CN102269065B - 多台柴油机并车/解列运行控制***及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了多台柴油机并车/解列运行控制***及其控制方法。该控制***包括与多台柴油机一一对应设置的多台调速器、传动装置、中央控制器和分别检测每台柴油机转速的转速传感器。每台柴油机设有油门反馈机构和油量控制机构，每台调速器包括控制器和执行机构，控制器的信号输出端与执行机构的信号输入端电连接，执行机构的控制输出端与所对应的柴油机的油量控制机构的控制输入端连接，中央控制器的信号输入端电连接于每台柴油机的油门反馈机构的信号输出端和转速传感器的信号输出端，信号输出端与各调速器的控制器的信号输入端电连接。本发明还包括多台柴油机并车控制方法和解列运行控制方法。具有并车/解列运行控制方便，工作稳定性好的优点。
Description
技术领域
本发明涉及多台柴油机并车/解列运行控制***及其控制方法。
背景技术
柴-柴联合动力装置（CODAD）是将多台柴油机通过液力耦合器和齿轮箱并车运行，从而提供较大的输出功率，满足大型船舶对大功率的需求。此外，它还可以提供多种运行模式，以适应不同的工况。现有的船舶柴油机并车运行控制方法主要有以下四种：并列调速器法、主从调速器法、功率反馈调速器法和单调速器法。
对于柴油机多机并车控制而言，由于存在柴油机特性差异、柴油机功率在线测量困难、调速器特性差异等问题，多机并车运行时功率分配很难平衡，运行不稳定和单机过载现象时有发生，导致并车控制有一定难度。对于柴油机特性差异而言，一旦柴油机确定，改变其特性难以实现，而在线功率测试由于其成本过高也不方便应用，可行的改进方法最好是尽量减少调速器特性差异带来的影响。
发明内容
本发明是为了解决上述柴油机多机并车控制存在的技术问题，而提供的一种并车/解列运行控制方便、工作稳定性好、功率分配较为平衡的多台柴油机并车/解列运行控制***及其控制方法。
本发明所采用的技术方案是：一种多台柴油机并车/解列运行控制***，包括与所述多台柴油机一一对应设置的多台调速器以及一传动装置，其中，所述多台柴油机的动力输出端均与所述传动装置的动力输入端相连，每台柴油机设有油量控制机构和油门反馈机构，每台调速器包括控制器和执行机构，所述控制器的信号输出端与所述执行机构的信号输入端电连接，所述执行机构的控制输出端与所对应的柴油机的油量控制机构的控制输入端连接，其特点是，
所述柴油机并车运行控制***还包括中央控制器和分别检测每台柴油机转速的转速传感器，所述中央控制器的信号输入端电连接于每台柴油机的油门反馈机构的信号输出端和转速传感器的信号输出端，信号输出端与各调速器的控制器的信号输入端电连接。
上述柴油机并车/解列运行控制***中，所述中央控制器包括信号采集单元、特性曲线存储单元、功率查询单元、主控单元和燃油量分配单元，其中：
信号采集单元，用于采集每台柴油机的转速传感器传送的转速检测信号以及油门反馈机构传送的油门位置信号；
特性曲线存储单元，存储有每台柴油机的燃油消耗量-转速-功率特性曲线；
功率查询单元，在所述主控单元的控制下，根据并车/解列前由信号采集单元采集输出的每台柴油机的转速检测信号和油门位置信号，查询存储于特性曲线存储单元中的每台柴油机的燃油消耗量-转速-功率特性曲线，确定每台柴油机的输出功率值Pn，并将每台柴油机的输出功率值通知主控单元；
主控单元，根据所述功率查询单元发送的每台柴油机的输出功率值，计算所有柴油机的输出功率值之和P总，并根据并车/解列的操作要求设定每秒钟每台柴油机的功率变化值△Pn；
