采用的MANB&WS635MC型柴油机。该机是MANB&W公司近几年推出的一种低速二冲程十字头式、超长行程、低速船用柴油机。船上采用CPP变距桨实现主机在正常运转中恒速，同时采用先进的Alphatronic2000推进控制系统配合SSU8810主机安全系统和DGS8800e数字调速器实现对主机的遥控与监测保护。Alphatronic2000PCS系统主要功能及特点Alphatronic2000主机操作系统具有如下功能和特点:确保推进系统的安全控制和船舶操纵的可靠性能。确保柴油机和螺旋桨处于最佳的负荷匹配状态，提高经济性能。确保推进系统的快速响应和提高调距桨在机动操纵下的效率。有利于配备轴带发电机，保证柴油机转速控制在要求的范围内，实现机一桨的最佳匹配。防止柴油机超负荷，延长推进系统的使用寿命。通过程序负荷控制，可以防止柴油机热负荷过高。提高对环境变化的适应性，实现最小排放控制，减少大气污染。采用模块化设计思想，进一步加强控制系统的冗余、可靠性。采用数字计算机系统，主要功能由软件实现，大大降低了硬件的投资费用。可以实现在驾驶台、驾驶台两侧翼、集控室、机舱、机旁操纵推进装置。整个系统具有很好的可靠性，并且经久耐用，减少了日常维护和保养的需要。系统被所有主要的船级社认可Alphatronic2000PCS系统组成及其相互关系由图1可以看出，一个典型的Alphatronic2000推进控制系统主要由驾驶台控制屏、驾驶台侧翼控制屏、集中控制室控制屏、组合控制单元组成。驾驶台和集中控制室控制屏主要完成控制发送、操作模式的选择、控制参数的设定、运行参数的显示和报警等功能，组合控制单元是整个控制系统的核心部分，根据操作模式和设定参数信号给出最佳的控制信号，将其分别输出到螺距伺服控制器和DGS8800e主机调速系统，实现螺距和柴油机转速的控制。图1Alphatronic2000PCS推进控制系统的结构图2.1主控制屏的组成主控制屏作为Alphatronic2000主机操纵系统的核心部分，主要由以下三部分组成（见图2）：显示仪表面板，包括一个螺旋桨螺距表和一个主机转速表，分别用于指示螺距和转速。操纵手柄面板，包括一个操纵手柄、应急停车按钮和最下面的驾驶台-集控室通讯按钮推进控制屏，包括报警处理按钮、控制位置选择按钮、控制模式选择按钮、自动停车保护按钮、负荷降低按钮、取消负荷限制按钮等其他功能按钮，基本功能是用来选择控制位置和控制模式，并进行参数设定。

显示仪表面板PiDpufetenConlrcHSystem Alp<iaifo（显示仪表面板PiDpufetenConlrcHSystem Alp<iaifo（ilc2[X）D 盂聶1~1L1~1□□匚nannn^nziizi口UUUDD推进控制屏操纵手柄面板推进控制屏图2主控制屏组成各个控制位置的操纵手柄是相互联系的（如图3所示），驾驶台和集控室控制屏上的操纵手柄通过相应的控制信号（即设定值）连接到组合控制单元的遥控系统，驾驶台主操纵手柄和两翼操纵手柄通过电轴系统（同步系统）连接在一起，其作用是保证当驾驶台主操纵手柄动作时，两翼的操纵手柄自动跟随主操纵手柄的位置而动作。这样可避免当驾驶台操纵位置改变位置时需要人工同步操纵手柄。驾驶台左翼""驾驶台中心""驾驶台右创US釀距设定直US釀距设定直电电轴系统螺距伺服

控制器图3.各个操纵手柄之间的相互联系类似的，驾驶台和集控室的通讯采用了位于操纵手柄面板下方的电报系统，操纵手柄上采用刻度盘和指针，指针在刻度盘上的位置显示了操纵手柄的位置。电报系统能够确保当驾驶台操纵控制面板相应的按钮按下时，电报铃声响直到集控室值班轮机员将集控室控制面板上相应的按钮按下。电报系统独立于主控制屏遥控系统，用于驾驶台与集控室之间的通讯，只有在遥控系统失灵的时候采用以确保值班轮机员理解驾驶台的车钟指令。操纵位置的转换驾驶台主控制屏和两翼控制屏的转换：按下相应要转换的控制屏上的【TAKECONTROL］按钮即可实现转换，可以通过【INCONTROL］按钮的指示灯常亮来显示。