本發(fā)明涉及大功率柴油機(jī)增壓器后SCR系統(tǒng)的控制，具體涉及一種船用柴油機(jī)SCR控制系統(tǒng)，屬于柴油機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

船用柴油機(jī)SCR控制系統(tǒng)主要完成對(duì)SCR系統(tǒng)中尿素噴射系統(tǒng)的控制。

PLC(可編程邏輯控制器)廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制系統(tǒng)，主要領(lǐng)域有：開關(guān)量邏輯控制、運(yùn)動(dòng)控制、閉環(huán)過(guò)程控制、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信等。

西門子(siemens)PLC產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選擇，用戶能靈活的進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的自動(dòng)化系統(tǒng)，有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力，可以直接驅(qū)動(dòng)電磁閥和接觸器。

西門子PLC功能強(qiáng)、性價(jià)比高、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、維修方便、開發(fā)周期短。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，提供一種船用柴油機(jī)SCR控制系統(tǒng)，采用西門子S7-300PLC作為控制器，自動(dòng)控制尿素噴射系統(tǒng)，根據(jù)主機(jī)不同的工況，調(diào)整尿素噴射量，使柴油機(jī)尾氣中NOx含量滿足TIER III要求。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種船用柴油機(jī)SCR控制系統(tǒng)，包括有：

初始化功能模塊，存放系統(tǒng)啟動(dòng)前所要求系統(tǒng)初始化的參數(shù)，在系統(tǒng)上電時(shí)執(zhí)行一次，將其中存放的參數(shù)值設(shè)置為指定值；

主循環(huán)功能模塊，包括機(jī)旁控制模塊、集控室控制模塊、報(bào)警故障處理模塊和停機(jī)處理模塊，其中：

所述機(jī)旁控制模塊在機(jī)旁實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制廢氣進(jìn)口閥和旁通閥，手動(dòng)控制尿素的噴射量，包括手動(dòng)控制子模塊，該手動(dòng)控制子模塊包括閥控制模塊和尿素噴射量控制模塊，所述閥控制模塊控制廢氣進(jìn)口閥和旁通閥達(dá)到相應(yīng)的開度，所述尿素噴射量控制模塊控制計(jì)量泵噴射相應(yīng)的尿素量；

所述集控室控制模塊在集控室實(shí)現(xiàn)手動(dòng)與自動(dòng)控制的切換，控制尿素的噴射，包括手動(dòng)控制模塊和自動(dòng)控制模塊，所述手動(dòng)控制模塊處理人機(jī)界面發(fā)送來(lái)的打開/關(guān)閉指令和閥開度指令，并通過(guò)所述閥控制模塊控制廢氣進(jìn)口閥和旁通閥達(dá)到指定的開度，所述自動(dòng)控制模塊包括TierII模塊、準(zhǔn)備TierIII模塊和TierIII模塊，所述TierII模塊處理來(lái)自人機(jī)界面的請(qǐng)求指令，使顯示設(shè)備達(dá)到TierII要求的狀態(tài)，并通過(guò)所述閥控制模塊控制廢氣進(jìn)口閥和旁通閥達(dá)到指定的開度，所述準(zhǔn)備TierIII模塊處理來(lái)自人機(jī)界面的請(qǐng)求指令，使相關(guān)設(shè)備達(dá)到準(zhǔn)備TierIII要求的狀態(tài)，并通過(guò)所述閥控制模塊控制廢氣進(jìn)口閥和旁通閥達(dá)到指定的開度，所述TierIII模塊處理來(lái)自人機(jī)界面的請(qǐng)求指令，使相關(guān)設(shè)備達(dá)到TierIII要求的狀態(tài)，并讀取尿素噴射量信號(hào)；

所述報(bào)警故障處理模塊把超過(guò)報(bào)警限的數(shù)值設(shè)置為相應(yīng)的上限和下限的標(biāo)志位，對(duì)高出上限或低于下限的模擬量進(jìn)行報(bào)警；

