輪機(jī)自動(dòng)化課件 第十三章

第十三章基于現(xiàn)場(chǎng)總線的主機(jī)遙控系統(tǒng)

自20世紀(jì)90年代以來(lái)，現(xiàn)場(chǎng)總線開始應(yīng)用于船舶機(jī)艙主機(jī)遙控和監(jiān)視報(bào)警等系統(tǒng)。目前，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)已成為船舶自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)。本章以AUTOCHIEFC20（簡(jiǎn)稱ACC20）主機(jī)遙控系統(tǒng)為例，介紹基于現(xiàn)場(chǎng)總線的主機(jī)遙控系統(tǒng)。ACC20型主機(jī)遙控系統(tǒng)是一種集控制、報(bào)警和安全保護(hù)于一體的綜合推進(jìn)控制系統(tǒng)。ACC20型主機(jī)遙控系統(tǒng)能適用于連接定距槳的可逆轉(zhuǎn)主機(jī)之外，還可適用于各種連接變距槳的不可逆轉(zhuǎn)主機(jī)，以及各種通過減速齒輪箱連接螺旋槳的各種中、高速柴油主機(jī)。此外ACC20主機(jī)遙控系統(tǒng)還能適用于MANB＆WME系列和SULZERRT-FLEX系列等智能型電噴主機(jī)。集大輪機(jī)自動(dòng)化

第一節(jié)ACC20主機(jī)遙控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成

ACC20主機(jī)遙控系統(tǒng)主要由駕駛臺(tái)操作單元BMU、集控室操作單元CRMU、主機(jī)接口單元MEI、電子調(diào)速器單元DGU和主機(jī)安全單元ESU）等組成。

駕駛臺(tái)主要安裝駕駛臺(tái)操作單元和車令打印機(jī)。集控室主要布置有集控操作單元、主機(jī)起/停和轉(zhuǎn)速定手柄和指示面板單元。機(jī)艙設(shè)有機(jī)旁控制面板、按鈕式車鐘、主機(jī)接口模塊、數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)和主機(jī)安全單元等。集大輪機(jī)自動(dòng)化

圖14-1-1ACC20主機(jī)遙控系統(tǒng)組成原理圖集大輪機(jī)自動(dòng)化

第二節(jié)ACC20網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)

一、ACC20網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

ACC20主機(jī)遙控系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)化的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的ACC20的各組成部分都是由單板計(jì)算機(jī)控制的相對(duì)獨(dú)立的子系統(tǒng)，各個(gè)子系統(tǒng)通過CAN總線互聯(lián)，形成一個(gè)CAN總線控制網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)子系統(tǒng)稱為網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，不同的節(jié)點(diǎn)可根據(jù)需要安裝在船舶的不同位置，具有分布式安裝的特點(diǎn)，因此被稱為分布式處理單元DPU，每個(gè)DPU均有各自的微處理器和輸入、輸出接口電路，能夠?qū)Ω鞣N模擬量或開關(guān)量傳感器輸入的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，并向不同的外部設(shè)備輸出模擬量或開關(guān)量。DPU在機(jī)械構(gòu)造、電氣特性和電路原理方面采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，但不同的DPU加載不同的應(yīng)用軟件，以適應(yīng)不同的任務(wù)需求。集大輪機(jī)自動(dòng)化

分布式處理單元DPU均設(shè)置有兩個(gè)CAN總線接口，并通過過程總線星型耦合器或直接與兩套CAN總線互聯(lián)。正常工作時(shí)，其中一套CAN總線工作，另一套備用，當(dāng)工作網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)能夠自動(dòng)進(jìn)行熱切換。CAN總線的這種設(shè)計(jì)稱為雙冗余網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。

ACC20主機(jī)遙控系統(tǒng)就是通過CAN網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)DPU協(xié)同工作來(lái)實(shí)現(xiàn)主機(jī)遙控系統(tǒng)的各種功能的。集大輪機(jī)自動(dòng)化

