双电控系统（精选9篇）
双电控系统 篇1
摘要：本文针对主井提升系统单套提升机存在的问题,我们采用SINAMICS全数字控制技术,一套提升机两套驱动电控系统的功能,实现了新老系统互换,双系统在线备份。
关键词：SINAMICS SL150,工艺控制系统(WTC),双系统备份
0 引言
与一切电气设备一样,提升机电控系统是暴露在客观存在的,各种参数变化的物理环境(如温度、气压、湿度等)和电磁环境(如电场、磁场、电磁场等)中的。其中电磁环境的变化会直接影响电控系统的正常工作。因此,任何电气控制装置必需具备其所应完成的工作能力外,也同时必须具备对外界环境的适应能力、对自身小故障的承受能力。分析我矿主井提升系统单套提升机存在的问题2012年12月济宁二号煤矿通过技术改造,引进安装SIEMAG ST3-F双恒减速液压制动系统及西门子的SINAMICS SL150驱动控制系统,外加新增高压开关柜及变压器,实现了新老系统互换,一套提升机两套驱动控制系统的功能。
兖州煤业股份有限公司济宁二号煤矿是年产600万吨原煤的特大型现代化矿井。主井原煤提升系统安装提升机一套,同步电机容量为5400千瓦,配双34吨箕斗,提升能力1260吨/小时,其电控系统采用德国西门子公司交交变频矢量控制系统。由于其控制系统中故障诊断、监测和故障指示等程序设计繁琐,故障指示不明确,故障查找和排除较困难,处理故障时间较长,影响生产时间较长,严重制约了矿井生产能力的发挥和高产高效矿井建设的要求。
主井提升机自1995年投入使用,经过近19年运行,存在不少问题,目前很难购买到配件,性价比非常低,且买到的配件也是多年前生产的,已出现不同程度的老化。而且,系统经常发生故障,严重制约矿井的生产能力,造成较大的经济损失。为了尽最大可能消除上述原因造成的不利因素,经过调研,制定了下面的改造方案,增加一套提升机驱动控制系统,共用液压制动系统:
(1)用最新的S7控制系统替换S5系统;
(2)用SINAMICSSL150全数字交交变频矢量控制系统替代SIMADYN-D交交变频矢量控制系统及其功率柜;
(3)用ST3-D液压制动系统替代ST2-C液压制动系统;
(4)更换制动器机械部分。
采用上述方案改造后,可以消除目前主井提升系统存在的不利因素,对于保障矿井的正常、高效生产意义重大。可以利用一台提升机、二套电控及驱动系统,实现二套提升机的功能,具有较大的经济效益和重大的社会效益。
具体改造方案如下。
1 系统原理及构成
1.1 新增驱动电控系统原理
如图1所示,采用增加3台高压开关柜、7台变压器的供电方式,对新驱动系统进行供电。
1.2 改造内容
电控驱动系统的改造包括以下内容:
(1)SINAMICS SL150全数字交交变频矢量控制系统;
(2)全数字矿井提升机工艺控制系统(WTC);
(3)主控PLC控制柜;
(4)变压器组、高压开关柜;
(5)操作台;
(6)制动控制系统:液压站和闸控系统;
(7)低压配电及切换柜;
(8)定子绕组供电切换柜。
11.3需增加的设备
针对上述改造内容,并结合西门子公司交交变频系统最新产品,需需使用以下设备:
11.3.1 SINAMICS SL150全数字交交变频矢量控制系统
交交变频矢量控制系统应用国际先进的SINAMICS SL150矢量控控制技术,该系统具有实用、安全可靠、维护方便、备件容易买到等优点点。
该系统具体功能如下:
(1)电流、磁通的矢量控制;
(2)定子电流和电压的调节控制;
(3)转子回路的磁链调节控制;
(4)功率因数的控制;
(5)根据力矩实现电源和电压的前馈控制;
(6)主回路及转子回路的监测与监控;
(7)采用高精度数字触发技术,实现全数字触发控制。
1.3.2全数字矿井提升机工艺控制系统(WTC)
新增电控系统采用两套独立的控制系统实现提升机工艺控制。两套套系统独立运行实现冗余控制。主要实现以下控制功能:
(1)根据行程信号,实现全数字行程控制;
(2)全数字速度闭环控制;
(3)S形速度给定;
(4)根据系统运行状况,实现交交变频矢量控制系统的信号监测与与监控。
根据相关的主轴编码器和导向轮编码器信号,以及测速发电机的信信号,实现提升机系统运行的监测与监控,如:
(1)连续速度监视;
(2)逐点速度监视;
(3)速度互相监视;
(4)行程互相监视;
(5)滑绳监视;
(6)错向监视;
(7)在监视系统软件中设定:井筒开关监视、过卷监视、失励监视、最大减速度监视、可控硅整流桥监视、停车零电流监视及给定值-实际值监视等。
WTC需要接入轴编码器信号就井筒开关信号,可参考2007年的成功改造经验,轴编码器信号和井筒开关信号并接入新系统,降低切换故障率。
1.3.3 主控PLC控制柜
此套主控系统应用先进的S7-400全数字控制系统,主要实现下列功能:
(1)根据提升工艺信号,提供提升机运行的计算、分析、运行和控制信号;
(2)实现系统运行的各种监视与监控任务;
(3)实现系统的故障监测、故障分析和故障监控;
(4)向SINAMICS SL150交交变频控制系统提供给定信号和运行控制信号;
(5)向监视与显示系统提供故障信息和系统运行信息;
(6)向操作台提供系统运行信息。
新主控系统不仅负责新增系统的监测和控制,同时还需要对老的高低压配电系统进行监测和控制,切换方案采用采用信号并接模式,外设的状态信号同时进老系统和新系统。
1.3.4 变压器组、高压开关柜
因原Simadyn-D电控系统所需变压器短路阻抗与SINAMICS SL150交交变频矢量控制系统所需变压器短路阻抗有差别,故原变压器组不再符合要求,需增加一套变压器组为SINAMICS系统供电,因此增加一套变压器组,同时应增加一套高压开关柜。
1.3.5 操作台
采用西门子组合式操作台,其设计与制作将根据提升工艺要求和操作人员的方便性来实现。如将“上位机人机界面”放至操作台中等。司机台内置ET200M分站,将司机台的信号通过通讯传给主控PLC,同时将主控PLC的状态信息在司机台上显示。
1.3.6 制动控制系统
本次电控系统改造中,制动控制系统主要对液压站和闸控系统进行改造。因现有液压站使用年限已久,压力不足,部分配件已不生产,故对其进行更换。选用SIEMAG的ST3-F型液压站替代现ST2-C型液压站,同时更换制动单元。新闸控系统为与ST3-F型液压站相配套的闸控系统。
1.3.7 低压配电及切换柜
新增加低压配电柜,为新电控系统提供220V、24V等工作电源,为冷却风机、润滑系统等提供380V配电。为实现新、原系统对冷却风机、润滑系统、液压系统等的外围设备的共同控制,采用新老PLC输出控制并接的方法,新老PLC加闭锁方式,不能同时输出控制信号。一套工作时,另外一套输出全部封锁。
1.3.8 定子绕组供电切换柜
定子绕组供电切换柜的作用是:实现新、原电控系统对提升机供电的切换。定子绕组切换柜原理图如图2所示。
新、原电控系统均为12脉波交交变频器,正常情况下,使用其中一套,另一套作为备用。
如图2所示,新增电控系统需增加2台双掷切换开关Q0.1、Q0.2,以实现新、原电控系统之间供电的切换。
1.4 新、原交交变频系统比较
SINAMICS SL150的优点:
(1)采用多重散热技术,散热效果好;
(2)使用快速更换模块的压力弹簧,维护方便;
(3)改进的故障信息系统,易于查找故障位置;
(4)模板减少,备件也相应减少,结构紧凑;
(5)不需要特殊编程语言,通过修改参数即可进行编程、调试;
(6)改进的HMI(画面显示);
(7)使用Drive-cliq总线系统,减少了电缆的使用。
2 改造施工
2.1 改造方案
2.1.1 电控系统图
图3所示为新增交交变频电控系统框图。图中除了电机、滚筒、外,其余硬件系统均为新增内容。其中井筒开关新老系统共用,轴编码器也可新老系统共用,信号采用并接的方式。
2.1.2 工作量安排
整个新增交交变频提升机电控系统工作量较大,一方面,要全面熟悉原系统的硬件结构、软件设计、信号来源等;另一方面,要设计新增系统硬件电路图、确定新增系统内部的信号配合及信号转换、对S7-400 PLC主控系统和WTC控制系统进行编程、安装调试等。
上述改造方案经过精心组织、准备与事前联络,在2013年及2014年春节停产检修期间进行了施工,2013年春节期间进行了ST3-F液压制动系统的改造与安装,2014年春节之前进行了变压器、高压开关柜及驱动变频器的安装。春节期间进行了棚箕斗、主滚筒脱绳,对驱动系统及工艺控制系统进行了调试。整个新系统在调试完成之后进行了试运行,并切换旧系统进行试验。经过两年的运行,系统运行良好,中间出现过故障停车并及时切换至备份系统运行,实现了新老系统互换,一套提升机两套电控及驱动系统的功能,提高了提升系统的安全可靠性,取得了较好的经济效益和社会效益,主井电控双系统备份运行效果良好,为类似矿井改造提供了良好的基础。
双电控系统 篇2
《汽车电控系统检测》是汽车电子技术专业的一门核心技术课程。其目的是要求我们会使用各种常用的仪器仪表，熟练操作检测设备，完成对汽车各系统电器元件及电路的检测，对常见汽车故障进行识别并对简单故障能够诊断。为我们就业后从事汽车检测与维修工作打下基础。
首先我们得了解电控技术对发动机性能的影响：
1、提高发动机的动力性
通过减小进气阻力，提高充气效率，电控系统使得进入气缸的空气得到充分利用。
2、提高发动机燃油经济性
通过电控系统来精确地控制在各种工况下发动机所需的混合气体浓度，使燃烧更充分。
3、降低排放污染
通过电控系统的优化控制，提高燃烧质量，应用排放控制系统，降低排放污染。
4、改善发动机的加速和减速性能。
5、改善发动机的起动性能。
通过本课程的学习，使我们达到了许多能力目标：
1、能根据发动机系统标准参数，正确使用专用设备，独立完成发动机参数测试并分析故障码，完成测试项目报告。