燃油量分配单元，在所述主控单元的控制下，根据并车/解列过程中由信号采集单元采集输出的转速检测信号以及由主控单元输出的设定的每台柴油机的△Pn，查询存储于特性曲线存储单元中的每台柴油机的燃油消耗量-转速-功率特性曲线，确定分配给每台柴油机的燃油消耗量值F设；将含有燃油消耗量值F设的信号分别发送给与每台柴油机相对应的调速器的控制器。
上述柴油机并车/解列运行控制***中，所述的根据并车/解列的操作要求设定每秒钟每台柴油机的功率变化值△Pn是指：
如果是并车操作，计算将P总按比例分配给各台柴油机的调节功率设定值P设，得到每台柴油机的输出功率值Pn与调节功率设定值P设之差△P，再根据该△P设定每秒钟每台柴油机的功率变化值△Pn；
如果是解列操作，则求出每台柴油机的解列前输出功率值Pn与解列后的输出功率值之差△P，根据该△P设定每秒钟每台柴油机的功率变化值△Pn。
上述柴油机并车/解列运行控制***中，所述按比例分配是指按本次需并车/解列运行的各柴油机的额定功率之间的比例分配。
上述柴油机并车/解列运行控制***中，所述传动装置包括液力耦合器和齿轮箱，所述的液力耦合器设置在所述柴油机的输出轴与所述齿轮箱的输入轴之间。
本发明还公开了一种多台柴油机并车运行控制方法和多台柴油机解列运行控制方法，其中：
多台柴油机并车运行控制方法包括以下步骤：
在并车前，中央控制器基于从各柴油机的转速传感器和油门反馈机构接收到的转速检测信号和油门位置信号，通过查询每台柴油机的燃油消耗量-转速-功率特性曲线，确定每台柴油机的输出功率值Pn，并计算所有柴油机的输出功率值之和P总；
然后，所述中央控制器根据每台柴油机的额定功率，计算将P总按比例分配给各台柴油机的调节功率设定值P设，求出每台柴油机的Pn与P设之差△P，根据该△P设定每秒钟每台柴油机的功率变化值△Pn；
并车过程中，所述中央控制器基于从各柴油机的转速传感器接收的转速检测信号以及设定的每台柴油机的△Pn，通过查询每台柴油机的燃油消耗量-转速-功率特性曲线，确定分配给每台柴油机的燃油消耗量值F设；
所述中央控制器将含有燃油消耗量值F设的信号分别发送给与每台柴油机相对应的调速器的控制器，该控制器通过与其相连的执行机构控制所对应的柴油机的油量控制机构按照F设向柴油机供给燃油。
多台柴油机解列运行控制方法包括以下步骤：
在解列前，中央控制器基于从各柴油机的转速传感器和油门反馈机构接收到的转速检测信号和油门位置信号，通过查询每台柴油机的燃油消耗量-转速-功率特性曲线，确定每台柴油机的输出功率值Pn，并计算所有柴油机的输出功率值之和P总；
求出每台柴油机的解列前输出功率值Pn与解列后的输出功率值之差△P，根据该△P设定每秒钟每台柴油机的功率变化值△Pn；
解列过程中，所述中央控制器基于从各柴油机的转速传感器接收的转速检测信号以及设定的每台柴油机的△Pn，通过查询每台柴油机的燃油消耗量-转速-功率特性曲线，确定分配给每台柴油机的燃油消耗量值F设；
所述中央控制器将含有燃油消耗量值F设的信号分别发送给与每台柴油机相对应的调速器的控制器，该控制器通过与其相连的执行机构控制所对应的柴油机的油量控制机构按照F设向柴油机供给燃油。
上述多台柴油机并车运行控制方法和多台柴油机解列运行控制方法中，每台柴油机的燃油消耗量-转速-功率特性曲线均存储于所述中央控制器中。
本发明由于采用了以上的技术方案，其产生的技术效果是明显的：
1、采用中央控制器进行控制，操作方便，控制可靠；
2、中央控制器根据要并车的各柴油机的燃油消耗量-转速-功率特性曲线，对各柴油机的燃油供给量进行设置，可保证要并车的柴油机的功率按照规定比例进行输出，且稳定运行。
附图说明
图1是本发明多台柴油机并车运行/解列控制***的一种实施例的原理框图。
图2是本发明多台柴油机并车运行/解列控制***中中央控制器的一种实施例的原理框图。
具体实施方式