集大輪機(jī)自動(dòng)化

二、分布式處理單元分布式處理單元（DPU）是KONGSBERG公司的ACC20主機(jī)遙控系統(tǒng)的核心部件，其采用模塊化設(shè)計(jì)具有智能化遠(yuǎn)程I/O功能，所有監(jiān)視和自動(dòng)控制的功能均由這些DPU單元實(shí)現(xiàn)。DPU作為傳感器和執(zhí)行器的接口，對(duì)來(lái)自模擬量、開關(guān)量傳感器信號(hào)進(jìn)行處理、監(jiān)視和報(bào)警，或向不同設(shè)備輸出模擬量、開關(guān)量控制信號(hào)。

ACC20主機(jī)遙控系統(tǒng)所用的DPU模塊可分為通用模塊和專用模塊。通用模塊包括開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出、模擬量輸入、模擬量輸出等；專用模塊專門用于主機(jī)遙控。包括主機(jī)接口單元（MEI）、主機(jī)安全單元（ESU）、轉(zhuǎn)速檢測(cè)（RPMD）和數(shù)字調(diào)速器（DGU）。專用模塊在機(jī)械和電氣特性上與通用模塊完全一致，只是在輸入通道的設(shè)計(jì)上考慮了主機(jī)遙控的特殊需要。集大輪機(jī)自動(dòng)化

(1)模擬量輸入模塊（RAi-16）

RAi-16是一個(gè)具有16個(gè)通道的模擬量輸入模塊，每個(gè)通道的輸入類型可以是電壓、電流或電阻信號(hào)，具有內(nèi)建的量程和量綱轉(zhuǎn)換功能和參數(shù)越限報(bào)警功能。除此之外，模塊還包含一個(gè)計(jì)數(shù)器通道，計(jì)數(shù)頻率為5～500Hz。此模塊適用于檢測(cè)機(jī)艙的各種溫度、壓力、液位和轉(zhuǎn)速等模擬量信號(hào)。必要時(shí)，RAi-16也可當(dāng)作開關(guān)量輸入模塊來(lái)使用。（2）開關(guān)量輸入模塊（RDi-32、RDi-32A）

RDi-32和RDi-32A都是具有32個(gè)通道的開關(guān)量輸入模塊，RDi-32為觸點(diǎn)輸入，RDi-32A為24VAC或24VDV電壓信號(hào)輸入。當(dāng)輸入狀態(tài)異常時(shí)，能夠發(fā)出開關(guān)量報(bào)警，并由發(fā)光二極管（LED）指示每個(gè)輸入通道的輸入狀態(tài)。用于檢測(cè)各種機(jī)艙設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、閥門位置等開關(guān)量信號(hào)。

集大輪機(jī)自動(dòng)化（3）模擬量輸出模塊（RAo-8）

RAo-8是一個(gè)具有8個(gè)通道的模擬量輸出模塊，輸出信號(hào)可以選定為±10VDC的電壓信號(hào)或者是±20mA的電流信號(hào)。用于模擬量指示輸出和控制量信號(hào)輸出。（4）開關(guān)量輸出模塊（RDo-16）

RDo-16是一個(gè)具有16通道的開關(guān)量輸出模塊，設(shè)有發(fā)光二極管指示每個(gè)通道的輸出狀態(tài)。最大輸出電壓為230VAC，最大輸出電流為3A（電阻性負(fù)載），支持脈沖輸出。用于各種開關(guān)量指示輸出和開關(guān)量控制信號(hào)的輸出。（5）混合模塊（RIO-C2）

RIO-C2是混合模塊，包含8個(gè)開關(guān)量輸入和8個(gè)開關(guān)量輸出通道，每個(gè)通道均設(shè)有發(fā)光二極管進(jìn)行輸入和輸出的狀態(tài)指示。其輸入信號(hào)可以是自由觸點(diǎn)或24V交直流電壓，輸出為繼電器觸點(diǎn)輸出，特別適用于泵和閥門的控制。集大輪機(jī)自動(dòng)化（6）網(wǎng)段控制模塊（dPSC）

