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摘 要：以NY6200柴油发动机为控制对象，设计了一种基于可编程控制器（PLC）、燃油控制器和燃气控制器的双燃料发动机电控系统。基于可编程控制器的扩展性好，能满足双燃料发动机多种控制功能的要求；基于燃油控制器和燃气控制器的控制精度高，响应速度快，自动化程度高，能有效提高燃气替代率。通过试验及试验数据表明，该设计达到了预期的目的，并且发动机运行正常。
关键词：NY6200 双燃料 电控系统
中图分类号：TK402 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）08（c）-0048-02
随着燃油价格的不断上涨、石油资源日趋紧张以及环境污染日益严重，“以气代油”的双燃料发动机越来越受到人们的关注，双燃料发动机能有效降低燃料费用及减少排放，而电控系统作为双燃料发动机的重要组成部分，对燃气替代率及燃烧效率具有重要的作用，因此，进一步开发提高燃气替代率、可靠性、稳定性的电控系统成为双燃料发动机的研究热点。
为此，该公司对NY6200发动机进行双燃料电控系统的开发，本文介绍了以可编程控制器（PLC）作为核心、以多点喷射进气方式的双燃料电控系统。
1 系统设计
NY6200双燃料发动机的电控系统包括燃油电控系统、燃气电控系统、监控系统3个部分。燃油电控系统负责发动机的转速调节；燃气电控系统负责控制燃气的替代率，不参与发动机转速控制；监控系统负责发动机各项参数采集、逻辑控制和安全保护；这3个系统通过通讯及硬线的方式相连，相互传递参数和指令信息。
2 系统原理
当发动机带入负载且达到燃气电控系统设定的工况时，监控系统将切换至双燃料模式，在双燃料模式运行时，发动机同时消耗柴油和天然气，燃油电控系统控制柴油的供应量，柴油仅作为点火源和维持发动机的基本运转，燃气电控系统控制燃气的供应量，燃气作为发动机功率输出的主要燃料消耗，两种燃料在发动机气缸内混合燃烧做功，其额定功率和最大扭矩与原柴油机相当。在发动机处于额定功率时燃气替代率达到80.77%，燃气替代率随着功率的增大而逐渐增大。在燃气完全断绝的情况下，监控系统自动切换至纯柴油模式继续工作，维持发动机的额定转速及功率输出。由于发动机转速是由燃油电控系统负责控制，所以，双燃料发动机的动态特性与原柴油机的动态特性相同，能很好地满足负载变化频繁的工况要求。
3 燃油电控系统
3.1 硬件组成
NY6200双燃料发动机的燃油电控系统主要由燃油控制器、燃油执行器、转速传感器、控制线束等组成。燃油控制器采用海茵茨曼DC6电子调速器，电子调速器具有油门相应迅速及精确控制油门等优点。
3.2 工作原理
燃油电控系统实现发动机的转速调节功能，信号输入由转速传感器来完成，执行输出由燃油执行器来完成。燃油控制器采集发动机当前的转速信号，与监控系统设定的转速值进行比较，然后发送命令给燃油执行器，燃油执行器接收到调速信号后调节供油量进行转速控制，并同时将油门位置信号反馈给燃油控制器，实现调速控制位置及转速的双闭环。
4 燃气电控系统
4.1 硬件组成
NY6200双燃料发动机燃气电控系统主要由燃气控制器、电喷阀、转速传感器、相位传感器、控制线束等组成。燃气控制器采用海茵茨曼MVC-03电喷控制器，电喷控制器具有精确控制最佳供气量、各缸供气均匀等优点。
4.2 工作原理
燃气电控系统实现燃气供应量，即燃气替代率的调节功能，信号输入由转速传感器和相位传感器来完成，执行输出由各缸电喷阀来完成。发动机在双燃料模式下，燃气控制器控制各缸电喷阀逐渐喷射燃气，当两种燃料在发动机气缸内混合燃烧做功时，燃油控制器会自动控制燃油执行器减小油门，燃气控制器根据预先设定的当前工况下期望的燃油供应量，逐渐使用燃气替代燃油，使燃油油门位置逐渐逼近当前工况下的最小油门位置。燃油控制器的油门位置信号实时通信至燃气控制器，PLC采集的增压压力、燃气压力、各缸排温、水温等信号也实时通信至燃气控制器，燃气控制器通过以上信号计算出燃气在当前工况下的最大供应量，从而对燃气的供应量进行限制，通过限制燃气的供应量避免发动机出现运行不稳定、排温过高及爆震的情况发生。
5 监控系统
5.1 硬件组成
NY6200监控系统由编程控制器（PLC）、人机界面、线束、相关传感器、继电器等组成。传感器包括转速传感器、废气温度热电偶、油/水温度传感器、油/水压力传感器和气体压力传感器。PLC采用和利时公司推出的适用于中、高性能控制领域的LK大型可编程控制器，LK可编程控制器融合了DCS和PLC的优点，具有较高的稳定性和可靠性。
5.2 工作原理