所述停機(jī)處理模塊在模擬量超出報(bào)警限后執(zhí)行停機(jī)指令，使所述廢氣進(jìn)口閥和旁通閥達(dá)到安全位置并停止尿素噴射；

循環(huán)中斷功能模塊，包括模擬量處理模塊和上位計(jì)算機(jī)監(jiān)控畫面動(dòng)態(tài)化模塊，其中：

所述模擬量處理模塊將通過(guò)數(shù)字濾波得到的采樣值變換為原量綱的工程值，并儲(chǔ)存變換后的數(shù)據(jù)；

所述上位計(jì)算機(jī)監(jiān)控畫面動(dòng)態(tài)化模塊實(shí)現(xiàn)不同模式下監(jiān)控畫面的動(dòng)態(tài)顯示。

進(jìn)一步地，所述的手動(dòng)控制子模塊處理來(lái)自觸摸屏的操作指令，并且將閥開度指令發(fā)送給所述閥控制模塊，將尿素噴射量指令發(fā)送給所述尿素噴射量控制模塊。

進(jìn)一步地，所述的TierIII模塊包括尿素開環(huán)噴射量子模塊和尿素噴射量子模塊，所述尿素噴射量子模塊根據(jù)當(dāng)前主機(jī)負(fù)荷讀取負(fù)荷-尿素噴射量曲線并確定當(dāng)前所需要的尿素量，所述尿素開環(huán)噴射量子模塊計(jì)算出尿素噴射量信號(hào)。

進(jìn)一步地，所述的報(bào)警故障處理模塊采用聲光報(bào)警模式，當(dāng)產(chǎn)生故障時(shí)報(bào)警燈閃爍，蜂鳴器鳴響；當(dāng)按下報(bào)警響應(yīng)按鈕后，報(bào)警燈常亮，蜂鳴器關(guān)閉；故障消除后報(bào)警燈熄滅。

進(jìn)一步地，所述的SCR控制系統(tǒng)采用西門子S7-300PLC作為控制器。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1、所述SCR控制系統(tǒng)采用了模塊化的程序結(jié)構(gòu)，將程序分解成為若干子功能模塊，這不僅便于程序的理解和編程，而且便于實(shí)現(xiàn)程序的功能擴(kuò)展及故障的查找排除。

2、采用西門子S7-300PLC作為控制器，具有功能強(qiáng)、性價(jià)比高、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、維修方便、開發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。

3、實(shí)現(xiàn)了隨著主機(jī)負(fù)荷的變化自動(dòng)改變尿素的噴射量，從而減少了廢氣中NOx含量，滿足了Tier III排放法規(guī)的要求。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明針對(duì)于大功率低速柴油機(jī)增壓器后SCR系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，其控制SCR系統(tǒng)的起動(dòng)和停止、模式選擇、尿素手動(dòng)/自動(dòng)噴射、廢氣進(jìn)口閥和旁通閥的自動(dòng)/手動(dòng)打開和關(guān)閉、報(bào)警及故障診斷等功能。

所述船用柴油機(jī)SCR控制系統(tǒng)采用西門子S7-300系列PLC和萬(wàn)可(Wago)PLC，觸摸屏采用西門子TP1200精智面板，上位計(jì)算機(jī)采用西門子工控機(jī)，控制器和觸摸屏采用Portal V12軟件編程，上位機(jī)監(jiān)控采用Wincc V7.0組態(tài)軟件；體現(xiàn)了西門子全集成自動(dòng)化的理念。

S7-300系列PLC可以實(shí)現(xiàn)SCR系統(tǒng)主要的控制功能，萬(wàn)可PLC用于NOx傳感器的CAN總線通信。

下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例來(lái)對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，但不能因此而限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

請(qǐng)參閱圖1，圖示船用柴油機(jī)SCR控制系統(tǒng)采用西門子S7-300PLC作為控制器，包括有初始化功能模塊OB100、主循環(huán)功能模塊OB1和循環(huán)中斷功能模塊OB35。分別說(shuō)明如下：

