NY6200雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)

李劍

摘 要：以NY6200柴油發(fā)動(dòng)機(jī)為控制對象，設(shè)計(jì)了一種基于可編程控制器（PLC）、燃油控制器和燃?xì)饪刂破鞯碾p燃料發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)?；诳删幊炭刂破鞯臄U(kuò)展性好，能滿足雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)多種控制功能的要求；基于燃油控制器和燃?xì)饪刂破鞯目刂凭雀撸憫?yīng)速度快，自動(dòng)化程度高，能有效提高燃?xì)馓娲?。通過試驗(yàn)及試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，該設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)期的目的，并且發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行正常。

關(guān)鍵詞：NY6200 雙燃料 電控系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TK402 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）08（c）-0048-02

隨著燃油價(jià)格的不斷上漲、石油資源日趨緊張以及環(huán)境污染日益嚴(yán)重，“以氣代油”的雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)越來越受到人們的關(guān)注，雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)能有效降低燃料費(fèi)用及減少排放，而電控系統(tǒng)作為雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的重要組成部分，對燃?xì)馓娲始叭紵示哂兄匾淖饔?，因此，進(jìn)一步開發(fā)提高燃?xì)馓娲?、可靠性、穩(wěn)定性的電控系統(tǒng)成為雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的研究熱點(diǎn)。

為此，該公司對NY6200發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行雙燃料電控系統(tǒng)的開發(fā)，本文介紹了以可編程控制器（PLC）作為核心、以多點(diǎn)噴射進(jìn)氣方式的雙燃料電控系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

NY6200雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的電控系統(tǒng)包括燃油電控系統(tǒng)、燃?xì)怆娍叵到y(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)3個(gè)部分。燃油電控系統(tǒng)負(fù)責(zé)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)；燃?xì)怆娍叵到y(tǒng)負(fù)責(zé)控制燃?xì)獾奶娲剩粎⑴c發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制；監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)發(fā)動(dòng)機(jī)各項(xiàng)參數(shù)采集、邏輯控制和安全保護(hù)；這3個(gè)系統(tǒng)通過通訊及硬線的方式相連，相互傳遞參數(shù)和指令信息。

2 系統(tǒng)原理

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)帶入負(fù)載且達(dá)到燃?xì)怆娍叵到y(tǒng)設(shè)定的工況時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)將切換至雙燃料模式，在雙燃料模式運(yùn)行時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)消耗柴油和天然氣，燃油電控系統(tǒng)控制柴油的供應(yīng)量，柴油僅作為點(diǎn)火源和維持發(fā)動(dòng)機(jī)的基本運(yùn)轉(zhuǎn)，燃?xì)怆娍叵到y(tǒng)控制燃?xì)獾墓?yīng)量，燃?xì)庾鳛榘l(fā)動(dòng)機(jī)功率輸出的主要燃料消耗，兩種燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)混合燃燒做功，其額定功率和最大扭矩與原柴油機(jī)相當(dāng)。在發(fā)動(dòng)機(jī)處于額定功率時(shí)燃?xì)馓娲蔬_(dá)到80.77%，燃?xì)馓娲孰S著功率的增大而逐漸增大。在燃?xì)馔耆珨嘟^的情況下，監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)切換至純柴油模式繼續(xù)工作，維持發(fā)動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速及功率輸出。由于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速是由燃油電控系統(tǒng)負(fù)責(zé)控制，所以，雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特性與原柴油機(jī)的動(dòng)態(tài)特性相同，能很好地滿足負(fù)載變化頻繁的工況要求。

3 燃油電控系統(tǒng)

3.1 硬件組成

NY6200雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油電控系統(tǒng)主要由燃油控制器、燃油執(zhí)行器、轉(zhuǎn)速傳感器、控制線束等組成。燃油控制器采用海茵茨曼DC6電子調(diào)速器，電子調(diào)速器具有油門相應(yīng)迅速及精確控制油門等優(yōu)點(diǎn)。

3.2 工作原理

燃油電控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)功能，信號(hào)輸入由轉(zhuǎn)速傳感器來完成，執(zhí)行輸出由燃油執(zhí)行器來完成。燃油控制器采集發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)前的轉(zhuǎn)速信號(hào)，與監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)定的轉(zhuǎn)速值進(jìn)行比較，然后發(fā)送命令給燃油執(zhí)行器，燃油執(zhí)行器接收到調(diào)速信號(hào)后調(diào)節(jié)供油量進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制，并同時(shí)將油門位置信號(hào)反饋給燃油控制器，實(shí)現(xiàn)調(diào)速控制位置及轉(zhuǎn)速的雙閉環(huán)。

4 燃?xì)怆娍叵到y(tǒng)

4.1 硬件組成

NY6200雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)怆娍叵到y(tǒng)主要由燃?xì)饪刂破?、電噴閥、轉(zhuǎn)速傳感器、相位傳感器、控制線束等組成。燃?xì)饪刂破鞑捎煤Ｒ鸫穆麺VC-03電噴控制器，電噴控制器具有精確控制最佳供氣量、各缸供氣均勻等優(yōu)點(diǎn)。

