第4章船舶主机遥控系统

第九章船舶主机遥控系统第一节主机遥控的基本概念主机遥控：远离机旁在驾驶室或集控室通过自动遥控装置对主机进行操纵。对于大型低速柴油主机，主机遥控可分为自动遥控和手动遥控。一、主机遥控系统的组成1.遥控操纵台2.车钟系统3.逻辑控制单元4.转速与负荷控制单元5.主机气动操纵系统6.安全保护装置一、主机遥控系统的组成1．遥控操纵台遥控操纵台设置在驾驶室和集控室内，分别与驾驶室盘台和集控室盘台形成一个整体。驾驶室操纵台主要安装有车令手柄、辅助车钟、车令记装置、指示灯和控制面板以及显示仪表等；集控室操纵台上主要包括车钟回令兼换向手柄、主机起动与调速手柄、操作部位切换装置、指示灯、控制面板以及显示仪表等。此外，在主机机旁还设有应急操纵台，包括应急车钟和机旁应急操纵装置。一、主机遥控系统的组成2．车钟系统车钟系统是实现驾驶台与集控室、驾驶台与机旁之间进行车令传送与应答的重要设备，由驾驶台车钟、集控室车钟和机旁应急车钟组成。车钟系统一般有两种工作模式，一种是操控模式，另一种是传令模式。操控模式对应于在驾驶台遥控主机的情况，此时驾驶台车钟直接通过逻辑控制单元和转速控制单元对主机进行自动遥控。传令模式对应于在集控室或机旁操作的情况，此时驾驶台车令通过首先传递到集控室或机旁，轮机员进行车令应答（回复）后，再对主机进行相应的操作。一、主机遥控系统的组成3．逻辑控制单元逻辑控制单元是自动遥控系统的核心，它根据遥控操纵台给出的指令、转速的大小和方向、凸轮轴位置以及主机的其他状态信息，完成对主机的起动、换向、制动、停油等逻辑控制功能。4．转速与负荷控制单元转速与负荷控制单元一方面通过闭环控制使主机最终运行在车令手柄设定的转速，另一方面在加减速过程中要对加减速速率以及主机所承受的机械负荷和热负荷进行必要的限制，以确保主机运转的安全。一、主机遥控系统的组成5．主机气动操纵系统主机的起动、换向、制动和停车等操作的逻辑控制通常都是以压缩空气作为动力源的，对于采用液压调速器的主机，其转速给定环节也是通过气路来实现的。6．安全保护装置安全保护装置用来监视主机运行中的一些重要参数。一旦某个重要参数发生严重越限，安全保护装置应能通过遥控系统使主机进行减速，或迫使主机停车，以保障主机安全。安全保护装置是一个不依赖于遥控系统而相对独立的系统，即使遥控系统出现故障，也应能正常工作。二、主机自动遥控系统的主要功能主机自动遥控系统的主要功能应包括五个方面，即操作部位切换功能、逻辑程序控制功能、转速与负荷控制功能、安全保护与应急操作功能以及模拟试验功能。1．操作部位切换功能遥控系统必须在机旁和集控室提供操作部位切换装置。机旁一般设有“机旁（Local）”和“遥控（Remote）”转换开关，而在集控台上则设有“集控室（ECR）”和“驾驶台（BR）”转换开关。只有在机旁转换开关转至“遥控（Remote）”位置时才能在集控室或者驾驶台操作，是在集控室还是驾驶台操作由集控室转换开关进行选择。在三个操作部位中，机旁的操作优先权最高，自动化程度最低；集控室的操作优先权和自动化程度均其次；驾驶台的操作优先权最低，但自动化程度最高。在进行操作部位切换时，在高优先级的操作部位可以无条件地获得操作权。二、主机自动遥控系统的主要功能2．逻辑程序控制功能1）换向逻辑控制当有动车车令即车钟手柄从停车位置移至正车或倒车位置的某一位置，遥控系统首先进行换向逻辑判别，即判断车令位置与实际凸轮轴的位置是否一致。当车令位置与实际凸轮轴位置不符时，便自动控制主机换向，将主机的凸轮轴换到车令所要求的位置上。换向完成后，遥控系统转入起动逻辑控制（如车令位置与实际凸轮轴位置相符，则省去换向过程，直接进入起动逻辑控制）。如在规定的时间内，主机凸轮轴未能换到车令所要求的位置，遥控系统将发出换向失败报警信号，同时禁止起动主机。二、主机自动遥控系统的主要功能2）起动逻辑控制换向逻辑控制完成后，遥控系统紧接着进入起动逻辑判断，也就是对起动条件进行鉴别。