1、初始化功能模塊OB100

初始化功能模塊OB100存放系統(tǒng)啟動(dòng)前所要求系統(tǒng)初始化的參數(shù)，在系統(tǒng)上電時(shí)執(zhí)行一次，將其中存放的參數(shù)值設(shè)置為指定值。

2、主循環(huán)功能模塊OB1

主循環(huán)功能模塊0B1中存放主要的控制功能，包括四個(gè)功能模塊：集控室控制功能模塊、機(jī)旁控制功能模塊、報(bào)警故障處理模塊FC10和停機(jī)處理模塊功能模塊FC11。

集控室控制模塊分為手動(dòng)控制模塊FC3和自動(dòng)控制模塊FC2。集控室控制模塊的功能為在集控室手動(dòng)或自動(dòng)控制廢氣進(jìn)口閥、旁通閥，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)/自動(dòng)控制的切換，控制尿素的噴射。

手動(dòng)控制模塊FC3包括閥控制模塊，手動(dòng)控制模塊FC3處理人機(jī)界面發(fā)送來(lái)的打開/關(guān)閉指令和閥開度指令，并發(fā)送給閥控制模塊，閥控制模塊控制廢氣進(jìn)口閥、旁通閥使其達(dá)到指定的開度。

自動(dòng)控制模塊FC2包括TierII模塊FC7、準(zhǔn)備TierIII模塊FC8、TierIII模塊FC9三個(gè)功能模塊。TierII模塊FC7處理來(lái)自人機(jī)界面的請(qǐng)求指令，使顯示設(shè)備達(dá)到TierII要求的狀態(tài)，并發(fā)送信號(hào)給閥控制模塊，閥控制模塊控制廢氣進(jìn)口閥、旁通閥使其達(dá)到指定的開度；準(zhǔn)備TierIII模塊FC8處理來(lái)自人機(jī)界面的請(qǐng)求指令，使相關(guān)設(shè)備達(dá)到準(zhǔn)備TierIII要求的狀態(tài)，并發(fā)送信號(hào)給閥控制模塊，閥控制模塊控制廢氣進(jìn)口閥、旁通閥使其達(dá)到指定的開度；TierIII模塊FC9處理來(lái)自人機(jī)界面的請(qǐng)求指令，使相關(guān)設(shè)備達(dá)到TierIII要求的狀態(tài)，包括尿素開環(huán)噴射量子模塊FC5和尿素噴射量子模塊FC6，TierIII模塊FC9讀取尿素開環(huán)噴射量子模塊FC5所計(jì)算出的尿素噴射量信號(hào)，尿素噴射量子模塊FC6根據(jù)當(dāng)前主機(jī)負(fù)荷讀取負(fù)荷-尿素噴射量曲線，確定當(dāng)前所需要的尿素量。

機(jī)旁控制模塊的功能為在機(jī)旁手動(dòng)控制廢氣進(jìn)口閥、旁通閥，手動(dòng)控制尿素噴射量，包括手動(dòng)控制子模塊FC4。手動(dòng)控制子模塊FC4包括閥控制模塊和尿素噴射量控制模塊，手動(dòng)控制子模塊FC4處理來(lái)自觸摸屏的操作指令，并將閥開度指令發(fā)送給閥控制模塊，將尿素噴射量指令發(fā)送給尿素噴射量控制模塊。閥控制模塊控制廢氣進(jìn)口閥、旁通閥使其達(dá)到相應(yīng)的開度，尿素噴射量控制模塊控制計(jì)量泵噴射相應(yīng)的尿素量。

報(bào)警故障處理模塊FC10對(duì)標(biāo)度變換后高出上限或低于下限的模擬量進(jìn)行上下限報(bào)警。把超過(guò)報(bào)警限的數(shù)值設(shè)置為相應(yīng)的標(biāo)志位。報(bào)警處理程序采用聲光報(bào)警控制，有故障產(chǎn)生時(shí)，報(bào)警燈閃爍，蜂鳴器鳴響。當(dāng)報(bào)警響應(yīng)按鈕按下后，報(bào)警燈常亮，同時(shí)報(bào)警蜂鳴器關(guān)閉。故障消除后報(bào)警燈滅。