集控室转驾驶台控制：这通常是在备车完成后进行，按下集控室推进控制屏上的【BRIDGE］按钮，请求转驾控，这时候蜂鸣器经过5秒的暂停后将发出两短声，驾驶台推进控制屏上［BRIDGE］按钮将闪烁，直到驾驶台值班人员按下［BRIDGE］按钮以确认。驾驶台转集控室控制：这通常在航行中或者主机完车前，按下驾驶台推进控制屏上的［ENGINECONTROLROOM］按钮，请求转集控室，这时候蜂鸣器经过5秒的暂停后将发出两短声，集控室推进控制屏上［ENGINECONTROLROOM］按钮将闪烁，这时候必须将集控室操纵手柄推到与驾驶台一致的车令位置，再按下［EnginecontrolROOM］按钮以确认。驾驶台或集控室转机舱控制：育鲲轮上在CPP变距桨液压控制单元旁设置了一套机舱控制系统，值班轮机员可以将操纵位置切换到机舱，直接按下【ONSERVICE］按钮即可完成操纵位置的切换。由于该系统和驾驶台直接的联系采用了电报系统，当驾驶台发出车钟指令时，会激活警报直到值班轮机员将机舱操纵手轮移至驾驶台指定指令。2.2Alphatronic2000与SSU8810和DGS8800e的联系SSU8810主机安全系统和DGS8800e数字调速器通常被认为是主机的一部分而不是Alphatronic2000主机操纵系统的一部分，但是他们之间紧密联系在一起。SSU8810主机安全系统和DGS8800e数字调速器通过相应的接口串联到Alphatronic2000PCS组合控制单元。由于是串联接口，SSU8810主机安全系统与Alphatronic2000组合控制单元存在相互锁闭，两个系统必须都正常工作才能实现对主机的遥控。操纵面板上的操纵手柄用来控制螺距和主机转速，驾驶台和集控室的操纵手柄都通过各自独立的电位计发出控制信号到主控制单元。根据所选工作模式的不同，这些控制信号将根据相应的曲线分别控制螺距和转速。从主控制

单元发出一个电子转速设定值到DGS8800e数字调速器。螺距是通过液压系统中的两个电磁阀控制的。螺距伺服控制器通过比较螺距设定值和实际值的偏差，控制电磁阀向“前进”或“后退”两个方向动作。实际螺距的测定是通过两个传感器实现的。一个传感器用于指示螺旋桨的实际位置，另一个传感器用于将反馈信号传至螺距伺服控制器。Alphatronic2000PCS系统推进控制屏组成图4显示了推进控制屏的基本组成。显示屏上的内容将会随着操作过程而变化。在基本模式中，显示屏将会显示可用功率、控制位置需求功率和主机实际功率。最后一行显示系统中可能有的报警。推进控制屏上的按钮和指示器具有如下的功能（对应图4）：a） 控制位置选择和指示b） 工作模式选择和指示c） 停车按钮和指示（取消和复位）d） 负荷减少按钮和指示（取消和复位）e） 指示实际的负荷限制，可以通过按下该按钮取消负荷限制f）主机控制，比如起动或停止主机等，通过S1到S4按钮操作g）显示屏中导航键并用于参数的修改 h）调光器，调节显示屏的亮度i）实际操作按钮，相应的功能会显示在显示屏中j）停止报警并确认报警k）维护保养键，允许进入报警菜单并调整参数。1）报警指示灯，当有报警时闪烁m）主机超负荷指示灯 n）推进控制屏故障灯，当推进控制系统内部有故障时闪烁。3.1如何在推进控制屏上进行参数的设定由于推进控制屏上可以实现对多种参数（包括主机最大负荷、分离工况转速等）的设定与调整，并实现主机转速和调距桨螺距的控制功能（包括起动、停止主机等），现在以调整主机最大功率（即显示屏上的可用功率）为例说明如何推进控制屏上进行参数的设定：a） 按下【MACHINERYCONTROL］按钮，观察显示屏上SI—S4分别对应不同的功能b） 按下【S4】选择MORE功能键，直到显示屏上出现【S1］MECONTROL功能时，按下【S1］，此时显示屏上S1对应的是LOADCONTROL功能c） 按下【S1］选择LOADCONTROL功能，此时显示屏上显示负荷控制单元可调的设定值d） 按下【ENTER】键，此时显示屏上第三行将显示最大功率的旧值，第二行显示的是实际功率，新设定值可以在第四行通过导航方向键进行设定，其中左右方向键用于选择第四行，上下方向键用于设定新值。