请参阅图1，图1是本发明多台柴油机并车运行/解列控制***的一种实施例的原理框图。本发明多台柴油机并车/解列运行控制***包括柴油机1和柴油机3、与柴油机1对应设置的调速器2、与柴油机3对应设置的调速器4、传动装置5、中央控制器6、检测柴油机1的转速的转速传感器12以及检测柴油机3的转速的转速传感器32。
其中，柴油机1、3的动力输出端均与传动装置5的动力输入端相连，传动装置5的输出端与螺旋桨7相连。该传动装置5包括液力耦合器与齿轮箱，该液力耦合器设置在柴油机的输出轴与齿轮箱的输入轴之间。柴油机1设有油量控制机构10和油门反馈机构11，柴油机3设有油量控制机构30和油门反馈机构31。调速器2包括控制器21和执行机构22，调速器4包括控制器41和执行机构42。调速器可以是机械或电子调速器。控制器21、41的信号输出端分别与执行机构22、42的信号输入端电连接，执行机构22、42的控制输出端分别与柴油机的油量控制机构10、30的控制输入端连接。中央控制器6的信号输入端电连接于每台柴油机的油门反馈机构的信号输出端和转速传感器的信号输出端，信号输出端与各调速器的控制器的信号输入端连接。中央控制器6可以是一电路板，亦可为工控机。油门反馈机构11、31可以是燃油齿条位置传感器。
在图1所示出的实施方式中，是以两台柴油机举例说明的，本发明的柴油机并车运行控制***也可包括两台以上的柴油机，此时，调速器的数量与柴油机的数量相同，并与柴油机一一对应地设置。
本发明的柴油机并车/解列运行控制***的并车运行控制方法包括以下步骤：
在并车前，中央控制器6基于从各柴油机的转速传感器和油门反馈机构接收到的转速检测信号和油门位置信号，通过查询每台柴油机的燃油消耗量-转速-功率特性曲线，确定每台柴油机的输出功率值Pn，并计算所有柴油机的输出功率值之和P总；
然后，中央控制器6根据每台柴油机的额定功率，计算将P总按比例分配给各台柴油机的调节功率设定值P设；求出每台柴油机的Pn与P设之差△P，根据该△P设定每秒钟每台柴油机的功率变化值△Pn；如果每台柴油机的额定功率相同，则平均分配功率；如果每台柴油机的额定功率不同，则根据额定功率的比例关系分配功率，即多台柴油机分配功率之比与多台柴油机额定功率之比完全相同；
并车过程中，中央控制器6基于从各柴油机的转速传感器接收的转速检测信号以及设定的每台柴油机的每台柴油机的△Pn，通过查询每台柴油机的燃油消耗量-转速-功率特性曲线，确定分配给每台柴油机的燃油消耗量值F设；
中央控制器6将含有燃油消耗量值F设的信号分别发送给与每台柴油机相对应的调速器的控制器，控制器通过与其相连的执行机构控制所对应的柴油机的油量控制机构按照F设向柴油机供给燃油。
本发明的柴油机并车/解列运行控制***的解列运行控制方法包括以下步骤：
在解列前，中央控制器6基于从各柴油机的转速传感器和油门反馈机构接收到的转速检测信号和油门位置信号，通过查询每台柴油机的燃油消耗量-转速-功率特性曲线，确定每台柴油机的输出功率值Pn，并计算所有柴油机的输出功率值之和P总；
求出每台柴油机的解列前输出功率值Pn与解列后的输出功率值之差△P，根据该△P设定每秒钟每台柴油机的功率变化值△Pn；对于解列而言，解列后只有一台柴油机的输出功率值为P总，其余柴油机的输出功率均为零；
解列过程中，中央控制器6基于从各柴油机的转速传感器接收的转速检测信号以及设定的每台柴油机的△Pn，通过查询每台柴油机的燃油消耗量-转速-功率特性曲线，确定分配给每台柴油机的燃油消耗量值F设；
中央控制器将含有燃油消耗量值F设的信号分别发送给与每台柴油机相对应的调速器的控制器，控制器通过与其相连的执行机构控制所对应的柴油机的油量控制机构按照F设向柴油机供给燃油。
图2示出了根据本发明一种实施方式的中央控制器的原理框图。如图所示，中央控制器6包括信号采集单元61、特性曲线存储单元62、功率查询单元63、主控单元64和燃油量分配单元65。