2、能根据汽车发动机辅助控制各系统的标准参数，正确使用发动机测试仪，独立完成系统测试并分析数据，完成测试项目报告。
3、能看懂汽车电路系统，明确汽车电源系统、照明系统检测标准，正确使用万用表等检查布线，能够独立地进行检测及维护，完成测试记录。
4、能根据车载音响、视频及GPS系统的原理，正确使用专用测试仪器，独立完成故障检测。
5、熟悉汽车空调系统原理及各零部件位置，正确使用测试仪器，独立进行系统测试并完成测试项目记录。
6、能根据汽车安全与防盗系统原理，按标准对汽车安全系统、防盗系统进行检查，正确使用相应检测设备进行诊断测试，并完成测试项目。
7、能根据车身舒适系统原理，正确使用专用设备检测电动车窗、后视镜、电动座椅等，独立完成故障检测。
8、会根据汽车CAN总线及控制系统原理，独立完成全车布线系统测试及波形分析，完成测试项目记录。
9、熟悉电控制动系统和助力转向系统的原理，按标准对系统进行检测，独立完成测试。
10、能根据汽车电控悬架系统原理，独立完成悬架系统的测试。
11、能根据电控自动变速器的结构、液压及电控系统原理，按规范对变速器进行检查，正确使用测试仪器进行故障诊断。
12、参观汽车整车检测场，能够说出汽车整车检测项目及内容。
13、能够独立完成对车辆的常规保养。
双电控系统 篇3
1 改造原则
(1) 保留原美国AB500系列PLC控制系统。
(2) 保留原控制系统胶带输送机各种安全保护装置。
(3) 保留原控制系统供电电源, 通过万能转换开关转接, 实现新老系统相互切换。
(4) 新增1台低压配电柜, 为新电控系统提供电源。
(5) 新增1台PLC控制柜, 安装西门子300系列PLC模块、模拟量模块、数字量模块、以太网模块、控制继电器、供电电源等, 胶带的新电控各类传感器、保护系统各自独立。
(6) 新增1套工业电视监控服务器, 安装云台工业电视监控设备2套, 定向摄像机4套, 用于胶带输送机运行时实时监控。
(7) 新增万能转换开关8个, 用于西门子300系列PLC控制系统与美国AB500系列PLC控制系统之间的切换。
(8) 新老系统互为备用, 并且独立使用。
2 胶带输送机保护接线方式的选择
主斜井胶带输送机电控系统改造保留了原有的美国AB公司的电控系统, 新增了1套西门子300系列PLC电气控制系统、该系统基于数字化、自动化、信息化、网络化等先进技术, 采用数字定位综合保护系统和视频在线监测监控系统, 改造接线过程中共列出3种胶带输送机保护接线方式。 (1) 继电器隔离分接法接线方式。以跑偏动作为例, 当跑偏保护动作后, 继电器吸合, 继电器触点5、9和8、12由常开变为闭合, 5、9作为接入原PLC的端子通电, 原PLC接收到跑偏动作信号, 同时8、12作为接入新PLC的端子通电, 新PLC也能接收到跑偏动作信号, 这样新老PLC可以同时使用 (图1) 。优点:用继电器分接后, 接线简单。缺点:需要1个单独给保护供电的24 V电源;每一个保护都需要一个继电器, 共计需要15个继电器;线路较多故障查询较慢。 (2) 端子并接法。优点:在原PLC柜内, 各种保护接线端子上并一根线通向新PLC柜, 接线简单, 施工较快。缺点:新PLC柜工作时, 老PLC柜不能带电, 需要做新、老PLC柜的电源闭锁。 (3) 万能转向开关隔离法。优点:将各种需要并接信号经万能转向开关分接到新老PLC中, 通过旋转万能转向开关旋钮实现新老PLC信号的采集切换, 具有切换方便、完全隔离、互不干扰的特点。缺点:需要5路万能转换开关8个, 并在PLC柜门板上开孔固定。
经过综合对比分析, 最终选择操作接线工艺简单、可实施性强、稳定性和安全性高的万能转向开关隔离转接法[1]。
3 传感器接入方法
3.1 各种保护概况
此次改造接入各种保护情况, 新增西门子300系列配备的PLC包含64个开关量输入、32个开关量输出、24个模拟量输入 (其中4个电机占用20个点, 速度和液压站压力各使用1个) , 其中4种保护和原厂家保护一样 (分别为撕裂、烟雾、堆煤与洒水) , 区别如下:
(1) 跑偏保护。 (1) 新增跑偏保护, 具备寻址区分功能, 自带有通信模块, 采用RS-485通信传递给PLC, 具备某个详细位置的保护报警功能区分, 例如说机尾跑偏动作或机头跑偏动作。 (2) 原厂家跑偏保护直接接入PLC开关量输入模块的对应点内, 当无法区分动作保护位置。
(2) 沿线急停。 (1) 新增沿线急停保护, 具备寻址区分功能, 自带有通信模块, 采用RS-485通信传递给PLC, 具备某个详细位置的保护报警功能区分, 且只占用1个开关量通道。 (2) 原厂家沿线急停保护直接接入PLC开关量输入模块的对应点内, 沿途共计安装8个沿线急停保护开关, 占用8个开关量输入通道[2]。
3.2 模拟量读数接线方式
模拟量共分为电机温度、胶带速度、液压站压力。由于模拟量信号传输不具备并接条件, 只能供给1个PLC使用, 所以此次改造采用以下方案: (1) 胶带速度。新安装一个电光厂家提供的速度传感器。 (2) 电机温度。由于原PLC温度巡检仪故障, 不能正确读数, 此次改造将电机温度 (前轴、后轴、前端子、中端子、后端子) 接入新PLC内。 (3) 液压站压力。压力传感器安装个, 此次改造中也接入了新PLC内, 在液压站测量压力管路上安装1个三通, 新增加一个压力传感器, 供给新PLC使用。
3.3 工业电视改造接入方式
由于原电控系统配备的工业电视系统采用模拟信号传输, 新增工业电视系统采用数字高清IP摄像机, 为了将模拟信号传输的摄像机图像也通过海康服务器传输至监控电视墙上, 采用网络交换技术、网络共享技术和VGA分屏器配合使用达到模拟信号传输画面和数字信号传输画面共享效果, 同时, 经过使用人机操作界面的IFIX软件编写相应程序对网络摄像机控件进行参数设置后, 可以直接在人机界面中调取摄像机视频, 实现视频联动功能。
3.4 远程监测监控接线方式
新电控系统与环网通信采用远程监测监控接线方式。新电控系统采用PLC控制新技术装备, 采用S7-300系列PLC控制系统, 并增加以太网模块, 直接形成总线结构, 通过合理的程序和通信结构将以太网模块用网线接入矿井综合自动化控制环网交换机, 实现新电控系统远程的集中控制和一键式开停。
4 改造效果
改造完成后, 原电控系统与新电控系统通过万能转换开关进行切换使用, 保留了原控制系统胶带输送机安全保护装置, 不仅满足新、老系统相互备用, 还具有以下独特功能:
(1) 故障自诊断。 (1) 网络故障自诊断。当网络由于发生断线、干扰等传输问题时, 网络会自动侦测到, 并发出报警。 (2) PLC故障自诊断。PLC的扫描器和适配器发生故障时, 系统会通过网络的通信情况判断故障, 并发出报警;PLC的I/O模块发生故障时, CPU会通过I/O模块的状态位侦测到故障及故障内容后, 通过系统发出报警。 (3) 传感器和信号线故障诊断。模拟量的传感器或信号线发生断线故障时, PLC通过测量值判断故障并发出报警。
(2) 多功能显示。 (1) 工况图显示。工况图动态显示整个系统胶带机、给煤机、转载胶带运行的工况, 以及主要保护、煤炭产量 (需配备相关称重设备) 有关参数信息。 (2) 信息图显示。实时显示胶带机、给煤机开/停状态和煤仓煤位高度。如胶带机开停状态、检修状态及运行速度、拖动电机电压、电流、开机时间、停机时间等参数。 (3) 故障及保护显示。当系统出现故障或保护动作时, 工况图上会直接报故障信息, 便于操作人员及时采取措施进行处理。 (4) 信息查询。在综合集控中心可以查询电机电流、电机温度、带速等的历史趋势图, 以及相关数据报表显示和历史数据查询。 (5) 控制模式。集中控制 (远控) 方式下, 操作人员只需在综合集控中心操作键盘或鼠标, 控制井下各条胶带机和给煤机的起、停以及故障解除等。并且通过计算机语音系统发布开车提示命令。就地控制 (就地) 是在日常检修或故障处理以及特殊需要时, 操作人员可分别在各条胶带机头通过矿用隔爆兼本安型可编程控制器控制胶带机的起、停。检修状态下由现场操作人员在各设备的就地操作箱上操作 (不经过PLC系统) , 起、停单台设备以便检修。
(3) 其他。 (1) 系统结构形式。配置上位机丰富显示和存储功能;该系统内采用控制器与端口实线方式连接。 (2) 控制策略。具备远程、就地、检修等多种操作方式。 (3) 保护功能。具有模拟量输入功能, 可检测关键机电设备的运行参数;具备保护传感器的动作定位功能;具备对设备运行状态的检测;具备视频联动功能。 (4) 系统维护。支持通过编程工具, 进行面向端口的底层程序编制。
5 结语
为了确保主井一部电控系统安全、可靠运行, 西门子300系列PLC电控系统安装后, 制订了美国AB厂家PLC与西门子300PLC切换使用方案, 规定电控系统切换周期、切换操作步骤、注意事项等措施, 并对操作人员进行实操培训, 从而提高主斜井胶带电控系统的稳定性、可靠性, 保障主斜井提升系统的安全运行。改造完成后, 主斜井正常提升方式变为新系统与原电控系统不仅可以互为备用, 而且满足定期切换使用需要, 提高了主斜井胶带电控系统的稳定性、可靠性, 增强了主井提升的安全系数。
摘要：郑煤集团白坪煤业主斜井胶电控系统采用美国AB500系列PLC控制, 目前已经使用7 a, 原美国AB500系列PLC的备品备件不再生产, 给设备的维护工作带来不便。从提升设备运行安全性、维护便利等方面考虑, 增设西门子300系列PLC控制系统与原电控系统互为备用, 以期实现主斜井胶带机电控系统冗余升级改造。介绍了改造的方法及实际的效果, 对类似的改造有一定的借鉴意义。
关键词：主斜井胶带,双电控系统,电控系统
参考文献
[1]刘尚启.35°大倾角强力皮带机平稳运行的优化设计[J].科技创新导报, 2011 (9) :82-83.