设定好新的值后按下【ENTER】键确认。4.Alphatronic2000推进控制系统三大控制模式A1phatronic2000推进控制系统可以工作在以下三种模式中：组合控制模式在这种操作模式下，控制台上的操纵手柄既控制柴油机的转速同时也控制螺旋桨的螺距，这种控制模式下操纵手柄在不同位置时柴油机转速设定值和螺距（百分比）的设定值由组合控制曲线给出，如图5所示。图中可见，操纵手柄在0位（即停船位置）时设定转速大约为额定转速的70%左右，但此时螺旋桨的螺距为0，船舶处于停止状态。组合控制模式通常在轴带发电机不运行或者船舶没有设置轴带发电机的时候使用，由于考虑到螺旋桨的效率、船舶的机动性和最少的燃油消耗量，组合控制模式可以确保推进装置较高的经济性。定速控制模式在定速控制模式下，柴油机的转速设定值是不改变的，即柴油机在某一转速下稳定运行，此时控制台（驾驶台或者集中控制室）的操纵手柄仅仅控制螺旋桨的螺距，转速设给定值设定在保证轴带发电机正常运转的转速上，该转速值可以通过对控制台上的参数设定按钮操作进行设定。在该控制模式下，轴带发电机运行，柴油机的负荷保护功能和紧急倒车程序仍然工作。独立控制模式这种控制模式是实现柴油机转速和螺距分别独立控制，操纵手柄主要控制螺距，而柴油机的转速的设定是通过控制屏进行的。这种控制模式与定速控制模式的区别是柴油机的转速给定值可以任意改变。独立控制方式能使推进装置有最大的操纵性能，并在整个工作负荷范围应用变距桨。三种模式之间的切换定速控制模式转换到独立控制模式或组合控制模式:必须先将轴带发电机从主电网中脱开，然后再按相应的控制模式按钮。独立控制模式或组合控制模式转换到定速控制模式：没有任何限制，直接按【CONSTANTSPEED]图6组合控制模式转速和螺距设定曲线Alphatronic2000PCS负荷控制单元Alphatronic2000PCS负荷控制单元利用螺距和主机转速作为控制参数，燃油泵的齿条度数、主机转速和增压空气压力作为反馈，通过特定的负荷限制曲线防止主机超负荷。根据负荷控制单元的输出值调节主机的负荷防止超螺距。育鲲轮上采用的DGS8800e数字调速器，只要推进控制系统的负荷控制单元有效，推进控制系统将取消调速器输出限制，即在正常工作情况下主机负荷控制单元监控推进控制系统而允许短时间的超负荷。Alphatronic2000推进控制系统包括以下限制环节实现负荷控制功能以保护主机：•加负荷速度限制环节如果主机停止或者主机负荷低于“加负荷重新起动限制量”（一般是20%最大负荷）超过10秒，推进控制系统将保护主机加负荷以防止热负荷过大。加负荷速度限制环节通过相应的加负荷限制曲线（见图6）限制主机负荷在60%—100%最大负荷之间，并在8分钟之内缓慢增加到最大负荷。加负荷速度限制可以通过【LOADRESTRICTCANCEL】按钮取消，由图6可知，此时曲线的斜率明显更大，即主机加负荷的速率增大，且在较短的时间内即增至最大负荷。加负荷速度限制曲线加负荷遠度.疋常佶况图7加负荷速度限制曲线最大负荷限制环节在推进控制系统操纵面板上可以通过调节最大负荷限制值（即推进控制屏上显示屏上的可用功率值）来减少主机的负荷，最大负荷的调节可以从50%调至110%。最大负荷限制环节不能通过【LOADRESTRICTCANCEL］按钮取消，只能通过推进控制屏上显示屏上的柱状图和可用功率数值来显示。增压空气压力限制环节增压空气压力限制环节通过增压空气压力限制曲线（图7）限制螺旋桨的螺距以减少主机燃油泵齿条的刻度,降低扭矩以防止主机超负荷。由于柴油机与增压器匹配问题,增压系统的动态相应总是滞后于柴油机，柴油机在加速时，由于这种滞后，会造成柴油机气缸喷油量的增加快于空气量的增加，柴油机就出现燃烧不良，冒黑烟，甚至热负荷超过允许极限的现象。增压空气压力限制环节能有效地解决上述超热负荷的问题。柴油机加速时，根据增压压力的实际测量值来限制燃油泵喷入气缸的喷油量，从而达到限制柴油机负荷的目的。