一种船用大功率柴油机的多功能调速驱动系统和方法技术方案

本发明专利技术提供了一种船用大功率柴油机的多功能调速驱动系统和方法，所述系统包括IO模块、主机转速控制模块：所述主机转速控制模块运用PID算法进行定转速控制、CAN通讯模块、停车模块、功率平衡分配模块、故障降速模块、负荷限制、扫气压力限制、冒烟限制处理模块、限制参数保护模块、主机辅助泵控制模块。本方法解决了现有技术没有适用于10000kW以上大功率的柴油机的多功能调速驱动系统的问题，实现了该柴油机在正常定速过程、并车过渡过程、解列过渡、空车运行过程等多种环境下的调速，提供了满足大功率柴油机的启动、稳态运行、负载大范围波动、环境扰动等应用场景的调速需求，并兼顾满足单机控制和双机并车控制各种控制模式下的调速控制，是现有的电子调速器所不具有的功能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
一种船用大功率柴油机的多功能调速驱动系统和方法


[0001]本专利技术涉及船用柴油机调速驱动领域，具体涉及一种船用大功率柴油机的多功能调速驱动系统和方法。

技术介绍

[0002]某型功率为12000kW的柴油机为国内首次引进的中速大功率柴油机，也是国内外首次将该型柴油机作为船用推进系统主机使用。
[0003]船用主机在使用过程中有以下特点：1)负载范围变化大，一般从空载到满载范围都有频繁使用的需求；2)调速性能要求高，柴油机的稳态调速率、瞬态调速率、转速稳定时间、转速波动率等指标都有严格的指标要求；3)推进系统型式多样化，有作为主机单机输出功率，也有作为主机双机并车输出功率。
[0004]一套稳定可靠的调速系统是柴油机正常运行的关键保障，柴油机调速系统一般有调速器、执行机构、测量与反馈等环节组成。调速器有电子式和机械式，机械式调速器结构复杂维护使用和保养要求高，电子式调速器基于嵌入式计算机硬件和自动控制原理，除控制模块外无复杂的机械结构，除标定参数外无复杂的维护保养要求，是目前柴油机调速器的主流配置。但现有技术中成熟的电子调速器普遍应用在10000kW功率以下的柴油机，但对于10000kW以上大功率的柴油机且作为船用推进系统主机，现有成熟电子调速器无法兼顾柴油机的负载特性、调速特性、功能特性和多样化的推进型式需求，且不能同时实现CAN通讯、起动联锁、主机转速控制、功率平衡分配、负荷限制、扫气压力限制、冒烟限制处理、限制参数保护、主机辅助泵控制等多种功能，即现有技术中没有适配该型柴油机的多功能调速控制系统。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术没有适用于10000kW以上大功率柴油机的多功能调速控制系统的问题，本专利技术提供了一种船用大功率柴油机的多功能调速驱动系统和方法，满足推进型式单机和双机的调速需求，且同时实现CAN通讯、起动联锁、主机转速控制、功率平衡分配、负荷限制、扫气压力限制、冒烟限制处理、限制参数保护、主机辅助泵控制等多种功能，满足大功率柴油机的起动、稳态运行、负载大范围波动、环境扰动等多种应用场景的调速需求，并兼顾满足单机控制和双机并车控制各种控制模式下的调速控制。
[0006]具体方案如下所述：
[0007]一种船用大功率柴油机的多功能调速驱动系统，包括：
[0008]IO模块：所述IO模块通过调用驱动函数实现对大功率柴油机的开关量输入/输出、模拟量输入/输出、频率量输入；
[0009]CAN通讯模块：所述CAN通讯模块接收遥控CAN网相关数据、发送数据至遥控CAN网；所述数据包括综合分析调速驱动模块内部各种逻辑后形成的辅助决策建议；
[0010]主机转速控制模块：所述主机转速控制模块运用PID算法进行定转速控制；所述主
机转速控制模块包括主机起动过程转速控制的起动子模块、主机运行过程转速控制的运行子模块、和给定转速选择子模块；所述起动子模块包括正常起动单元、应急起动单元、三次重复起动单元、起动时间过长单元、起动自锁单元；所述起动自锁单元包括起动联锁模块；所述运行子模块包括单机脱排、单机接排、接排过程、双机并车、解列过程的转速控制；所述给定转速选择子模块可根据控制方式选择给定转速的处理方式，所述给定转速选择模块包括自动控制单元、半自动控制单元、手动控制单元；
[0011]停车模块：所述停车模块包括主机正常停车处理单元、故障停车处理单元、紧急停车处理单元。
[0012]还包括：
[0013]功率平衡分配模块：所述功率平衡分配模块通过控制主机油门，保证并联工作的两台主机在运行过程中的负荷平衡；