风神蓝鸟电控系统的检测与诊断 篇4
风神蓝鸟电控系统的检测与诊断
作者：苏明辉 张效梁
来源：《职业·下旬》2011年第12期
汽车自问世以来，取得了令人瞩目的发展成就，直至今日已成为人们应用最为广泛的交通工具。回顾汽车的发展历史，大致可以分为7个阶段：技术开发阶段、大量生产阶段、适用阶段、生产化阶段、蓄势阶段、高级化阶段、电子化阶段。在这两百多年中，人们用自己的辛勤与智慧，使汽车一步一步走向新的高度。如今，汽车已经成为全世界的支柱产业。随着电子技术的迅猛发展，汽车电子化程度大大增加，汽车上的电子设备也越来越多、越来越复杂，我们的使用也就越来越便利。相对来说，维修人员所需要掌握的知识也就越来越多了。除了普通机械维修，还需要掌握更多的电子系统维修知识。下面笔者对风神蓝鸟采用的SR20DE型发动机电控系统的检测与诊断进行简单论述。
一、发动机电控系统的组成发动机电控系统包括以下三个方面：第一，电子控制单元（蓝鸟轿车把电子控制系统叫做中央控制系统）；第二，传感器与开关，包括冷却液温度传感器、发动机转速和曲轴转角传感器、凸轮轴位置传感器、节气门位置传感器、氧传感器、燃油温度传感器、爆燃传感器、空气流量传感器等；第三，执行机构，包括点火线圈、喷油器、怠速步进电机、燃油泵、电磁阀等。
二、电控系统的控制功能
通过上述三部分，可实现对汽车的各种控制功能。第一，燃油喷射控制，包括基本喷油控制；改变喷油油量，加减油修正；空燃比反馈控制；燃油喷射正时；断油控制。第二，点火正时控制，ECU通过内部存储数据确定基本点火正时，并通过工况和驾驶者的开车习惯修正正时。第三，怠速控制，ECU发动机的转速信号，通过控制ACC阀的开关时间，精确调整从节气门旁通通道流过的空气量，将怠速控制在某一规格。第四，燃油泵控制。第五，故障－保险系统。
三、电控系统对SR20DE型发动机故障的自诊断
该车型与发动机有关的故障中，有部分故障能以故障代码的形式通过仪器读出来。这类故障称之为故障代码类故障，检测步骤如下：
1.初步观察
打开发动机舱盖，观察发动机是否完整，真空管有无脱落，电线插接器有无松动，是否有漏油、漏气、漏液或漏电现象，发动机怠速运转是否平稳，排气管是否冒黑烟等。然后，将故
障检测仪（元征431ME）连接到位于驾驶室仪表板下保险盒盖后面的汽车诊断座上。通过显示屏的显示，逐步进行操作进入下一步。
2.读码—清码—运行—再读码
连接故障诊断仪，查询故障码，要对读出的永久性和偶发性的故障码进行记录，然后清除；起动机待冷却液温度达到80℃以上，发动机高速运转几秒，创造故障再现条件，再次读码。
3.分析故障码
故障码011表示在发动机起动过程前几秒，缸号信号不进入ECM。发动机运转过程中，缸号信号不进入ECM。发动机运转过程中，缸号信号不在正常状态中，可能由线束或插接件（传感器电路断路或短路）、凸轮轴位置传感器、曲轴位置传感器、曲轴位置传感器电路、启动电机、电瓶没电、启动系统电路故障引起。
故障码012表示过高或过低的电压进入ECM。合理而不正确的电压进入ECM，与凸轮轴位置传感器信号和节气门位置传感器信号计算出的值相比较，可能由于线束或插接件（传感器电路断路或短路）或质量空气流量传感器故障引起。
故障码013表示从此来的过高或过低的电压进入ECM，可能由于线束或插接件（传感器电路断路或短路）或发动机冷却液温度传感器故障引起。
故障码021表示在发动机起动或运转时，初级电路的点火信号不进入ECM，可能由于线束或插接件（传感器电路断路或短路）、装在点火线束内的功率晶体管电容、曲轴位置传感器、曲轴位置传感器电路等故障引起。
故障码034表示从传感器来的过高或过低电压进入ECM，可能由线束或插接件（传感器电路断路或短路）或爆震传感器等故障引起。
故障码043表示从传感器来的过高或过低电压进入ECM，可能由线束或插接件（传感器电路断路或短路）或节气门位置传感器等故障引起。
4.阅读数据流
发动机要满足数据流的条件，对于流中超出正常值的数据，应参照手册列出故障原因进行分析。
5.检查测量
根据故障的现象、故障码的内容及其数据中相关数值确定测量项目，可使用万用表、二极管、废气分析仪等进行必要的测量。
6.排除故障
根据以上工作记录，并参照维修手册或相关资料对故障进行分析，得出诊断结果和修理方案。
7.再次检验
用故障分析判断仪、废气分析仪等设备，再进行一次检测，确认故障是否排除。
四、无故障码故障的诊断
这种故障虽然不能用诊断仪诊断出故障码，但却是客观存的，所以，需要借助其他的检测工具来对这类故障相关的系统、元件或电路进行具体的测试，找出具体的故障原因并排除故障。下面简述蓝鸟轿车车速传感器故障与起动信号故障（无故障码情况）的检测与排除。
1.车速传感器故障诊断与排除
首先，检查总体功能是否正常，顶起前轮，拔下ECU线束插接件，用手转动前轮，检查ECU端子32与车身地线之间的线束是否时通时断。如果没有时通时断现象，则需确认车速表功能是否正常。如果车速表功能不正常，则要对传感器和传感器线路进行检查（确认故障位置，进行更换或维修）；如果车速表正常，则要检查输入信号线路。重新插上ECU线束插接件，用测试仪测试车速传感器线路，或用测试仪读取车速传感器信号。正常时，测试仪数值应与车速表指示值相同。另外，还可以关掉点火开关，拔下组合仪表线束插接件或迎面显示控制单元线束插接件，检查ECU端子32与端子1（对不带迎面显示的车型）或与端子Q（对带迎面显示的车型）之间的线束是否导通，正常时应导通。测试结果不正常，则检查线束插接件及ECU与组合仪表或迎面显示控制单元之间的线束是否导通。如果不通，修理线束或插接件。如果没有上述问题，检查ECU的针状端子是否损坏，以及ECU线束插接件的连接，若损坏则进行更换。
2.起动信号故障诊断与排除
首先，检查总体功能是否正常。打开点火开关，用测试仪测试起动信号线路。用测试仪在数据流检查起动信号，点火开关ON时、数据流OFF；点火开关START时，数据流ON。点火开关置于START，检查ECU端子34与地线之间的电压。电压在点火开关START时为电瓶电压，其余位置为0V。如果不正常，检查输入信号线路。关掉点火开关，拔下ECU线束插接件和点火开关线束插接件，检查ECU端子34与端子D之间的线束是否导通。如果端子34与端子D不导通，则检查线束插接件、10A熔丝及ECU与点火开关之间的线束是否导通，如果
不通，修理线束或插接件。如果端子34与端子D导通，则检查ECU的针状端子是否损坏，以及ECU线束插接件的连接。
双电控系统 篇5
我国是渔业耗能大国,目前拥有各类 渔船106万艘,但大量渔船设备陈旧老化严重,技术状况差,渔船燃油费用占渔业捕捞成本60%以上。天然气作为一种清洁的替代燃料,在世界范围内能源探明储量增长很快,据预测将在10~20年内超过石油,成为21世纪的主导能源。液化天然气(LNG)相对于压缩天然气(CNG)具有燃料纯度高、储存密度大、行驶里程长等优势[1],更适合作为船用替代燃料。将柴油机改装成柴油-LNG双燃料发动机,利用柴油引燃天然气实现混燃,该燃烧方式结合了原柴油机高压缩比和天然气抗爆性强的优势,能获得和原柴油机相当的动力性能,同时柴油扩散压燃比火花点燃天然气着火范围更广,燃烧更稳定[2,3]。
目前将柴油机改装成柴油-天然气双燃料发动机存在的主要问题是天然气与引燃柴油掺烧比控制不佳,低负荷下天然气燃烧不完全,HC排放高,全负荷下天然气掺烧比过高时易工作粗暴[4,5,6]等。本研究采用Infineon的高性能32位TC1766单片机开发了柴油-LNG双燃料发动机电控系统,通过合理的控制策略可以精确地控制天然气和引燃柴油的喷射量,优化掺烧比,根据不同工况进行燃烧模式的灵活转换,从而更有效地改善双燃料发动机的综合性能,为LNG作为渔船动力替代燃料的应用推广提供了参考。
1双燃料发动机改装设计
原柴油机为全程调速式渔船用增压柴油机,其技术参数见表1。常见柴油机改造成天然气柴油双燃料发动机的供气方式有混合器预混和进气喷射两种形式。进气喷射又分为进气总管单点喷射、进气歧管多点喷射、缸内直喷方式[7,8]。本系统采用天然气进气歧管多点喷射方案,该方案对原柴油机改造不大,可以实现各缸喷气量和喷气时刻的精确控制,且安装工艺简单,对渔船船舱布置要求不高,减少了改装配套成本。发动机台架如图1所示。
液态天然气储存在双层真空结构的低温绝热储气罐中。由储气罐上的手动截止阀和ECU驱动的电磁阀共同控制LNG气路的通断。蒸发器利用发动机的高温冷却水将气液两相状态的天然气完全加热气化。气态的天然气经调压阀作用先暂存于0.8MPa的缓冲罐中,再经减压阀供入轨压为0.3MPa的燃气气轨中。由于原柴油机为机械式柴油泵,每循环的柴油供油量由机械式全程调速器调节,混燃模式下的引燃柴油量无法精确控制。为此,本试验安装了油泵齿条限制机构,混燃模式下的引燃柴油量可进行电控调节,纯柴油模式下由原机械调速器进行机械调节。柴油-LNG双燃料发动机系统如图2所示。
