3516B發動機電子調速系統淺析

常密生 王建平 郭曉亮 靳從升

【摘要】隨著平臺發動機組運轉時間的增加，出現這樣或那樣的問題是難免的，這個問題或在某個階段成為影響平臺正常生產的主要矛盾。本文在介紹發動機結構參數、儀表盤和ECM的基礎上，對3516B電子調速系統進行了淺析，為以后的設備運行維護工作做些準備。

【關鍵詞】儀表盤；ECM；電子調速

一、引言

發動機是海洋鉆井平臺的動力源泉，發動機發出電能供平臺其他設備使用。3516B是卡特彼勒公司3500系列功率等級為B級的一款發動機，即滿負載時間不超過80%，負載周期性變化。采用了先進的電噴調速技術，具有更佳的排放特性、燃油經濟性、更優化的動力、維修簡單、靈活可靠等優點。每個缸配備一臺單體泵，單體泵的噴油量由電磁閥控制，電磁閥被ECM控制。

二、發電機參數

中油海5號平臺選用的卡特SR4B發電機額定電壓600VAC，電流2130A，頻率50Hz，視在功率2214KVA，額定功率1550KW，功率因數0.7，繞組絕緣等級為H級。勵磁系統為永磁發電機通過DECS-100給交流副勵磁機提供可控的勵磁電流，副勵磁機的轉子通過旋轉整流器給主勵磁機提供勵磁，副勵磁機、旋轉整流器、主勵磁機三者都安裝在發動機主軸上，和主軸同步轉動。

三、發動機本地儀表盤

儀表盤是發動機的控制站。在儀表盤的正面有以下幾個控制功能：船舶動力顯示，發動機控制開關，緊急停止按鈕和指示燈。儀表盤的內部包含：超越控制開關，控制繼電器和二極管。超控控制開關有以下幾個功能：曲軸重載，預潤滑重載，保護重載和低怠速。

功率分配板為發電上的各種系統分配電能，功率分配板外部有連接直流電源的接線柱和5個斷路器開關，內部由控制繼電器、斷路器、二極管、控制開關和定時器組成。5個斷路器開關分別為主ECM、副ECM、預潤滑和空氣關斷、儀表盤和啟動器和交流發電機供電。

四、ECM簡介

ECM是發動機電子控制系統的心臟，它決定著正時和氣缸的可設定燃油量。它的功能包括：為發動機電子元件提供電源、通過各種傳感器監視發動機的工作狀態、燃油控制計算機（電子調速器控制發動機轉速）、記錄發動機的各種故障、先進的電子診斷工具、根據需要控制參數可編程、發動機電路的控制。正常運行時，ECM接收從傳感器和配電間發電機進線柜傳來的所有信號，經內部計算處理后，通過控制單體泵電磁閥來控制發動機速度，并時時更新。電子控制模塊ECM包含軟件和控制圖兩種個性化模塊，更換個性模板和刷新程序都可以升級個性化模塊。Flash file是ECM的軟件，Flash file中含有各種控制圖，控制圖決定著發動機的功率和扭矩特征曲線。平臺選用的ADEMⅢ 與ADEMⅡ的ECM先進之處在于：運算速度更快、內存更大；無需燃油冷卻；新的零件號；接線略有改變；ET需要2004B以后的版本。

五、電子調速原理

（一）數據傳輸線路

3516B帶有兩種數據傳輸線路，Cat Data Link 和Can Data Link。

Cat Data Link是用來和其他處理器交流，Data Link通過信息共享可以成倍減少系統中傳感器的數量。其他電子控制系統可以通過Data Link獲得發動機上的信息。Data Link還可以作為電子維修工具的接口。

電子維修工具插頭插入Data Link的連接器，就可以和ECM通訊，連接器和電子維修工具是串口連接。連接器把從Data Link中讀出了語言變換成電子維修工具需要的語言。Data Link轉換器位于發動機客戶接口上。電子維修工具也可以顯示發動機運行的實時監控數據。

CAN Data Link用來從ECM中讀取發動機信息和診斷信息。CAN Data Link用于ECM用戶保護裝置和各種顯示模塊。

（二）燃料噴射過程

ECM通過變化的信號控制單體泵的噴油量。單體泵在電磁閥供電時噴油。ECM向單體泵電磁閥提供一個105VDC電壓信號，這個電壓信號激活電磁閥。通過控制發動機正時和電壓持續時間，ECM能夠控制噴油時間和噴油量。

一旦ECM決定了被要求的噴油量，ECM就必須決定燃料噴射時間。ECM通過發動機速度/正時傳感器信號獲得每個氣缸上止點的位置。ECM決定相對于上止點的位置何時噴油，并且ECM在可設定的時間向單體泵電磁閥提供信號。ECM結合發動機最佳運行特性，最佳燃料燃燒率，和對白煙的最佳控制來調整噴射時間。

單體泵的燃油噴射過程是ECM控制發動機正時和轉速，燃油從進油管線流入單體泵。每當凸輪軸通過搖臂壓縮單體泵時，如果單體泵電磁閥通電，電磁閥關斷出油口，燃油就能夠被壓縮并從噴油嘴進入氣缸；如果電磁閥沒電，燃油雖然被壓縮由于出油口沒有關閉，燃油因壓力太小只能流回燃油罐。

（三）電子調速原理

發電機啟動后，根據系統的設定值，在設定的時間內升速到900轉/分。怠速/額定開關打到額定位置時轉速額定端子閉合，2301A得到信號并通過執行機構端子向ECM發送信號。ECM通過綜合計算決定噴油量和單體泵供電時間后向單體泵電磁閥供電。2301A結合轉速傳感器的反饋信號不斷地向ECM發送信號。最終使發電機轉速升高并維持在1500轉/分左右，頻率50Hz左右。如果轉速低于1500轉/分，手動調節轉速微調電位器R1，從而改變2301A和ECM之間的傳輸信號，進而使轉速保持在1500轉/分。

發動機無論是單機運行，還是并網運行，帶載荷后轉速都隨負載變化而變化。發電機載荷突然增大時，發動機轉速將有下降的趨勢，這時ECM將結合2301A信號、轉速/正時傳感器提供的實際轉速信號等因素，通過單體泵向氣缸噴射較多的燃料，用于提高實際轉速。發電機載荷突然減少時，與之相反。

六、總結

3516B發動機是中油海5號平臺所有設備的動力來源，做好發動機的運行維護工作十分重要，這就要求我們做好日常檢查保養得同時，不斷加深發動機理論知識的學習研究，必要時能夠及時排除故障恢復使用。