CAN網(wǎng)最多能支持110個(gè)節(jié)點(diǎn)，即在CAN總線上最多能掛接110個(gè)DPU模塊。當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模較大，或者出于某種特殊需要時(shí)，往往需要對(duì)CAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擴(kuò)展，即把CAN網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展成上下兩層，上層一般叫做全局CAN總線（GlobalCANBus）,下層則稱作局部CAN總線（LocalCANBus）。

dPSC就是用于擴(kuò)展局部CAN總線的專門設(shè)備，它是一個(gè)雙二通道CAN網(wǎng)關(guān)，設(shè)有兩個(gè)單獨(dú)供電的處理器，每個(gè)處理器各有兩個(gè)CAN接口，兩個(gè)處理器通過雙口存儲(chǔ)器共享信息。（7）總線耦合控制模塊（PSS）

CAN總線容易因短路，接線松動(dòng)而損壞，因而使整個(gè)CAN總線癱瘓。PSS使兩段總線互相保護(hù)。集大輪機(jī)自動(dòng)化（8）主機(jī)接口單元（MEI）

MEI是專門為主機(jī)遙控系統(tǒng)的電動(dòng)部分與主機(jī)的氣動(dòng)操縱系統(tǒng)相接口而設(shè)計(jì)的。模塊提供了各種與氣動(dòng)操縱系統(tǒng)相接口的開關(guān)量和模擬量輸入輸出通道。開關(guān)量輸入包括各種反映主機(jī)當(dāng)前操作狀態(tài)的開關(guān)量信息。開關(guān)量輸出包括繼電器觸點(diǎn)輸出和可直接驅(qū)動(dòng)電磁閥電壓輸出。模擬量輸入包括來(lái)自掃氣空氣壓力、起動(dòng)空氣壓力和轉(zhuǎn)速設(shè)定信號(hào)。模擬量輸出包括電子VIT控制信號(hào)和送至機(jī)旁轉(zhuǎn)速表的指示信號(hào)等。集大輪機(jī)自動(dòng)化集大輪機(jī)自動(dòng)化（9）主機(jī)安全單元（ESU）

ESU是專門為實(shí)現(xiàn)主機(jī)自動(dòng)停車功能的，主機(jī)的應(yīng)急降速功能由電子調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。ESU只有開關(guān)量輸入和開關(guān)量輸出通道，開關(guān)量輸入通道接收主機(jī)操作部位開關(guān)、手動(dòng)應(yīng)急停車和自動(dòng)應(yīng)急停車等開關(guān)量信號(hào)；開關(guān)量輸出包括向指示燈和ALPHA注油器送出主機(jī)狀態(tài)指示的繼電器觸點(diǎn)輸出和控制停車電磁閥動(dòng)作的電壓信號(hào)。集大輪機(jī)自動(dòng)化集大輪機(jī)自動(dòng)化（10）轉(zhuǎn)速檢測(cè)（RPMD）轉(zhuǎn)速檢測(cè)模塊RPME對(duì)主機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行檢測(cè)和處理，得到主機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量值，一方面通過CAN網(wǎng)絡(luò)送至數(shù)字調(diào)速器（DGU）和網(wǎng)絡(luò)中的其它DPU，另一方面還以RS485通信方式直接送給DGU。當(dāng)發(fā)生主機(jī)超速時(shí)，RPMD將輸出一個(gè)開關(guān)量信號(hào)送至主機(jī)安全單元（ESU），在ESU的輸出控制下進(jìn)行應(yīng)急停車。（11）數(shù)字調(diào)速器（DGU）

DGU

是為實(shí)現(xiàn)主機(jī)的轉(zhuǎn)速與負(fù)荷控制而專門設(shè)計(jì)的DPU模塊，它包含4個(gè)CAN網(wǎng)絡(luò)接口和2個(gè)RS422/485接口，在4個(gè)DPU接口中。2個(gè)稱為局部CAN網(wǎng)絡(luò)接口，另外2個(gè)稱為全局CAN網(wǎng)絡(luò)接口。在2個(gè)RS422/485通信接口中，一個(gè)連接轉(zhuǎn)速檢測(cè)RPME，直接獲取主機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量值，另一個(gè)向油門執(zhí)行機(jī)構(gòu)的飼服單元傳送調(diào)速器的油量輸出信號(hào)，即油門位置信號(hào)。集大輪機(jī)自動(dòng)化

