CHÚC MỪNG NĂM MỚI 2010 KHỐI ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ LOẠI ECU4 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT MCS5 LOẠI II CỦA HÃNG MTU ENGINE CONTROL UNIT TYPE ECU4, MONITORING AND CONTROL SYSTEM MCS5 TYPE II OF MTU ThS BÙI THỊ HÀ Viện kỹ thuật Hải quân Tóm tắt Bài báo giới thiệu khối điều khiển động loại ECU4, hệ thống điều khiển giám sát MCS5 loại II Hãng MTU Bài báo nêu thực trạng giải pháp sử dụng hệ thống Việt Nam Abstract This report introduces engine control unit type ECU4, monitoring and control system MCS5 type II of MTU Friedrichshafen This report presents practice reality and solution to use system in Viet Nam Đặt vấn đề MTU Friedrichshafen Detroit Diesel Corporation cơng ty tập đồn đa chức Daimler Chrysler – Đức, nhà cung cấp hàng đầu giới hệ động lực cho tàu thủy; cho ngành đường sắt; ôtô; máy nông nghiệp; máy xây dựng với sản phẩm MTU, DDC Mercedes-Benz Tại Việt Nam, lĩnh vực tàu thủy, động diesel MTU lắp đặt với số lượng lớn tàu dân quân Các động Diesel MTU BR4000 (công suất 3700Hp, tốc độ 2100vòng/phút) dùng cho tàu thủy trang bị khối điều khiển điện tử ECU4, đáp ứng yêu cầu đặc biệt cho tàu thủy Khối thiết kế đơn giản, chức hiệu cao, thuận tiện cho việc lắp đặt vận hành Đảm bảo tối ưu tính động diesel điều kiện hoạt động Đảm bảo hoạt động an toàn kinh tế động với lượng tiêu hao nhiên liệu thấp tối ưu lượng khí xả chế độ tải Hệ thống điều khiển giám sát MCS5 loại II hệ thống MTU sản xuất, chế tạo lắp đặt nhiều cho tàu thủy Hệ thống lắp hoạt động theo công nghệ “plug and play” theo yêu cầu khách hàng, cho phép tích hợp thiết bị tự động hóa tồn tàu: thiết bị điều khiển đẩy tàu, thiết bị điều khiển giám sát lượng điện, thiết bị giám sát két, thiết bị báo cháy Bài báo giới thiệu khối điều khiển động diesel loại ECU4 cấu hình cụ thể hệ thống MCS5 loại II MTU lắp đặt Việt Nam Thực trạng giải pháp khai thác sử dụng hệ thống Nội dung 2.1 Khối điều khiển động ECU4 Chức ECU4 điều chỉnh lượng phun nhiên liệu để đạt trì tốc độ động theo yêu cầu điều kiện thay đổi tải Động MTU thiết kế chế tạo với hệ thống phun nhiên liệu Common Rail việc điều khiển động thực theo chương trình xác định trước phụ thuộc vào điều kiện hoạt động thực tế động ECU4 điều khiển tới 20 van phun nhiên liệu (20 xilanh) Quá trình điều khiển mơ tả sơ đồ vòng lặp điều khiển hình Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 21 – 01/2010 73 CHÚC MỪNG NĂM MỚI 2010 Tốc Bộ điều chỉnh tốc độ đặt F1 Giới hạn nhiên F2 Tính tốn thơng Đ.chỉnh th.gian phun Thứ tự nổ PI(DT1) - Thời gian tác động - Định mức áp lực nhiên liệu - Giới hạn thơng số Xung tác động Điểm đóng/mở van Khuyếch đại công suất Áp lực nhiên liệu đặt Bộ điều chỉnh áp lực PI(DT2) Áp lực nh.liệu Nhiên liệu Common Rail Khuyếch đại công suất Các van phun PWM Bơm cao áp Đo tốc độ trục khuỷu Tốc độ động Tính tốn Góc trục khuỷu tốc độ Đo tốc độ trục cam ĐỘNG CƠ Hình Sơ đồ điều khiển vòng lặp ECU4 Trong đó: F1: giá trị tương ứng với lượng nhiên liệu cần phun để đạt tốc độ đặt Giá trị