NY210主推用柴油機的電氣控制設計

摘 要：柴油機的電氣控制技術是隨著科學技術的不斷發展和生產工藝不斷提出新的要求而得以不斷發展。本文是對NY210主推用柴油機電氣控制系統的設計過程進行簡單的概括，分為硬件部分和軟件部分。柴油機的電氣控制系統就是船舶的“血液系統”，是船舶賴以生存的基礎。我國船舶電氣控制系統的現代化水平與世界領先水平還有一定的距離，廣泛深入地開展船舶電氣控制系統各項領域的研究，對促進我國船舶電氣控制系統跨越式發展具有十分重大的經濟、軍事意義。

關鍵詞：柴油機 電氣控制系統 硬件 軟件

中圖分類號：TM341 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）05（a）-0103-02

1 NY210主推用柴油機的背景介紹

自1897年柴油機問世至今，在一百多年的發展過程中，柴油機已充分顯示出它的實用價值和適用性。NY210柴油機的功率等級為1200～1950 kW，適用于船舶和陸用發電，本篇重點介紹此機型在船舶主推上的應用，此機型與其他同類型的柴油機相比，具有高度更低，長度更短的結構特點，充分利用上面空間，使整機結構更為緊湊。

眾所周知，船舶動力裝置可分為推進裝置、輔助裝置、船舶管路系統、船舶甲板機械和機艙自動化設備，而主推用NY210柴油機就是作為船舶推進裝置的主機部分，是推進船舶航行的動力機，動力裝置最主要的部分。柴油機的電氣控制系統就是船舶的“血液系統”，是船舶賴以生存的基礎。

對于現有的船用、陸用NY210系列柴油機，其發動機中的各缸在很大程度上還是采用人工、機械的控制方式。這種方式依賴于操作人員的經驗、工作狀態，控制誤差較大，不能保證發動機時刻處于最佳的工作狀態。針對上述存在的問題，設計一種用于船舶發動機的電氣控制系統，集數據采集、報警、起/停、調速及泵組控制等功能于一體，使得操作方便，自動化程度高。

2 NY210主推用柴油機電氣控制系統的設計

2.1 設計依據

確定設計過程的理論基礎，根據有關技術規格書、技術要求和技術指標，確定系統各功能指標、環境條件等要求。

2.2 設計原則

在推進用NY210柴油機電氣控制系統的設計過程中，應滿足以下原則：（1）設計應符合合同或技術協議的規定。（2）在可靠第一的情況下，優先采用成熟先進的技術。（3）在設計中觀測標準化、系列化、通用化、模塊化。（4）選用設備的原則為優先選用船用產品，如沒有時選擇用戶認可的陸用產品，電子元器件盡量通過老化篩選。

3 電氣控制系統的硬件設計內容

3.1 傳感器的選用

3.1.1 傳感器選用的要求

傳感器是一種信號輸入裝置，采集控制系統所需的信息，并將其轉換成電信號通過線路輸送給電子控制單元。對其選用的要求為：（1）可靠性高：可靠性高是確保系統高可靠性的基礎，因此要求使用中的傳感器執行元件能在惡劣環境下仍能可靠地工作，失效率最低。（2）精度高：精度高的電氣控制系統必須有相應精度的傳感器執行元件來支撐。（3）響應速度快：各傳感器元件、中間執行元件和最終執行元件的響應速度決定了電氣控制系統對時間的輸入輸出響應能力和動作能力。

3.1.2 監控點的確定

由于此篇討論的是NY210柴油機在船舶主推上的應用，嚴格根據船檢CCS的要求進行監控點的分布。監控點包括：（1）轉速監控：故障停車轉速傳感器和報警轉速傳感器。（2）溫度監控：各缸排溫及重要位置的溫度監控。（3）壓力監控：重要位置使用壓力傳感器進行監控。

上述監控點在設計過程應該考慮在柴油機上安放位置。

3.2 其他硬件的設計

3.2.1 硬件選型的原則

性能價格比最高原則、技術上先進原則、技術上成熟原則、使用原則和方便升級擴展原則。

3.2.2 硬件模塊的劃分

硬件劃分應根據用戶使用要求的實際情況，采用相適宜的劃分發放，并對這些模塊進行剪裁。按硬件功能劃分，可分為開關量輸入模塊、開關量輸出模塊、模擬量輸入模塊、信號預處理模塊、中央處理器模塊、控制模塊、顯示模塊、通信模塊、人機界面模塊和電源模塊。

3.3 柴油機監控系統的設計

NY210主推用柴油機的監控系統主要分兩個部分：控制系統和安全保護系統。其中，控制系統是全面控制柴油機的運行，負責監測柴油機運行參數和故障報警的作用；安全保護系統是控制和監測系統在運行過程中失效或發生危及系統內主要設備的故障時，產生自動保護性的動作。控制系統和安保系統電源、輸入輸出通道及控制器完全獨立，滿足CCS相互獨立性的原則。（如圖1）

