Układ elektronicznego sterowania silnikiem ciągnika gąsienicowego

Click here to load reader

  • date post

    11-Jan-2017
  • Category

    Documents

  • view

    216
  • download

    1

Embed Size (px)

Transcript of Układ elektronicznego sterowania silnikiem ciągnika gąsienicowego

  • BIULETYN WAT VOL. LV, NR 3, 2006

    Ukad elektronicznego sterowania silnikiem cignika gsienicowego MTLB-MORS

    MIROSAW KARCZEWSKI

    Wojskowa Akademia Techniczna, Wydzia Mechaniczny, Instytut Pojazdw Mechanicznych i Transportu,

    00-908 Warszawa, ul. S. Kaliskiego 2

    Streszczenie. W referacie przedstawiono wyniki prac nad opracowaniem elektronicznego ukadu sterowania silnika cignika gsienicowego MTLB-MORS. Opisano zastosowane rozwizania ze-spow ukadu sterowania i ich rozmieszczenie w pojedzie. Omwiono struktur ukadu sterowania oraz algorytmy sterowania silnikiem. Sowa kluczowe: silniki spalinowe, regulator elektroniczny, sterowanie silnikiemSymbole UKD: 621.43

    1. Wprowadzenie

    Ukady elektronicznego sterowania silnikami s obecnie coraz powszechniej stosowane w tokowych silnikach spalinowych. Mog one wystpowa jako ukady autonomiczne [1, 2] lub stanowi podzesp systemu elektronicznego sterowania caym pojazdem. Regulatory elektroniczne w znacznym stopniu uatwiaj spenie-nie wzrastajcych wymaga ekologicznych i utrzymanie penej sprawnoci silni-kw przez ich diagnozowanie podczas pracy. Bardzo szybkie rozpowszechnianie elektronicznych ukadw regulacji silnika spalinowego nastpuje rwnoczenie z rozwojem techniki mikroprocesorowej i pozwala na uwzgldnianie coraz wik-szej liczby sygnaw wejciowych [2].

    Obecnie w nowoczesnych silnikach spalinowych stosowane s coraz bardziej skomplikowane mikroprocesorowe systemy sterowania i kontroli warunkw pra-cy. Aktualne trendy skupiaj si szczeglnie na wzrocie dokadnoci systemw. Wymagania dla tych ukadw s podyktowane ich jak najwiksz efektywnoci.

  • 24 M. Karczewski

    Aby speni wymagania niskiego zuycia paliwa przez silnik, ograniczonej emisji zwizkw toksycznych, urzdzenia musz pracowa z wysok niezawodnoci w szerokim zakresie zmian warunkw otoczenia zarwno w stanach ustalonych, jak i nieustalonych pracy silnika.

    W Zakadzie Silnikw Pojazdw Mechanicznych Wydziau Mechanicznego WAT opracowano ukad elektronicznego sterowania silnikiem o zaponie samo-czynnym z rzdow pomp wtryskow. Ukad ten zosta przebadany na stanowi-sku dynamometrycznym, a rezultatem tych bada byo opracowanie algorytmw sterowania silnikiem oraz dobranie optymalnych wartoci wspczynnikw trans-mitancji ukadu sterowania. Eksperymentaln weryfikacj ukadu przeprowadzanona gsienicowym transporterze opancerzonym MTLB-MORS, napdzanym turbodoadowanym silnikiem SW-680 [6, 7].

    2. Cel i zakres pracyCelem pracy byo opracowanie elektronicznego ukadu sterowania silnikiem

    o zaponie samoczynnym SW-680, wykorzystywanego do napdu rnych od-biornikw mocy.

    Zaoono, e ukad powinien realizowa nastpujce zadania: mierzy na bieco wielkoci charakteryzujce prac silnika, wybiera algorytmy sterowania silnikiem odpowiednio do warunkw jego

    pracy, zapewnia niezawodny rozruch silnika w kadych warunkach, ogranicza maksymaln prdko obrotow silnika i utrzymywa prdko

    obrotow biegu jaowego, utrzymywa zadawan prdko obrotow, korygowa maksymaln dawk w funkcji prdkoci obrotowej i cinienia

    w kolektorze dolotowym (napenienia cylindrw powietrzem), zapewni odpowiednio szybk zmian prdkoci obrotowej silnika przy

    minimalnej liczbie przeregulowa, sygnalizowa przekroczenie stanw granicznych, mie moliwo komunikacji z komputerem nadrzdnym oraz innymi

    sterownikami (np. ukadem sterowania ktem wyprzedzenia wtrysku paliwa).

