CN104332076B - 中速柴油机的电气设备模拟教学系统 - Google Patents

Abstract

一种中速柴油机的电气设备模拟教学系统，包括燃油齿条测量装置、相继增压控制装置、曲柄销测温装置、燃油齿条信号模拟装置、相继增压信号模拟装置和曲柄销温度模拟装置，其中，燃油齿条测量装置、相继增压控制装置和曲柄销测温装置为中速柴油机的实际部件，燃油齿条信号模拟装置连接燃油齿条测量装置，并给出标志柴油机油门大小的燃油齿条位移信号，相继增压信号模拟装置连接相继增压控制装置，模拟产生并输出柴油机的增压器转速、主机转速、齿条位置、齿条零位以及扫气压力信号，曲柄销温度模拟装置连接曲柄销测温装置，模拟产生并输出各气缸中飞溅油的温度信号。本发明可操作性强，通过实物模拟的方式，使得教学过程理论联系实践，提高了教学效果。

Description

中速柴油机的电气设备模拟教学系统

技术领域

本发明涉及一种模拟教学装置，具体涉及一种中速柴油机的电气设备模拟教学系统，属于柴油机技术领域。

背景技术

燃油齿条测量装置、相继增压控制装置以及曲柄销测温装置是中速柴油机中主要的电气设备。

燃油齿条测量装置1由齿条传感器11和燃油齿条测量单元12组成，其结构如图1所示。齿条传感器11能够实时地将燃油齿条的位移信号转化为电信号，并由燃油齿条测量单元12进行处理和显示。该燃油齿条测量单元12同时提供一个4～20mA的输出端口，用于柴油机的监测报警系统，以此来实现柴油机负荷限制等相关功能，在实时监测油门大小的同时也保护了柴油机。

相继增压控制装置由相继增压控制器和电磁阀箱组成，适用于双增压器型柴油机，其中以B列增压器为受控增压器。该相继增压控制装置的操作显示平台如图2所示，其采集柴油机的增压器转速、主机转速、齿条位置、齿条零位以及扫气压力五路信号，通过电磁阀箱对柴油机上的燃气阀、空气阀、旁通阀以及放气阀这4个蝶阀进行打开/关闭控制，从而实现当柴油机在0～50％负荷下运行时，通过关闭燃气阀和空气阀，只让A列增压器工作，以提高进气量，节能增效；当柴油机在50％以上负荷运行时，通过打开燃气阀和空气阀，使A列和B列增压器同时工作，以保证柴油机能够稳定安全运行。

曲柄销测温装置包括PT100温度传感器和控制器，其主要功能是通过若干PT100温度传感器实时采集曲柄销等运动件在运转过程中飞溅出来的滑油的温度，由控制器进行数据处理，当飞溅油温达到设定好的报警或停车阈值时，控制器输出相应报警信号，从而有效降低柴油机上曲轴连杆等关键运动件的故障风险。

以上三种装置在中速柴油机的控制系统中占有十分重要的地位，能够对它们进行熟练地操作与维护，并理解它们的工作原理，对于用户来说也是非常关键的。培训作为一种手段，对于用户能够快速熟悉并掌握产品特性有着十分明显的作用。然而目前的中速柴油机培训方式主要是以老师讲课和PPT演示为主，课堂上没有实物，互动性不强，学员缺乏学习兴趣，培训效果往往不甚理想。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种可操作性强的中速柴油机的电气设备模拟教学系统，通过实物模拟的方式且无需真实柴油机进行运转，在教室中实现各电气设备的通电操作、调试和排故，使得中速柴油机的教学培训过程理论联系实践，提高教学效果。

本发明解决其技术问题的技术方案如下：

一种中速柴油机的电气设备模拟教学系统，其包括燃油齿条测量装置、相继增压控制装置、曲柄销测温装置、燃油齿条信号模拟装置、相继增压信号模拟装置和曲柄销温度模拟装置，所述燃油齿条测量装置、相继增压控制装置和曲柄销测温装置为所述中速柴油机的实际部件，所述燃油齿条信号模拟装置连接所述燃油齿条测量装置，并向该燃油齿条测量装置给出标志柴油机油门大小的燃油齿条位移信号，所述相继增压信号模拟装置连接所述相继增压控制装置，模拟产生并向该相继增压控制装置输出柴油机的增压器转速、主机转速、齿条位置、齿条零位以及扫气压力信号，所述曲柄销温度模拟装置连接所述曲柄销测温装置，模拟产生并向该曲柄销测温装置输出各气缸中飞溅油的温度信号。