当满足起动主机所需的各项条件时，控制空气分配器投入工作，打开主起动阀，起动空气将进入主机进行起动，在主机转速达到发火切换转速时，自动完成油气转换（对油气并进的主机可提前供油），停止起动。这时若起动成功，自动转入主机加速程序。二、主机自动遥控系统的主要功能3）重复起动程序控制若主机在起动过程中发生点火失败，遥控系统将自动进行第二次起动。若第二次起动又发生点火失败，则自动进行第三次起动。无论第二或第三次中那次起动成功都将自动转入主机加速程序。当出现第三次起动失败时，遥控系统将自动停止起动，同时发出起动失败报警。当故障排除后，需把车钟手柄拉到停车位置，对三次起动失败信号复位，方可对主机进行再起动。二、主机自动遥控系统的主要功能4）重起动逻辑控制在应急起动、倒车起动或有重复起动的情况下，为了提高主机起动的成功率，遥控系统将自动增大起动供油量，或者自动地提高起动空气切断转速对主机进行重起动。二、主机自动遥控系统的主要功能5）慢转起动逻辑程序当主机停车时间超过规定时间（一般是30min～60min内可调）以后，或在停车期间停过电，再起动主机时，遥控系统将自动控制主机先进入慢转起动，即让主机缓慢转动1～2转，随后再转入正常起动。若慢转起动失败，将发出报警信号并且封锁正常起动。之所以要设置慢转起动，其目的是使主机各主要摩擦面建立起润滑油膜后再转入正常起动，以减少磨损；另一方面当慢转起动失败后，可以检查出主机的故障，避免起动事故发生。二、主机自动遥控系统的主要功能6）主机运行中的换向与制动逻辑程序控制当主机在正车（或倒车）运行中车钟手柄突然从正车拉到倒车位置（或相反）时，遥控系统将自动执行停油—换向—制动—倒车起动—倒车加速过程。有的主机换向需要有转速限制，即转速降到一定数值才允许换向，而且换向转速分为正常换向转速和应急换向转速（应急换向转速比正常换向转速大）。制动的前提是换向完毕。制动分为能耗制动和强制制动。有的遥控系统只设置强制制动（主要用于大型低速柴油机）。有的遥控系统先进行能耗制动，然后再进行强制制动（主要用于中速柴油机）。二、主机自动遥控系统的主要功能所谓能耗制动，是在应急换向完成后，只让空气分配器工作，主起动阀关闭，这时主机是正车转向，而凸轮轴是倒车位置。因此，当某缸活塞上行（压缩冲程）时，空气分配器使此缸气缸起动阀开启，气缸内的气体经气缸起动阀到主起动阀后被截止，使主机起着压缩机作用，消耗其能量，降低其转速，实行能耗制动。能耗制动是主机转速较高且制动力矩较小时的制动方式。而强制制动是让空气分配器工作，且主起动阀开启。此时，高压起动空气在各缸的气缸起动阀前等待，当某缸活塞上行时，空气分配器控制此缸气缸起动阀开启。于是，高压起动空气进入气缸，强行阻止活塞运动，使主机转速迅速下降为零，实行强制制动，当主机转速下降为零后，则按倒车的起动逻辑控制来起动主机，使主机倒转，并按倒车加速程序将主机转速调节到车令设定转速。二、主机自动遥控系统的主要功能3．主机的转速与负荷控制功能1）转速程序控制加速过程控制有下列两种形式：（1）发送速率限制；（2）程序负荷（也称负荷程序）。其中发送速率指的是主机在中速区以下的加速控制，加速速率较快。而程序负荷指的是高速区的加速控制，特别强调慢加速。因为在高负荷时加速太快，会使主机超热负荷，严重影响缸套、活塞和缸盖等燃烧室部件的寿命。因此，有了发送速率和程序负荷这种控制功能，驾驶员可按实际情况把车钟手柄扳到任一速度档，而不必考虑是否会损害主机。在主机起动完成到转速稳定这段时间内，主机转速控制系统实际上是在完成一个转速程序控制过程。实际上不仅有加速程序负荷，还有减速程序负荷，除遇到应急情况外，主机在从海速降速时进行一段减速程序负荷控制，对延长主机使用寿命和降低故障率都是十分重要的，因此，部分主机转速控制系统还设有减速程序负荷。二、主机自动遥控系统的主要功能2）转速-负荷控制主机的转速与负荷控制回路是一个综合控制回路。