materiały dydaktyczne automatyka okrętowa semestr v wykłady

Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”

Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin

1

Materiały dydaktyczne

Automatyka okrętowa

Semestr V

Wykłady




2

Temat 1: Układy sterowania tłokowymi silnikami spalinowymi napędzającymi śruby

okrętowe o stałym skoku.

Zagadnienia: A. Struktura układów zdalnego sterowania (UZS) zespołem napędowym na statku;

stanowiska, wymagania towarzystw klasyfikacyjnych. B. Funkcje realizowane przez UZS. C. Funkcje układu bezpieczeństwa pracy silnika głównego. D. Elementy UZS umożliwiające realizację wymaganych funkcji. E. Schemat sterowania silnikami firmy MAN-B&W. F. Schemat sterowania silnikami firmy Sulzer, Wartsila. G. Inteligentne silniki napędu głównego.

Zagadnienie: 1.A Struktura układów zdalnego sterowania zespołem napędowym na statku; stanowiska, wymagania towarzystw klasyfikacyjnych

Zadaniem układu zdalnego sterowania (UZS) na statku jest realizacja algorytmu sterowania silnikiem głównym wg postawionego przez operatora (mechanika, nawigatora) rozkazu sterowania prowadzącego do uzyskania zmiany prędkości i kierunku ruchu statku.

Wymagania stawiane układom zdalnego sterowania: 1. W układach w których istnieje kilka punktów sterowania, jeden z nich musi umożliwiać

prowadzenie ruchu silnika na drodze mechanicznej. 2. Nadrzędnym stanowiskiem sterowania jest stanowisko umieszczone w siłowni;

najczęściej jest nim tzw. przysilnikowe stanowisko sterowania. 3. Zdalne sterowanie silnikiem, w danym momencie czasu, powinno być możliwe tylko

z jednego stanowiska (pozostałe muszą być zablokowane). 4. W przypadku zaniku zasilania uprzednio nastawiona prędkość obrotowa i kierunek

obrotów nie mogą ulec zmianie do momentu przejęcia sterowania przez stanowisko lokalne.

5. Liczba kolejnych, nieudanych rozruchów silnika powinna być ograniczona dla zapewnienia odpowiedniej rezerwy powietrza.

6. Po przekazaniu sterowania na mostek mechanik w dalszym ciągu musi mieć możliwość interwencji w przypadku stwierdzenia nieprawidłowości w pracy silnika. Zakres interwencji obejmuje ograniczenie prędkości obrotowej, awaryjne zatrzymanie silnika, przejęcie sterowania do siłowni.




3

Struktura układu zdalnego sterowania




4

Rys. 1 Schematy układu zdalnego sterowania SG firmy Norcontrol typu AC4 (źródło :

instrukcja firmowa)

RPM DETECTORSYSTEM

SERIALCOMMUNICATION

MAIN ENGINE

START AIRTRANSDUCER

ENGINECONTROL

ROOMUNIT

BRIDGEUNIT

PNEUMATICVALVE

CABINET

STARTAIR

TANK




5

Układ zdalnego sterowania składa się z czterech podstawowych bloków: 1. Blok telegrafu maszynowego 2. Blok paneli sygnalizacyjno-alarmowo-sterujących 3. Blok elementów wykonawczych na silniku 4. Blok bezpieczeństwa pracy silnika

Zależnie od rodzaju statku i stopnia zautomatyzowania układu zdalnego sterowania można wyróżnić następujące stanowiska sterowania: Przysilnikowe - awaryjne - stanowisko sterowania

Zlokalizowane po stronie wału rozrządu. Stanowisko przysilnikowe jest stanowiskiem nadrzędnym chociaż traktowane jest jako awaryjne. Umożliwia sterowanie silnikiem na drodze mechanicznej. Wyposażone jest w odbiornik telegrafu maszynowego i niezależne urządzenia (dźwignie, przełączniki, reduktor) do wykonania funkcji przesterowania silnika, jego rozruchu, sterowania prędkością obrotową oraz przekazywania sterowania do CMK. Sterowanie prędkością obrotową jest dwojakiego rodzaju: poprzez regulator prędkości obrotowej lub w przypadku awarii regulatora praca z odłączonym regulatorem – mechanik przy pomocy dźwigni bezpośrednio steruje listwą paliwową (ustala wydatek pomp paliwowych) a poprzez to zmienia prędkość obrotową silnika.

Stanowisko sterowania z CMK

Odsunięte stanowisko manewrowe umieszczone w Centrali Manewrowo-Kontrolnej (CMK) połączone jest z silnikiem sygnałami elektrycznymi, pneumatycznymi lub przy pomocy cięgieł. Zawiera wszystkie niezbędne urządzenia służące do oddzielnego sterowania rozruchem, prędkością obrotową, zmianą kierunku obrotów, awaryjnego zatrzymania i ruchu silnika oraz zestawem przyrządów kontrolno-pomiarowych i sygnalizacyjnych niezbędnych do prawidłowego manewrowania i obsługi silnika.

