ACADEMIA NAVALĂ “MIRCEA CEL BATRÂN” CONSTANŢA

PROIECT C.I.P.E.

Controlul Integrat al Functionarii Motorului Wartsila Sulzer RT-Flex 96C

MASTERAND: PETRE VIOREL GABRIEL

GRUPA: 651C

- 2013 –

Controlul Integrat al Functionarii Motorului Wartsila Sulzer RT-Flex 96C

Introducere

Sistemul de comanda si control pentru motorul de tip RT-Flex reprezinta o fuziune intre sistemul de control de tip intern WECS-9520 si sistemul de control de tip extern PROPULSION CONTROL SYSTEM. Acest ansamblu este format din urmatoarele componente:

- COMANDA DE LA DISTANTA(REMOTE CONTROL)- SISTEMUL DE SIGURANTA(SAFETY SYSTEM)- ELECTRONIC GOVERNOR(REGULATORUL ELECTRONIC)- ALARM MONITORING SYSTEM(SISTEMUL DE MONITORIZARE A

ALARMELOR)

Sistemul de control de tip intern WECS-9520

Sistemul WECS-9520 este sistemul de control central al motorului. Acesta proceseaza toate actionarile, regularea si controlul, fiind conectat in mod direct cu motorul.

Modulele WECS sunt instalate direct pe motor si comunica printr-un sistem intern de tip System CAN Bus. Un tip de acces la nivel de operator catre sistemul WECS-9520 este integrat in interfata sistemului pentru controlul propulsiei.

Fiecare cilindru este dotat cu propriul modul pentru functii si operatii ce vizeaza respectivul cilindru. In plus, toate functiile de control comune sunt impartite si partajate intre aceste module individuale. Acest design permite utilizarea unui singur tip de modul pentru intregul motor, in loc sa fie utilizate diferite module pentru diferite functii.

Un modul de rezerva este intotdeauna montat odata cu livrearea motorului, pentru a asigura redundanta sistemului de control.

Comanda de la distanta (Remote Control System)

Comanda de la distanta reprezinta interfata operatorului catre motor. Panouri de control selectabile asigura urmatoarele comenzi de manevrare catre sistemul WECS-9520 prin intermediul conexiunii de tip CAN bus sau MOD bus:

- Start- Stop- Inainte- Inapoi- Pornire pe aer- Rotire lenta

Sistemul de comanda de la distanta proceseaza toate comenzile telegrafului impreuna cu setarile si caracteristicile interne (scalare, programu de incarcare, etc.) rezultand un semnal de referinta pentru viteza catre sistemul de guvernare.

Rgulatorul electronic (Electronic governor system)

Sistemul regulatorului electronic asigura comanda combustibilului pentru sistemul WECS-9520 si reguleaza turatia motorului.

Comanda combustibilului este calculata din semnalul vitezei de referinta al sistemului RC in relatie cu sarcina de incarcare a motorului si este actualizata ciclic pe conexiunea de tip BUS catre sistemul WECS-9520.

Sistemul de siguranta (Safety system)

Sistemul de siguranta activeaza comenzile de incetinire (slowdown) si oprire (shutdown) in caz de supraturatie sau alte conditii anormale de functionare ale motorului sau ale echipamentului auxiliar ce deserveste motorul. Cateva functii ale acestui sistem sunt enumerate in urmatarele randuri:

- Sistemul WECS foloseste canale de comunicatii de tip BUS redundante impreuna cu sistemul de siguranta;

- Sistemul de siguranta activeaza direct supapele de oprire de urgenta tip solenoidal pentru a depresuriza rampa comuna de combustibil.

Sistemul de moniorizare a alarmelor (Alarm monitoring system)

Sistemul de monitorizare primeste mesaje de alarma, ce se impart in doua categorii:

- Diverse semnale de alarma pentru avarii comune sunt implementate direct prin interfetele de tip E130 si E90 pentru urmatoarele avarii comune:

o Alarme de scurgere de la: Rampa comuna, Unitatea de alimentare,

Componentele sistemului de injectie;o Avarii la actuatorul de presiune al combustibilului;

o Monitorizarea deviatiei de temperatura pe refularea pompelor de

combustibil;o Monitorizarea debitului uleiului servo;

o Monitorizarea sursei de alimentare pentru WECS.

