主發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)

1、 主發(fā)電柴油機(jī)速度控制系統(tǒng) 本課件主要內(nèi)容是通過對主機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的兩個主要部件Woodward723控制器和PG-EG 執(zhí)行器的內(nèi)部基本原理和工作過程的介紹使我們能夠?qū)@個系統(tǒng)有一個基本的認(rèn)識，然后以此為基礎(chǔ)能對該系統(tǒng)的維護(hù)保養(yǎng)和故障處理能起到一定的指導(dǎo)作用。woodward723PG-EG執(zhí)行器主機(jī)M/E SPEEDwoodward723PG-EG執(zhí)行器主機(jī)M/E SPEEDDROOPISOCHRONOUSELECTRICELECTRICFUEL RACKFUEL RACKOTHER INPUTSOTHER INPUTSOTHER OUTPUTOTHER OUTPUT 上面是這個系統(tǒng)各個模

2、塊以及他們之間聯(lián)系的一個簡圖。 安裝在主機(jī)飛輪側(cè)的的轉(zhuǎn)速傳感器檢測主機(jī)曲軸轉(zhuǎn)速，接著把它傳輸?shù)絎oodward723。 然后Woodward723根據(jù)控制模式是速度降還是同步來決定對輸入的速度和負(fù)荷信號進(jìn)行何種運(yùn)算，這也決定了723的輸出。接著輸出的電信號再傳到PG-EG執(zhí)行器，經(jīng)過電信號和液壓信號的轉(zhuǎn)換和控制后輸出的液壓信號再拉動油門桿，從而影響主機(jī)轉(zhuǎn)速，使之向相反的方向變化。然后此過程一直在進(jìn)行，直到主機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在一定的范圍之內(nèi)。速度降模式： 如圖當(dāng)速度降和同步輸入端有信號來時，其就使得723在同步的運(yùn)轉(zhuǎn)模式。且在速度降控制模式下其輸出： Y= KX K:速度降系數(shù)（是主機(jī)在空載時的轉(zhuǎn)速和

3、主機(jī)在滿載時的轉(zhuǎn)速差與標(biāo)定轉(zhuǎn)速的比值，一般取5%左右.） X: 速度差雖然此時可推導(dǎo)出轉(zhuǎn)速與負(fù)荷成正比例關(guān)系，但其值是內(nèi)部設(shè)定的最大速度和最小速度值的范圍之內(nèi)。故這種模式一般僅在手動控制主機(jī)功率的情況下使用。 左下圖標(biāo)注的主機(jī)功率輸入端，它是從功率監(jiān)視組件（VAMP260)來的，其值對723很重要，如果它出問題，則主機(jī)控制直接由同步轉(zhuǎn)為速度降模式 速度降和同步模式輸入選擇加減油門輸入接口主開關(guān)狀態(tài)輸入主機(jī)功率數(shù)值輸入端723同步模式的輸入端： 如圖它的輸入信號里有一個“功率分配線”（這個在AVR里也出現(xiàn)過),它是保證各個并聯(lián)運(yùn)行的主機(jī)在同步模式下功率能平均分配。它是三臺主機(jī)共用兩根公共線，這樣

4、就能保證三臺主機(jī)的這個輸入端電壓相等。如果并聯(lián)運(yùn)行的主機(jī)功率不等時，（如左圖）負(fù)載大的其9-10的端電壓就大于負(fù)載小的那個9-10的端電壓。那么這里就會產(chǎn)生電流，這樣就會對內(nèi)部控制系統(tǒng)起作用，也就是有信號傳到內(nèi)部控制系統(tǒng)。而且這個信號一直起作用，直到并聯(lián)運(yùn)行的主機(jī)功率相等。 在輸入信號里還有兩個轉(zhuǎn)速信號,進(jìn)入控制器后作為輸入值與標(biāo)定轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較，得出來的差值被分別在主機(jī)空載和帶負(fù)荷時使用,(從下圖可以看出）但如果有一個轉(zhuǎn)速傳感器出現(xiàn)故障，那么系統(tǒng)自動使用正常傳感器。然后這個轉(zhuǎn)速差作為輸出為下一步的運(yùn)算做準(zhǔn)備.在同步模式下此差值被送到PID控制器。轉(zhuǎn)速傳感器功率分配線723的輸出 上面是PID控