không bị giới hạn, tính tốn chưa xét đến điều kiện làm việc thực tế F2: giá trị tương ứng với lượng nhiên liệu cần phun để đạt tốc độ đặt Giá trị bị giới hạn tùy thuộc vào điều kiện làm việc thực tế đảm bảo bảo vệ động chống lại q tải, tối ưu lượng khí xả phụ thuộc vào yếu tố: tốc độ đặt, áp lực khí nạp, nhiệt độ nhiên liệu tải động Giá trị giới hạn tính tốn xác định q trình chạy thử động trước xuất xưởng lưu trữ ECU4 đường đặc tính 2D, 3D F2: tín hiệu đầu vào điều chỉnh thời điểm thời gian phun nhiên liệu Tín hiệu đầu khuếch đại công suất tác động vào van điện từ xilanh tương ứng với thứ tự nổ định trước ECU4 điều chỉnh áp lực hệ thống Common Rail Về khả giám sát bảo vệ ECU4: - Giám sát tất tín hiệu đầu vào đo từ loại cảm biến lắp động cơ: giá trị tình trạng hoạt động cảm biến (26 tín hiệu); - Giám sát cấu chấp hành đầu ra: van điện từ ; - Tự giám sát điều kiện làm việc ECU4: nguồn cung cấp, tình trạng hoạt động phận điện tử bên trong, tình trạng hoạt động module chứa phần mềm, việc kết nối truyền thông với khối thiết bị khác; - Dừng khẩn cấp động xảy vượt tốc, dừng động an tồn giới hạn giảm cơng suất động số thông số hoạt động bị vi phạm: áp lực dầu bôi trơn thấp, nhiệt độ nước làm mát cao Về khả trao đổi thông tin ECU4: - Cho phép trao đổi thông tin với hệ thống khác MTU: với khối thiết bị khác hệ thống điều khiển hệ động lực chỗ từ xa (tổ hợp điều khiển động hộp số) PCS5 RCS5, hệ thống điều khiển giám sát toàn tàu MCS5 Việc trao đổi thông tin hệ thống thực theo chuẩn CAN bus ECU4 truyền thông tin: tất thông số hoạt động động cơ; nhiệt độ, điện áp hoạt động ECU4; tất cảnh báo báo động Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 21 – 01/2010 74 CHÚC MỪNG NĂM MỚI 2010 tình trạng hoạt động động ECU4 ECU4 nhận tín hiệu yêu cầu khởi động, điều chỉnh tốc độ, dừng động cơ; - Cho phép cài đặt lại thông số cho động qua giao diện RS232 Khối ECU trước xuất xưởng phải trải qua thử nghiệm khắc nghiệt độ rung xóc, va đập, nhiệt độ Khi ECU4 có cố khơng thể điều khiển động tay động số Hãng sản xuất khác: MAN, Cummins Thực tế theo thống kê MTU Asia xảy bốn trường hợp hư hỏng ECU4 toàn số lượng động MTU BR4000 lắp đặt Châu Á chưa xảy hư hỏng ECU4 kể từ lắp đặt động MTU tất tàu quân Việt Nam mười năm qua 2.2 Hệ thống điều khiển giám sát MCS5 loại II Giới thiệu sơ đồ hệ thống giám sát điều khiển MCS5 loại II MTU lắp tàu quân Việt Nam (hình 2) Tầng điều khiển, buồng điều khiển N5, đài lái Màn hình hiển thi, máy in Thiết bị đo Panel thao tác S/A bus (CAN) PIM PPS MCU ECU4 GCU (PIM) ECU4 GCU (PIM) PIM PIM CPS RS422 Hệ thống giám sát két LOP Field bus (CAN) LOP PPS Field bus (CAN) Hệ thống điều khiển thiết bị đẩy tàu PPS Field bus (CAN) PPS Hệ thống quản lý lượng điện Process bus (CAN) DGU Tầng xử lý: Khoang máy, khu vực khác tàu Hình Hệ thống điều khiển giám sát MCS5 loại II Trong đó: MCU : Khối máy tính quản lý; PPS : Trạm xử lý; PIM : Module giao diện ngoại vi; ECU4 : Khối điều khiển động loại ECU4; GCU : Khối điều khiển hộp số; LOP : Khối điều khiển chỗ có hình