信号采集单元61用于采集每台柴油机的转速传感器传送的转速检测信号以及油门反馈机构传送的油门位置信号。特性曲线存储单元62存储有每台柴油机的燃油消耗量-转速-功率特性曲线。每台柴油机因其特性的差异，导致其燃油消耗量-转速-功率特性曲线也各不相同。功率查询单元63在主控单元64的控制下，根据并车/解列前信号采集单元61采集输出的每台柴油机的转速检测信号和油门位置信号，通过查询存储于特性曲线存储单元62中的每台柴油机的燃油消耗量-转速-功率特性曲线，确定每台柴油机的输出功率值Pn，并将每台柴油机的输出功率值通知主控单元64。主控单元64根据功率查询单元63发送的每台柴油机的输出功率值，计算所有柴油机的输出功率值之和P总；如果是并车操作，则计算将P总按比例分配给各台柴油机的调节功率设定值P设，求出每台柴油机的Pn与P设之差△P，根据该△P设定每秒钟每台柴油机的功率变化值△Pn；如果是解列操作，则求出每台柴油机的解列前输出功率值Pn与解列后的输出功率值之差△P，根据该△P设定每秒钟每台柴油机的功率变化值△Pn。在一种实施方式中，所述按比例分配是指按本次需并车/解列运行的各柴油机的额定功率之间的比例分配。如果有个别柴油机其最大输出功率不等于额定功率，则该额定功率以最大输出功率代替。燃油量分配单元65在主控单元64的控制下，根据并车/解列过程中信号采集单元61采集输出的转速检测信号以及从主控单元64接收的设定的每台柴油机的△Pn，通过查询存储于特性曲线存储单元62中的每台柴油机的燃油消耗量-转速-功率特性曲线，确定分配给每台柴油机的燃油消耗量值F设；将含有燃油消耗量值F设的信号分别发送给与每台柴油机相对应的调速器的控制器。
以下结合图1及图2对本发明的具体操作过程再做一描述。
1.初始状态：
调速器2所控制的柴油机1的传动装置合排，通过传动装置5带动螺旋桨7；调速器4所控制的柴油机3的传动装置未接排，空载运行。
2.并车过程：
2.1 调节调速器4，使柴油机3的转速与柴油机1的转速基本相同。为转移负载起见，一般使柴油机3的转速略高于柴油机1的转速。此时，柴油机1的油门反馈值k1大于柴油机3的油门反馈值k2。中央控制器的功率查询单元63根据柴油机1、3的油门反馈值k1、k2以及转速检测信号，查询存储在特性曲线存储单元62中的柴油机1、3的燃油消耗量-转速-功率特性曲线可获得两台柴油机的实际功率P1和P2，并通知主控单元64。主控单元64在接收到功率查询单元63发送的每台柴油机的输出功率值后，计算柴油机的输出功率值之和P总，即P总=P1+P2。然后，根据每台柴油机的额定功率，计算将P总按比例分配给各台柴油机的调节功率设定值P设1和P设2。以柴油机1和柴油机3的额定功率相同为例的话，两台柴油机的调节功率设定值的分配比例为1：1，则两台柴油机的调节功率设定值均为P总/2。求出柴油机1的P1与P设1之差以及柴油机,3的P2与P设2之差，并设定每秒钟每台柴油机的功率变化值。
2.2 合上柴油机3的离合器。
2.3 合排后柴油机1的转速会略有上升，柴油机3的转速会出现下降，调节调速器2的转速设定值，使柴油机1的输出功率按照一定的规律减小。为平稳转移负载起见，此功率减小值应综合考虑柴油机的承受能力、传动装置的抗冲击能力等确定，如设定每秒钟柴油机1的功率减小值△P1为（P1-P设1）/10,同时增加调速器4的转速设定值，使柴油机3的输出功率增大值△P2为（P2-P设2）/10，转速设定值与该工况下柴油机的功率成对应关系，实现负载的平稳转移，该过程保证柴油机1、3的输出功率之和为定值 P1+P2。