5、制器內(nèi)部圖，其比列積分微分的公式：P(t)=Ke(t)+e(t)dt/Ti +Td.de(t)/dt 在同步模式下Woodward723內(nèi)部是PID控制,公式由上。從上圖可以看出速度差在一定的范圍之內(nèi)時增益率為0，即此時調(diào)速器也就沒有輸出。直到速度差超過這個范圍后增益量才開始有，并且隨著速度差的增加而增加。同時對兩個轉(zhuǎn)速傳感器過來的信號的選取和主開關(guān)狀態(tài)的關(guān)系也可以從上圖能看出來。接著我們從信號的走勢還看出這個增益率和主機(jī)功率有關(guān)，并且隨著主機(jī)功率的增加而增加。最后我們得出：K比例系數(shù)=K速度差 . K功率 PID微分和積分值也是兩套數(shù)值，其選取也由主開關(guān)狀態(tài)來決定。主開關(guān)狀態(tài)對兩個轉(zhuǎn)速傳感器

6、差值信號產(chǎn)生的增益的選取主開關(guān)狀態(tài)對微分和積分值的選取相對于速度降和同步以外的另一種控制模式相應(yīng)的比例增益723內(nèi)部可以設(shè)置的參數(shù)速度控制盲區(qū)P=Proportion比例I=Integral 積分D=Differential 微分 在當(dāng)我們懷疑這幾個值有問題時，我們就通過手操器（如左圖）找到比例積分微分的參數(shù)設(shè)定值，這些值對控制系統(tǒng)也就是PID的輸出的影響如下： 比例P：比例項部分其實就是對預(yù)設(shè)值和反饋值差值的放大倍數(shù)。其值大，可以加快調(diào)節(jié)，減小誤差，但過大的比例會使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，甚至造成系統(tǒng)不穩(wěn)定； 積分I：積分項部分就是對預(yù)設(shè)值和反饋值之間的差值在時間上進(jìn)行累加。因此積分項的調(diào)節(jié)存在明顯

7、的滯后。而且I值越大，滯后效果越明顯。 微分D：微分項是根據(jù)差值變化的速率，提前給出一個相應(yīng)的調(diào)節(jié)動作?？梢娢⒎猪椀恼{(diào)節(jié)是超前的。并且D值越大，超前作用越明顯?？梢栽谝欢ǔ潭壬暇彌_振蕩。 接下來723輸入的動態(tài)參數(shù)在PID控制器經(jīng)過運(yùn)算后，其結(jié)果再輸出到723控制器的下一部分。從上面分析我們知道如下：1、同步模式下723出來的電信號是由控制轉(zhuǎn)速的PID和主機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的負(fù)荷控制的兩個信號的共同作用輸出來的；2、速度降模式下723的輸出是由速度降系數(shù)和轉(zhuǎn)速差決定的。3、這些值因為是電信號，所以相對而言變化一般都比較頻繁。如果用這樣的信號來直接控制主機(jī)的油門桿，就會頻繁的拉動油門桿，這樣就顯得不太合

8、適。所以在這之間又加了個PG-EG液壓執(zhí)行器,也就是把723輸出的電信號轉(zhuǎn)化為液壓信號來控制油門桿。這樣就使得油門桿在主機(jī)轉(zhuǎn)速或負(fù)荷變化時不僅能夠及時的響應(yīng)，又能幅度相對緩慢的變化。 這就是上面我們提到的PG-EG液壓執(zhí)行器照片和內(nèi)部原理圖。電信號首先是到噴嘴擋板機(jī)構(gòu),然后通過這個機(jī)構(gòu)電信號成比例的轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤盒盘?。然后再到后半部分的積分機(jī)構(gòu),在這里在某種程度上如果說723的作用是把輸入量主機(jī)轉(zhuǎn)速以最優(yōu)化的方式控制在標(biāo)定轉(zhuǎn)速的范圍之內(nèi)，那么PG-EG執(zhí)行器的作用就是把它的輸入量723輸出的電信號以最優(yōu)化的控制方式控制在0,也就是當(dāng)液壓A=液壓B的時候。這時我們也可以看出執(zhí)行器是積分中帶比例的機(jī)構(gòu)

9、(比例不直接起作用）噴嘴擋板機(jī)構(gòu)噴嘴擋板機(jī)構(gòu)積分機(jī)構(gòu)積分機(jī)構(gòu)液壓A液壓B液壓A：噴嘴擋板機(jī)構(gòu)的出口壓力液壓B：推動油門桿的液壓壓力積分機(jī)構(gòu)：因其在輸出值與設(shè)定值不符時，就控制動作就一直進(jìn)行，故在這里主要指PG球頭和滑閥這一段液壓A液壓B 如圖從油泵過來的壓力油先通過滑閥底部的壓力調(diào)節(jié)閥,使其降到690KPa的標(biāo)準(zhǔn)油壓，然后通過節(jié)流孔到控制閥座的頂部即噴嘴后，油直接噴向力矩馬達(dá)梁(即擋板)的底部。 PID過來的信號是-ImaxImax,就是當(dāng)轉(zhuǎn)速最大時對應(yīng)的輸出電流是負(fù)的最大值，反之是正的最大值。當(dāng)723輸出電流是正值且增大時，它的電磁線圈產(chǎn)生的力矩就增大，擋板靠近噴嘴，液壓A增大。然后經(jīng)過后面