监控系统对发动机的运行参数包括发动机转速、废气排温、油/水温度、油/水压力、气体压力等参数进行采集，经由输入回路将采集数据传送至可编程控制器的模拟量输入模块、热电偶输入模块，经可编程控制器数据处理来实现对发动机的相关报警、卸载请求及故障停机等保护动作，如对高温水出口温度高、滑油温度高、排气温度高和末端滑油压力低等进行报警，并相应做出卸载请求信号或自动停机保护。监控系统的输入模块接收开关、按钮及继电器的控制指令后，经可编程控制器数据处理及逻辑判断，再由信号输出模块做出相应的指令，包括发动机的启机、怠速/额速、停机、调速、双燃料模式切换等控制。
监控系统通过人机界面对发动机运行参数、操作状态及报警信息进行实时显示和数据存储；通过工业总线及硬线方式与上位系统进行远程数据交换和远程操作。
5.3 软件设计
根据系统的各功能模块的要求以及硬件结构进行PLC控制程序的编写工作。系统程序则由主程序、发动机启动子程序、双燃料模式切换子程序、发动机停机子程序、发动机运行子程序、通信子程序、显示子程序等组合而成。系统的主程序始终维持运行的准备状态，实时监控发动机各测量参数，与設定值进行比较，实现调用各子程序的功能。同时监控各开关量的输入，通过逻辑判断，调用各子程序实现发动机的启动、停机、双燃料模式切换等功能。显示子程序则是用于更好地进行人机交互，对发动机的重要参数、状态进行显示，对发动机进行控制。程序编写完成之后经过模拟调试、修改再写入PLC，最后进行在线调试。
在开发人机界面的组态软件中，首先建立组态软件与PLC之间的通信组态并确定I/O点的变量标签名和标签地址，并进行实时数据库的建立和变量参数的组态，定义变量参数与I/O点数据的动态链接，然后根据双燃料发动机的各项功能及相关要求绘制组态发动机监控界面、报警显示界面、权限设置界面，并将其中对象与相应标签建立链接，最后经过模拟调试修改后写入触摸屏，最后进行在线调试。
6 结语
NY6200双燃料发动机电控系统设计合理，其稳定性已经在NY6200双燃料发动机上进行了试验测试，其试验结果显示该系统运行稳定可靠，燃气替代率达到了期望值，其经济性有了很大提高，各项指标均达到了设计要求。
参考文献
[1] 王新，郑志强，张进.190大功率柴油机的双燃料改造[J].内燃机，2012（2）：17-19.
[2] 段长晓.LNG船主推进装置的选择和双燃料发动机的经济性研究[D].上海海事大学，2007.
[3] 王军.GNG-柴油机双燃料发动机研究[M].北京：中国科技博览，2012.
[4] 张红光，盛宏至，潘奎润，等.车用柴油/天然气双燃料发动机的开发[J].农业机械学报，2003，34（5）：8-11.
关键词：NY6200 双燃料 电控系统
中图分类号：TK402 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）08（c）-0048-02
随着燃油价格的不断上涨、石油资源日趋紧张以及环境污染日益严重，“以气代油”的双燃料发动机越来越受到人们的关注，双燃料发动机能有效降低燃料费用及减少排放，而电控系统作为双燃料发动机的重要组成部分，对燃气替代率及燃烧效率具有重要的作用，因此，进一步开发提高燃气替代率、可靠性、稳定性的电控系统成为双燃料发动机的研究热点。
为此，该公司对NY6200发动机进行双燃料电控系统的开发，本文介绍了以可编程控制器（PLC）作为核心、以多点喷射进气方式的双燃料电控系统。
1 系统设计
NY6200双燃料发动机的电控系统包括燃油电控系统、燃气电控系统、监控系统3个部分。燃油电控系统负责发动机的转速调节；燃气电控系统负责控制燃气的替代率，不参与发动机转速控制；监控系统负责发动机各项参数采集、逻辑控制和安全保护；这3个系统通过通讯及硬线的方式相连，相互传递参数和指令信息。
2 系统原理
当发动机带入负载且达到燃气电控系统设定的工况时，监控系统将切换至双燃料模式，在双燃料模式运行时，发动机同时消耗柴油和天然气，燃油电控系统控制柴油的供应量，柴油仅作为点火源和维持发动机的基本运转，燃气电控系统控制燃气的供应量，燃气作为发动机功率输出的主要燃料消耗，两种燃料在发动机气缸内混合燃烧做功，其额定功率和最大扭矩与原柴油机相当。在发动机处于额定功率时燃气替代率达到80.77%，燃气替代率随着功率的增大而逐渐增大。在燃气完全断绝的情况下，监控系统自动切换至纯柴油模式继续工作，维持发动机的额定转速及功率输出。由于发动机转速是由燃油电控系统负责控制，所以，双燃料发动机的动态特性与原柴油机的动态特性相同，能很好地满足负载变化频繁的工况要求。
3 燃油电控系统
3.1 硬件组成
NY6200双燃料发动机的燃油电控系统主要由燃油控制器、燃油执行器、转速传感器、控制线束等组成。燃油控制器采用海茵茨曼DC6电子调速器，电子调速器具有油门相应迅速及精确控制油门等优点。