1.气体流量计 2.气路电磁阀 3.减压阀 4.燃气喷嘴 5.燃气气轨 6.涡轮增压器 7.排温传感器 8.水温传感器 9.曲轴位置传感器 10.限油机构11.机械式全程调速器12.油门位置传感器 13.电源 14.柴油泵15.调压阀16.凸轮轴位置传感器17.齿条位置传感器
2电控系统开发
电控单元ECU是柴油-LNG双燃料发动机电控系统的核心部件,系统的ECU硬件结构主要包括微处理器模块、输入调理模块、功率驱动模块、电源模块和通讯模块。
微处理器模 块采用Infineon的32位单片机TC1766,通过一个高性能的32位TriCoreTMV1.3CPU用于控制策略的运行及喷气脉宽、时刻等参数的计算。采用一个32位外设事务处理器PCP2处理曲轴位置等复杂的信号、喷气脉宽和时刻的PWM波的产生等。集成了1.5MByte的嵌入式flash和32K的数据flash,可满足柴油-LNG双燃料发动机电控系统控制策略的存储和运行需求。
输入调理模块包括数字信号(开关信号和脉冲信号)调理和模拟信号调理。模拟信号包括油门位置信号、齿条位置信号、水温信号和排气温度信号等。其中,曲轴位置传感器采用LM1815芯片,在磁电输入信号由正向负变化通过零点的时候触发一个单脉冲,据此判定发动机当前转速;油门位置信号的作用是判定发动机目标转速,参与混燃模式下的调速控制;齿条位置信号的作用是判定纯柴油模式下的负荷大小和混燃模式下的引燃柴油量,参与燃烧模式切换控制等。
功率驱动模块选用Infineon公司专门为喷嘴和低边驱动设计的专用芯片TLE6244,足以满足燃气喷嘴对开关响应性的设计要求,同时TLE6244具有18路输出通道,具有短路、过温、过压等保护功能。另外采用具有全保护的半桥驱动芯片TLE8209对限油步进电机进行控制,实现对引燃柴油喷射量的精确控制。
电源模块包括ECU电源模块及传感器电源模块。ECU电源模块 采用Infineon公司生产 的TLE7368专用集成电源模块,可同时为单片机及外围传感器集成供电,简化了硬件结构。
通讯模块采用CAN总线通讯。ECU通过CAN总线可将传感器采集的发动机运行状态参数传给上位机,进行数据的采集、实时显示、在线修改、实时保护、报警等功能。整个电控系统结构如图3所示。
3控制策略设计
3.1混燃调速控制策略设计
当外界负荷发生变化时,原渔船用柴油机可通过自带的机械式全程调速器单一调节每循环柴油喷射量来实现调速功能。而改装后的柴油-LNG双燃料发动机在混燃模式下的转速受引燃柴油喷射量和天然气喷射量两参数共同影响,调速控制相对改装前较为复杂。本系统设计了两套方案来进行柴油LNG双燃料发动机的混燃调速控制,具体控制策略方案如下:(1)混燃调速 方案一。油泵 齿条不做 限制,当油门位置固定时,保持喷气脉宽不变,通过原机械式调速器对引燃柴油量的单一调节实现调速。该方案实施简单,但各转速下需要较高的引燃柴油量才能满足调速负荷变化范围的要求,从而限制了天然气掺烧比的提高,综合替代率较低。(2)混燃调速方案二。限制油泵齿条,通过限油机构将引燃柴油量设定在某一值(本系统设为最大负荷柴油量的30%),当油门位置固定时,ECU根据油门位置信号获得目标转速值,与曲轴位置信号对应的当前转速值进行比较,通过PID控制运算得出控制量,对天然气喷射脉宽进行调节,从而将当前转速稳定在目标转速值附近。该方案限制了引燃柴油量,天然气掺烧比随负荷增大而增加,综合替代率较高。经后文试验结果分析,本系统最终采用方案二。混燃调速方案二控制策略如图4所示。
3.2燃烧模式切换控制策略设计
改装后的渔船双燃料发动机在实际工作中不能一直在混燃模式下运行,需根据不同航行工况切换到合适的燃烧模式。本系统采用手动和自动切换结合的方式进行纯柴油和混燃模式之间的切换:当渔船在低速挪船出港、减速回港靠岸、海面遇到紧急情况和天然气供应不足时,手动开关关闭,执行纯柴油模式,这时燃气喷嘴始终不工作,油泵齿条位置不做限制,原柴油机全程调速器自由工作;在渔船较稳定航行和捕捞作业工况时,手动开关打开,ECU根据发动机的运行状态,通过切换控制策略自动进行纯柴油和混燃模式的切换。
本系统设计的燃 烧模式自 动切换控 制策略如下:纯柴油模式下,当发动机运行状态满足混燃模式切换条件(本系统设为当前转速≥1000r/min且负荷≥35%)时,ECU开始发出喷气指令,天然气喷气脉宽基于当前转速和目标转速PID闭环控制,同时发出限油指令,驱动步进电机将柴油泵齿条限制至设定位置,最终切换到混燃模式;在双燃料混燃模式下,当发动机运行状态满足切换条件(本系统设为目标转速<1000r/min)时,限油机构松开齿条并停止喷气,切回到纯柴油模式。燃烧模式切换控制策略流程如图5所示。
4台架试验对比
使用WE-42水涡流测功机将改装后的电控柴油-LNG双燃料发动机分别在纯柴油模式下和双燃料混燃模式下进行台架试验。天然气喷射时刻设为进气上止点后38°CA,以避开气门重叠期的扫气损失。台架试验结果对比如下。
4.1动力性能对比
图6为纯柴油模式和混燃模式替代率70%时的外特性功率及扭矩对比。从图6可看出,全负荷替代率为70%时的混燃模式下的功率扭矩相对于纯柴油模式略有降低但基本相当,最大扭矩在转速1100r/min处由原柴油的1006N·m降至997N·m,在转速1300r/min处最大下降1.6%。这是由于天然气与空气形成的理想混合气热值3.39MJ/m3,比柴油与空气形成的理想混合气热值3.79MJ/m3要低,混燃模式下的最高燃烧压力和压力升高率均低于纯柴油模式[9,10],造成一定的动力损失。但整体功率扭矩能下降并不大,与原柴油机基本相当,完全可以满足原渔船用柴油机的动力性能要求。
4.2经济性对比
图7为1500r/min转速下35%、50%、65%、75%、90%、100%负荷特性纯柴油模式和两种混燃调速方案下的柴油油耗及天然气气耗量对比。其中,混燃调速方案一将天然气喷气量限定为15Nm3/h,通过引燃柴油量进行调速控制;混燃调速方案二将引燃柴油量限定为10.9kg/h,通过天然气喷气量进行调速控制。从图7看出,在低负荷区,混燃调速方案一的柴油油耗量低于方案二,但随着负荷的不断增大,混燃调速方案一的柴油油耗量逐渐超过调速方案二且不断增大,柴油节油效果不如方案二。
以柴油低单位质量低热值43MJ/kg、天然气标况下体积低 热值31.4 MJ/Nm3计算,得到1500r/min转速下负荷特性纯柴油模式和两种混燃调速方案下的比能耗及替代率对比,如图8所示。从图8可看出:低负荷区,两种混燃调速方案的比能耗均比纯柴油模式高;随着负荷的增大,两种混燃调速方案的比能耗均逐渐低于纯柴油模式,且混燃调速方案二的比能耗始终比方案一低;混燃调速方案一的替代率随负荷的增大而减小,100%负荷时为34%;混燃调速方案二的替代率随负荷的增大而增大,100%负荷时为70%。经分析,该渔船用柴油机低负荷时,柴油、天然气可燃混合气过稀,混燃燃烧不完全,部分未燃天然气直接排气排除,比能耗高,燃料经济性低。而随着负荷的增大,柴油、天然气可燃混合气浓度提高,混燃燃烧更充分,比能耗降低,提高了发动机的有效热效率。由此可知:为了在全范围内获得更佳的燃料经济性,双燃料发动机在低负荷区应降低天然气喷气量,减少替代率;随负荷增大应提高天然气喷气量,增加替代率。因此,采用本系统设计的混燃调速方案二在低、中、高负荷区的燃料经济性均高于方案一。此外,通过本系统设计的燃烧模式切换策略在负荷低于35%时自动切换到纯柴油模式,可进一步改善低负荷区的燃料经济性。
4.3碳烟排放对比
图9为纯柴油模式与混燃模式替代率为70%时的外特性碳烟排放对比图。从图9可以看出,混燃模式下最大烟度值为2.6BSU,明显低于纯柴油模式最大烟度值5BSU,且各转速下均低于纯柴油模式下的烟度值。这是由于混燃模式下的引燃柴油量比纯柴油模式低,且天然气与空气形成的混合气更有利于促进柴油的燃烧。可见柴油-LNG双燃料发动机能显著减少碳烟排放,适应未来越来越严格的排放法规要求。
4.4排气温度对比
图10为柴油模式与混燃模式替代率为70%时的外特性下的排气温度对比。从图10可以看出,全负荷时各转速下混燃模式的排气温度均比纯柴油模式低;且随转速的降低,排气温度降低幅度更明显,在转速800r/min时,混燃模式的排气温度为353℃,比纯柴油模式的430℃最多降低77℃。这是因为全负荷时纯柴油模式下的柴油喷射量较大,与空气混合较差,造成燃烧 不完全,后燃严重,排气温度 高。而混燃模式下,天然气与空气混合较好,由少量的柴油引燃后可实现多点着火,促进了天然气与柴油的燃烧,后燃减少,排气温度降低。且在低转速时,由于每循环对应曲轴转角较长,天然气和柴油燃烧时间更加充分,排气温度降低更明显。可见柴油-LNG双燃料发动机有利于降低排气温度,减少热负荷和提高热效率。
5结论