Punkt sterowania zlokalizowany w CMK, bez względu na to czy sterowanie odbywa się na drodze mechanicznej czy pneumatyczno-elektrycznej, posiada oddzielne elementy obsługi do każdej czynności: przesterowania, rozruchu nastawy prędkości obrotowej. Przebieg obciążania silnika nie jest tu zaprogramowany i zależy wyłącznie od obsługi.

Obecnie instalowane w CMK systemy zdalnego sterowania umożliwiają dwie opcje sterowania pracą silnika: zautomatyzowaną, podobnie jak z mostka – łącznie z programowym obciążaniem oraz tradycyjną zależną od obsługi.




6

Rys.2 Panel sterowania SG umieszczony w CMK (źródło: dokumentacja firmowa)

Stanowisko sterowania na mostku Stanowisko sterowania zdalnego na mostku przeznaczone jest do sterowania pracą silnika

głównego przy czym rozruch, przesterowanie i zadawanie prędkości obrotowej odbywa się w sposób automatyczny po ustawieniu dźwigni telegrafu maszynowego w pole ruchowe NAPRZÓD lub WSTECZ. Główną dźwignią sterującą pozostaje dźwignia telegrafu maszynowego. Wychylenie dźwigni inicjuje automatycznie sekwencję działań UZS mającą na celu uzyskanie zadanej nastawy. Pulpit mostkowy wyposażony jest w podstawowe przyrządy kontrolno-pomiarowe (wskaźniki prędkości obrotowej, kierunku obrotów, obciążenia silnika, ciśnienia powietrza rozruchowego) oraz zestaw lampek alarmowo-sygnalizacyjnych. W pulpicie mostkowym powinny być zamontowane elementy sterowania zapewniające: załączanie / wyłączanie sterowania programowego prędkością obrotową silnika, zdalnego zatrzymania silnika, zdalnego wyłączenia automatycznego układu bezpieczeństwa pracy silnika, przełączania stanowisk sterowania, kontroli lampek. Punkt sterowania na mostku musi umożliwiać automatyczny przebieg przesterowania, rozruchu silnika i zgodny z przyjętym programem sposób jego obciążania.




7

Rys.3 Telegraf maszynowy z panelem obsługowym(źródło: dokumentacja firmowa)




8

Rys.4 Panel sterowania SG umieszczony na mostku (źródło: dokumentacja firmowa)




9

Zagadnienie 1.B Funkcje realizowane przez UZS Zakładamy, że sterowanie silnikiem zostało przekazane na mostek, siłownia

przygotowana jest do ruchu – telegraf pomocniczy w położeniu POGOTOWIE. Nawigator wychyla dźwignię telegrafu w położenie CAŁA NAPRZÓD. Układ zdalnego sterowania będzie wykonywał następujące czynności: Przesterowanie i rozruch silnika. 1. Przesterowanie silnika w żądanym kierunku NAPRZÓD lub WSTECZ.

Przesterowanie sprowadza się do ustawienia - w swoich krańcowych położeniach - rozdzielacza powietrza rozruchowego oraz przestawiacza wału rozrządu (UZS ustawia krzywki sterujące).

2. Kontrola przesterowania silnika. Dopóki rozdzielacz powietrza i przestawiacz wału rozrządu nie będą w swoich

krańcowych położeniach, UZS nie poda powietrza rozruchowego.

3. Wolne obracanie Jeśli silnik był odstawiony na dłużej niż 0,5 godziny UZS wykonuje tzw. wolne

obracanie. Silnik w zwolnionym tempie, przy niewielkiej ilości powietrza rozruchowego, wykonuje dwa, trzy obroty. Ma to na celu przesmarowanie gładzi tulei cylindrowych i łożysk ślizgowych, tj. zminimalizować skutki tarcia suchego, półsuchego.

4. Rozruch zasadniczy. Do cylindrów silnika podany zostaje pełen wydatek powietrza rozruchowego. Silnik

zaczyna się obracać do uzyskania obrotów zapłonowych.

5. Ustawienie dawki rozruchowej paliwa. Wypracowany zostaje sygnał ograniczający dawkę paliwa do wartości odpowiadającej

fazie rozruchu (tzw. rozruchowa dawka paliwa). Najczęściej UZS umożliwia ustawienie dwóch poziomów dawki rozruchowej. Poziom pierwszy dla pierwszego rozruch silnika. Poziom drugi, zwiększony, dla kolejnych prób rozruchu silnika oraz podczas jazdy awaryjnej (np. wyłączony blok sterowania programowego lub załączona awaryjna praca silnika).