燃袖泵齿朵度数 增压空气压力限制曲线増违空r迁力限制，ie常情况图8增压空气压力限制曲线转速/扭矩限制环节为防止在某一转速下主机的油量过大使主推进轴系的扭矩过大，根据车令设定的转速或主机的实际转速给出一个相应的供油范围，从而将主机的转速限制在所允许的范围内•转速/扭矩限制环节通过转速/扭矩限制曲线限制螺旋桨的螺距以减少燃油泵齿条的刻度，减少扭矩以防止主机超负荷。转速/扭矩限制可以通过【LOADRESTRICTCANCEL】按钮取消。负荷减少限制环节当主机某些特定的参数超过正常范围时，负荷减少限制环节通过减少主机负荷自动保护主机。那些特定引起自动负荷减少的参数（比如主机滑油压力低）可以通过主机操纵说明书查阅。负荷减少限制通常由可以通过【LOADREDUCTIONCANCEL】按钮取消，此时主机的负荷将会明显增大。Alphatronic2000PCS日常使用管理根据实习期间对“育鲲”轮上Alphatronic2000PCS系统的深入学习，下面总结出了对Alphatronic2000PCS系统日常使用管理注意事项：6.1备车时注意事项及操纵步骤备车时在为主机服务的各系统都准备好的前提下，起动主机前半小时开启废弃锅炉循环泵，将螺距向AHEAD和ASTERN方向移动数次，这一在停车时间长的情况下尤为重要。然后盘车两圈（在CPP伺服油泵运行的条件下才运行盘车），脱开盘车机后打开示功阀，按下【ENGINEROOMCONROL】按钮将操纵位置选择集控室，复位SHUTDOWN报警（如果不能复位的话，通常必须先复位主机安全系统报警），按下【MACHINERYCONTROL］按钮，选择显示屏对应于SLOWTURN功能的实际操纵键进行冲车，确认无异常后关闭示功阀，此时立即选择对应于【STOPMAINENGINE］功能键停止主机，然后选择显示屏对应于STARTMAINENGINE功能的实际操作键起动主机，此时【COMBINATOR］工作模式指示灯亮，此时使主机在组合控制模式对应的85r/min转速下运作10分钟左右，按下［SEPERATE］键即分离控制模式，主机在程序控制下逐渐加速到125r/min.主机在此转速下再运转10分钟后，按下［CONSTANTSPEED］键即定速工作模式，主机逐渐加速到170r/min..主机恒速后，在配电板上对轴带发电机投励磁，合上轴带发电机的主开关，再合上艏侧推的主开关。最后，电话通知驾驶台值班人员备车完毕，在AT2000控制屏上转到驾驶台。6.2完车时注意事项及操纵步骤完车时确保操纵手柄上指示0位，螺距显示表上显示的螺距是0，这时候主机恒速（tCONSTANTSPEED］键亮），但船静止。确认轴带发电机已经从电网上断开，按下AT2000控制屏上【ENGINEROOMCONROL］按钮将操纵位置选择集控室.再按下【SEPERATE］键，将主机转速降到125r/min,运转10分钟后，按下【COMBINATOR］键，将主机转速降到85r/min,再运转10分钟。最后选择显示屏上对于于LSTOPMAINENGINE］功能的实际操作键，停止主机。停车6小时后关闭废弃锅炉循环泵。6.3紧急倒航工况注意事项及操纵步骤紧急倒航工况通常为了减少损失，常采取“舍机保船”的措施，此时允许主机短时间的超负荷。因此在紧急倒航情况下需先按下控制屏上的【LOADREDUCTIONCANCLE】和【ROADRESTRICTIONCANCEL］按钮取消对主机的负荷限制，允许主机在较短时间内到达最大负荷。然后操纵操纵手柄进行紧急倒航。6.4显示屏报警指示及采取的措施推进控制系统中的报警将激活其内部的蜂鸣器，并且在显示屏显示在最后一行。当有报警的时候，先按下【STOPHORN］停止蜂鸣器响，然后按下【ACCEPT］以确认。实际的报警可能不止一项，需要逐一处理。此时轮机员应结合机舱报警检测系统，尽快找到报警的具体原因并采取必要的措施，同时并对报警进行复位。由于主机安全系统SSU8810通过相应的接口串联到AT2000推进控制系统的组合控制单元，当AT2000控制屏上报警出现不能复位时，需先复位