(1)采用Infineon的32位TC1766单片机自主研制的渔船用柴油-LNG双燃料发动机电控系统可精确控制天然气和引燃柴油的喷射量,实现混燃调速控制策略和燃烧模式切换控制策略。当替代率为70%时,虽然双燃料发动机的扭矩与原机相比最大下降1.6%,但扭矩水平基本相当,碳烟排放减少,排气温度降低。
(2)在低负荷时混燃模式的比能耗高于纯柴油模式,随负荷的不断增大,混燃模式的比能耗逐渐低于纯柴油模式,燃料经济性提高。替代率大小对不同负荷下的双燃料发动机燃料经济性有影响。为了在全范围内获得更佳的燃料经济性,双燃料发动机在低负荷区应降低天然气喷气量和减少替代率,随负荷增大应提高天然气喷气量和增加替代率。
双电控系统 篇6
1 主井提升机电控系统设计原则及目的
1.1 电控系统设计原则
以高可靠性, 安全性及技术先进性为前提, 采用安全、可靠、先进、合理的新技术, 完成提升机系统的控制及运行。从适应性、普遍性、通用性和成熟性上考虑, 选择所需设备。充分利用现有设施, 保证系统功能的前提下, 尽可能简化系统, 尽量减少投资。采用经过实践检验的电工行业先进技术, 使用维护方便。元器件进行严格筛选, 关键环节一律采用可靠性高的部件。
1.2 电控系统设计目的
建立灵活、先进、适用的计算机管理、控制网络系统, 并接入局域网。建立可靠安全的保护系统, 保护功能优于现系统。显示器能够显示各种生产报表及统计、故障信息及运行等画面, 并显示提升机所有的运行状态和参数, 以及故障发生时间, 类型和位置, 并能报警通知维护人员, 缩短故障时间, 提高效率。
2 电控系统设备配置要求
提升机的驱动装置应能够适应提升机的各种提升工艺要求, 按照设定速度实现提升机平稳的启动、运行、加速、恒速、减速、制动、停车。在整个循环中, 应尽量减小电机输出转矩的突变, 减小钢丝绳的振动, 停车必须准确。
2.1 高压配电装置
为满足提升机的6k V配电要求, 应提供成套的6k V高压配电设备, 高压开关柜应具有完善的五防功能。一台双进线开关柜, 两台馈线柜按有关规范规程要求设置必要的闭锁, 安装有功电度表、无功电度表、电流表、电压表等测量仪表及过流、短路、低电压等继电器保护及供测量和保护用的电压、电流互感器等。另设置一台高压真空换向柜, 实现电机正反转控制。
2.2 低压配电装置
低压开关柜用于提升机和辅机设备的交流380V/220V配电。配电装置的引入和馈出应根据各用电设备的要求装设安全负荷隔离开关或断路器、接触器、继电器、控制开关以及用于远距离控制和连的开关。
2.3 转子变频柜及调节系统
转子变频柜, 其中的功率变换器均由三电平变换器构成。当转子输出能量时, 变换器CU1为全控整流状态, CU2为逆变状态;当转子馈入能量时, CU1和CU2工作状态与上述相反。
3 工艺及行程控制系统
3.1 PLC操作部分
PLC操作保护装置中有2台西门子PLCS7-300, 一台用于操作保护, 另一台用于行程监控。操作保护PLC是:执行操作程序, 输出开车信号;实现各种保护及闭锁。来自提升机系统的保护信号引入到PLC中, PLC将其分为报警、终端施闸、立即施闸三类, 送监视器显示、报警及施闸。
3.2 数字行程监控器
数字监控器的组成, 可以分为井筒同步开关、PLC及轴编码器 (两台) 。具体的运行流程是, PLC通过接收轴编码器传来的脉冲信号, 主要是提升机的数据, PLC将一些行程参数, 及部分操作信号和保护信号, 通过结合并加以运算处理, 输出给提升机, 以保证提升机安全运行, 减少运行过程中产生的冲级, 提高精准度。速度给定信号是呈现为“S”型曲线, 减速段主要由PLC调控, 保证在固定值范围内运行。
3.3 安全回路系统
安全回路由PLC和继电器直动构成两套安全回路, 实现继电器与PLC的冗余, 主要系统保护有:提升容器过卷;立即施闸类故障保护;2米/秒限速保护;高、低压电源欠压保护;提升机速度超过最高速度15%及减速段过速10%保护;调节回路故障;制动系统故障;钢丝绳打滑超限;转子、定子回路故障;整流装置故障;主回路过电压或接地;电枢过电流;监控器与主轴失联;控制计算机故障;直流快开跳闸。
4 主井提升机控制方式
通过绞车操作台上转换开关转换, 提升机可以实现手动控制、半自动控制、自动控制、检修运行等。
各种操作方式均应与提升信号闭锁, 没有信号不能开车 (全自动运行状态下, 装卸载设备自动发开车信号) 。各种操作方式均应有可靠的速度保护, 包括超速和减速段限速。各种操作方式均应设置可靠的形成保护, 不能过卷、过放。以保证提升系统的安全运行。
5 主井提升机电控系统总体方案
电机为YR800-16/1730型交流绕线式高压电机, 电机功率800KV, 电机定子电压6KV, 当提升机紧急制动时, 可实现电气延时的二级制动。电控系统是“全数字转子双馈变频调速+上位机监控+多PLC冗余控制”。
6 系统主要技术要求
1) 主要技术要求是根据提升控制及信号系统的信号指示要求, 控制提升机启动、加速、减速、停车等过程运行平稳可靠。实现提升机的手动和半自动运行, 满足系统技术要求及各种保护要求。提高提升机运行的控制水平和安全可靠性, 对降低故障率, 提高效率和减轻劳动强度等发挥着重要作用。
2) 监控主要是通过PLC和工控机的相互间通讯。在整个系统中, 上位监控有着很重要的作用, 不仅能够使信号种类显示得到提升, 还可以保护综合后备、对于事故显示及运作过程都有很好的记录、还可以对运行数据进行存储和查询。这样就可以对提升机出现的问题的根据记录分析问题。在调试中, 利用显示器显示PLC程序, 并查看各逻辑回路动作情况, 进行调试和检修。
双电控系统 篇7
1 柴油/LPG双燃料发动机掺烧策略
在柴油/LPG双燃料发动机中, LPG掺烧量的变化, 会对柴油机的动力性、排放性能、工作稳定产生较大的影响, 因此, 需要确定最佳的LPG掺烧比, 使双燃料发动机的性能达到最佳。
1.1 掺烧策略的确定
掺烧策略的确定就是科学的确定柴油的供给量与LPG喷射量之间的关系, 使得两种燃料根据不同的工况情况, 依据设定的比例准时准量进入到气缸中, 从而提高发动机整体的动力性、排放性能, 使发动机可靠、安全、高效运行, 得到充分发挥两种燃料的特质。为准确制定掺烧策略, 需要对每一个工况条件下, 通过对发动机掺燃实验, 确定柴油量、LPG量最佳比例, 从而使发动机发挥良好的燃烧性能。在柴油/LPG双燃料发动机中, 柴油供应量是通过油泵的限位齿条来实现的, LPG采用进气歧管电控多点喷射, 这样可以在超负荷的情况下, 对柴油机实现保护。在确定掺烧策略的实验中, 掺烧率、燃油量、替代率也是需要重要量的技术指标。
1.2 掺烧比优化
为了确定最佳掺烧比, 在进行掺烧实验, 我们让发动机工作在不同的工况下, 控制好排放物NOX、CO、HO等在一定范围, 然后调节LPG掺入量, 以不产生爆震爆燃为限。在实验过程中, 一方面要考虑燃油量和掺烧比, 另一方面要考虑双燃料的替代率。柴油/LPG双燃料发动机的科学的掺烧比是在不同工况条件的极限工作状态下, 综合发动机稳定性、经济性、排放良好的性能而确定的。经过实验可以看出, 柴油/LPG双燃料发动机不同掺烧比和发动机性能之间不是一个单向线性关系, 单纯提高掺烧比, 超过一定限度, 反而会降低发动机燃烧性能, 使发动机排放恶化, 稳定性变差、动力降低。因此, 为使柴油替代率达到最高, 需要确定掺烧比在不同工况下的一个最佳值。为避免LPG未完全燃烧从尾气中排出造成燃料浪费, 在低负荷、怠速的工况下, 缸内温度低, 应采用纯柴油模式。
2 发动机控制
为了实现发动机在柴油/LPG双燃料、柴油两种模式之间可以自由切换, 同时, 对喷射柴油量、LPG喷射量、LPG多点顺序喷射等运行进行精确控制, 控制系统需要根据发动机的实际运行情况, 科学配置, 从而达到控制精确、可靠、稳定的目的。
2.1 发动机总体控制逻辑设计
发动机总体控制逻辑的设计应根据双燃料发动机的两个运行模式 (柴油/LPG双燃料模式、柴油模式) 进行设计和控制, 针对两种模式之间的相互转换, 通过模式转换开关来实现。
2.1.1 柴油/LPG双燃料模式
在发动机的转速达到预定值、冷却水温达到预温度、油门达到预定开启度, 通过模式转换开关切换到双燃料运行模式状态, 此时双燃料模式控制逻辑主要有:
(1) 通过对曲轴位置传感器信号的采集和判断计算出发动机当前的转速, 当发动机转速低于预设转速时, 不掺烧LPG。因此, 需要设定一个科学的转速预定。当转速低于这个预定值时, 说明发动机处于怠速状态, 控制系统检测到转速超过预设值时, 才通过控制系统进入下一工作流程。
(2) 控制系统通过凸轮轴、曲轴位置传感器传递的信号, 时序处理算法处理, 确定LPG喷射阀的喷射时序。然后根据驾驶员要求和当前发动机转速来确定油门位置。然后根据存储在芯片中的LPG掺烧程序, 经处理计算, 对此工况下LPG喷射阀的通电时间进行精确控制。油门位置、转速两值中任一值发生改变, 控制程序都会对当前的油门位置、转速进行更新和计算, 重新的确定LPG喷射阀的通电时间。
