CN108952983A - 一种高速大功率柴油机相继增压控制系统 - Google Patents

一种高速大功率柴油机相继增压控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高速大功率柴油机相继增压控制系统，包括：中央处理模块，中央处理模块的输入端分别通过硬线与柴油机转速处理模块输出端、一号基本增压器转速处理模块输出端、二号基本增压器转速处理模块输出端、一号基本增压器后空气压力传感器输出端、二号基本增压器后空气压力传感器输出端、控制转换按钮、蝶阀位置监测按钮信号连接；中央处理模块的输出端分别通过中间继电器与二位五通电磁阀A的控制回路输入端和二位五通电磁阀B的控制回路输入端电信号连接。本发明的有益效果是：本控制系统适用于高速大功率柴油机多增压器分批次投入与退出的控制，具备参数采集、数据处理、参数显示、状态指示、故障报警及控制输出功能。

Description

一种高速大功率柴油机相继增压控制系统
技术领域
本发明属于柴油机多增压器控制领域，尤其涉及一种高速大功率柴油机相继增压控制系统。
背景技术
柴油机作为主动力装置在舰船上得到广泛应用已有几十年历史。提高增压压力是提高柴油机功率的主要途径，随着柴油机增压压力的不断提高，其低工况性能严重恶化。为了改善高增压柴油机的低工况性能，国内外己开发出了多种涡轮增压系统，其中多增压器相继增压控制技术是提高柴油机增压系统的综合效率的有效方法之一，尤其适合应用在要求宽工作范围、低速大扭矩和较高经济性的场合，具有广阔的应用前景。因此，设计开发一种高速大功率柴油机相继增压控制系统意义重大。
现有技术中，专利201510771027.5公布了一种相继增压系统空气阀开启控制方法，目的在于提供一种相继增压系统空气阀开启控制方法，实时监测压气机出口和进气管的压力，通过空气阀控制器运算处理后控制空气阀的打开与关闭，但不涉及对燃气阀的控制策略以及柴油机相继增压的控制策略。专利201410653135.8公布了一种可切换相继/二级增压结构及控制方法，其目的主要是将相继增压和二级增压两种增压结构通过改动融合在一起，并提出了这两种增压形式切换的控制方法，但不涉及二级增压器相继增压的控制装置和控制策略。专利200910073152.3公布了一种相继增压系统防喘振控制装置和控制方法，其目的主要是为了解决柴油机相继增压系统转换过程中发生的喘振事件，延长增压器寿命。其中控制装置通过采集各种传感器信号，控制燃气阀与空气阀的打开与关闭，缺少具体的二级增压器转换时的控制策略、传感器发生故障时的冗错措施以及控制参数的显示和报警处理等。综上所述，综上所述，关于多增压器相继增压控制技术，还需进一步的完善改进。
发明内容
本发明的目的是提出一种高速大功率柴油机相继增压控制系统，使柴油机在低工况运行时仅有两个基本增压器工作，在高工况运行时另外投入两个被控增压器工作，实现被控增压器投入与退出的自动控制。
为达到上述目的，本发明可通过下述技术方案实现：
一种高速大功率柴油机相继增压控制系统，包括：中央处理模块，中央处理模块的输入端分别通过硬线与柴油机转速处理模块输出端、一号基本增压器转速处理模块输出端、二号基本增压器转速处理模块输出端、一号基本增压器后空气压力传感器输出端、二号基本增压器后空气压力传感器输出端、控制转换按钮、蝶阀位置监测按钮信号连接，柴油机转速处理模块的输入端与柴油机转速传感器输出端信号连接，一号基本增压器转速处理模块的输入端与一号基本增压器转速传感器输出端信号连接，二号基本增压器转速处理模块的输入端与二号基本增压器转速传感