    Przyjto, e ukad elektronicznego sterowania silnikiem powinien speni nastpujce wymagania:

    regulator bdzie zastosowany do rzdowej pompy wtryskowej, jako zesp wykonawczy zostanie wykorzystany siownik elektromagne-

    tyczny, zesp wykonawczy sterowany bdzie za pomoc mikrokontrolera poprzez

    stopie mocy,

  • 25Ukad elektronicznego sterowania silnikiem cignika gsienicowego MTLB-MORS

    ukad sterowania bdzie skada si z jednego sterownika, ktry bdzie spenia zadania regulatora prdkoci obrotowej i korektora dawki pa-liwa,

    sterownik elektroniczny powinien mie moliwo prostej konfiguracjitorw pomiarowych (moliwo zmiany liczby i rodzaju sygnaw wej-ciowych i wyjciowych) oraz rozbudowy i modernizacji algorytmw sterowania,

    powinien by przystosowany do pracy w zakresie temperatury 40 do +85C.

    Spenienie tych zaoe i wymaga byo moliwe przez zastosowanie ukadu mikroprocesorowego, charakteryzujcego si moduow budow o duej liczbie elementw peryferyjnych oraz atwego do programowania w warunkach labora-toryjnych.

    Przyjto, e opracowany ukad sterowania bdzie mia budow zblion do podobnych rozwiza stosowanych przez firmy wiatowe [1, 2, 5]. Powinien ska-da si z nastpujcych elementw konfigurowanych w zalenoci od potrzeb:

    elektronicznego cyfrowego moduu sterujcego (EMS), moduw ukadw wejcia-wyjcia (wejcia i wyjcia napiciowe, dwu-

    stanowe, wejcia czstotliwociowe i termoelementowe), ukadu zasilania, moduw do komunikacji z innymi urzdzeniami, elementw do komunikacji z kierowc pojazdu.Blokowy schemat funkcjonalny sterownika (moduu sterowania prdkoci

    obrotow silnika) pokazano na rysunku 1.

    Rys. 1. Schemat blokowy sterownika elektronicznego

  • 26 M. Karczewski

    3. Ukad sterowania silnikiem

    Opracowanie elektronicznego ukadu sterowania silnikiem SW-680 podzielono na dwa etapy. W pierwszym dokonano modernizacji pompy wtryskowej P-56, ktra polegaa na zastpieniu regulatora mechanicznego nastawnikiem elektromagne-tycznym. W drugim etapie dobrano mikrokontroler jednoukadowy, opracowano algorytmy sterowania i niezbdne oprogramowanie.

    3.1. Ukad sterowania pooeniem listwy zbatej pompy wtryskowej

    Do sterowania pooeniem listwy zbatej pompy wtryskowej zastosowano nastawnik elektromagnetyczny Woodward typu 524 z obrotowym rdzeniem umieszczonym na wale (rys. 2). O wyborze zadecydowaa dostpno tego na-stawnika oraz jego parametry techniczne i wymiary umoliwiajce zamontowa-nie w miejsce regulatora mechanicznego pompy P-56 bez wprowadzania zmian w osprzcie silnika SW-680.

    Rys. 2. Siownik typu 524 zamontowany na pompie wtryskowej P-56: 1 nastawnik; 2 koo nadajnika prdkoci obrotowej; 3 czujnik prdkoci obrotowej; 4 czujnik pooenia listwy

    zbatej; 5 dwignia napdu listwy zbatej; 6 zcza kablowe; 7 podstawa nastawnika

    Nastawnik zamontowano w miejsce regulatora mechanicznego pompy P-56. W tym celu wykonano podstaw z dwch pyt stalowych, do ktrych zosta przy-mocowany nastawnik oraz uchwyty do mocowania czujnika prdkoci obrotowej i przemieszczenia listwy zbatej pompy wtryskowej. Do podstawy zamontowano take zcze kablowe do poczenia nastawnika ze sterownikiem. Cao zostaa przykryta oson.