6. Kontrola czasu trwania pojedynczego rozruchu i obrotów zapłonowych. Warunkiem zapłonu wtryśniętej do cylindra dawki paliwa jest odpowiednia prędkość

obrotowa silnika – tzw. obroty zapłonowe. Dopóki silnik nie uzyska tej prędkości obrotowej (pod działaniem powietrza rozruchowego) nie nastąpi zapłon paliwa - silnik nie „zapali”. Może zdarzyć się, że w wyniku dużych oporów silnik nie może uzyskać zapłonowej prędkości obrotowej. Celem zabezpieczenia siłowni przed rozładowaniem butli powietrza rozruchowego, UZS kontroluje czas trwania podawania powietrza. Po przekroczeniu ustalonego czasu, UZS odcina podawanie powietrza rozruchowego do cylindrów i sygnalizuje NIEUDANY ROZRUCH.

7. Powtórzenie rozruchu w przypadku nieudanego poprzedniego. Jeśli nie udał się pierwszy rozruch silnika, UZS podejmuje próbę ponownego rozruchu.

8. Zablokowanie możliwości dalszych rozruchów po przekroczeniu ustalonej liczby rozruchów nieudanych.




10

Przepisy Towarzystw Klasyfikacyjnych wymagają od UZS wykonania nie więcej, jak trzech kolejnych rozruchów silnika. Prawdopodobieństwo uruchomienia silnika za czwartym lub piątym razem jest coraz mniejsze – maleje ciśnienie i ilość powietrza w butlach rozruchowych.

9. Wytworzenie sygnału nieudanego rozruchu. Po trzech nieudanych rozruchach UZS odcina powietrze rozruchowe od cylindrów

i sygnalizuje NIEUDANY ROZRUCH - w pulpitach na mostku i CMK. W tym momencie do akcji musi wkroczyć mechanik i stwierdzić co było przyczyną nieudanych rozruchów. Nawigator odblokowuje resetuje układ zdalnego sterowania – najczęściej przez ustawienie telegrafu w położenie STOP.

10. Przerwanie podawania powietrza po udanym rozruchu. Jeśli silnik „wystartował”, UZS odcina podawanie powietrza rozruchowego do cylindrów

silnika. Silnik pracuje jeszcze przez pewien czas na rozruchowej dawce paliwa. Następnie regulator prędkości obrotowej doprowadza obroty silnika do prędkości zadanej dźwignią telegrafu.

Poziom dawki rozruchowej jest wyższy od poziomu odpowiadającego np. położeniu telegrafu BARDZO WOLNO. Jeśli nawigator podczas rozruchu silnika ustawi telegraf w położenie BARDZO WOLNO, to po zakończeniu fazy rozruchu nastąpiłoby zmniejszenie podawanej do silnika dawki paliwa. Ponieważ silnik nie jest wygrzany mogłoby nastąpić zatrzymanie silnika. Z tego powodu UZS po zakończeniu fazy rozruchu przetrzymuje jeszcze silnik na dawce rozruchowej – ok. 6 sek. Obciążanie silnika (sterowanie programowe).

Po zakończeniu fazy rozruchu silnika UZS powinien doprowadzić prędkość obrotową silnika do wartości zadanej przez sterującego. W tej fazie UZS realizuje następujące czynności: 1. wytwarza sygnał analogowy proporcjonalny do położenia dźwigni sterującej.

Proporcjonalnie do wychylenia dźwigni sterującej prędkością obrotową silnika (jest nią najczęściej telegraf maszynowy) UZS wypracowuje sygnał pneumatyczny bądź elektryczny dla regulatora prędkości obrotowej. Każdemu położeniu dźwigni przyporządkowana jest określona prędkość obrotowa silnika (śruby napędowej), którą regulator stara się zrealizować przez dostarczenie do silnika odpowiednie dawki paliwa. Poziom dawki zależy od aktualnych warunków hydrometeorologicznych. 2. prowadzi czasową regulację szybkości wzrostu (bądź spadku) sygnału sterującego

obrotami silnika stosownie do ustalonego dla danego silnika programu przyrostu obrotów. W zależności od różnicy pomiędzy aktualnymi a zadanymi obrotami silnika, UZS będzie

doprowadzał prędkość obrotową do poziomu zadanego przez nawigatora. Układ zdalnego sterowania będzie robił to w sposób nie powodujący przeciążenie silnika. Niebezpieczne jest przekroczenie naprężeń termicznych i mechanicznych w silniku. Następuje tzw. programowe obciążanie silnika (rys. 49; cz. II). 3. pominięcie programu przyrostu obrotów po zadziałaniu odpowiedniego sygnału

zewnętrznego i szybkie przejście na obroty zadane.




11

Sytuacja nawigacyjna może wymagać jednak gwałtownego zwiększenia prędkość statku (prędkości obrotowej śrubysilnika). Nawigator ma możliwość odłączenia bloku programowego obciążenia (specjalnym przełącznikiem znajdującym się w pulpicie) i wymuszenia szybkiego uzyskania żądanej prędkości obrotowej nie bacząc na poziom naprężeń termicznych i mechanicznych w silniku.

Programy obciążania silnika: 1) Program pływania po otwartym morzu przewidujący powolne zwiększanie prędkości

obrotowej silnika do wartości nominalnej w taki sposób, że naprężenia cieplne i mechaniczne silnika w dowolnym momencie czasu pozostaną w dopuszczalnych przedziałach.