器输出端信号连接；中央处理模块的输出端分别通过中间继电器与二位五通电磁阀A的控制回路输入端和二位五通电磁阀B的控制回路输入端电信号连接，二位五通电磁阀A的气源入口与外部压缩空气气源连接，二位五通电磁阀A的气源出口与一号、二号被控增压器空气管路蝶阀气缸单元连接，二位五通电磁阀B的气源入口与外部压缩空气气源连接，二位五通电磁阀B的气源出口与一号、二号被控增压器燃气管路蝶阀气缸单元连接，中央处理模块通过二位五通电磁阀A控制一号被控增压器的空气蝶阀和二号被控增压器的空气蝶阀，中央处理模块通过二位五通电磁阀B控制一号被控增压器的燃气蝶阀和二号被控增压器的燃气蝶阀，从而实现两个被控增压器的同步投入与同步退出。
所述的控制转换按钮为手动与自动功能转换按钮，其连接有两台增压器工作与四台增压器工作功能转换按钮，手动状态下，两台增压器工作与四台增压器工作功能转换按钮投入运行，自动状态下，两台增压器工作与四台增压器工作功能转换按钮停止运行。
所述的中央处理模块输入端还分别与一号被控增压器空气管路蝶阀位置反馈触点、二号被控增压器空气管路蝶阀位置反馈触点、一号被控增压器燃气管路蝶阀位置反馈触点、二号被控增压器燃气管路蝶阀位置反馈触点相连，用以实现各蝶阀位置的状态显示以及蝶阀位置监测按钮在柴油机停机状态下对各蝶阀位置的监测。
所述的一号基本增压器转速处理模块的输入端与一号基本增压器转速传感器相连，构成一号基本增压器转速传感器采集回路；所述的二号基本增压器转速处理模块的输入端与二号基本增压器转速传感器相连，构成二号基本增压器转速传感器采集回路；二号基本增压器转速传感器采集回路作为一号基本增压器转速传感器采集回路的故障后冗余。
所述的二号基本增压器后空气压力传感器作为一号基本增压器后空气压力传感器的故障后冗余；所述一号、二号基本增压器后空气压力传感器作为柴油机转速传感器与一号、二号基本增压器转速传感器故障后冗余。
所述的中央处理模块的输出端还分别通过通讯总线与本地显示单元、远程显示单元信号连接，用以实现系统参数的本地显示和远程显示，所述的本地显示单元、远程显示单元均为人机界面HMI。
所述的中央处理模块的输出端还通过硬线与蜂鸣器连接，构成本控制系统的故障声报警回路。
所述的中央处理模块为可编程逻辑控制器。
所述的二位五通电磁阀A和二位五通电磁阀B均为型号4V310-10的电磁阀。
本发明的有益效果是：本控制系统适用于高速大功率柴油机多增压器分批次投入与退出的控制，具备参数采集、数据处理、参数显示、状态指示、故障报警及控制输出功能，具备2TC/4TC状态的手动和自动切换功能，具备2TC/4TC状态自动切换控制逻辑的故障冗余判断功能，可以将系统运行参数及状态通过远程数据通讯功能进行远端显示。
附图说明
图1 为本发明的结构示意图。
图中：1、中央处理模块，2、柴油机转速处理模块，3、柴油机转速传感器，4、一号基本增压器转速处理模块，5、一号基本增压器转速传感器，6、二号基本增压器转速处理模块，7、二号基本增压器转速传感器，8、一号基本增压器后空气压力传感器，9、二号基本增压器后空气压力传感器，10、控制转换按钮，11、蜂鸣器，12、中间继电器A，13、二位五通电磁阀A，14、二位五通电磁阀B，15、一号被控增压器空气管路蝶阀气缸单元，16、二号被控增压器空气管路蝶阀气缸单元，17、一号被控增压器燃气管路蝶阀气缸单元，18、二号被控增压器燃气管路蝶阀气缸单元，19、本地显示单元，20、远程显示单元，21、蝶阀位置监测按钮。
具体实施方式
结合附图和具体实施例对本发明加以说明。