进一步地，所述的燃油齿条信号模拟装置包括支架、推杆、调油杆和刻度盘，所述调油杆可旋转地安装在支架上且与所述中速柴油机的燃油齿条连接，所述推杆通过螺纹固定在支架上并顶住调油杆，通过旋转该推杆能够调节所述调油杆的转动角度以模拟增大或减小柴油机油门，该调油杆的旋转角度由所述刻度盘上读出，所述燃油齿条测量装置的齿条传感器安装在支架上且与所述调油杆之间存在一间隙，该齿条传感器通过感知该间隙的变化获得燃油齿条位移信号。

进一步地，所述的齿条传感器与所述调油杆之间的间隙值和所述调油杆的转动角度值之间存在有对应的线性关系曲线，该线性关系曲线能够通过自行标定所述刻度盘上读数分别为0和满刻度时的调油杆的转动角度值来设定。

进一步地，所述的相继增压信号模拟装置包括PLC信号发生装置和蝶阀状态反馈装置，所述PLC信号发生装置连接于所述相继增压控制装置的前端，通过编程模拟产生并向该相继增压控制装置输出柴油机的增压器转速、主机转速、齿条位置、齿条零位以及扫气压力信号，所述蝶阀状态反馈装置连接于所述相继增压控制装置的后端，模拟反馈所述相继增压控制装置中蝶阀的开闭状态。

进一步地，所述的PLC信号发生装置包括西门子PLC S7200控制器，所述蝶阀状态反馈装置由继电器和灯板组成。

进一步地，所述的曲柄销温度模拟装置包括若干模拟信号发生单元，每一模拟信号发生单元模拟产生并输出所述中速柴油机中的一个气缸飞溅油的温度信号。

进一步地，所述的模拟信号发生单元为可调单元或不可调单元，该可调单元包括有用以改变温度信号输出值的旋钮式变阻器，该不可调单元为PT100铂热电阻。

本发明将中速柴油机的三个实际部件燃油齿条测量装置、相继增压控制装置和曲柄销测温装置与燃油齿条信号模拟装置、相继增压信号模拟装置和曲柄销温度模拟装置组合在一起，通过三个模拟装置产生并输出中速柴油机的各种工况的状态模拟信号，使得三个电气装置均能够在教学课堂上实现柴油机上正常的监控、报警和控制等功能的演示，而无需真实的柴油机主体运行。本发明改变了目前中速柴油机的培训课堂上没有实物，主要以老师讲课和PPT演示为主的方式，采用实物进行模拟演示，加深了学习者对中速柴油机电气设备性能的认识。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)能够产生并输出模拟中速柴油机的运行状态信号，完全静态模拟中速柴油机三个电气装置正常的报警、停车与控制功能，无需真实柴油机进行运转。

(2)系统参数可以按需要进行调整，可操作性强。

(3)教学过程理论联系实践，学习者在教室中即可动手通电操作各装置的调试、排故，加强对中速机电气设备的认识，使教学效果事半功倍。

附图说明

图1是现有中速柴油机的燃油齿条测量装置的结构示意图。

图2是现有中速柴油机的相继增压控制装置的操作显示平台的示意图。

图3是本发明的结构外形图。

图4是本发明的燃油齿条信号模拟装置的结构示意图。

图5是本发明的相继增压信号模拟装置的结构示意框图。

图6是本发明的曲柄销温度模拟装置的结构示意框图。

图7是本发明中曲柄销温度模拟装置的模拟信号发生单元的电气原理图。

具体实施方式

本发明能够静态模拟中速柴油机的燃油齿条测量装置、相继增压控制装置和曲柄销测温装置三个电气装置正常的各种功能，适用于中速柴油机的课堂教学培训。

下面结合附图和具体实施例对本发明所述的中速柴油机的电气设备模拟教学系统作进一步的详细说明，但不能以此来限制本发明的保护范围。

请参阅图3，图示的中速柴油机的电气设备模拟教学系统安装在一教学试验台上，其包括燃油齿条测量装置1、相继增压控制装置3、曲柄销测温装置5、燃油齿条信号模拟装置2、相继增压信号模拟装置4、曲柄销温度模拟装置6和接线操作区7，试验台台架下设有4个万向轮，方便移动、安装和调试。