第三節(jié)ACC20主機(jī)遙控系統(tǒng)面板一、ACC20控制面板圖14-3-1ACC20駕駛臺(tái)/集控室操作單元集大輪機(jī)自動(dòng)化

1．顯示窗口

2．多功能旋轉(zhuǎn)按鈕

3．應(yīng)急取消按鈕

4．報(bào)警操作按鈕圖4-3-2ACP顯示窗口集大輪機(jī)自動(dòng)化二、IPU指示面板單元三、機(jī)旁顯示面板集大輪機(jī)自動(dòng)化

第四節(jié)ACC20主機(jī)遙控系統(tǒng)的主要功能原理一、基本邏輯控制

1、封鎖起動(dòng)功能封鎖起動(dòng)是指在某些特定情況下，不允許主機(jī)進(jìn)行起動(dòng)的一項(xiàng)安全措施。在ACC20主機(jī)遙控系統(tǒng)中，只要出現(xiàn)下列任意一種情況，都將激活遙控系統(tǒng)的封鎖起動(dòng)功能。（1）主機(jī)故障停車當(dāng)主機(jī)安保系統(tǒng)檢測(cè)到某種嚴(yán)重故障而導(dǎo)致故障停車時(shí)，將封鎖主機(jī)的起動(dòng)操作。故障停車的具體原因可通過ACP上的mimic畫面查詢。（2）起動(dòng)空氣壓力低為保證主機(jī)正常起動(dòng)，起動(dòng)空氣壓力必須大于最小起動(dòng)壓力，最小起動(dòng)壓力可在遙控系統(tǒng)（ACP面板上）進(jìn)行設(shè)置。當(dāng)空氣壓力低于設(shè)定壓力時(shí)，將封鎖起動(dòng)。（3）轉(zhuǎn)速檢測(cè)故障主機(jī)起動(dòng)過程和運(yùn)行中，轉(zhuǎn)速檢測(cè)非常關(guān)鍵。當(dāng)轉(zhuǎn)速檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，主機(jī)不允許起動(dòng)。集大輪機(jī)自動(dòng)化（4）調(diào)速器脫開機(jī)旁操作時(shí)，油門拉桿應(yīng)通過離合器從調(diào)速器執(zhí)行機(jī)構(gòu)斷開，合向手動(dòng)拉桿。否則，不允許起動(dòng)。（5）封鎖主起動(dòng)閥基于安全的考慮，當(dāng)主機(jī)停止工作時(shí)，主起動(dòng)閥必須手動(dòng)置于封鎖位置。因此，在進(jìn)行主機(jī)起動(dòng)之前，必須將主起動(dòng)閥置于工作位置。（6）封鎖空氣分配器和主起動(dòng)閥一樣，在主機(jī)停止工作時(shí)，還要封鎖空氣分配器?？諝夥峙淦鞅仨毥獬怄i，主機(jī)才允許起動(dòng)。（7）盤車機(jī)未脫開盤車機(jī)未脫開，主機(jī)禁止起動(dòng)。集大輪機(jī)自動(dòng)化2、主機(jī)的起動(dòng)功能在主機(jī)處于備車完畢狀態(tài)下，只要將駕駛臺(tái)操作手柄從停車位置扳向正車（或倒車）任意位置，主機(jī)都將自動(dòng)地進(jìn)行正車或倒車起動(dòng)。（1）慢轉(zhuǎn)起動(dòng)當(dāng)主機(jī)停車超過規(guī)定時(shí)間（一般規(guī)定30分鐘），主機(jī)的第一次起動(dòng)包含一次慢轉(zhuǎn)過程。若在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成一圈慢轉(zhuǎn)，則自動(dòng)進(jìn)入正常起動(dòng)程序，否則將在駕駛臺(tái)和集控室發(fā)出慢轉(zhuǎn)失敗報(bào)警。慢轉(zhuǎn)起動(dòng)功能可按ACP上“取消限制”按鈕取消（有些機(jī)型沒有慢轉(zhuǎn)功能）。（2）正常起動(dòng)當(dāng)駕駛臺(tái)手柄發(fā)出起動(dòng)命令時(shí)，遙控系統(tǒng)將通過MEI啟動(dòng)起動(dòng)電磁閥，使起動(dòng)空氣推動(dòng)主機(jī)起動(dòng)。同時(shí)，遙控系統(tǒng)將向調(diào)速器送出一個(gè)預(yù)設(shè)的“起動(dòng)轉(zhuǎn)速設(shè)定值”。當(dāng)主機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到油氣切換轉(zhuǎn)速時(shí)，關(guān)閉起動(dòng)空氣，調(diào)速器送出一個(gè)預(yù)設(shè)的油量作為起動(dòng)油量。若起動(dòng)成功，則主機(jī)在“起動(dòng)轉(zhuǎn)速設(shè)定值”下運(yùn)行某一預(yù)設(shè)時(shí)間（一般為6秒，可調(diào)）后自動(dòng)切換為手柄設(shè)定轉(zhuǎn)速。集大輪機(jī)自動(dòng)化（3）重復(fù)起動(dòng)若起動(dòng)空氣切斷后，主機(jī)起動(dòng)失效，則遙控系統(tǒng)將進(jìn)行自動(dòng)重復(fù)起動(dòng)。第二次和第三次起動(dòng)的“起動(dòng)轉(zhuǎn)速設(shè)定值”要比第一次起動(dòng)高（重起動(dòng)設(shè)定轉(zhuǎn)速）。若第二次起動(dòng)失敗，則將進(jìn)行第三次起動(dòng)；若第三次起動(dòng)失敗，則將發(fā)出起動(dòng)失敗報(bào)警。