停機(jī)處理功能模塊FC11，當(dāng)標(biāo)度變換后的模擬量數(shù)值超出安全范圍后，停機(jī)處理功能模塊FC11會(huì)執(zhí)行停機(jī)指令，使相應(yīng)閥門達(dá)到安全位置，并停止尿素噴射。

3、循環(huán)中斷功能模塊OB35

循環(huán)中斷功能模塊OB35中存放實(shí)時(shí)性要求高且有一定執(zhí)行頻率要求的功能模塊，包括模擬量處理模塊FC1和上位計(jì)算機(jī)監(jiān)控畫面動(dòng)態(tài)化模塊。

模擬量處理模塊FC1包括標(biāo)度變換模塊FC105和標(biāo)度變換模塊FC106。通過(guò)數(shù)字濾波得到的有效采樣值，往往不能直接使用，必須把它轉(zhuǎn)換為原量綱的工程值后才能運(yùn)算、顯示、報(bào)警等。模擬量處理模塊FC1調(diào)用標(biāo)度變換模塊FC105及標(biāo)度變換模塊FC106進(jìn)行標(biāo)度變換，并將標(biāo)度變換后的數(shù)據(jù)存入標(biāo)度變換數(shù)據(jù)塊內(nèi)。

上位計(jì)算機(jī)監(jiān)控畫面動(dòng)態(tài)化模塊，SCR系統(tǒng)在不同的工作模式下，上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)化的系統(tǒng)狀態(tài)顯示是不同的，該上位計(jì)算機(jī)監(jiān)控畫面動(dòng)態(tài)化模塊實(shí)現(xiàn)不同模式下監(jiān)控畫面的動(dòng)態(tài)顯示。