[0014]故障降速模块，所述故障降速模块通过接收故障降速和故障停车信号，控制系统自动降低主机负荷至规定值，进而实现单机或双机的故障降速，在每轴双机时出现一台机故障停车或紧急停车，另外一台机执行故障降速；
[0015]负荷限制、扫气压力限制、冒烟限制处理模块：包括设定主机转速、扫气压力、主机油门限制曲线的参数的参数设定单元、和对负荷限制、扫气压力限制、冒烟限制进行处理的处理单元；所述处理单元根据所述主机转速、扫气压力、主机油门对应的限制曲线判断负荷限制、扫气压力限制、冒烟限制，并在遇到限制后对给定转速和主机主控油门进行处理；
[0016]限制参数保护模块：包括最低稳定转速限制、最大转速限制、最大油门限制的判断及处理；
[0017]主机辅助泵控制模块：包括电动燃油泵、电动海水泵的自动控制和预供滑油泵的自动控制。
[0018]所述开关量输入包括：驱动函数、调用驱动函数获取的原始值，将原始值防抖动处理后得到的有效值；所述开关量输入的刷新时间≤200ms；
[0019]所述模拟量输入包括：驱动函数、调用驱动函数获取的原始值，将原始值滤波处理后得到的有效值，所述模拟量输入的刷新时间≤500ms；
[0020]所述频率量输入包括：驱动函数、调用驱动函数获取的原始值，将原始值滤波处理后得到的有效值，所述频率量输入的刷新时间≤500ms；
[0021]所述三次重复起动单元包括连续三次重复起动模块和起动失败模块，所述连续三次重复起动模块为在执行起动过程时，主机转速大于发火转速但小于启动成功转速时，可连续三次自动重复起动；所述起动失败模块为若第三次起动仍失败，则发出起动失败的信号，自动终止起动；需手动复位后，才能再次执行起动程序。
[0022]所述起动时间过长单元可发出起动时间过长的信号，具体为：当主机起动后，在规定的时间内转速达不到发火转速，即发出起动时间过长的信号，需手动复位后，才能再次执行起动程序。
[0023]所述起动自锁单元在出现起动联锁、紧急停车、主机转速大于发火转速或在需要手动复位时没有复位信号时执行起动自锁；所述起动联锁模块是在主机未运行时，如果出现起动联锁相关的信号，执行起动联锁，遥控状态下主机不能起动；应急情况下起动联锁会被取消，所述应急情况包括主机缸盖水出口低温、主机滑油进口低温、离合器未脱开。
[0024]所述停车模块包括主机正常停车处理单元、故障停车处理单元、紧急停车处理单元：
[0025]所述正常停车处理单元是当离合器已脱开的情况下，按下遥控停车按钮后输出最小油门指令给执行器，同时发出遥控停车命令给电磁阀，输出停车控制空气给主机，直至主机停车；
[0026]所述故障停车处理单元是收到故障停车的信号后，执行故障停车程序，输出停车控制空气给主机，直至主机停车。
[0027]所述主机转速控制模块运用PID算法包括基础PID算法和改进PID算法，所述改进PID算法包括遇限削弱积分、不完全微分、变速积分、变比例、变PID参数组合、控制控制上限的高强度微分。
[0028]所述给定转速选择子模块包括自动控制单元、半自动控制单元、手动控制单元，所述自动控制单元是在自动控制时，接收从CAN通讯模块发出的遥控给定转速作为给定转速；所述半自动控制单元是在半自动控制时，读取半自动转速加减按钮状态改变主机给定转速；所述手动控制单元：手动控制时，读取本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种船用大功率柴油机的多功能调速驱动系统，其特征在于，包括：IO模块：所述IO模块通过调用驱动函数实现对大功率柴油机的开关量输入/输出、模拟量输入/输出、频率量输入，进而控制主机转速；主机转速控制模块：所述主机转速控制模块接收IO模块的开关量输入/输出、模拟量输入/输出、频率量输入信号，并运用PID算法进行定转速控制；所述主机转速控制模块包括主机起动过程转速控制的起动子模块、主机运行过程转速控制的运行子模块、和给定转速选择子模块；所述起动子模块包括正常起动单元、应急起动单元、三次重复起动单元、起动时间过长单元、起动自锁单元；所述起动自锁单元包括起动联锁模块；所述运行子模块包括单机脱排、单机接排、接排过程、双机并车、解列过程的转速控制；所述给定转速选择子模块可根据控制方式选择给定转速的处理方式，所述给定转速选择模块包括自动控制单元、半自动控制单元、手动控制单元；所述接排过程是从脱排往接排状态变化的过程；CAN通讯模块：所述CAN通讯模块接收遥控CAN网数据、发送数据至遥控CAN网；所述数据包括综合分析所述主机调速驱动模块内部各种逻辑后形成的辅助决策建议；停车模块：所述停车模块包括主机正常停车处理单元、故障停车处理单元、紧急停车处理单元。