在正常航行工况下，控制回路主要是通过调速器对主机转速进行定值控制。控制回路的作用就是克服各种扰动，把主机转速控制在车钟手柄所设定的转速上。但是，当船舶在恶劣海况下航行时，螺旋桨可能会频繁露出水面转速升高，若此时仍采用转速定值控制，调速器为了维持主机运行在设定转速上，不得不频繁地大幅度调节主机供油量，这就有可能导致主机超热负荷。一旦调速器减油不及时，主机就会发生飞车而使主机超机械负荷。这时，主机转速控制系统常采用负荷控制方式或死区控制方式来保障主机的安全运行。二、主机自动遥控系统的主要功能3）转速限制为了保证主机安全、可靠及有效地运行，遥控系统将对进入主机调速器的设定转速进行临界转速避让、最小转速限制、最大转速限制以及轮机长手动设定最大转速的限制。（1）临界转速自动避让当车钟设定转速处于临界转速区时，为了保证主机不在临界转速上运转，遥控系统将自动地把设定转速限制在界转速区之外，并在设定转速经过临界转速区时，自动地控制其快速通过临界转速区，以确保主机安全运转。（2）最小转速限制当车令设定转速值小于主机最低稳定转速时。为了防止主机不稳定运转或熄火停车，遥控系统将自动地把设定转速限制在主机最低稳定转速上。二、主机自动遥控系统的主要功能（3）最大转速限制当车令设定转速值大于主机所允许的最大转速时，为防止主机超速，遥控系统将自动地把设定转速限制在主机所允许的最大转速范围内。由于主机倒车运行工况较正车差，故有些遥控系统还设置了数值上较正车小的最大倒车转速限制。（4）轮机长手动设定最大转速的限制在非应急运转工况下，当车令设定转速值大于轮机长手动设定最大转速的值时，遥控系统将对其车令设定转速值进行限制，以确保主机转速不超过轮机长所设定最大允许转速。二、主机自动遥控系统的主要功能4）负荷限制主机转速控制系统在对主机转速进行转速自动控制时，主机的供油量是由调速器根据偏差转速大小来控制的。调速器为了把主机的转速快速调节到设定转速，有可能使主机因供油量太大而超负荷。为此，遥控系统应对主机的供油量进行限制。负荷限制主要包括如下几个方面：（1）起动油量的设置若要使主机顺利且平稳地起动起来，就必须在主机起动时供给适量的燃油，为了使起动油量不受车令设定转速的影响，实现定油量起动，遥控系统在主机起动期间自动阻断车令设定转速，给出一个最佳起动转速及最大允许起动油量，以确保主机安全、平稳、可靠地起动。二、主机自动遥控系统的主要功能（2）转矩的限制主机在某一转速下运行时，如供油量过大就有可能使主推进轴的扭矩超机械负荷。此时，遥控系统将自动地限制主机的供油量，即根据车令设定的转速或主机的实际转速给出一个相应的允许供油范围，从而将主机的转矩限制在安全的范围内。（3）增压空气压力限制主机从低速开始加速时，油量会突然增加很多，而此刻增压器输出的增压空气压力较低，这样就会出现油多气少的现象，导致燃烧不充分而冒黑烟。为防止主机在加速过程中出现冒黑烟现象，遥控系统将自动地根据增压空气压力的高低来限制主机的供油量，以保证喷入汽缸的燃油充分燃烧，同时也可防止主机受热部件的过热现象。二、主机自动遥控系统的主要功能（4）螺旋桨特性限制有的遥控系统设置了按螺旋桨的特性来限制主机的供油量，用来修正原有负荷的限制特性，使之接近螺旋桨推进特性曲线形状，以满足螺旋桨吸收功率的需要。（5）最大油量的限制在主机供油量超出轮机长所设定最大供油量时，遥控系统将自动地将主机供油量限制在轮机长设定的最大供油量上，以实现主机的最大负荷限制。二、主机自动遥控系统的主要功能4．安全保护及应急操纵功能1）安全保护：安全保护装置是主机遥控系统的重要组成部分，当主机重要参数越限时，它能使主机自动减速或自动停车，并发出报警信号并显示安全系统动作的原因，以保护主机的安全。有些重要参数的安全保护值有两个：一个是自动减速值，另一个是自动停车值。当出现安全保护装置动作且故障排除后，这时需要对故障复位才能进行起动和加速。2）应急操纵：在应急情