3.3.1 控制系統

（1）主要組成：一套功能完善的PLC，包括CPU以及與其相連的熱電偶輸入模塊、模擬量輸入模塊、開關量輸入/輸出模塊，還包括用于輸出數據的串口模塊。并且其分別與安全保護系統、集中控制臺及人機界面連接。（2）工作原理：發動機要進行運行和各個保護操作時，則通過開關量輸出模塊完成。控制系統中的模塊與安全保護系統內的FX系列PLC進行通訊，同時也通過工業總線將各種運行數據傳送到集中控制臺（簡稱集控臺）處理，發出相關指令輸出報警、額定轉速/怠速、故障停車等信號；與此同時，控制系統也與人機界面連接，在人界界面上實時反映出發動機的重要工況參數及報警信號等數據，人性化程度更高。整體上說，控制系統這部分是對發動機進行整體的控制及保護，是此電氣控制設計的核心內容。

3.3.2 安全保護系統

NY210柴油機的安全保護系統負責接收設置于船舶發動機上的各轉速傳感器和各開關發出的信號，并發出相應的停機信號或緊急停機信號。大致包括：（1）立即停止運行。如運行中的柴油機進機停車、緊急切斷設備的控制系統等。（2）把設備暫時調節到可以勉強運行的狀態。（3）當安全系統動作時，應在對應的機旁控制柜上發出聲光報警，并顯示安全保護系統的動作原因。（4）安全系統應獨立于控制系統或其他任何系統。因此，安全保護系統就是在發動機處于設定的報警或停機狀態下，自動對發動機進行停車的保護。

3.3.3 監控系統的優勢

0上述控制系統、安全保護系統均采用獨立的交直流雙輸入電源，設計了專門供電的電源箱，整個系統供電可靠性大大提高，各個部分不受到相互干擾。能夠實時采集發動機的各種參數并通過人機界面顯示，操作者可以通過對參數的修改使發動機處于最佳的工作狀態。此外，控制系統、安全保護系統以及人機界面都統一封裝在機旁監控柜里，布局集中，占地面積小。

4 電氣控制系統的軟件設計內容

4.1 可編程控制器（PLC）的程序設計的流程

程序的設計要求應滿足優先選用模塊化、結構化的方式。PLC功能齊全完善；編程簡便；易于掌握；控制系統構成簡單，通用性強；電磁兼容性好，可靠性高；便于縮短設計、施工、投產調試的周期；體積小，維護方便。

（1）根據選用的PLC，確定編程的軟件。（2）編寫系統結構化的流程圖；NY210柴油機系統結構的流程圖主要包括手動啟機、自動啟機、正常停機、緊急停機和甩車等流程。（3）編寫整套程序，優先選用梯形圖編程，并進行必要的注釋。（4）程序調試，參數整定與修正。（5）打印程序成冊。

4.2 計算機程序設計的流程

（1）確定編程語言，根據需要可采用C/C++等高級語言。（2）編寫程序流程圖。（3）編寫整套程序，并進行必要的注釋。（4）程序調試，參數整定和修正。（5）打印程序成冊。

5 結論

經過論文的撰寫，本人結合NY210推進用柴油機自身的特點，首先對NY210推進用柴油機有了全面的了解，并在其電氣控制系統的設計過程中，得到了以下結論。

（1）船舶所處的環境條件惡劣，對船用電氣設備有特殊的要求。無論是電氣元件的選型、設計和安裝、維護及保養，都應嚴格按照船用標準和規范進行。對于影響船舶航行安全的重要電氣設備，還應采用多路供電、應急供電的方式，提高船舶在航行中的生存能力。

（2）隨著船舶容量不斷增大，功率密度將不斷增加，與之對應的是船舶電氣控制系統需要不斷的創新和進步，以滿足市場更新換代的需求。

（3）我國柴油機工業水平和電子技術相對落后，應加強對柴油機電氣控制系統中的執行器、傳感器、計算機控制技術的研發和開發。

（4）隨著船舶容量、規模以及復雜程度的日益增加，傳統的半自動的運行方式已經不能滿足要求。只有采用基于現代控制技術的模式，才能充分發揮船舶電氣化的優勢，加快我國船舶現代化的發展進程。

船舶主推用柴油機的電氣控制技術是隨著科學技術的不斷發展和生產工藝不斷提出新的要求而得以不斷發展的。在控制方法上，從手動控制到自動控制；在控制功能上，從簡單的控制設備到復雜的控制系統；在操作方式上，從笨重繁瑣到輕便靈巧；在控制原理上，從有觸電的繼電接觸式控制到以計算機為核心的控制系統。而我國船舶電氣控制系統的現代化水平與世界領先水平還有一定的距離，廣泛深入地開展船舶電氣控制系統各項領域的研究，促進我國船舶電氣控制系統跨越式發展具有十分重大的經濟、軍事意義。

參考文獻

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