如图1所示，一种高速大功率柴油机相继增压控制系统，包括：中央处理模块1，中央处理模块1的输入端分别通过硬线与柴油机转速处理模块2输出端、一号基本增压器转速处理模块4输出端、二号基本增压器转速处理模块6输出端、一号基本增压器后空气压力传感器8输出端、二号基本增压器后空气压力传感器9输出端、控制转换按钮10、蝶阀位置监测按钮21信号连接，柴油机转速处理模块2的输入端与柴油机转速传感器3输出端信号连接，一号基本增压器转速处理模块4的输入端与一号基本增压器转速传感器5输出端信号连接，二号基本增压器转速处理模块6的输入端与二号基本增压器转速传感器7输出端信号连接；中央处理模块1的输出端分别通过中间继电器12与二位五通电磁阀A13的控制回路输入端和二位五通电磁阀B14的控制回路输入端电信号连接，二位五通电磁阀A13的气源入口与外部压缩空气气源连接，二位五通电磁阀A13的气源出口与一号被控增压器空气管路蝶阀气缸单元15、二号被控增压器空气管路蝶阀气缸单元16连接，二位五通电磁阀B14的气源入口与外部压缩空气气源连接，二位五通电磁阀B14的气源出口与一号被控增压器燃气管路蝶阀气缸单元17、二号被控增压器燃气管路蝶阀气缸单元18连接，中央处理模块1通过二位五通电磁阀A13控制一号被控增压器的空气蝶阀和二号被控增压器的空气蝶阀，中央处理模块1通过二位五通电磁阀B14控制一号被控增压器的燃气蝶阀和二号被控增压器的燃气蝶阀，从而实现两个被控增压器的同步投入与同步退出。
所述的控制转换按钮10为手动与自动功能转换按钮，其连接有两台增压器工作与四台增压器工作功能转换按钮，手动状态下，两台增压器工作与四台增压器工作功能转换按钮投入运行，自动状态下，两台增压器工作与四台增压器工作功能转换按钮停止运行。
所述的中央处理模块1输入端还分别与一号被控增压器空气管路蝶阀位置反馈触点、二号被控增压器空气管路蝶阀位置反馈触点、一号被控增压器燃气管路蝶阀位置反馈触点、二号被控增压器燃气管路蝶阀位置反馈触点相连，用以实现各蝶阀位置的状态显示以及蝶阀位置监测按钮21在柴油机停机状态下对各蝶阀位置的监测。蝶阀位置反馈的触点为干触点，当管路蝶阀处于打开的位置时，反馈触点输出“开”的干触点信号至中央处理模块的输入端；当管路蝶阀处于关闭的位置时，反馈触点输出“关”的干触点信号至中央处理模块的输入端；中央处理模块1接收各个空气和燃气管路蝶阀位置反馈触点的反馈信号进行逻辑处理及状态显示。柴油机停机状态下，操作所述蝶阀监测按钮21，所述一号、二号被控增压器的燃气、空气蝶阀将依次动作，执行一次，延时2s，保持1s。
所述的一号基本增压器转速处理模块4的输入端与一号基本增压器转速传感器5相连，构成一号基本增压器转速传感器采集回路；所述的二号基本增压器转速处理模块6的输入端与二号基本增压器转速传感器7相连，构成二号基本增压器转速传感器采集回路；二号基本增压器转速传感器采集回路作为一号基本增压器转速传感器采集回路的故障后冗余。自动控制状态下，所述燃气、空气电磁阀打开与关闭的判据以一号、二号基本增压器转速与柴油机转速信号为主，以一号、二号基本增压器后空气压力信号为辅。
所述的二号基本增压器后空气压力传感器9作为一号基本增压器后空气压力传感器8的故障后冗余；所述一号基本增压器后空气压力传感器8、二号基本增压器后空气压力传感器9作为柴油机转速传感器3与一号基本增压器转速传感器5、二号基本增压器转速传感器7故障后冗余。当柴油机转速传感器3、一号基本增压器转速传感器5和二号基本增压器转速传感器7均出现故障时，所述一号、二号基本增压器后空气压力作为被控增压器投入与退出的判据。