10、的積分機(jī)構(gòu)后拉動油門桿加油。在這同時油門桿還使復(fù)位杠桿動作，最后杠杠是壓在復(fù)位彈簧上，起到正反饋的作用，其正反饋的強(qiáng)度由比例調(diào)節(jié)點來控制。正反饋的原因是每一個負(fù)荷對應(yīng)的馬達(dá)梁的一個位置使得在電調(diào)信號（PID輸出）為零時，液壓A=液壓B。且液壓B的大小從圖可以看出是隨著負(fù)荷的增加而增加的，因為它受動力活塞彈簧的影響。 然后液壓A再到執(zhí)行器的下一個部件:積分部分。零位調(diào)節(jié)螺母就是通過調(diào)節(jié)它使得在電調(diào)信號（PID輸出）為零時，液壓A=液壓B。積分部分回復(fù)彈簧比例調(diào)節(jié)點零位調(diào)節(jié)螺母補(bǔ)償環(huán)帶補(bǔ)償環(huán)帶控制環(huán)帶控制環(huán)帶阻尼活塞阻尼活塞補(bǔ)償針閥補(bǔ)償針閥液壓B液壓A 在積分部件中我們看到此時723輸出電流是正值

11、且增大,則標(biāo)定轉(zhuǎn)速大于主機(jī)實際轉(zhuǎn)速，飛重向內(nèi)收攏推動滑閥柱塞下行，其控制環(huán)帶也隨著下行，這樣也就開啟了通向阻尼活塞左方的油路。而此時液壓A大于液壓B, 阻尼活塞左邊的油壓大于右邊的油壓。因此阻尼活塞向右移動，并使其壓力油進(jìn)入伺服油缸的動力活塞下部，然后推動油門桿上行加油使柴油機(jī)加速。 與此同時阻尼活塞左右兩側(cè)的油壓同時作用在補(bǔ)償環(huán)帶的兩側(cè)，且此時下側(cè)油壓大于上側(cè)油壓，產(chǎn)生向上的補(bǔ)償力,使滑閥提前復(fù)位。由此由補(bǔ)償力產(chǎn)生的負(fù)反饋作用可使滑閥在柴油機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到標(biāo)定轉(zhuǎn)速之前，提前回復(fù)到中央位置，關(guān)閉控制孔。然后在此后的柴油機(jī)加速過程中此補(bǔ)償力將由阻尼活塞的緩慢左移而逐漸減少，且減少的幅度通過補(bǔ)償針閥進(jìn)行

12、調(diào)節(jié)。在動力活塞拉動油門桿的同時，其復(fù)位杠桿也在對回復(fù)彈簧產(chǎn)生一個向下的拉力，促使噴嘴擋板的出口油壓A增加，因此在這種情況下液壓A減少的速度就比沒有復(fù)位杠桿正反饋時來得慢，也就是積分部分此時補(bǔ)償環(huán)帶所產(chǎn)生的負(fù)反饋強(qiáng)度也不沒有這個正反饋來得強(qiáng)，因此控制環(huán)帶也提前回復(fù)中央位置，也就是更提前停止拉動油門桿，這樣就更減少油門桿的波動。 從上我們可以分析出伺服活塞拉動油門桿的幅度（也就是執(zhí)行器的輸出）基本是由補(bǔ)償針閥的開度和比例調(diào)節(jié)點的位置決定的?；貜?fù)彈簧比例調(diào)節(jié)點woodward723PG-EG執(zhí)行器主機(jī)M/E SPEEDwoodward723PG-EG執(zhí)行器主機(jī)M/E SPEEDDROOPISOCH

13、RONOUSELECTRICELECTRICFUEL RACKFUEL RACKOTHER INPUTSOTHER INPUTSOTHER OUTPUT 這是調(diào)速器控制主機(jī)轉(zhuǎn)速的油門桿，它是調(diào)速器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)最簡單，但也是最容易出問題的地方。安裝在主機(jī)飛輪端的主機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器，其工作條件比較惡劣。OTHER OUTPUT 1.檢查主機(jī)油門桿是否按照圖示中標(biāo)注處進(jìn)行潤滑和活絡(luò)，并檢查被橡膠套封住的油門桿滑動軸承中有無臟東西，在清潔完以后，再進(jìn)行潤滑和活絡(luò)。還有就是對下面圖中兩處加牛油的地方。裝牛油嘴的要用牛油槍往內(nèi)接觸面打牛油。沒有的話就在其表面抹上牛油。特別是支撐軸承這里，必須要用牛油槍把牛油從油嘴