(3) 为了防止超负荷工况下对发动机造成不必的伤害, 当转速大于预设值时, 在发动机不同转速下, 应对不同转速的最大循环进行控制, 因此, 对油泵齿条进行限位, 控制程序通过存储的油泵限位量, 实现对不同转速齿条最大位置的限位。
2.1.2 柴油模式
在柴油/LPG双燃料发动机运行过程中, 柴油/LPG双燃料、柴油两种模式之间是可以实现自由切换的, 当发动机运行状态各种数据都满足双燃料运行而操作员并未进行模式切换操作, 则发动机仍以纯柴油模式平稳运行。控制系统将油泵限位机构———对步进电机的伸出轴退回至油泵本身的限位螺钉处。此时, 双燃料发动机结构同纯柴油发动机一致。
2.2 控制系统的数据处理
2.2.1 多点顺序喷射时序控制处理
配气相位做为LPG多点顺序喷射时序控制最好的参考, LPG是从发动机进气歧管喷射的, LPG喷射完成是从各缸排气上止点前进气门开始, 到气门关闭这个时间内完成, 安装在油泵凸轮轴的位置传感器和安装在曲轴飞轮位置传感器的转速比是1∶2, 在发动机顺序喷射以及喷射时刻的要求上, 这两个传感信号的关系均可满足。为了安装方便, 可以将凸轮轴端的触发信号设定在第一缸的的压缩上止点, 将曲轴飞轮上齿数定义为各缸的喷射顺序及时刻。假设齿曲轴飞轮齿数为奇数, 那么相邻两个缸LPG喷射时间上, 会相差一个曲轴齿数的角度, 再加上气门提前打开的角度, 远大于一个齿数的角度, 这样就保在对各缸进气歧管LPG喷射时各缸进气门处于完全开启的状态。
2.2.2 油泵限位
以双燃料模式为例, 对油泵限位的方法是:控制系统控制器对步进电机伸出轴进行控制, 让其退回零位传感器, 零位传感器信号反馈到控制系统控制器, 步进电机开始从零位工作, 不断变化的转速, 从控制器中读取各个工况转速的电机限位量, 控制步进电机逐渐达到该工况转速下最大循环供油量限位处。由于加工粗度和工艺的影响, 步进电机肯定存在一定的轴向间隙误差, 还有一定的错位间隙, 这都会导致步进电机在前进和后退的过程中, 产生累积误差, 导致油量限位不准确。为了修正这个误差, 采取一个转速间隔重回零位的策略, 步进电机转速每达到一定变化幅度, 都要回到零位, 再从零位开始工作至当前转速下供油量限位处。
2.2.3 掺烧数据处理
为了保证掺烧数据的准确性, 需要采用油门位置数值, 它代表的是油门从怠速状态到额定转速全开度的一个百分比数值。这是因为如果采用油门位置传感器来改变掺烧比, 会因油门位置传感器安装时初始电压数据不同而影响掺烧比的控制。当双燃料发动机工作在双燃料模式时, 通过油门位置数值与存储器中LPG掺烧MAP表比对, 对发动机工况变化的响应更快, 也更准确。但是, 由于发动机运行时, 转速和油门位置都是连续的任意数, 而LPG掺烧MAP表是限离散量的二维数表, 因此, 就需要采取相邻两个转速值和油门位置值进行二维线性插值, 这样, 可以精确控制发动机在任一工况条件下油门位置所对应的LPG喷射阀的通电时间, 从而满足掺烧策略的要求。
3 结语
在电控柴油/LPG双燃料发动机的改造中, 最重要的部分是制定科学、合理、经济的掺烧策略。经过改造后的双燃料发动机在运行过程中无论是稳定性、动力性、排放性都较柴油发动机有很大的提高, 能够满足恶劣条件下不同工况的生产需求, 也对我国非道路发动机技术的研究提供一个很好的借鉴。
参考文献
[1]孙建文.柴油/天然气双燃料发动机的开发与试验研究[D].山东大学, 2012.
[2]崔晓敏, 田江平, 周俊杰等.双燃料发动机燃烧放热规律模型及实验研究[J].热科学与技术, 2005, (03) .
汽车电控助力转向系统 篇8
汽车在行驶过程中,需要按照驾驶员的意志经常改变其行驶方向,驾驶员通过一套专设的机构使汽车转向桥上的车轮相对于汽车纵轴线偏转一定的角度,在汽车直线行驶过程中,转向轮也往往会受到路面侧向干扰力的作用,自动偏转而改变行驶方向,这套用来改变或恢复汽车行驶方向的专设机构,称为汽车转向系统。汽车动力转向系统是兼用驾驶员体力和发动机(或电动机)的动力作为转向能源的转向系统,在正常情况下,汽车转向所需要的能量只有一小部分由驾驶员提供,而大部分能量由发动机(或电动机)通过转向加力装置提供,但是在转向加力装置失效时,一般还应当由驾驶员独立承担汽车转向任务。因此动力转向系统是在机械转向系统的基础上加设一套转向加力装置形成的。
2 电控助力转向系统
电控助力转向系统是一种新型的汽车转向系统,具有以往任何助力转向系统所不具备的助力效果和车速感应能力,基本结构类型有EPS(Electric Power Steering)和EHPS(Electric Hydraulic Power Steering System)两种类型[1]。在操纵汽车转向时,控制单元根据扭矩传感器采集的扭矩信号、车速传感器采集的车速信号和一定助力特性规律,控制电动机电流的幅值和方向或者电液泵提供的液压力,从而形成适当的转向助力,电动机输出的扭矩或者电液泵提供的液压力由减速机构放大,通过万向节、转向机构中传送装置把输出扭矩传送到齿条,从而向转向提供助力扭矩。
3 电液助力转向系统EHPS
EHPS是在液压助力转向系统HPS(Hydraulic Power Steering)的基础上发展而来的,通用汽车公司于1953年首次使用了HPS系统,HPS系统给汽车的驾驶控制性能带来了巨大的变化:驾驶室变得宽敞,座椅布置也更舒适;HPS系统不仅降低了转向操纵力,也使转向系统更为灵敏。这一技术的进一步发展,使得动力转向系统在体积、功率消耗和价格等方面都取得了很大的进步。20世纪80年代后期,又出现了变减速比的HPS系统,随即变减速比的HPS系统几乎成为发达国家所销售的轿车的标准设备[2]。图1所示为HPS系统。
在接下来的数年内,动力转向系统的技术革新差不多都是基于液压转向系统,比较有代表性的是变流量泵液压动力转向系统(Variable Displacement Power Steering Pump)和电动液压助力转向(Electric Hydraulic Power Steering,简称EHPS)系统。变流量泵助力转向系统在汽车处于比较高的行驶速度或者不需要转向的情况下,泵的流量会相应减少,从而有利于减少不必要的功耗。EHPS系统采用电动机驱动转向泵,由于电机的转速可调、可以即时关闭,所以也能够起到降低功率消耗的功效。图2和图3分别为EHPS系统的工作原理和结构原理图。
整套电动液压式动力转向系统主要由机械装置(转向伺服阀、电液油泵及其管路)和电气装置(控制器、传感器、电磁阀等)两部分组成。控制器根据转向角速度和来自CAN总线的车辆行驶速度发出信号驱动齿轮泵,通过控制齿轮泵的泵油量来达到控制助力转向传动装置的目的。
转向泵和内燃发动机独立,电液转向泵的转速根据需求特殊设定并受控于车速和转向角速度两个参数。相比HPS耗油量占整车耗油量的3%的情况,EHPS系统节能>75%,其中待机控制模式下耗油量2.0%,停止和前进控制模式下耗油量1.0%。
EHPS系统虽然对于HPS系统作了革新措施,但是并没有根除液压动力转向系统在系统布置、安装、密封性、操纵灵敏度、能量消耗、磨损与噪声等方面的缺陷。同时存在着液压油的渗漏,零部件增加后管路设计复杂,不便于安装维修和检测,同时成本也有大幅增加。
4 电动助力转向系统EPS
电动助力转向系统是在传统机械转向机构基础上,增加信号传感器装置、电子控制装置和转向助力机构等构成的。电动助力转向系统的功能着眼点是使用电力驱动执行机构实现在不同的驾驶条件下为驾驶人员提供适宜的辅助力。
EPS系统主要由扭矩传感器、车速传感器、电动机、减速机构和电子控制单元(ECU)等组成[3]。通过传感器探测司机在转向操作时方向盘产生的扭矩或转角的大小和方向,并将所需信息转化成数字信号输入ECU,ECU对这些信号进行运算后得到与行驶工况相适应的力矩,并发出指令驱动电动机工作,电动机的输出转矩通过传动装置的作用而助力。
目前EPS系统按照电动机布置位置的不同主要分为以下3种结构类型。
4.1 转向轴助力式C-EPS
转向助力式EPS的电动机固定在转向柱一侧,通过减速机构与转向轴相连,直接驱动转向轴转向[4]。其转矩传感器、电动机、离合器和转向助力机构组成一体,安装在转向柱上。其特点是结构紧凑,所测取的转矩信号与控制直流电机助力的响应性较好。这种类型一般在轿车上使用。图4所示为C-EPS系统结构原理。
C-EPS系统的优点是结构小巧、价格较低、工作环境好、不需要耐热耐水性能;缺点是电机输出力矩的波动容易传递到方向盘上,如果电动机安装位置离驾驶员很近,必须考虑对电动机的噪声进行抑制。
4.2 齿轮助力式P-EPS