2) Awaryjny program manewrowania przewidujący szybkie zwiększanie liczby obrotów od minimalnych do nominalnych i przyspieszone przesterowanie silnika w najkrótszym okresie czasu bez względu na wielkość naprężeń termicznych i mechanicznych w silniku

Przełączanie stanowisk sterowania i ich sygnalizacja. 1. Wytworzenie sygnału żądania przełączenia sterowania na określone stanowisko.

Przykładowo: sterowanie silnikiem realizowane jest z CMK. Nawigator chce przejąć sterowanie na mostek. Światłem ciągłym palą się lampki CMK w pulpitach na mostku i w CMK. Nawigator wciska lampko-przycisk MOSTEK, który zapala się światłem pulsującym zarówno na mostku jak i w CMK; w CMK włącza się dodatkowo sygnał akustyczny.

2. Wytworzenie sygnału o przejęciu sterowania. Mechanik powinien teraz potwierdzić przekazanie sterowania – np. przestawiając

stosowną dźwigienkę lub przełącznik elektryczny. Dopóki tego nie wykona, nawigator nie otrzyma możliwości sterowania silnikiem. Sytuacja odwrotna jest możliwa w każdej chwili, tj. mechanik może w każdym momencie zabrać sterowanie do CMK lub na stanowisko przysilnikowe, bez pytania o zgodę nawigatora. Wymagają tego względy bezpiecznej pracy siłowni. Takie bezpośrednie zabieranie sterowania powinno mieć miejsce jedynie w sytuacjach awaryjnych.

Jeśli przekazywanie stanowiska sterowania odbywa się podczas ruchu silnika, należy wcześniej zgrać (przy pomocy dźwigni) nastawy prędkości obrotowej na obu stanowiskach. Wynika to z potrzeby ochrony silnika przed gwałtowną zmianą prędkości obrotowej (obciążenia silnika).

3. Wytworzenie sygnału o aktualnie czynnym stanowisku sterowania. Po przekazaniu sterowania na mostek w obu pulpitach gasną lampki CMK, a zapalają się

światłem ciągłym lampki MOSTEK. Wyłącza się sygnał akustyczny.

4. Blokowanie nieczynnych stanowisk sterowania. UZS blokuje nieczynne stanowiska sterowania. Nie może istnieć możliwość

jednoczesnego sterowania pracą silnika z kilku stanowisk. Wymagają tego przepisy towarzystw klasyfikacyjnych.




12

Blokowanie ciągłej pracy silnika w zakresie obrotów krytycznych. Każdy niemal silnik posiada w zakresie prędkości obrotowych (od minimalnych do

maksymalnych) jeden, czasami dwa, zakresy prędkości zabronionych (krytycznych) ze względu na zjawisko rezonansu drgań. Z pewnością zauważyliście, że podczas zwiększania / zmniejszania prędkości obrotowych np. wirówki, pralki, silnika samochodowego pojawiają się wzmożone drgania urządzenia przy pewnej prędkości obrotowej. Otóż istnieje zakres prędkości obrotowych w których częstotliwość siły wymuszającej drgania jest równa częstości drgań własnych urządzenia. Mamy do czynienia ze zjawiskiem rezonansu drgań. Amplituda drgań wzrasta niebezpiecznie do dużych wartości. W przypadku zespołu napędowego zamontowanego na statku mogłoby dojść do zerwania śrub mocujących silnik do fundamentu. Zjawisko rezonansu drgań wymusza więc (np. na konstruktorach układu zdalnego sterowania) zaprojektowanie takiej pracy UZS, aby fizycznie nie można było ustawić silnika w zakresie zabronionej prędkości obrotowej. Jeśli nawet dźwignia sterująca na mostku, zostanie ustawiona w zakresie obrotów krytycznych, UZS powinien przetrzymać silnik na poziomie dolnych obrotów krytycznych lub podnieść prędkość obrotową do poziomu górnej granicy krytycznej prędkości obrotowej. Sposób przechodzenia przez silnik zakresu obrotów zabronionych (krytycznych) pokazuje rys. 5.

zabroniona prędkość obr. W tej fazie pracy UZS realizuje zadanie:

1. Przetrzymanie silnika na dolnym poziomie obrotów krytycznych. Ma to miejsce, gdy wartość zadana prędkości obrotowej na mostku (z CMK przy

sterowaniu automatycznym) mieści się w zakresie zabronionej prędkości obrotowej. 2. Wytworzenie sygnału sterującego przejściem na górny poziom obrotów krytycznych.

Moment przejścia na górny poziom obrotów krytycznych następował zazwyczaj gdy wartość zadana prędkości obrotowej przekroczyła górny poziom obrotów krytycznych. Można spotkać układy zdalnego sterowania, które „przerzucają” pracę na górny poziom obrotów, gdy zadana wartość prędkości obrotowej przekroczy połowę zakresu obrotów zabronionych. „Przerzucanie” na górny / dolny poziom prędkości obrotowej następuje przez odpowiednie zwiększenie / zmniejszenie dawki paliwa podawanej przez regulator do cylindrów silnika. 3. Zadanie odwrotne do wymienionych wyżej przy redukowaniu obciążenia silnika.