3.2 工作原理
燃油电控系统实现发动机的转速调节功能，信号输入由转速传感器来完成，执行输出由燃油执行器来完成。燃油控制器采集发动机当前的转速信号，与监控系统设定的转速值进行比较，然后发送命令给燃油执行器，燃油执行器接收到调速信号后调节供油量进行转速控制，并同时将油门位置信号反馈给燃油控制器，实现调速控制位置及转速的双闭环。
4 燃气电控系统
4.1 硬件组成
NY6200双燃料发动机燃气电控系统主要由燃气控制器、电喷阀、转速传感器、相位传感器、控制线束等组成。燃气控制器采用海茵茨曼MVC-03电喷控制器，电喷控制器具有精确控制最佳供气量、各缸供气均匀等优点。
4.2 工作原理
燃气电控系统实现燃气供应量，即燃气替代率的调节功能，信号输入由转速传感器和相位传感器来完成，执行输出由各缸电喷阀来完成。发动机在双燃料模式下，燃气控制器控制各缸电喷阀逐渐喷射燃气，当两种燃料在发动机气缸内混合燃烧做功时，燃油控制器会自动控制燃油执行器减小油门，燃气控制器根据预先设定的当前工况下期望的燃油供应量，逐渐使用燃气替代燃油，使燃油油门位置逐渐逼近当前工况下的最小油门位置。燃油控制器的油门位置信号实时通信至燃气控制器，PLC采集的增压压力、燃气压力、各缸排温、水温等信号也实时通信至燃气控制器，燃气控制器通过以上信号计算出燃气在当前工况下的最大供应量，从而对燃气的供应量进行限制，通过限制燃气的供应量避免发动机出现运行不稳定、排温过高及爆震的情况发生。
5 监控系统
5.1 硬件组成
NY6200监控系统由编程控制器（PLC）、人机界面、线束、相关传感器、继电器等组成。传感器包括转速传感器、废气温度热电偶、油/水温度传感器、油/水压力传感器和气体压力传感器。PLC采用和利时公司推出的适用于中、高性能控制领域的LK大型可编程控制器，LK可编程控制器融合了DCS和PLC的优点，具有较高的稳定性和可靠性。
5.2 工作原理
监控系统对发动机的运行参数包括发动机转速、废气排温、油/水温度、油/水压力、气体压力等参数进行采集，经由输入回路将采集数据传送至可编程控制器的模拟量输入模块、热电偶输入模块，经可编程控制器数据处理来实现对发动机的相关报警、卸载请求及故障停机等保护动作，如对高温水出口温度高、滑油温度高、排气温度高和末端滑油压力低等进行报警，并相应做出卸载请求信号或自动停机保护。监控系统的输入模块接收开关、按钮及继电器的控制指令后，经可编程控制器数据处理及逻辑判断，再由信号输出模块做出相应的指令，包括发动机的启机、怠速/额速、停机、调速、双燃料模式切换等控制。
监控系统通过人机界面对发动机运行参数、操作状态及报警信息进行实时显示和数据存储；通过工业总线及硬线方式与上位系统进行远程数据交换和远程操作。
5.3 软件设计
根据系统的各功能模块的要求以及硬件结构进行PLC控制程序的编写工作。系统程序则由主程序、发动机启动子程序、双燃料模式切换子程序、发动机停机子程序、发动机运行子程序、通信子程序、显示子程序等组合而成。系统的主程序始终维持运行的准备状态，实时监控发动机各测量参数，与設定值进行比较，实现调用各子程序的功能。同时监控各开关量的输入，通过逻辑判断，调用各子程序实现发动机的启动、停机、双燃料模式切换等功能。显示子程序则是用于更好地进行人机交互，对发动机的重要参数、状态进行显示，对发动机进行控制。程序编写完成之后经过模拟调试、修改再写入PLC，最后进行在线调试。
在开发人机界面的组态软件中，首先建立组态软件与PLC之间的通信组态并确定I/O点的变量标签名和标签地址，并进行实时数据库的建立和变量参数的组态，定义变量参数与I/O点数据的动态链接，然后根据双燃料发动机的各项功能及相关要求绘制组态发动机监控界面、报警显示界面、权限设置界面，并将其中对象与相应标签建立链接，最后经过模拟调试修改后写入触摸屏，最后进行在线调试。
6 结语
NY6200双燃料发动机电控系统设计合理，其稳定性已经在NY6200双燃料发动机上进行了试验测试，其试验结果显示该系统运行稳定可靠，燃气替代率达到了期望值，其经济性有了很大提高，各项指标均达到了设计要求。
参考文献
[1] 王新，郑志强，张进.190大功率柴油机的双燃料改造[J].内燃机，2012（2）：17-19.
[2] 段长晓.LNG船主推进装置的选择和双燃料发动机的经济性研究[D].上海海事大学，2007.
[3] 王军.GNG-柴油机双燃料发动机研究[M].北京：中国科技博览，2012.
[4] 张红光，盛宏至，潘奎润，等.车用柴油/天然气双燃料发动机的开发[J].农业机械学报，2003，34（5）：8-11.