齿轮助力式EPS系统的电动机和减速机构与小齿轮相连,直接驱动齿轮转向。齿轮助力式转向系统的转矩传感器、电动机、离合器和转向助力机构仍为一体,只要整体安装在转向齿轮处,直接给齿轮助力,可获得较大的转向力[5]。该类型可使各部件布置更方便,但当转向盘与转向器之间装有万向传动装置时,转矩信号的取得与助力车轮部分不在同一直线上,其助力控制特性难以保证准确。P-EPS系统的结构原理如图5所示。
与C-EPS相比,P-EPS系统优点是具有可以提供较大的转向力,可以在现有的机械转向器上直接设计,而不用更改转向轴结构,多用于中型车;缺点是在助力控制特性方面比较复杂。
4.3 齿条助力式R-EPS
齿条助力式EPS系统的电动机和减速机构安装在齿条处,直接驱动齿条提供助力,其中扭矩传感器单独地安装在小齿轮处,电动机与转向助力机构一起安装在小齿轮另一端的齿条处,用以给齿条助力。R-EPS的结构原理如图6所示。
该类型又根据减速传动机构的不同可分为两种类型:一种是电动机做成中空的,齿条从中穿过,电动机提供的辅助力经一对斜齿轮和螺杆螺母传动副以及与螺母制成一体的铰接块传给齿条。这种结构是第一代电动助力转向系统,由于电动机位于齿条壳体内,结构复杂、价格比较高、维修也相当困难。另一种是电动机与齿条的壳体相互独立。电动机动力经另一小齿轮传给齿条,由于易于制造和维修,成本较低,已经取代了第一代产品。因此,齿条由一个独立的齿轮驱动,可给系统较大的助力,主要用于重型汽车。
R-EPS的优点是结构紧凑,不受安装位置的限制,可以提供较大的助力力矩,电机的力矩波动不易传递到方向盘上;缺点是该类型结构复杂、价格昂贵、工作环境差、密封要求性好、电动机的输出力矩比较大,某个零部件出现故障,必须拆下整个转向齿条部件,维修不便,而且对于原有的转向机构有较大改变。
4.4 双齿轮式DP-EPS
这种结构类型的EPS是方向盘轴通过齿轮直接和齿条相连,电机通过减速器经过另外的齿轮与齿条咬合[6]。双齿轮式DP-EPS的结构原理如图7所示。
相比HPS、EHPS、EPS这三种类型结构,这种结构类型更加简洁,整个系统由电动机、离合器(包括左、右两个)、转矩传感器和控制单元三部分构成。转矩约束装置保护驱动部件免受路面冲击,动力传输装置由左、右两个离合器组成,且每次转向只有一个工作。转矩传感器和控制单元将方向盘的转向和力矩转换为电信号,经放大后驱动电动机。方向盘的旋转方向分别对应着左、右离合器,在离合器的作用下,不论方向盘转向如何,电动机只朝着一个方向旋转。整个系统非常简单,效率非常高。
这种结构的EPS系统应用于重型车具有特殊的优势,由于技术和成本多方面的原因,目前仅有少量的研发样品,还没有大规模应用的报道。
由于EPS和EHPS系统的关键零部件有不少通用性,因此接下来以EPS系统的关键零部件为对象进行分析。
5 EPS系统关键零部件及性能分析
根据不同汽车转向系统的结构形式和总体布置,EPS系统各部件的配置与结构必须与汽车的设计相适应,常见的系统配置有以下几种形式。
(1)扭矩传感器与传动齿轮是分开的,电动机和减速机构合为一体,安装在传动齿轮相对的齿条箱上,电动机的驱动力直接传给齿条轴,控制件安装在司机助手侧的仪表盘背板上。
(2)扭矩传感器、电动机和减速机构制成一个整体,安装在转向柱上,电磁离合器装在电动机的输出端旁,控制件装在司机座位下。
(3)扭矩传感器、电动机、减速机与离合器仍是制成一个整体,用以驱动传动轴,控制元件装在助手坐席处的机罩上。
5.1 扭矩传感器
扭矩传感器的功能是测量驾驶员作用在方向盘上的力矩大小和方向盘转角的大小和方向。扭矩传感器分接触式和非接触式两种[7]。
接触式扭矩传感器有摇臂式、双行星齿轮式和扭杆式。接触式扭矩传感器成本较低,但受温度与磨损影响易发生漂移,使用寿命较低,需要对制造精度和扭杆刚度进行折中,难以实现绝对转角和角速度的测量。摇臂式扭矩传感器是通过一个小齿轮轴产生的反作用力推动摇臂,根据摇臂的摆动量来监测转向扭矩;双行星齿轮扭矩传感器通过一对行星齿轮运动的位移量来监测转向扭矩,同时这对行星齿轮兼起减速和增扭作用;扭杆式扭矩传感器通过输入轴和输出轴与扭杆之间的相对变化量来监测转向扭矩。图8所示为扭杆式扭矩传感器的结构原理。
非接触式扭矩传感器有光电式和磁电式。非接触式的测量精度高、抗干扰能力强、刚度相对较高、易实现绝对转角和角速度的测量,但成本较高。
由于EPS的助力力矩控制主要取决于扭矩信号和车速信号,因此对扭矩传感器要求高。扭矩传感器类型的选取应根据EPS的性能要求进行综合考虑。
5.2 车速传感器
车速传感器用于检测车轮转速的大小,并把车轮的运动状态转变为电信号送入电子控制单元[8]。通常采用的车速传感器是一种霍尔式转速传感器,它由霍尔开关集成传感器和磁性转盘组成,其工作原理与结构如图9所示。
考虑到整车集成度以及降低成本,在实际应用中,不单独设置车速传感器,而是取自于ABS系统所采集的车速信号,并通过CAN总线方式与EPS系统进行通讯。
5.3 电动机
电动机的功能是根据电子控制单元的指令输出适宜的辅助力矩,是EPS的动力源。电动机的性能直接影响EPS系统的性能,电动机型式的选择不仅要考虑助力机构的减速比、前轴载荷、蓄电池电压,而且还必须考虑其噪声和振动对驾驶员的影响、转动惯量对EPS系统响应的影响。
1.输入轴2.磁性转盘3.小磁铁4.霍尔传感器
电动机是电动助力转向系统的关键部件之一,担负着系统控制指令执行功能。伺服电动机的选择直接关系到系统的调节品质和控制效果。
根据电动机在助力转向系统中的作用和特点,系统对它的性能提出了下列要求:
(1)尽可能高的响应频率,亦即尽可能减小转子的转动惯量,增大转矩-惯量比;
(2)良好的低速平稳性;
(3)尽可能宽的调速范围;
(4)机械特性的硬度的数值尽可能大;
(5)换向器和电刷间的接触火花尽可能小,以减小伺服噪声;
(6)过载能力强。
考虑到汽车电控系统的电源、控制特性、效率、转矩脉动、制造成本等方面的因素,所设计的系统电机考虑采用永磁无刷直流电机,参考表1。
5.4 减速机构
减速机构的作用是降低电动机的输出轴的转速,从而将电动机输出轴的输出转矩放大后作用于转向输出轴。减速机构主要有两种形式:双行星齿轮减速机构和蜗轮蜗杆减速机构。
双行星齿轮减速机构采用了双行星齿轮和传动齿轮驱动组合式。因为是多级减速,可提供较大的助力扭矩。为了降低噪声和提高使用寿命,减速机构部分采用树脂材料齿轮。双行星齿轮减速机构因为可提供较大的助力,通常用在小齿轮助力式和齿条助力式系统。
蜗轮蜗杆减速机构简单,体积小,噪声低,成本较双行星齿轮减速机构低。其提供的助力虽不及蜗轮蜗杆减速机构,但已能满足轿车的助力要求,因此,蜗轮蜗杆减速机构通常用在转向柱助力式的轿车转向系统中。
在实际应用中,为了降低EPS系统噪声和提高其使用寿命,减速机构采用树脂材料齿轮。
5.5 电磁离合器
电磁离合器安装在电动机和减速机构之间,作用是使电动机和减速机构快速的结合和分离,即当低速转向时,电子控制单元输出控制信号使离合器吸合,从而将电动机的输出扭矩通过离合器传递到减速机构上。而当车速超过预置车速时,电子控制单元输出控制信号使离合器断开,离合器失去励磁电流而分离。此外,电动机出现故障时,离合器分离,使电动机和减速机构脱开,转向系统便从电动助力方式切换为机械转向方式,保证了系统的安全。
对电磁离合器的性能不仅要求其满足稳定可靠地结合和分离,较好地实现扭矩的传递,还要有较高的响应速度。EPS系统中多采用单片式电磁离合器,当电流通过滑环进入电磁离合器线圈时,主动轮产生电磁吸力,带花键的压板被吸引与主动轮压紧,于是电动机的动力经过轴、主动轮、压板、花键、从动轴传递给执行机构。
5.6 电子控制单元ECU
电子控制单元(ECU)是EPS系统的控制核心,由微电脑、A/D变换器、I/O装置等组成。其功能是根据扭矩传感器信号和车速传感器信号进行逻辑分析与计算后发出指令,控制电动机和离合器的动作,从而实现EPS系统的助力转向特性。此外,ECU还有安全保护和自我诊断功能,ECU通过采集电动机的电流,发电机电压,发动机工况等信号判断系统工作状态是否正常,一旦系统工作异常,助力将自动取消,同时ECU将进行故障诊断分析。图10所示为助力转向系统ECU的组成结构框图。
EPS系统的电子控制单元包括控制系统硬件和控制算法,在设计电子控制单元时要考虑两方面:一是控制系统应有强抗干扰能力,以适应汽车多变的行驶环境;二是控制算法应快速正确,满足实时控制的要求,并能有效地实现理想的助力规律与特性。
6 EPS系统的数学模型
由于系统是多变量、强耦合的非线性系统,同时系统存在未建模动态以及外部的干扰和参数的变化等未知因素,因此建立适合于实际控制的EPS数学模型是控制设计的基础。根据物理模型,可得到EPS系统的三自由度动态数学模型。根据牛顿运动定理,简化该非线性系统的转向轴、齿条轴、电机的线性运动方程如下所示[10]:
式中:Td为转向盘转矩;x、m和b分别为齿条的位移量、质量和阻尼系数;θs、Js、Ks、bs分别为转向轴的旋转角、转动惯量、刚性系数、阻尼系数;rs为齿轮半径;θm、Jm、Km、bm分别为电机的旋转角、转动惯量、刚性系数及阻尼系数;G为电机至齿轮轴的减速比;FTR为轮胎转向阻力及回正力矩等作用于齿条上的转向阻力[11]。