（4）重起動(dòng)在重復(fù)起動(dòng)和應(yīng)急倒車的情況下，遙控系統(tǒng)將自動(dòng)提高“起動(dòng)轉(zhuǎn)速設(shè)定值”，調(diào)速器因此向伺服控制單元輸出一個(gè)較大的油門拉桿位置設(shè)定值，使伺服控制單元給出一個(gè)較大的起動(dòng)油量，提高主機(jī)起動(dòng)的成功率。（5）起動(dòng)失敗報(bào)警慢轉(zhuǎn)起動(dòng)、一次起動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)和三次起動(dòng)失敗等三種情況均被視為起動(dòng)失敗，并在駕駛臺(tái)和集控室的ACP上發(fā)出起動(dòng)失敗報(bào)警。將操作手柄扳回到停車位置即可復(fù)位。集大輪機(jī)自動(dòng)化3、主機(jī)換向功能（1）停車換向當(dāng)主機(jī)處在停車狀態(tài)下，駕駛臺(tái)將車令手柄從停車位置扳到正車或倒車位置，且車令與主機(jī)凸輪軸位置不一致時(shí)，遙控系統(tǒng)將首先執(zhí)行換向操作，當(dāng)換向完成后再進(jìn)入起動(dòng)程序。（2）運(yùn)行中換向當(dāng)主機(jī)在運(yùn)行狀態(tài)下，駕駛臺(tái)將車令手柄從正車（或倒車）扳到倒車（或正車）位置時(shí)，遙控系統(tǒng)將首先停油減速，并進(jìn)行換向操作和反向起動(dòng)。若當(dāng)前轉(zhuǎn)速高于制動(dòng)轉(zhuǎn)速，則當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到制動(dòng)轉(zhuǎn)速時(shí)進(jìn)行換向，并進(jìn)行強(qiáng)制制動(dòng)，以加快主機(jī)反轉(zhuǎn)的過程。集大輪機(jī)自動(dòng)化（3）應(yīng)急倒車應(yīng)急倒車是駕駛臺(tái)手柄從全速正車直接扳到應(yīng)急倒車位置時(shí)的一種緊急操作。一般在船舶避碰時(shí)才使用，因此也稱為避碰倒車（CrashAstern）。4、停車功能當(dāng)車令手柄扳至停車位置時(shí)，遙控系統(tǒng)通過MEI啟動(dòng)停車電磁閥，使主機(jī)停車。同時(shí)，停油信號(hào)還將送至調(diào)速器，使調(diào)速器輸出油量為零。另外，在駕駛臺(tái)、集控室和機(jī)旁控制臺(tái)的車鐘面板上還設(shè)有應(yīng)急停車按鈕，在應(yīng)急情況下按下應(yīng)急停車按鈕，將通過主機(jī)安全單元進(jìn)行應(yīng)急停車。集大輪機(jī)自動(dòng)化5、輔助風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)可以控制1至3臺(tái)作掃氣用的輔助風(fēng)機(jī)，在主機(jī)低負(fù)荷條件和起動(dòng)之前，可在集控室指示面板上通過手動(dòng)或自動(dòng)的方式起動(dòng)或停止風(fēng)機(jī)的運(yùn)行。在自動(dòng)模式下，風(fēng)機(jī)的起停由掃氣箱壓力傳感器控制。當(dāng)掃氣壓力達(dá)到0.065MPa時(shí)風(fēng)機(jī)自動(dòng)停止。6、燃油凸輪監(jiān)控燃油凸輪監(jiān)控功能可確保在換向過程中所有的燃油凸輪都能動(dòng)作到位，以便主機(jī)能按照要求的方向起動(dòng)。集大輪機(jī)自動(dòng)化7、電子VIT控制