所述的中央处理模块1的输出端还分别通过通讯总线与本地显示单元19、远程显示单元20信号连接，用以实现系统参数的本地显示和远程显示，所述的本地显示单元19、远程显示单元20均为人机界面HMI。
所述的中央处理模块1的输出端还通过硬线与蜂鸣器11连接，构成本控制系统的故障声报警回路。
所述的中央处理模块1为可编程逻辑控制器。
所述的二位五通电磁阀A13和二位五通电磁阀B14均为型号4V310-10的电磁阀。
本发明在手动状态下的运行：所述中央处理模块的输入口与手动/自动控制转换按钮相连，用以实现2台增压器工作状态与4台增压器工作状态的手动和自动控制的功能切换。手动控制状态下，所述一号、二号被控增压器投入与退出可根据2TC/4TC切换开关位置进行控制。将所述2TC/4TC切换开关置于“4TC”位置，一号、二号被控增压器投入运行；将所述2TC/4TC切换开关置于“2TC”位置，一号、二号被控增压器退出运行。一号、二号被控增压器投入运行时不受柴油机运行工况影响，一号、二号被控增压器投入与否仅与2TC/4TC切换开关位置有关。所述一号、二号被控增压器退出运行时需满足柴油机转速小于n1或增压器转速小于n2的条件（转速传感器故障时需满足增压器后空气压力小于p1），否则，所述一号、二号被控增压器将无法从运行状态退出，不受所述2TC/4TC切换开关控制，该目的在于保护柴油机。
本发明在自动状态下的运行过程：所述被控增压器投入运行时，其燃气电磁阀将即时打开，延时t1时间后，打开空气电磁阀；所述被控增压器从运行状态退出时，其燃气电磁阀与空气电磁阀同时关闭。自动控制状态下，柴油机停机时，所述一号、二号被控增压器退出运行。柴油机起动成功后，若柴油机转速大于n3且一号、二号被控增压器转速大于n4同时满足时，所述一号、二号被控增压器将投入运行；若所述柴油机转速传感器或一号、二号基本增压器转速传感器均发生故障，若一号、二号基本增压器后空气压力大于p2，所述一号、二号被控增压器将投入运行，一号、二号基本增压器后空气压力传感器信号作为一号、二号基本增压器的转速传感器故障时的冗余保护。若柴油机转速小于n1或者一号、二号基本增压器转速小于n2二者满足其一时，所述一号、二号被控增压器将从运行状态退出，若所述柴油机转速传感器或一号、二号基本增压器转速传感器均发生故障，若一号、二号基本增压器后空气压力小于p1，所述一号、二号被控增压器将从运行状态退出，一号、二号基本增压器后空气压力传感器信号采集作为一号、二号基本增压器转速传感器故障时的冗余保护。
自动状态下的运行过程中，为避免所述一号、二号被控增压器在投入运行过程中因为柴油机转速和一号、二号基本增压器转速波动造成所述燃气、空气电磁阀反复开、关的问题，在所述一号、二号被控增压器在投入运行后，所述燃气、空气电磁阀的工作状态将被即时锁定，延时t2时间后解锁，控制系统重新根据柴油机实际运转情况进行所述一号、二号被控增压器投入与否的条件判断，控制所述燃气、空气电磁阀工作在相应位置。
所述高速大功率柴油机相继增压控制系统具备以下信号采集功能，如表一所示。
表一：
所述高速大功率柴油机相继增压控制系统具备以下状态显示功能，如表二所示。
表二：
所述高速大功率柴油机相继增压控制系统具备以下参数显示功能，如表三所示。
表三：
所述高速大功率柴油机相继增压控制系统具备以下控制功能，如表四所示。
所述高速大功率柴油机相继增压控制系统具备以下数据通讯功能，如表五所示：
表五：
本发明未详述部分为现有技术。

Claims (9)