4.2 工作原理

燃?xì)怆娍叵到y(tǒng)實(shí)現(xiàn)燃?xì)夤?yīng)量，即燃?xì)馓娲实恼{(diào)節(jié)功能，信號(hào)輸入由轉(zhuǎn)速傳感器和相位傳感器來完成，執(zhí)行輸出由各缸電噴閥來完成。發(fā)動(dòng)機(jī)在雙燃料模式下，燃?xì)饪刂破骺刂聘鞲纂妵婇y逐漸噴射燃?xì)猓?dāng)兩種燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)混合燃燒做功時(shí)，燃油控制器會(huì)自動(dòng)控制燃油執(zhí)行器減小油門，燃?xì)饪刂破鞲鶕?jù)預(yù)先設(shè)定的當(dāng)前工況下期望的燃油供應(yīng)量，逐漸使用燃?xì)馓娲加?，使燃油油門位置逐漸逼近當(dāng)前工況下的最小油門位置。燃油控制器的油門位置信號(hào)實(shí)時(shí)通信至燃?xì)饪刂破?，PLC采集的增壓壓力、燃?xì)鈮毫?、各缸排溫、水溫等信?hào)也實(shí)時(shí)通信至燃?xì)饪刂破?，燃?xì)饪刂破魍ㄟ^以上信號(hào)計(jì)算出燃?xì)庠诋?dāng)前工況下的最大供應(yīng)量，從而對燃?xì)獾墓?yīng)量進(jìn)行限制，通過限制燃?xì)獾墓?yīng)量避免發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)運(yùn)行不穩(wěn)定、排溫過高及爆震的情況發(fā)生。

5 監(jiān)控系統(tǒng)

5.1 硬件組成

NY6200監(jiān)控系統(tǒng)由編程控制器（PLC）、人機(jī)界面、線束、相關(guān)傳感器、繼電器等組成。傳感器包括轉(zhuǎn)速傳感器、廢氣溫度熱電偶、油/水溫度傳感器、油/水壓力傳感器和氣體壓力傳感器。PLC采用和利時(shí)公司推出的適用于中、高性能控制領(lǐng)域的LK大型可編程控制器，LK可編程控制器融合了DCS和PLC的優(yōu)點(diǎn)，具有較高的穩(wěn)定性和可靠性。

5.2 工作原理

監(jiān)控系統(tǒng)對發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)包括發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、廢氣排溫、油/水溫度、油/水壓力、氣體壓力等參數(shù)進(jìn)行采集，經(jīng)由輸入回路將采集數(shù)據(jù)傳送至可編程控制器的模擬量輸入模塊、熱電偶輸入模塊，經(jīng)可編程控制器數(shù)據(jù)處理來實(shí)現(xiàn)對發(fā)動(dòng)機(jī)的相關(guān)報(bào)警、卸載請求及故障停機(jī)等保護(hù)動(dòng)作，如對高溫水出口溫度高、滑油溫度高、排氣溫度高和末端滑油壓力低等進(jìn)行報(bào)警，并相應(yīng)做出卸載請求信號(hào)或自動(dòng)停機(jī)保護(hù)。監(jiān)控系統(tǒng)的輸入模塊接收開關(guān)、按鈕及繼電器的控制指令后，經(jīng)可編程控制器數(shù)據(jù)處理及邏輯判斷，再由信號(hào)輸出模塊做出相應(yīng)的指令，包括發(fā)動(dòng)機(jī)的啟機(jī)、怠速/額速、停機(jī)、調(diào)速、雙燃料模式切換等控制。

監(jiān)控系統(tǒng)通過人機(jī)界面對發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)、操作狀態(tài)及報(bào)警信息進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；通過工業(yè)總線及硬線方式與上位系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交換和遠(yuǎn)程操作。

5.3 軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)的各功能模塊的要求以及硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行PLC控制程序的編寫工作。系統(tǒng)程序則由主程序、發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)子程序、雙燃料模式切換子程序、發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)子程序、發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行子程序、通信子程序、顯示子程序等組合而成。系統(tǒng)的主程序始終維持運(yùn)行的準(zhǔn)備狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)各測量參數(shù)，與設(shè)定值進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)調(diào)用各子程序的功能。同時(shí)監(jiān)控各開關(guān)量的輸入，通過邏輯判斷，調(diào)用各子程序?qū)崿F(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停機(jī)、雙燃料模式切換等功能。顯示子程序則是用于更好地進(jìn)行人機(jī)交互，對發(fā)動(dòng)機(jī)的重要參數(shù)、狀態(tài)進(jìn)行顯示，對發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。程序編寫完成之后經(jīng)過模擬調(diào)試、修改再寫入PLC，最后進(jìn)行在線調(diào)試。

在開發(fā)人機(jī)界面的組態(tài)軟件中，首先建立組態(tài)軟件與PLC之間的通信組態(tài)并確定I/O點(diǎn)的變量標(biāo)簽名和標(biāo)簽地址，并進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的建立和變量參數(shù)的組態(tài)，定義變量參數(shù)與I/O點(diǎn)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)鏈接，然后根據(jù)雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)功能及相關(guān)要求繪制組態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)控界面、報(bào)警顯示界面、權(quán)限設(shè)置界面，并將其中對象與相應(yīng)標(biāo)簽建立鏈接，最后經(jīng)過模擬調(diào)試修改后寫入觸摸屏，最后進(jìn)行在線調(diào)試。

6 結(jié)語

NY6200雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，其穩(wěn)定性已經(jīng)在NY6200雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)上進(jìn)行了試驗(yàn)測試，其試驗(yàn)結(jié)果顯示該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，燃?xì)馓娲蔬_(dá)到了期望值，其經(jīng)濟(jì)性有了很大提高，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

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