- Alte semnale de avarii WECS transmise prin intermediul unei conexiuni de tip BUS redundante:

o Standardul de executieWECS-9520 foloseste o interfata Modbus

pentru trimiterea mesajelor de avarie catre AMS prin modulele WECS;

o Daca atat controlul propulsiei cat si sistemele de monitorizare a

alarmelor pot comunica prin Canbus, atunci sistemul de monitorizare poate avea acces direct la WECS-9520 prin interfata Canopen, bypasand astfel alte interfete.

Avarii WECS in sistemul de monitorizare a alarmelor

Cinci tipuri de avarii WECS sunt transmise prin intermediul interfetei CAN/Modbus catre sistemul de monitorizare a alarmelor:

- Avarii pasive:o Avarii ale senzorilor redundanti, interfete sau componente;

- Avarii generale:o Avarii ale unitatilor cilindrilor fara sistem redundant sau avarii de

sistem generale, ce nu cauzeaza nici o reducere a vitezei;- Avarii pe cilindru:

o Orice tip de avarie pe cilindru care cauzeaza incetinirea prin

intermediul AMS;- Avarii pe rampa comuna:

o Avarii pe rampa comuna, caderi de presiune ce cauzeaza incetinirea

prin intermediul AMS;- Avarii critice WECS:

o Avarii critice ale sistemului ce cauzeaza oprirea imediata a motorului

si care nu poate trece peste sistemul de siguranta.

Sistemul WECS-9520

Sistemul WECS-9520 este construit cu un singur modul electronic multifunctional denumit FCM-20 = Flex Control Module 20.

Cate un modul FCM-20 este montat pe fiecare cilindru intr-un cabinet in spatele rampii comune. De asemenea este montat si un modul de rezerva.

Modulele comunica intre ele pe o interfata de mare viteza numita interfata de sistem CANopen. De asemenea fiecare odul dispune de inca doua interfete, care sunt folosite pentru comunicarea cu sisteme externe de alarma, panouri de control de backup, actuatoare, etc.

Schema interna a modulului si circuitele de cabluri in unitate separa in intregime circuitele cu inalte influente electromagnetice precum cablurite de alimentare, de liniile de joasa tensiune precum cablurile de transmitere a datelor sau senzori.

Functiile interne ale modulului FCM-20 din cadrul WECS-9520 pot fi impartite in doua grupuri:

1. Functii generale:a. Reglarea si monitorizarea presiunii combustibilului si uleiului servo;

controlul pompelor de ulei de control;b. Stocarea si procesarea datelor de ajustare (specifice motorului cat si

setari globale);c. Monitorizarea interna WECS (sursa de alimentare, error checking);d. Calculul si procesarea variabilelor generale de control (VIT, VEC,

VEO, starea motorului);e. Interfata catre sistemul de control al propulsiei si panourile de rezerva

din PCC si Local Control;f. Indicatoare de avarii cu ajutorul LED-urilor de pe modul;g. Solicitarea electrosuflantelor la presiune joasa a aerului.

2. Functii ce vizeaza cilindrul:

a. Controlul pornirii, injectiei si supapei de evacuare in concordanta cu setarile din depozitul de date cat si comenzile si parametrii primiti prin intermediul interfetei CANopen.

b. Pentru sincronizarea controlului supapei cu unghiul arborelui cotit, fiecare modul FCM-20 citeste si proceseaza semnalele de la senzorul unghiului arborelui cotit de la interfata SSI-Bus si alculeaza turatia, unghiul cat si sensul de rotatie pentru fiecare cilindru in parte.

Controlul injectiei (Injection control)

(Control Volumetric al injectiei)

Fiecare modul FCM-20 calculeaza timpul de injectie necesar pentru respectivul cilindru prin procesarea semnalului unghiului arborelui cotit si a comenzii de combustibil primit de la controllerul turatiei.

Operare in conditii normale

Cu cateva grade inainte ca pistonul sa ajunga in PMS, modului FCM-20 calculeaza unghiul corect de incepere a injectiei, luand VIT si FQS in considerare. In continuare, un timp mort este adaugat pentru a compensa diferenta de timp dintre comanda pentru injectie de la sistemul de control si momentul real al injectiei. Timpul mort este masurat in timpul ciclului de injectie comaparand timpul trecut intre trimiterea comenzii si inceputul miscarii senzorului de cantitate a combustibilului. Senzorul de cantitate a combustibilului transmite mai departe un feedback despre cantitatea de combustibil injectata si este comparata cu comanda de combustibil. Inceputul si sfarsitul injectiei sunt declansate si actionate de catre modulul FCM-20.