所述SCR控制系統(tǒng)的各模塊間的信號(hào)輸出和傳遞關(guān)系如下：

初始化功能模塊OB100：開關(guān)指示燈狀態(tài)位，閥門位置模擬量初始值。

主循環(huán)功能模塊OB1：控制位置、工作模式狀態(tài)位，尿素噴射量，報(bào)警、停機(jī)信號(hào)。

集控室控制模塊：自動(dòng)/手動(dòng)控制狀態(tài)位、模式狀態(tài)位、尿素噴射量。

手動(dòng)控制模塊FC3：手動(dòng)控制狀態(tài)位、閥位置信號(hào)。

閥控制模塊：閥位置和反饋信號(hào)。

自動(dòng)控制模塊FC2：自動(dòng)控制狀態(tài)位、模式狀態(tài)位、尿素噴射量。

TierII模塊FC7：TierII工作模式狀態(tài)位、閥位置信號(hào)。

閥控制模塊：閥位置設(shè)定點(diǎn)和反饋信號(hào)。

準(zhǔn)備TierIII模塊FC8：準(zhǔn)備TierIII工作模式狀態(tài)位、閥位置信號(hào)。

閥控制模塊：閥位置設(shè)定點(diǎn)和反饋信號(hào)。

TierIII模塊FC9：TierIII工作模式狀態(tài)位、尿素噴射量。

尿素開環(huán)噴射量子模塊FC5：尿素噴射量。

尿素噴射量子模塊FC6：MAP。

機(jī)旁控制模塊：手動(dòng)控制狀態(tài)位、閥門設(shè)定點(diǎn)、尿素噴射量。

手動(dòng)控制子模塊FC4：閥門設(shè)定點(diǎn)、尿素噴射量。

閥控制模塊：閥位置設(shè)定點(diǎn)和反饋信號(hào)。

尿素噴射量控制模塊：尿素噴射量。

報(bào)警故障處理模塊FC10：報(bào)警信號(hào)。

停機(jī)處理模塊FC11：停機(jī)信號(hào)。

循環(huán)中斷功能模塊OB35：廢氣溫度，壓力等模擬量信號(hào)，上位計(jì)算機(jī)控制狀態(tài)位。

模擬量處理模塊FC1：廢氣溫度，壓力等模擬量信號(hào)。

標(biāo)度變換模塊FC105：傳感器采集的實(shí)際測(cè)量值。

標(biāo)度變換模塊FC106：給執(zhí)行器的設(shè)定值。

上位計(jì)算機(jī)監(jiān)控畫面動(dòng)態(tài)化模塊：上位計(jì)算機(jī)控制狀態(tài)位。

所述船用柴油機(jī)SCR控制系統(tǒng)需要與主機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行通信，采集主機(jī)負(fù)荷信號(hào)，同時(shí)與尿素計(jì)量噴射系統(tǒng)進(jìn)行通信，根據(jù)主機(jī)負(fù)荷的不同，自動(dòng)調(diào)整尿素噴射量，使主機(jī)尾氣中NOx含量滿足TIER III要求。

該系統(tǒng)控制位置可以在機(jī)旁和上位機(jī)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。在上位機(jī)控制界面中，當(dāng)選擇TIER II模式時(shí)，控制系統(tǒng)控制反應(yīng)器旁通閥打開，入口閥和出口閥關(guān)閉。當(dāng)選擇準(zhǔn)備TIER III時(shí)，入口閥和出口閥慢慢打開，待兩個(gè)閥都完全打開后，旁通閥慢慢關(guān)閉，此時(shí)給催化劑加熱，當(dāng)催化劑溫度達(dá)到要求后，如果選擇TIER III模式，尿素開始噴射。如果再次選擇TIER II模式，旁通閥慢慢打開，待完全打開后，入口閥和出口閥慢慢關(guān)閉。當(dāng)閥在手動(dòng)模式下，可以手動(dòng)輸入閥門開度，使閥門達(dá)到指定位置。同樣在機(jī)旁控制時(shí)，也可以完成上述控制功能。

在人機(jī)界面中可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)，如主機(jī)負(fù)荷、尿素噴射系統(tǒng)狀態(tài)、SCR系統(tǒng)當(dāng)前模式、閥門開度、NOX濃度、NOx轉(zhuǎn)換效率等?？梢詫?duì)硬件的各個(gè)通道狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

系統(tǒng)具有報(bào)警和安保功能。當(dāng)關(guān)鍵參數(shù)達(dá)到報(bào)警限值時(shí)，觸發(fā)報(bào)警，機(jī)旁有指示燈顯示，同時(shí)上位機(jī)出現(xiàn)報(bào)警信息。當(dāng)關(guān)鍵參數(shù)達(dá)到安保限值時(shí)，自動(dòng)切換到TIER II模式。

系統(tǒng)具有一定的故障診斷功能，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)可以簡(jiǎn)單分析出現(xiàn)故障的原因，并顯示分析結(jié)果。

采用本發(fā)明所述的船用柴油機(jī)SCR控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的尿素溶液噴射量的開環(huán)控制過(guò)程如下：

1)在手動(dòng)模式下，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷信號(hào)不斷地手動(dòng)調(diào)整尿素噴射量的值，直至SCR反應(yīng)器出口氮氧化物濃度達(dá)到要求，分別確定0％，25％，50％，75％，100％，110％負(fù)荷所需的尿素量。

2)將每個(gè)負(fù)荷點(diǎn)所需的尿素量輸入到PLC控制器事先編好的MAP中。

3)在TierIII模式下，PLC讀取發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷信號(hào)，根據(jù)負(fù)荷-尿素量MAP曲線，將尿素噴射量轉(zhuǎn)換為4-20mA信號(hào)輸出給尿素計(jì)量單元，控制尿素計(jì)量泵轉(zhuǎn)速使其輸出相應(yīng)的尿素量。

以上為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域一般技術(shù)人員而言，在不背離本發(fā)明原理和精神的前提下對(duì)其所作出的任何顯而易見的等同或等效改動(dòng)，都應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。