Funkcje kontrolne. 1) Sygnalizacja stanów silnika i układu zdalnego sterowania, jak np.: włączenie obracarki, włączenie zaworu manewrowego,




13

włączenie turbodmuchaw, rozruch silnika, kierunek obrotów, obciążenie silnika. 2) Sygnalizacja alarmowa stanów awaryjnych: zadziałania układu bezpieczeństwa silnika, awaryjnego zatrzymania silnika przez automatyczny układ bezpieczeństwa, nakazu redukcji prędkości obrotowej silnika (redukcji obciążenia) lub redukcja prędkości

przez układ bezpieczeństwa, awaryjnego zatrzymania silnika przez obsługę (przyciskiem AWARYJNY STOP), odłączenia bloku programowego obciążania, wyłączenia układu bezpieczeństwa (przyciskiem AWARYJNA PRACA), samoczynnego zatrzymania silnika gdy prędkość obrotowa przekroczy wartość 110%

obrotów znamionowych (OVERSPEED), przeciążenia silnika, zaniku zasilania elektrycznego i pneumatycznego.

Układ zdanego sterowania umożliwia komunikację pomiędzy stanowiskami sterowania, sygnalizację komendę telegrafu pomocniczego (subtelegrafu), wykonania funkcji bezpieczeństwa (AWARYJNY STOP, AWARYJNY RUCH), formowanie sygnałów o stanach niesprawności silnika i układu zdalnego sterowania dla ogólnosiłownianego układu alarmowego.

Zagadnienie 1C. Funkcje układu bezpieczeństwa pracy silnika głównego

System bezpieczeństwa (zabezpieczeń silnika) jest niezależnym układem zasilanym z baterii akumulatorów 24V. Do jego zadań należy kontrolowanie pracy silnika głównego tzn.: automatyczne zatrzymanie przez odcięcie wtrysku paliwa w razie przekroczenia

wybranych parametrów pracy, awaryjne zatrzymanie silnika po użyciu przycisku AWARYJNY STOP, automatyczną redukcje obciążenia przez zmniejszenie skoku śruby nastawnej bądź

prędkości obrotowej w razie przekroczenia wybranych parametrów pracy, awaryjną pracę silnika po wciśnięciu przycisku AWARYJNA PRACA; np. w celu

uniknięcia kolizji. Układ bezpieczeństwa kontroluje najczęściej parametry:

1. przekroczenie prędkości obrotowej, 2. niskie ciśnienie oleju łożysk głównych i łożyska oporowego, 3. wysoką temperaturę łożyska oporowego, 4. niskie ciśnienie oleju wału rozrządu, 5. wysoką temperaturę powietrza doładowania, 6. wystąpienie mgły olejowej w przestrzeni podtłokowej,




14

7. wysoką temperaturę oleju (wody) chłodzącego tłoki, 8. niskie ciśnienie oleju (wody) chłodzącego tłoki, 9. wysoką temperaturę wody chłodzącej cylindry, 10. niskie ciśnienie wody chłodzącej cylindry, 11. małą różnicę ciśnień pomiędzy wlotem a wylotem wody chłodzącej cylindry, 12. wysoką temperaturę gazów wydechowych.

W skład układu zabezpieczeń wchodzą panele sygnalizacyjne w pulpitach na mostku i CMK, przyciski oraz lampki kontroli i uzbrajania (resetowania) układu, niezależne czujniki ciśnienia, temperatury, przepływu, prędkości obrotowej, różnicy ciśnień. W zależności od typu silnika, żądań armatora ilość kontrolowanych parametrów może być różna.

Ograniczenie prędkości obrotowej (obciążenia silnika) – SLOW DOWN W układach ze śrubą stałą ograniczenie obciążenia realizowane jest przez redukcję

prędkości obrotowej silnika, a w układach ze śrubą nastawną przez redukcję skoku śruby napędowej. Redukcję obciążenia powodują następujące parametry: niskie ciśnienie oleju łożysk głównych i łożyska oporowego, wysoka temperatura łożyska oporowego, wysoka temperatura powietrza doładowania, mgła olejowa w przestrzeni podtłokowej, wysoka temperatura oleju (wody) chłodzącego tłoki, niskie ciśnienie oleju (wody) chłodzącego tłoki, wysoka temperatura wody chłodzącej cylindry, niskie ciśnienie wody chłodzącej cylindry, wysoka temperatura gazów wydechowych, inne parametry zalecane przez producenta silnika lub armatora. W zależności od typu silnika, żądań armatora ilość kontrolowanych parametrów może być różna.