在此过程中，燃油量分配单元65在主控单元64的控制下，根据接收到的转速检测信号以及从主控单元64接收的每秒钟每台柴油机的功率变化值，通过查询存储于特性曲线存储单元62中的柴油机1、3的燃油消耗量-转速-功率特性曲线，确定分配给柴油机1的燃油消耗量值F设1和分配给柴油机3的燃油消耗量值F设2，然后将其转换成可被控制器21和控制器41接受的信号，将含有燃油消耗量值F设1的信号和含有燃油消耗量值F设2的信号分别发送给控制器21和控制器41，驱动执行机构22、42动作，保证两台柴油机的燃油供给量为F设1和F设2。油门反馈机构-中央控制器-控制器-执行机构构成的负反馈回路，可保证两台柴油机的功率按照需要进行配置。当柴油机1和柴油机3的输出功率达到调节功率设定值P设1和P设2时负载转移过程结束。其中，结合柴油机1的油门反馈值k1对应的燃油消耗量和转速检测信号查询存储于特性曲线存储单元62中的柴油机1的燃油消耗量-转速-功率特性曲线，可获得柴油机1的当前实际功率；结合柴油机3的油门反馈值k2对应的燃油消耗量和转速检测信号查询存储于特性曲线存储单元62中的柴油机3的燃油消耗量-转速-功率特性曲线，可获得柴油机3的当前实际功率。
３.解列过程（假定将柴油机3解列，柴油机1承担全部负载）
3.1调整调速器２的转速设定值增加，同时分配给柴油机1的燃油消耗量增加，相应地柴油机1的输出功率增加；调速器4的转速设定值减小，分配给柴油机3的燃油消耗量减小，相应地柴油机3的输出功率减少；与并车过程相对应的是：调整的基本依据是保证两台柴油机输出功率之和与解列前一致，即柴油机1的功率增加量与柴油机3的输出功率减少量数值相同，而柴油机1的燃油消耗量值和柴油机3的燃油消耗量值通过查询特性曲线存储单元62中的柴油机1、3的燃油消耗量-转速-功率特性曲线获得，当柴油机3的油门反馈机构31的反馈信息齿条格数与该转速下柴油机的空载运行齿条格数相同时表示柴油机3不再承担负载，柴油机3处于空转状态，全部负载均转移至柴油机1，负载转移过程结束。
3.2脱开柴油机3的离合器，实现了解列过程的平稳性。
尽管在本发明中，以示例的形式给出了本发明的优选实施例，但是本发明不局限于上述具体结构。任何本技术领域中的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，对本发明作出的非实质性的改进和调整，仍应属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种多台柴油机并车/解列运行控制***，包括与所述多台柴油机一一对应设置的多台调速器以及一传动装置，其中，所述多台柴油机的动力输出端均与所述传动装置的动力输入端相连，每台柴油机设有油量控制机构和油门反馈机构，每台调速器包括控制器和执行机构，所述控制器的信号输出端与所述执行机构的信号输入端电连接，所述执行机构的控制输出端与所对应的柴油机的油量控制机构的控制输入端连接，其特征在于，
所述柴油机并车运行控制***还包括中央控制器和分别检测每台柴油机转速的转速传感器，所述中央控制器的信号输入端电连接于每台柴油机的油门反馈机构的信号输出端和转速传感器的信号输出端，信号输出端与各调速器的控制器的信号输入端电连接；
所述中央控制器包括信号采集单元、特性曲线存储单元、功率查询单元、主控单元和燃油量分配单元，其中：
信号采集单元，用于采集每台柴油机的转速传感器传送的转速检测信号以及油门反馈机构传送的油门位置信号；
特性曲线存储单元，存储有每台柴油机的燃油消耗量-转速-功率特性曲线；
功率查询单元，在所述主控单元的控制下，根据并车/解列前由信号采集单元采集输出的每台柴油机的转速检测信号和油门位置信号，查询存储于特性曲线存储单元中的每台柴油机的燃油消耗量-转速-功率特性曲线，确定每台柴油机的输出功率值Pn，并将每台柴油机的输出功率值通知主控单元；
主控单元，根据所述功率查询单元发送的每台柴油机的输出功率值，计算所有柴油机的输出功率值之和P总，并根据并车/解列的操作要求设定每秒钟每台柴油机的功率变化值△Pn；