式(1)为转向轴的动态方程。其中θs为转向盘转过的角度,为齿轮转过的角度,为转向传感器的输出,表现为测量到的转向盘转矩信号,Td为转向盘的转矩。式(2)为齿条轴的动态方程。其中分别为转向轴力与助力电机经减速机构后引起的齿条位移,式(3)为电机的动态方程。其中为电机的输出转矩,Tm为电机的给定电磁转矩。值的大小决定于电机的给定电流大小。
7 EPS的故障保护功能
EPS系统对安全性能要求很高,系统在实际运行中不可避免的会出现一些问题,这些问题可能直接导致事故的发生。因此设计时需要建立故障保护模块,使驾驶员能够第一时间了解所出现的故障以便及时排除。在进行系统设计时需要考虑的故障保护因素有以下几点。
(1)机械设计的强度、精度。机械传动机构如齿轮齿条机构的输入/输出轴,丝杠和转向机构,必须保证高强度以及精密配合。
(2)电子器件的额定值以及使用寿命。如MOSFET管的功率和电机必须按标准选择以保证高安全性。同时考虑车内的恶劣工作环境,要求其有足够的使用寿命。
(3)误操作处理能力。如果发生对EPS系统误操作,控制系统必须考虑到足够自控性能。
(4)信号故障。保障采集信号的正确性,即使采集不到信号,系统也应有能够避免事故发生的设计。
(5)EPS失效时的手动操作。当EPS系统失效时,应立即由电动转向转换为手动转向操作。
(6)故障显示。任何一部分出现故障时,显示屏应能将对应故障代码显示出来。
引起系统故障的因素主要有以下几个:
(1)电源(即车载电池)的电压,如果电压低于指定值,就无法得到所需的电机转矩Tm;
(2)电机电枢电流,如果电枢电流过大,则会烧毁ECU中的电子器件;
(3)方向盘转矩转角等信号。
8 总结
电控助力转向系统作为一项高新技术产品,是近年来国内外汽车界研究开发的热点。它涉及到汽车力学、轮胎力学、电机控制技术、电力电子技术、传感器技术、计算机技术和现代控制理论等诸多技术领域,因此对它的研究将是一项长期而艰巨的任务。
摘要：介绍了汽车电控助力转向系统的基本情况和主要的特点,分析论述了该系统目前的国内外研究状况,并且讨论了该系统的数学模型和错误诊断方式。
关键词：电控助力,控制策略,转向系统
参考文献
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5t越野叉车电控系统设计 篇9
5t越野叉车主要用于野外凸凹不平路面区域环境作业, 与通用5t平衡重式叉车[1]不同之处在于:野外凸凹不平路面作业能力强, 离地间隙大, 牵引力大, 越障能力及涉水能力强, 由于载荷中心距为1250mm, 具有装卸搬运5t以下集装箱和大件物资的能力。
5t越野叉车传动方式采用高压变量泵、变量马达组成的闭式静液压传动系统[2], 工作机构采用开式齿轮泵液压系统, 为了使柴油机在各种负载功率条件下都工作在经济工作区, 达到节能减排的使用效果, 有必要对5t越野叉车整车的传动系统及工作机构进行电控系统设计。
2 电控系统的设计目标
5t越野叉车外形见图1。
对整车进行电控系统设计, 主要基于以下几个方面的考虑:
(1) 采用功率优化电子控制系统对发动机和静液压高压油泵系统进行综合控制, 使二者达到最佳匹配[3,4]。
(2) 重新配置电控变量泵及电控变量马达, 提高变量泵及变量马达的采购通用性, 减少采购周期。
(3) 将工作机构液压控制纳入整车电控系统中, 可以提高叉车的联合操作功能, 提高整车的操作舒适性。
(4) 适应工程机械发展方向, 电控系统在各种通用工程机械领域的应用已成趋势, 未来应用会更加广泛。
3 电控系统设计模式
5t越野叉车电控系统设计主要围绕如何实现叉车下列功能: (1) 控制车辆行走速度和功率的自动控制。 (2) 行走系统和工作机构系统的功率自动分配。 (3) 发动机转速的自动控制。 (4) 发动机的过载保护。
要实现上述设计思想, 电控系统控制要具有以下3种模式。
3.1 标准控制模式STANDARD MODE
推/拉组合开关手柄启动静液压泵的行走方向阀 (3位4通阀) , 踏下电子加速踏板, 叉车开始移动。控制器根据踏板角度的大小来控制发动机油门伺服驱动器和泵斜盘的变量柱塞的比例阀, 先导控制的压力与泵斜盘排量成正比, 与马达排量成反比。发动机转速随踏板角度变化而逐渐增加, 泵排量开始变量, 摆角增大, 排量增大, 马达摆角减小, 排量减小, 马达转速随之增加。当电子加速踏板回到零位时, 伺服驱动器带动发动机油门拉杆回到怠速位置, 泵斜盘也回到零位。
3.2 复合控制模式MULTI-FUNCTION MODE (复合动作发动机自动控制和怠速节能)
若在行走状态下操作液压工作机构, 控制器可在不改变行走系统泵输出流量的条件下控制油门伺服驱动器, 使发动机自动按液压工作机构的功率要求增加转速。当电子摇杆回到零位时, 液压工作机构停止, 油门伺服驱动器带动发动机油门拉杆回到行走机构工作状态的位置, 发动机仍保持静液压系统工作时原有转速, 当电子摇杆摆动到最大角度时, 发动机自动加速到最大转速, 液压工作机构以最大起升速度起升。
在发动机自动加速的过程中, 行走静液压系统流量、车行走速度均不受影响。
3.3 加载控制模式OVERLOAD MODE (自动/手动强制)
电控自动控制状态:当行走时负载突然增加时 (上坡或遇到障碍时) , 泵高压回路压力升高, 泵斜盘摆角减小 (斜盘摆角变小, 先导控制电流减小) , 排量减小, 此时, 控制器控制发动机转速会增大, 维持泵流量不变, 马达转速不变, 使叉车行走负载突然增加时 (上坡或遇到障碍时) , 具有恒速行走特性;当车行走遇到特大阻碍物时 (比如一堵墙) , 车肯定过不去, 当系统压力达到额定压力时, 液压油开始溢流, 控制器控制发动机转速不再增大, 泵斜盘摆角减小 (但不回零位) , 马达排量逐步增大直到最大摆角, 此时系统压力最大, 马达摆角最大, 停车, 发动机不会熄火, 松开脚油门踏板, 发动机转速回到怠速状态, 泵斜盘摆角回到零位。此种控制模式具有发动机过载保护特性。
5t越野叉车电控系统控制模块见图2。
4 电控系统设计原理及应用
5 t越野叉车的电控系统主要用来控制变量泵、变量马达、发动机、电液比例操纵阀块、复合电子摇杆的各种动作等基本功能, 通过可编程控制器实现控制, 也就是说对整车液压系统实现电控。
可编程控制器在接收到手柄、脚踏板等各种操作器发出的信号后, 经过内部判断、运算、放大, 直接去驱动电子油门执行器、比例操纵阀、液压泵、液压马达、开关和继电器等的动作;控制器同时通过各种传感器采集有关信号, 经过内部处理后传输给显示器模块或手提电脑进行参数的实时调整, 也可用做内部反馈控制。
可编程控制器的使用简化了系统电路, 设计、维修方便, 故障率低, 控制系统操作简单、功能扩充方便。对电控系统控制器预留出接口, 根据需要可进行功能扩展。
5 t越野叉车电控系统控制原理见图3。
5 t越野叉车电控系统的工作过程如下:
启动发动机, 踏下油门踏板, 叉车开始移动, 电控装置根据油门踏板的角度大小通过油门执行器控制发动机的转速和变量泵的摆角, 油门踏板踏下的角度越大, 发动机的转速越快, 变量泵的摆角越大, 马达的摆角越小, 车速越快;扳动工作操纵杆, 门架起升或下降, 发动机自动按门架起升或下降的功率要求增加转速, 工作操纵杆回到零位时, 电控装置带动油门踏板回到原来的角度, 发动机保持叉车开始移动时的转速, 在发动机自动加速或减速的过程中, 叉车行走速度不受影响。油门踏板回到零位, 发动机的转速回到怠速, 变量泵的摆角回到零位, 叉车停止。
应用情况:5t越野叉车静液压传动及工作机构液压驱动分采用电控系统设计和采用常规匹配液压设计两种情况。
(1) 采用电控系统设计。整车可以实现智能控制, 复合电控操作手柄, 操作舒适, 在叉车行走过程中操作工作机构, 互不干扰。
经实际测量, 燃油消耗量:8.79kg/h。
(2) 采用常规匹配液压设计。整车属于机械控制, 机械式单手柄, 操作力较大, 在叉车行走过程中操作工作机构, 要相互干扰, 必须停车起升工作机构, 到位后再行走叉车。
经实际测量, 燃油消耗量:11.31kg/h。
通过对比可以看出:电控系统设计节约燃油20%左右。
5 结论
通过对5t越野叉车静液压传动及工作机构液压驱动进行电控系统设计, 真正实现了节能减排和提高操作舒适性的目的, 符合工程机械发展方向, 实际应用也证实了上述观点。
摘要：介绍了5t越野叉车静液压传动及工作机构液压驱动的电控系统设计原理, 建立了电控系统设计模块, 对5t越野叉车电控系统设计的实际应用效果进行了对比分析。
关键词：越野叉车,电控系统,设计
参考文献
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