hiển thị LCD; DGU : Khối điều khiển giám sát máy phát; CPS : Trạm xử lý truyền thơng; Tầng điều khiển giao diện toàn hệ thống với người vận hành Tại cung cấp tất thông tin cần thiết hoạt động tàu: hoạt động hệ động lực, hoạt động hệ thống lượng điện, hoạt động hệ thống két, hệ thống khác theo u cầu Hệ Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 21 – 01/2010 75 CHÚC MỪNG NĂM MỚI 2010 thống MCS5 không điều khiển giám sát đối tượng mà giám sát tình trạng hoạt động tất thiết bị tham gia hệ thống hệ thống mã cụ thể cho thiết bị: cảm biến, vỉ mạch điện tử, cấu chấp hành Tại tầng điều khiển người vận hành theo dõi thực lệnh điều khiển Cụ thể: - Theo dõi trình hoạt động hệ thống thực điều khiển qua hình hiển thị dạng Graphic thông số cụ thể; - Theo dõi cảnh báo báo động toàn hệ thống; - Quản trị hệ thống; - Lưu trữ liệu; - Điều khiển quản lý máy in; - Trao đổi thông tin với hệ thống khác Tầng xử lý nơi thực yêu cầu người vận hành yêu cầu tự động hệ thống MCS5: - Thu nhận liệu trường: giá trị đo từ cảm biến ; - Xử lý liệu điều khiển trình; - Tác động đến cấu chấp hành; - Thực lệnh gửi đến từ tầng điều khiển; - Truyền liệu đến tầng điều khiển; - Thực giao diện liệu với hệ thống khác truyền thông nối tiếp: hệ thống quản lý lượng điện Như MCS5 loại II giải pháp tốt cho hệ thống tích hợp toàn tàu 2.3 Thực trạng khai thác sử dụng giải pháp Với thực tế khai thác sử dụng lĩnh vực tàu thủy Việt Nam hệ thống tự động điều khiển giám sát MTU hệ thống phức tạp Để vận hành tốt hệ thống chế độ hoạt động, bảo trì, bảo dưỡng yêu cầu người sử dụng phải có trình độ định: có trình độ ngoại ngữ hiểu hệ thống Trong thời gian sử dụng vừa qua hệ thống MCS5 xảy hư hỏng với số lượng tương đối: vỉ mạch điện tử module giao diện ngoại vi (PIM), khối máy tính quản lý (MCU), trạm xử lý (PPS), panel thao tác Cách khắc phục xảy hư hỏng thay sản phẩm tương đương hãng MTU, khơng thể sửa chữa hay lắp lẫn thiết bị Hãng khác số hệ thống khác Đây điều bất cập Viện Kỹ thuật Hải quân tiến hành nhiều thử nghiệm đưa giải pháp: thay toàn hệ thống MCS5 trừ khối điều khiển động ECU4 hệ thống điều khiển giám sát thông dụng với mạng truyền thông Profibus-DP thiết bị hãng Siemens - Đức Hệ thống phải đảm bảo được: ECU4 hoạt động với đầy đủ tính năng; chức hệ thống tương đương Viện Kỹ thuật Hải quân triển khai thực thành công giai đoạn 1: chế tạo, lắp đặt, thử nghiệm hoạt động hệ thống tầng xử lý Hệ thống hoàn thiện thử nghiệm tàu năm 2010 Kết luận Động Diesel, hệ thống tự động điều khiển giám sát hãng MTU nói xếp hàng đầu giới hệ động lực lĩnh vực tàu thủy Tuy nhiên việc nghiên cứu khai thác sử dụng Việt Nam hiệu hợp lý đã, đặt nhiều năm tới TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] MTU, Document No.E531685/01E - Engine control unit type ECU4 BR4000 Marine applications, 2004 [2] MTU, Document No.E531651/00E - Monitoring and control system MCS5, 2004 [3] www.automation.siemens.com Người phản biện: GS TS Lê Viết Lượng Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 21 – 01/2010 76