Układ bezpieczeństwa reaguje (na przekroczenie parametru) w następujący sposób: przykładowo wystąpiło niskie ciśnienie łożysk głównych lub oporowego. Jeśli ciśnienie oleju na dolocie do łożysk spadnie do np. 1.0 MPa następuje zadziałanie presostatu kontrolującego ciśnienie. Jeśli przed upływem określonego czasu (np.30 sek.) parametr wróci do normy nie nastąpi automatyczne ograniczenia obciążenia; jeśli nie wróci nastąpi redukcja obciążenia i zapalają się lampki informujące o redukcji przez układ bezpieczeństwa. Jeśli UZS nie jest rozbudowany o elementy redukujące obciążenie automatycznie, wówczas na pulpitach pojawi się sygnalizacja nakazująca redukcję obciążenia przez zmniejszenie prędkości obrotowej lub skoku śruby. Jeśli stan niskiego ciśnienia trwa jeszcze dłużej (np. kolejną minutę) blok bezpieczeństwa może zatrzymać silnik (wystąpi opcja SHUT DOWN). Blokadę można wyłączyć przez wciśnięcie przycisku AWARYJNA PRACA.

Uzbrojenie układu bezpieczeństwa; sposób uzbrajania (resetowania) układu bezpieczeństwa po automatycznym ograniczeniu obciążenia nie jest uzależniony od miejsca sterowania i jest możliwy gdy wszystkie parametry wrócą do normy. Przykładową tabelę działania układu bezpieczeństwa pokazuje rys. 52 (cz.II).

Zatrzymanie silnika głównego - SHUT DOWN




15

Zatrzymanie pracy silnika może nastąpić w sytuacjach: 1) Przekroczenia prędkości obrotowej (OVERSPEED); zatrzymanie silnika następuje po

przekroczeniu przez silnik prędkości obrotowej równej 110% obrotów nominalnych. Aby zapewnić niezawodną pracę układu zastosowano dwa niezależne kanały pomiaru prędkości obrotowej; w skład kanału pomiarowego wchodzą najczęściej czujnik indukcyjny (pick-up) oraz przekaźnik progowy z ustawionym progiem 110% prędkości nominalnej; zatrzymanie następuje przez odcięcie paliwa. Zadziałanie układu przekroczenia prędkości obrotowej jest sygnalizowane odpowiednimi lampkami sygnalizacyjnymi w pulpitach. Zatrzymanie silnika spowodowane przekroczeniem prędkości obrotowej nie może być odblokowane przyciskiem AWARYJNA PRACA.

2) Niskie ciśnienie oleju łożysk głównych i łożyska oporowego; jeżeli ciśnienie oleju smarnego spadnie poniżej progowej wartości (np.0.8 MPa) nastąpi zatrzymanie silnika ze zwłoką czasową (regulowaną) i zapalą się lampki sygnalizacyjne. Może wystąpić konieczność uzbrojenia (resetowania) układu; zatrzymanie silnika może być odblokowane przyciskiem AWARYJNA PRACA.

3) W podobny sposób reaguje układ po przekroczeniu wysokiej temperatury łożyska oporowego, niskiego ciśnienia oleju wału rozrządu i innych zalecanych przez producenta silnika bądź armatora parametrów. Zatrzymanie silnika spowodowane tymi parametrami może być odblokowane przyciskiem AWARYJNA PRACA.

4) Przywrócenie stanu gotowości (uzbrojenie; resetowanie) po zatrzymaniu silnika. Gdy parametr, który spowodował zatrzymanie silnika wróci do normy, gaśnie odpowiednia lampka sygnalizacyjna (nie dotyczy to sygnalizacji PRZEKROCZENIE OBROTÓW. Jeżeli zatrzymanie silnika trwało dłuższy czas (np.60 sek.) lub zostało spowodowane przekroczeniem prędkości obrotowej dalsza praca silnika będzie możliwa dopiero gdy wszystkie parametry wrócą do normy i zdjęciu podtrzymania elektrycznego. Dokonuje się tego przyciskiem opisanym ZATRZYMANIE SG-UZBROJENIE (w układach HCP); po uzbrojeniu gasną wszystkie lampki, które zapaliły się podczas zatrzymania silnika.

Funkcje bezpieczeństwa Układ zdalnego sterowania umożliwia realizację takich funkcji bezpieczeństwa, jak:

a) AWARYJNA PRACA (EMERGENCY RUN) Na wszystkich stanowiskach sterowania (mostku, CMK, przysilnikowym) znajdują się lampko-przyciski AWARYJNA PRACA (awaryjny ruch); zabezpieczone pokrywką przed przypadkowym ich włączeniem. Wciśnięcie przycisku powoduje podtrzymanie ruchu silnika po jego zatrzymaniu lub przywrócenie zadanego skoku śruby nastawnej po redukcji przez układ bezpieczeństwa. Podtrzymanie ruchu silnika nie nastąpi jeżeli zatrzymania zostało spowodowane przekroczeniem dopuszczalnej prędkości obrotowej (Overspeed). Na statkach z silnikami średnioobrotowymi nie ma możliwości podtrzymania pracy silnika gdy spadnie ciśnienie oleju smarnego.