14、打進(jìn)去，并使牛油另一個面溢出方可。 這樣做的目的主要是防止卡阻。特別圖示中各個滑動軸承的卡阻。還會直接導(dǎo)致PG-EG執(zhí)行器輸出的油門和高壓油泵油門桿真正接收到的值存在滯后，甚至直接就有差別，使主機(jī)真正的供油量不是按照系統(tǒng)控制的那樣。這樣的結(jié)果就是運(yùn)轉(zhuǎn)時主機(jī)會轉(zhuǎn)速不穩(wěn)，啟機(jī)時不好啟動，空載時游車。因此雖然這個部件結(jié)構(gòu)原理相對比較簡單，但很多時候故障大部分就是這些不起眼的小地方引起的，而原因就是平時對這些地方的維保不利。所以這要引起我們的重視。綜上所述當(dāng)發(fā)現(xiàn)主機(jī)轉(zhuǎn)速不太穩(wěn)定時，我們應(yīng)按照以下幾個步驟進(jìn)行排查。綜上所述當(dāng)發(fā)現(xiàn)主機(jī)轉(zhuǎn)速不太穩(wěn)定時，我們應(yīng)按照以下幾個步驟進(jìn)行排查。 油門桿的滑動軸承高壓油

15、泵油門齒條桿加牛油支撐軸承上牛油嘴轉(zhuǎn)速傳感器2.檢查飛輪旁的轉(zhuǎn)速傳感器：這個位置也是暴露在室外，它是繼油門桿故障以后的另一個最容易引起問題的地方。因為安裝在這個地方的傳感器表面容易臟污，且受到的振動也大，這都會影響到傳感器的測量精度，甚至其內(nèi)部接線也會因振動等原因而松動，甚至斷線。 還有就是凸輪軸端的速度傳感器，這個傳感器出來的信號分兩路，一路到主機(jī)機(jī)旁的安保系統(tǒng)，另一路到主機(jī)MCC間控制柜里面的PLC，我們WOIS電腦上顯示的主機(jī)轉(zhuǎn)速也來自于這一路，故這一路出問題會引起主機(jī)關(guān)停的事故。執(zhí)行器輸出軸的刻度指針3. 檢查問題主機(jī)PG-EG執(zhí)行器輸出軸的刻度指針，在運(yùn)行時對照正常主機(jī)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時一

16、般都是比較穩(wěn)定的，如果出現(xiàn)來回波動比較大的情況，就有可能是執(zhí)行器的問題。也就是上面提到的補(bǔ)償針閥開度或者比例調(diào)節(jié)點不太恰當(dāng)，或者由于其他原因?qū)е逻@個開度出現(xiàn)變化了。檢查Woodward 723得接線有無松動，如無異常則再用手操器檢查723內(nèi)部設(shè)置的參數(shù)，并與其它機(jī)相對照，看是否有不同的。然后分析是否是這個地方造成的。如果都相同，則再對723進(jìn)行校準(zhǔn)。也就是用外部設(shè)備，比如頻率發(fā)生器給723一個速度輸入，然后觀察723的輸出。用這來判斷723控制器是否正常?？偨Y(jié)：主機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)是主機(jī)的一個重要組成部分，保持它的正常運(yùn)轉(zhuǎn)就顯得非常重要。那么平時對它的維護(hù)保養(yǎng)檢查必須按時連續(xù)并認(rèn)真的進(jìn)行，比如對主機(jī)油門齒條機(jī)構(gòu)的潤滑活絡(luò)，轉(zhuǎn)速傳感器的按時檢查校驗，PG-EG執(zhí)行器的濾器清洗滑油更換定期送岸檢查等等！1. 根據(jù)設(shè)備的浴盆曲線早期故障期的故障大多是由于設(shè)計、原材料和制造過程中的缺陷造成的。隨著運(yùn)行時間的增加，各零部件逐漸進(jìn)入最佳配合狀態(tài)，故障率也逐漸降至最低值。偶然故障期的主要故障原因是由于使用不當(dāng)、操作疏忽、潤滑不良、維護(hù)欠佳、質(zhì)量缺陷、材料隱患等因素引起。在產(chǎn)品投入使用一段時間后，產(chǎn)品進(jìn)入耗損故障期，該階段的故障率隨時間的延長而急速增加,