2.由权利要求1所述的一种船用大功率柴油机的多功能调速驱动系统，其特征在于，所述系统还包括：功率平衡分配模块：所述功率平衡分配模块通过控制主机油门，保证并联工作的两台主机在运行过程中的负荷平衡；故障降速模块，所述故障降速模块通过接收故障降速和故障停车信号，控制系统自动降低主机负荷至规定值，进而实现单机或双机的故障降速，在每轴双机时出现一台机故障停车或紧急停车，另外一台机执行故障降速；负荷限制、扫气压力限制、冒烟限制处理模块：包括设定主机转速、扫气压力、主机油门限制曲线的参数的参数设定单元、和对负荷限制、扫气压力限制、冒烟限制进行处理的处理单元；所述处理单元根据所述主机转速、扫气压力、主机油门对应的限制曲线判断负荷限制、扫气压力限制、冒烟限制，并在遇到限制后对给定转速和主机主控油门进行处理；限制参数保护模块：包括最低稳定转速限制、最大转速限制、最大油门限制的判断及处理；主机辅助泵控制模块：包括电动燃油泵、电动海水泵的自动控制和预供滑油泵的自动控制。3.由权利要求1或2所述的一种船用大功率柴油机的多功能调速驱动系统，其特征在于，所述开关量输入包括：驱动函数、调用驱动函数获取的原始值，将原始值防抖动处理后得到的有效值；所述开关量输入的刷新时间≤200ms；所述模拟量输入包括：驱动函数、调用驱动函数获取的原始值，将原始值滤波处理后得到的有效值，所述模拟量输入的刷新时间≤500ms；所述频率量输入包括：驱动函数、调用驱动函数获取的原始值，将原始值滤波处理后得到的有效值，所述频率量输入的刷新时间≤500ms。4.由权利要求1或2所述的一种船用大功率柴油机的多功能调速驱动系统，其特征在
于，所述三次重复起动单元包括连续三次重复起动模块和起动失败模块，所述连续三次重复起动模块为在执行起动过程时，主机转速大于发火转速但小于启动成功转速时，可连续三次自动重复起动；所述起动失败模块为若第三次起动仍失败，则发出起动失败的信号，自动终止起动；需手动复位后，才能再次执行起动程序。5.由权利要求1或2所述的一种船用大功率柴油机的多功能调速驱动系统，其特征在于，所述起动时间过长单元可发出起动时间过长的信号，具体为：当主机起动后，在规定的时间内转速达不到发火转速，即发出起动时间过长的信号，需手动复位后，才能再次执行起动程序。6.由权利要求1或2所述的一种船用大功率柴油机的多功能调速驱动系统，其特征在于，所述起动自锁单元在出现起动联锁、紧急停车、主机转速大于发火转速或在需要手动复位时没有复位信号时执行起动自锁；所述起动联锁模块是在主机未运行时，如果出现起动联锁信号，执行起动联锁，遥控状态下主机不能起动；应急情况下起动联锁会被取消，所述应急情况包括主机缸盖水出口低温、主机滑油进口低温、离合器未脱开。7.由权利要求1或2所述的一种船用大功率柴油机的多功能调速驱动系统，其特征在于，所述停车模块包括主机正常停车处理单元、故障停车处理单元、紧急停车处理单元：所述正常停车处理单元是当离合器已脱开的情况下，按下遥控停车按钮后输出最小油门指令给执行器，同时发出遥控停车命令给电磁阀，输出停车控制空气给主机，直至主机停车；所述故障停车处理单元是收到故障停车的信号后，执行故障停车程序，输出停车控制空气给主机，直至主机停车。8.由权利要求1或2所述的一种船用大功率柴油机的多功能调速驱动系统，其特征在于，所述主机转速控制模块运用PID算法包括基础PID算法和改进PID算法，所述改进PID算法包括遇限削弱积分、不完全微分、变速积分、变比例、变PID参数组合、控制控制上限的高强度微分。9.由权利要求1或2所述的一种船用大功率柴油机的多功能调速驱动系统，其特征在于，所述给定转速选择子模块包括自动控制单元、半自动控制单元、手动控制单元，所述自动控制单元是在自动控制时，接收从CAN通讯模块接收到的遥控给定转速作为给定转速；所述半自动控制单元是在半自动控制时，读取半自动转速加减按钮状态改变主机给定转速；所述手动控制单元：手动控制时，读取机旁转速加减按钮状态改变主机给定转速。10.由权利要求2所述的一种船用大功率柴油机的多功能调速驱动系统，其特征在于，所述功率平衡分配模块在双机并联运行时，主控机的控制油门由PID算法计算得出，从控机接收主控机的控制油门和实际转速，然后直接通过相对功率映射...

【专利技术属性】
技术研发人员：张秦峰，桂栋，王晨磊，
申请(专利权)人：上海船舶运输科学研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：