  • 27Ukad elektronicznego sterowania silnikiem cignika gsienicowego MTLB-MORS

    Na waku krzywkowym pompy wtryskowej, w miejscu bezwadnikw regu-latora mechanicznego zamocowano koo zbate suce jako nadajnik prdkoci obrotowej waka krzywkowego pompy.

    3.2. Zesp sterowania z mikrokontrolerem jednoukadowym

    Biorc pod uwag przeznaczenie opracowywanego ukadu sterowania, podczas doboru mikrokontrolera (sterownika) przyjto nastpujce kryteria:

    ukad powinien zapewni du szybko przetwarzania sygnaw wejcio-wych i generowania sygnaw wyjciowych (sterujcych) podawanych do czonw wykonawczych,

    ukad powinien zapewni moliwo uwzgldniania kilkunastu sygnaw wejciowych przy wykorzystaniu kart kontrolera i rnych czujnikw,

    mikrokontroler powinien by zasilany z sieci pokadowej pojazdu (24 VDC),

    ukad musi by odporny na wstrzsy oraz zmienne warunki otoczenia w zakresie temperatur od 40 do +85C,

    ukad powinien zapewni moliwo prostego wprowadzania zmian do procedur i parametrw sterowania podczas bada stanowiskowych i eks-ploatacyjnych.

    Do sterowania silnikiem SW 680/59 wybrano standardowy moduowy ste-rownik firmy PEP typu IUC 900 z rodziny CXC. Mikrokontroler przeznaczonyjest do programowania w jzykach wysokiego poziomu.

    Rys. 3. Sterownik IUC 9000 z zamontowanym zasilaczem, kart procesora oraz kartami rozszerza-jcymi. Widoczny komputer przenony wykorzystywany do modyfikacji oprogramowania

    Podstawowym elementem bya karta procesora IUC-32, ktra w zalenoci od potrzeb moe by wyposaona w procesor Motorola MC68360/25 MHz lub MC68EN360/33 MHz. S to mikroprocesory dwuprocesorowe. Transmisj danych

  • 28 M. Karczewski

    realizuje RISC-CPU, pozostawiajc procesorowi gwnemu wykonywanie zada aplikacyjnych.

    Zastosowana karta IUC-32 zawieraa procesor Motorola MC68EN360-33 MHz, 4 MB RAM z moliwoci rozszerzenia do 16 MB, 1 MB SRAM z podtrzymaniem bateryjnym oraz 1 MB Flasf-EPROM, dwa cza szeregowe, kontroler przerwa, izolowany 24-bitowy licznik.

    Procesor zawiera kompletny system operacyjny OS-9 i by gotowy do progra-mowania oraz adowania kodu aplikacji. Niezalenie od sposobu programowania ISaGRAF, czy ANSI C/C++, kod aplikacji by atwo adowalny i uruchamiany. Wbudowane mechanizmy wymiany oprogramowania zapewniaj atw aktuali-zacj oprogramowania w przyszoci.

    Do budowy ukadu sterowania zastosowano nastpujce moduy, ktre reali-zoway poszczeglne funkcje:

    IUC-32 element bazowy, zawierajcy procesor, pami i ukady ko-munikacji,

    CXM-DIN2 24 wejcia cyfrowe 24 V, izolowane galwanicznie, CXM-ADC1 8 wej analogowych 12 bit, 0-10 V, izolowanych gal-

    wanicznie, CXM-DAC1 4 wyjcia analogowe 12 bit, 0-10 V, izolowane galwa-

    nicznie, CXM-ADI3 16 wej termoparowych, 16 bit, izolowanych galwa-

    nicznie, OP-TERM terminal, operatorski 2 * 24 znaki, 16 przyciskw.

    Do zaadowywania i modyfikacji oprogramowania tego sterownika suykomputer przenony. Za jego pomoc zmieniano kolejne wersje oprogramowania w pamici sterownika. Istniaa take moliwo zmiany w czasie prac niektrych staych, co uatwio przeprowadzenie bada. Komputer komunikowa si ze ste-rownikiem za porednictwem cza RS-232.

    Jako miernik prdkoci obrotowej zastosowano przetwornik reluktancyjny typu OMRON E2EG-X1 z wbudowanym ukadem formowan