所述燃油齿条测量装置1、相继增压控制装置3和曲柄销测温装置5为所述中速柴油机的实际部件，输入信号后能够实现其正常的报警、停车与控制等功能。

所述燃油齿条信号模拟装置2连接所述燃油齿条测量装置1，并向该燃油齿条测量装置1给出标志柴油机油门大小的燃油齿条位移信号。

请结合参阅图1和图4，所述的燃油齿条信号模拟装置2包括支架22、推杆23、调油杆24和刻度盘25。所述调油杆24可旋转地安装在所述支架22上，并且与所述中速柴油机的燃油齿条连接；所述推杆23通过螺纹固定在该支架22上并顶住所述调油杆24，通过旋转该推杆23推动调油杆24能够调节所述调油杆24的转动角度，以模拟增大或减小柴油机油门；该调油杆24的旋转角度可以由所述刻度盘25上读出。

所述燃油齿条测量装置1的齿条传感器11(见图1)安装在所述支架22上，其感应端与所述调油杆的侧边之间存在一间隙e，该齿条传感器11测量该间隙e，将其转化为电信号并由电流表输出燃油齿条位置，所述齿条传感器11通过感知该间隙e的变化获得燃油齿条位移信号。所述的齿条传感器11与所述调油杆24之间的间隙e值和所述调油杆24的转动角度值之间存在有对应的线性关系曲线，该线性关系曲线能够通过自行标定所述刻度盘5上读数分别为0和满刻度时的调油杆24的转动角度值来灵活设定。通过观察该刻度盘5上的读数，能够明确所述调油杆24的转动角度值和齿条传感器11测量间隙e以及输出燃油齿条位置(油门格数)之间的对应关系。

所述相继增压信号模拟装置4连接所述相继增压控制装置3，主要采用PLC来模拟产生中速柴油机的增压器转速、主机转速、齿条位置、齿条零位以及扫气压力信号，并向该相继增压控制装置3输出，同时利用继电器来模拟所述相继增压控制装置3中燃气阀、空气阀、旁通阀以及放气阀这四个蝶阀的打开和关闭状态。所述相继增压信号模拟装置4和相继增压控制装置3可以实现对中速柴油机STC控制装置的全功能模拟，静态实现单增压器与双增压器的切换等功能。

请参阅图5，所述的相继增压信号模拟装置4包括PLC信号发生装置41和蝶阀状态反馈装置42。所述PLC信号发生装置41连接于所述相继增压控制装置3的前端，本实施例中，该PLC信号发生装置41主要由西门子PLC S7200控制器、HMI触摸显示屏幕及手动设置单元组成；PLC控制器通过编程模拟产生并向所述相继增压控制装置3输出中速柴油机的增压器转速、主机转速、齿条位置、齿条零位以及扫气压力信号，各类转速信号利用频率信号来模拟，扫气压力信号用电流信号来模拟，油门位置信号(齿条位置和齿条零位)用电压信号来模拟。所述蝶阀状态反馈装置42连接于所述相继增压控制装置3的后端，由继电器和灯板组成；该蝶阀状态反馈装置42用以模拟反馈所述相继增压控制装置3中四个蝶阀的开闭状态，从而使得控制可以闭环，效果更接近实际。

所述曲柄销温度模拟装置6连接所述曲柄销测温装置5，模拟产生并向该曲柄销测温装置5输出提供各气缸中飞溅油的温度信号，以此来静态模拟中速柴油机运转时的报警和停车功能。

请参阅图6，所述的曲柄销温度模拟装置6包括若干模拟信号发生单元，每一模拟信号发生单元模拟产生并输出所述中速柴油机中的一个气缸飞溅油的温度信号。本实施例中，该曲柄销温度模拟装置6具有5个模拟信号发生单元，可以模拟发出5路气缸中飞溅油的温度信号,其中两个为可调单元，另外三个为不可调单元；该可调单元包括有用以改变温度信号输出值的旋钮式变阻器，该不可调单元为普通PT100铂热电阻。