1.一种高速大功率柴油机相继增压控制系统，其特征是：包括中央处理模块，中央处理模块的输入端分别通过硬线与柴油机转速处理模块输出端、一号基本增压器转速处理模块输出端、二号基本增压器转速处理模块输出端、一号基本增压器后空气压力传感器输出端、二号基本增压器后空气压力传感器输出端、控制转换按钮、蝶阀位置监测按钮信号连接，柴油机转速处理模块的输入端与柴油机转速传感器输出端信号连接，一号基本增压器转速处理模块的输入端与一号基本增压器转速传感器输出端信号连接，二号基本增压器转速处理模块的输入端与二号基本增压器转速传感器输出端信号连接；中央处理模块的输出端分别通过中间继电器与二位五通电磁阀A的控制回路输入端和二位五通电磁阀B的控制回路输入端电信号连接，二位五通电磁阀A的气源入口与外部压缩空气气源连接，二位五通电磁阀A的气源出口与一号、二号被控增压器空气管路蝶阀气缸单元连接，二位五通电磁阀B的气源入口与外部压缩空气气源连接，二位五通电磁阀B的气源出口与一号、二号被控增压器燃气管路蝶阀气缸单元连接，中央处理模块通过二位五通电磁阀A控制一号被控增压器的空气蝶阀和二号被控增压器的空气蝶阀，中央处理模块通过二位五通电磁阀B控制一号被控增压器的燃气蝶阀和二号被控增压器的燃气蝶阀，从而实现两个被控增压器的同步投入与同步退出。
2.根据权利要求1所述的一种高速大功率柴油机相继增压控制系统，其特征是：所述的控制转换按钮为手动与自动功能转换按钮，其连接有两台增压器工作与四台增压器工作功能转换按钮，手动状态下，两台增压器工作与四台增压器工作功能转换按钮投入运行，自动状态下，两台增压器工作与四台增压器工作功能转换按钮停止运行。
3.根据权利要求1所述的一种高速大功率柴油机相继增压控制系统，其特征是：所述的中央处理模块输入端还分别与一号被控增压器空气管路蝶阀位置反馈触点、二号被控增压器空气管路蝶阀位置反馈触点、一号被控增压器燃气管路蝶阀位置反馈触点、二号被控增压器燃气管路蝶阀位置反馈触点相连，用以实现各蝶阀位置的状态显示以及蝶阀位置监测按钮在柴油机停机状态下对各蝶阀位置的监测。
4.根据权利要求1所述的一种高速大功率柴油机相继增压控制系统，其特征是：所述的一号基本增压器转速处理模块的输入端与一号基本增压器转速传感器相连，构成一号基本增压器转速传感器采集回路；所述的二号基本增压器转速处理模块的输入端与二号基本增压器转速传感器相连，构成二号基本增压器转速传感器采集回路；二号基本增压器转速传感器采集回路作为一号基本增压器转速传感器采集回路的故障后冗余。
5.根据权利要求1所述的一种高速大功率柴油机相继增压控制系统，其特征是：所述的二号基本增压器后空气压力传感器作为一号基本增压器后空气压力传感器的故障后冗余；所述一号、二号基本增压器后空气压力传感器作为柴油机转速传感器与一号、二号基本增压器转速传感器故障后冗余。
6.根据权利要求1所述的一种高速大功率柴油机相继增压控制系统，其特征是：所述的中央处理模块的输出端还分别通过通讯总线与本地显示单元、远程显示单元信号连接，用以实现系统参数的本地显示和远程显示，所述的本地显示单元、远程显示单元均为人机界面HMI。
7.根据权利要求1所述的一种高速大功率柴油机相继增压控制系统，其特征是：所述的中央处理模块的输出端还通过硬线与蜂鸣器连接，构成本控制系统的故障声报警回路。
8.根据权利要求1所述的一种高速大功率柴油机相继增压控制系统，其特征是：所述的中央处理模块为可编程逻辑控制器。
9.根据权利要求1所述的一种高速大功率柴油机相继增压控制系统，其特征是：所述的二位五通电磁阀A和二位五通电磁阀B均为型号4V310-10的电磁阀。
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