Controlul supapei de evacuare (Exhaust valve control)

Supapa de evacuare este deschisa de catre presiunea uleiului servo si inchisa de catre arcul pneumatic, la fel ca la motoarele Sulzer conventionale. Un dispozitiv de partajare izoleaza uleiul servo (filtrat fin) de uleiul normal de ungere pentru actionarea supapei de evacuare. Cursa tijei este masurata de catre doi senzori de pozitie analogi pentru un feedback trimis catre WECS-9520.

Descrierea functionala detaliata a controlului supapei de evacuare

- Unghiul de deschidere a supapei este calculat in fiecare modul FCM-20 in concordanta cu unghiul arborelui cotit masurat, unghiul de deschidere nominal si VEO (Variable Exhaust-valve Opening).

- Supapele de pe rampa pentru evacuare sunt declansate catre pozitia DESCHIS. Presiunea uleiului servo opereaza supapa de control al evacuarii care furnizeaza uleiul servo catre spatiul de sub dispozitivul de partajare. Pistonul dispozitivului de partajare comprima uleiul din tubulatura actuatorului care apoi deschide tija supapei de evacuare.

- Timpul dintre comanda de Deschidere si miscarea initiala a tijei este masurat. Acesta se numeste Timp Mort de Deschidere.

- La urmatoarea rotatie acest timp mort va fi luat in considerare actionand supapa de pe rampa putin mai devreme pentru a compensa intarzierile hidraulice.

- Analog cu cele mentionate mai sus, unghiul de inchidere a supapei este determinat si controlat de catre modulul FCM-20 incluzand si VEC (Variable Exhaust-valve Closing) si Timpul Mort de Inchidere.

Redundanta, operare in regim de urgenta cu componente de control avariate

Modulul de control Flex FCM-20

Daca un modul FCM-20 nu mai functioneaza, cilindrul corespunzator este scos din uz, toti ceilalti ramanand operativi.

Orice modul FCM-20 poate fi inlocuit cu cel de rezerva. Software-ul corespunzator si parametrii sunt deja stocati in modulul de rezerva si deci nu este necesara descarcarea unui software sau reprogramarea.

Dupa anul 2006, Wartsila a introdus o functionalitate acestor module, ce permite pastrarea modulului online pe durata functionarii astfel incat sa poata prelua functia modulului avariat chiar in timpul operarii.

Interfata de sistem CAN Bus, Module Bus (CANopen sau MODbus) si interfata SSI

Intotdeauna doua interfete sunt active. Daca o interfata este intrerupta, scurtcircuitata sau defecta in orice fel, a doua ramane disponibila pentru transmitere si comunicare. Operarea motorului nu este intrerupta.

Sursa de alimentare pentru WECS-9520

Toate modulele au surse de alimentare redundante.

Senzorii

Toti senzorii vitali cat si transmitatorii exista in dublu exemplar si pentru controlul motorului se foloseste valoarea lor medie. Daca un senzor se defecteaza, WECS-9520 indica respectivul senzor defect si continua sa functioneze cu cel ramas activ.

Senzorul pentru unghiul arborelui cotit

Daca unul din cei doi senzori pentru unghiul arborelui cotit se defecteaza, WECS ramane operational cu celalalt senzor ramas activ.

Daca ambii senzori se defecteaza, motorul nu mai poate fi operat. In acest caz este necesar inlocuirea a cel putin unuia dintre senzori.

Senzor PMS

Un senzor de indicare a pozitiei in Punct Mort Superior defect va fi semnalizat de catre sistemul WECS, dar in mod normal nu va oprirea sau incetinirea motorului.

Senzori de pozitie a supapei de evacuare

Fiecare supapa de evacuare are doi senzori de pozitie redundanti. Daca amandoi se defecteaza, modulul FCM-20 va controla deschiderea si inchiderea supapei folosind timpi ficsi, optimizati, de deschidere si inchidere.

Pompele de combustibil si actuatoarele

Daca o pompa de combustibil/actuator este defecta, conexiunea de regulare poate fi blocata manual in pozitia de maxim deschis. Respectiva pompa va furniza presiune maxima, in timp ce celelalte vor furniza la presiune mai mica pentru a mentine presiunea in rampa in limitele normale.

Sistemul de control al turatiei / Sistemul de control de la distanta

Cu sistemul de control al turatiei sau Sistemul de control de la distanta defect, motorul inca poate fi operat de la panoul de rezerva din PCC sau de la panoul local de comanda.