燃油量分配单元，在所述主控单元的控制下，根据并车/解列过程中由信号采集单元采集输出的转速检测信号以及由主控单元输出的设定的每台柴油机的△Pn，查询存储于特性曲线存储单元中的每台柴油机的燃油消耗量-转速-功率特性曲线，确定分配给每台柴油机的燃油消耗量值F设；将含有燃油消耗量值F设的信号分别发送给与每台柴油机相对应的调速器的控制器。
2.根据权利要求1所述的柴油机并车/解列运行控制***，其特征在于，所述的根据并车/解列的操作要求设定每秒钟每台柴油机的功率变化值△Pn是指：
如果是并车操作，计算将P总按比例分配给各台柴油机的调节功率设定值P设，得到每台柴油机的输出功率值Pn与调节功率设定值P设之差△P，再根据该△P设定每秒钟每台柴油机的功率变化值△Pn；
如果是解列操作，则求出每台柴油机的解列前输出功率值Pn与解列后的输出功率值之差△P，根据该△P设定每秒钟每台柴油机的功率变化值△Pn。
3.根据权利要求2所述的柴油机并车/解列运行控制***，其特征在于，所述按比例分配是指按本次需并车/解列运行的各柴油机的额定功率之间的比例分配。
4.根据权利要求1所述的柴油机并车/解列运行控制***，其特征在于，所述传动装置包括液力耦合器和齿轮箱，所述的液力耦合器设置在所述柴油机的输出轴与所述齿轮箱的输入轴之间。
5.一种多台柴油机并车运行控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
在并车前，中央控制器基于从各柴油机的转速传感器和油门反馈机构接收到的转速检测信号和油门位置信号，通过查询每台柴油机的燃油消耗量-转速-功率特性曲线，确定每台柴油机的输出功率值Pn，并计算所有柴油机的输出功率值之和P总；
然后，所述中央控制器根据每台柴油机的额定功率，计算将P总按比例分配给各台柴油机的调节功率设定值P设，求出每台柴油机的Pn与P设之差△P，根据该△P设定每秒钟每台柴油机的功率变化值△Pn；
并车过程中，所述中央控制器基于从各柴油机的转速传感器接收的转速检测信号以及设定的每台柴油机的△Pn，通过查询每台柴油机的燃油消耗量-转速-功率特性曲线，确定分配给每台柴油机的燃油消耗量值F设；
所述中央控制器将含有燃油消耗量值F设的信号分别发送给与每台柴油机相对应的调速器的控制器，该控制器通过与其相连的执行机构控制所对应的柴油机的油量控制机构按照F设向柴油机供给燃油。
6.如权利要求5所述的柴油机并车运行控制方法，其特征在于，每台柴油机的燃油消耗量-转速-功率特性曲线均存储于所述中央控制器中。
7.一种多台柴油机解列运行控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
在解列前，中央控制器基于从各柴油机的转速传感器和油门反馈机构接收到的转速检测信号和油门位置信号，通过查询每台柴油机的燃油消耗量-转速-功率特性曲线，确定每台柴油机的输出功率值Pn，并计算所有柴油机的输出功率值之和P总；
求出每台柴油机的解列前输出功率值Pn与解列后的输出功率值之差△P，根据该△P设定每秒钟每台柴油机的功率变化值△Pn；
解列过程中，所述中央控制器基于从各柴油机的转速传感器接收的转速检测信号以及设定的每台柴油机的△Pn，通过查询每台柴油机的燃油消耗量-转速-功率特性曲线，确定分配给每台柴油机的燃油消耗量值F设；
所述中央控制器将含有燃油消耗量值F设的信号分别发送给与每台柴油机相对应的调速器的控制器，该控制器通过与其相连的执行机构控制所对应的柴油机的油量控制机构按照F设向柴油机供给燃油。
8.如权利要求7所述的柴油机解列运行控制方法，其特征在于，每台柴油机的燃油消耗量-转速-功率特性曲线均存储于所述中央控制器中。
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