请参阅图7，所述可调单元利用旋钮式变阻器来模拟中速柴油机上来自气缸的飞溅油的温度信号变化，从而实现静态模拟报警与停车的工况；可以调节旋钮式变阻器来改变输出温度信号，以达到报警和停车值来分别模拟出报警和停车的工况。由于PT100温度传感器的特性，故所述可调单元采用混联电阻来实现这一特性，使输入信号可调范围更加精确。所述可调单元同时采用插孔形式的接线柱，配以专门的表棒式连接线，以便教学操作。

以上是本发明的一个最佳实施例，并不能以此来限制本发明的保护范围。本发明的保护范围还包括其它对于本领域技术人员来讲显而易见的变换和替代。

Claims (7)

1.一种中速柴油机的电气设备模拟教学系统，其特征在于：所述模拟教学系统包括燃油齿条测量装置、相继增压控制装置、曲柄销测温装置、燃油齿条信号模拟装置、相继增压信号模拟装置和曲柄销温度模拟装置，所述燃油齿条测量装置、相继增压控制装置和曲柄销测温装置为所述中速柴油机的实际部件，所述燃油齿条信号模拟装置连接所述燃油齿条测量装置，并向该燃油齿条测量装置给出标志柴油机油门大小的燃油齿条位移信号，所述相继增压信号模拟装置连接所述相继增压控制装置，模拟产生并向该相继增压控制装置输出柴油机的增压器转速、主机转速、齿条位置、齿条零位以及扫气压力信号，所述曲柄销温度模拟装置连接所述曲柄销测温装置，模拟产生并向该曲柄销测温装置输出各气缸中飞溅油的温度信号。

2.根据权利要求1所述的中速柴油机的电气设备模拟教学系统，其特征在于：所述的燃油齿条信号模拟装置包括支架、推杆、调油杆和刻度盘，所述调油杆可旋转地安装在支架上且与所述中速柴油机的燃油齿条连接，所述推杆通过螺纹固定在支架上并顶住调油杆，通过旋转该推杆能够调节所述调油杆的转动角度以模拟增大或减小柴油机油门，该调油杆的旋转角度由所述刻度盘上读出，所述燃油齿条测量装置的齿条传感器安装在支架上且与所述调油杆之间存在一间隙，该齿条传感器通过感知该间隙的变化获得燃油齿条位移信号。

3.根据权利要求2所述的中速柴油机的电气设备模拟教学系统，其特征在于：所述的齿条传感器与所述调油杆之间的间隙值和所述调油杆的转动角度值之间存在有对应的线性关系曲线，该线性关系曲线能够通过自行标定所述刻度盘上读数分别为0和满刻度时的调油杆的转动角度值来设定。

4.根据权利要求2所述的中速柴油机的电气设备模拟教学系统，其特征在于：所述的相继增压信号模拟装置包括PLC信号发生装置和蝶阀状态反馈装置，所述PLC信号发生装置连接于所述相继增压控制装置的前端，通过编程模拟产生并向该相继增压控制装置输出柴油机的增压器转速、主机转速、齿条位置、齿条零位以及扫气压力信号，所述蝶阀状态反馈装置连接于所述相继增压控制装置的后端，模拟反馈所述相继增压控制装置中蝶阀的开闭状态。

5.根据权利要求4所述的中速柴油机的电气设备模拟教学系统，其特征在于：所述的PLC信号发生装置包括西门子PLC S7 200控制器，所述蝶阀状态反馈装置由继电器和灯板组成。

6.根据权利要求4所述的中速柴油机的电气设备模拟教学系统，其特征在于：所述的曲柄销温度模拟装置包括若干模拟信号发生单元，每一模拟信号发生单元模拟产生并输出所述中速柴油机中的一个气缸飞溅油的温度信号。

7.根据权利要求6所述的中速柴油机的电气设备模拟教学系统，其特征在于：所述的模拟信号发生单元为可调单元或不可调单元，该可调单元包括有用以改变温度信号输出值的旋钮式变阻器，该不可调单元为PT100铂热电阻。