Układ AWARYJNA PRACA może być układem samopodtrzymującym się i jego wyłączenie może nastąpić przez naciśnięcie przycisku UZBROJENIE AWARYJNEJ PRACY I STOPU lub przyciskiem AWARYJNY STOP. Inne stosowane rozwiązanie, wymaga ponownego wciśnięcia przycisku AWARYJNA PRACA.




16

Działanie układu bezpieczeństwa, jego rozwiązanie techniczne może być zróżnicowane. Zależy to od producenta układu bezpieczeństwa czy układu zdalnego sterowania, życzeń armatora czy producenta silnika napędu głównego. Będąc na statku należy dokładnie zapoznać się z pracą układu bezpieczeństwa silnika. Dotyczy to zarówno mechaników jak i nawigatorów.

UWAGA: przycisk AWARYJNA PRACA powinien być użyty tylko w przypadkach gdy wymaga tego bezpieczeństwo żeglugi. Nieodpowiedzialne użycie przycisku może doprowadzić do zniszczenia silnika.

b) AWARYJNY STOP (EMERGENCY STOP) Przycisk AWARYJNY STOP znajduje się na wszystkich stanowiskach sterowania i jest wszędzie aktywny. Służy do zatrzymania silnika w przypadku gdy zawiedzie układ sterowania (po ustawieniu dźwigni telegrafu na STOP silnik dalej pracuje), a sytuacja wymaga zatrzymania. Naciśnięcie przycisku spowoduje podanie napięcia na cewkę odpowiedniego przekaźnika i odcięcie paliwa na pompach wtryskowych. Układ AWARYJNY STOP może być układem samopodtrzymującym się i jego wyłączenie może nastąpić przez naciśnięcie: przycisku UZBROJENIE AWARYJNEJ PRACY I STOPU, przycisku AWARYJNA PRACA na dowolnym stanowisku manewrowym, bądź wyłączenie przez ponowne wyciśnięcie przycisku AWARYJNY STOP. Układy bezpieczeństwa posiadają możliwość prowadzenia ciągłej samokontroli lub

pozwalają, w każdej chwili przeprowadzać kontrolę własnego działania (za wyjątkiem sytuacji gdy występuje redukcja obciążenia, awaryjny ruch lub awaryjny stop). Kontrolę przeprowadza się najczęściej przez wciśnięcie odpowiedniego przycisku np. KONTROLA DZIAŁANIA lub TEST. Załączenie kontroli powoduje rozłączenie obwodów wykonawczych i sprawdzenie układu bezpieczeństwa.




17

Rys. 6. Struktura systemu bezpieczeństwa SSU 8810(źródło: dokumentacja firmowa)




18

Zagadnienie 1.D Elementy UZS umożliwiające realizację wymaganych funkcji




19




20




21




22

Zagadnienie 1.E Sterowanie silnikami firmy MAN-B&W

Zagadnienie 1.F Sterowanie silnikami firmy Sulzer, Wartsila Zagadnienie 1.G Inteligentne silniki napędu głównego

Kierunek rozwoju silników napędu głównego statków

Podstawowym celem rozwoju silników napędu głównego jest redukcja kosztów eksploatacji silnika oraz umożliwienie łatwego przystosowania silników do różnych warunków pracy. Można, wyróżnić trzy główne obszary realizacji powyższego: 1. Podwyższenie niezawodności silnika:

monitorowanie „on-line”, mające zapewnić rozkład obciążenia pomiędzy cylindrami aktywna ochrona „on-line” zabezpieczająca silnik przed przeciążeniem termicznym ostrzeżenia o błędach i pokazywanie środków zaradczych znaczące polepszenie pracy silnika w niskich stanach obciążenia.




23

2. Zwiększenie efektywności kontroli emisji spalin:

emisja sprowadzona do spełnienia lokalnych wymagań możliwości wprowadzania kolejnych udoskonaleń.

3. Redukcja zużycia paliwa i oleju cylindrowego:

zoptymalizowanie pracy silnika we wszystkich stanach obciążenia wydłużenie czasu eksploatacji silnika mechaniczno- elektroniczne smarowanie tulei cylindrów silnika z kontrolą dozowania dawki od

obciążenia. By uzyskać dużą niezawodność pracy silnika, konieczne jest posiadanie systemu, który będzie chronił silnik przed uszkodzeniami spowodowanymi jego przeciążeniem, niedostateczną konserwacją, złym ustawieniem pracy np. układu wtryskowego bądź zaworów wydechowych itp. System monitorujący musi umożliwiać prawidłową ocenę stanu ogólnego silnika dla zachowania prawidłowości jego pracy w ustalonych przedziałach wartości parametrów, aby przez to wydłużać czas eksploatacji silnika.