ACC20遙控系統(tǒng)可提供電子VIT控制功能，以取代機(jī)械式VIT機(jī)構(gòu)。8、氣缸追加潤(rùn)滑當(dāng)監(jiān)測(cè)到主機(jī)負(fù)荷在相對(duì)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)有明顯增加時(shí)，調(diào)速器將控制氣缸注油系統(tǒng)的一個(gè)電磁閥動(dòng)作，額外增加注油量，更好地適應(yīng)主機(jī)負(fù)荷的變化。9、可變氣缸切換該功能的目的是改善主機(jī)的低負(fù)荷和低轉(zhuǎn)速性能。當(dāng)主機(jī)的負(fù)荷和轉(zhuǎn)速都比較低時(shí)，根據(jù)發(fā)火順序?qū)飧追譃閮山M，并且只讓其中一組工作，即只有一半的氣缸在同時(shí)工作?？紤]到各缸熱負(fù)荷的均勻以及避免氣缸潤(rùn)滑油的浪費(fèi)，兩組氣缸一般按照時(shí)間順序進(jìn)行輪流工作。但是，為保證主機(jī)的安全起動(dòng)，從主機(jī)起動(dòng)直到穩(wěn)定運(yùn)行期間，氣缸切除功能將被屏蔽。另外，如果“取消限制”功能被激活，或者手柄設(shè)定轉(zhuǎn)速和實(shí)際轉(zhuǎn)速偏差超出預(yù)定的范圍，也必須保證所有的氣缸同時(shí)工作。集大輪機(jī)自動(dòng)化

二、轉(zhuǎn)速控制集大輪機(jī)自動(dòng)化

ACC20主機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)由測(cè)速單元、數(shù)字調(diào)速器、伺服控制單元和電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。為確保測(cè)速可靠，測(cè)速單元采用了兩套CAN節(jié)點(diǎn)式測(cè)速模塊RPME，即通過兩個(gè)DPU對(duì)來(lái)自測(cè)速探頭的脈沖信號(hào)進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換為主機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速值，并以數(shù)字信號(hào)輸出。轉(zhuǎn)速測(cè)量值通過兩種方式送給數(shù)