SILNIKI TYPU ME

NOWA GENERACJA SILNIKÓW OKRĘTOWYCH Wprowadzenie elektronicznego sterowania w wolnoobrotowych silnikach okrętowych bez wału rozrządu, jest krokiem milowym w technologii silników. Zasługuje na miejsce w historii silników tak jak pierwszy silnik Rudolfa Diesla w Augsburgu, łódź motorowa Selandia w 1912 roku, wprowadzenie turbosprężarki w dwusuwowych silnikach w 1954, czy pierwsze urządzenie do redukcji tlenków azotu w spalinach (SCR - selektywny katalizator tlenków azotu), które pojawiło się na statkach w 1989 roku.

Silniki „Diesla” sterowane wałem rozrządu są arcydziełem od początku istnienia maszyny tłokowej i zostały rozwinięte i ulepszone do granic możliwości. Jednakże mechaniczna krzywka o stałym kształcie stanowi ograniczenie w możliwościach czasowego sterowania momentem wtrysku i wartością dawki paliwa. Dlatego też postanowiono to zmienić i przejść na elektroniczne sterowanie celem:

1) zapewnienia właściwego wyboru momentu i czasu wtrysku paliwa oraz jego dawki, 2) doboru właściwego sterowania zaworem wydechowym, 3) dozowania oleju cylindrowego podawanego do tulei.

Techniczna realizacja wymienionych celów oparta o elektroniczne systemy sterowania daje możliwości:

1. optymalnej pracy silnika przy niskim obciążeniu, 2. zmniejszenia jednostkowego zużycia paliwa i oleju cylindrowego, 3. wpływania na emisję szkodliwych związków w spalinach (np. tlenków azotu NOx) 4. łatwej zmiany trybów pracy silnika, 5. diagnozowania pracy silnika.




24

Silniki firmy MAN B&W typu ME wyposażone są w zintegrowany układ elektronicznego sterowania:

1. zaworami powietrza rozruchowego 2. sekwencją rozruchu i przesterowania silnika, 3. pomocniczymi sprężarkami powietrza doładowującego, 4. profilowanie wtrysku paliwa, 5. siłownikami zaworów wydechowych, 6. dozowaniem oleju cylindrowego, 7. funkcją regulatorów prędkości obrotowej.

ELEMENTY SILNIKA TYPU ME-C Fizyczna różnica między silnikiem typu MC-C i jego odpowiednikiem typu ME-C jest taka, że usunięto liczne mechaniczne części i zastąpiono je elementami hydraulicznymi i mechatronicznymi z wbudowanymi funkcjami, tak jak przedstawiono na rys. Usunięte zostały:

Napęd łańcuchowy Rozdzielacz powietrza rozruchowego




25

Stojak koła łańcuchowego

Regulator prędkości obrotowej

Skrzynia łańcuchowa z ramą

Listwa paliwowa

Wał rozrządu z krzywkami

Mechaniczne lubrykatory

Rolkowe prowadnice do pomp paliwa i zaworów wydechu

Lokalne stanowisko sterowania

Wtryskowe pompy paliwowe

Wspomniane zespoły zastąpiono przez:

Układ zasilania hydraulicznego (HPS – Hydraulic Power Supply) Hydrauliczne bloki cylindrowe (HCU – Hydraulic Cylinder Units) System sterowania silnikiem (ECS – Engine Control System), sterujący następującymi

układami:




26

1. Elektronicznym profilowaniem wtrysku paliwa (EPIC – Electroncally Profiled Injection)

2. Napędem zaworu wydechowego 3. Modułami zwiększającymi ciśnienie paliwa 4. Rozruchu i przesterowania silnika 5. Funkcjami regulatora prędkości obrotowej 6. Zaworami powietrza rozruchowego 7. Pomocniczymi sprężarki powietrza doładowującego

System czujników położenia wału korbowego i pomiaru prędkości obrotowej Elektroniczny system dozowania oleju cylindrowego (Alpha Lubricator) Lokalny panel obsługi (LOP – Local Operating Panel) Rysunek powyżej pokazuje, w jaki sposób energia do wtrysku paliwa i obsługi zaworu

wydechowego – poprzednio dostarczana przez napęd łańcuchowy – teraz jest dostarczana z zasilacza hydraulicznego (HPS – Hydraulic Power Supply), usytuowanego z przodu silnika na wysokości ramy fundamentowej.

Główne komponenty jednostki HPS to: Filtr samoczyszczący się z 10 – mikronową siatką filtrującą Filtr nadmiarowy z 25 – mikronową siatką filtrującą Napędzane pompy:

wysokiego ciśnienia z ciśnieniem zasilania 175 bar., niskiego ciśnienia spełniające rolę popychacza zaworu wydechowego z

ciśnieniem zasilania 4 bar. Pompa odśrodkowa tłokowa napędzana od silnika wysyłająca olej o wysokim

ciśnieniu do Hydraulicznych bloków cylindrowych (HCU – Hydraulic Cylinder Units); wytworzone ciśnienie oleju do 250 bar.

Przed rozruchem silnika głównego, ciśnienie oleju w systemie mechaniczno-hydraulicznym (potrzebne do sterowania pracą siłowników) jest generowane przez pompy napędzane silnikiem elektrycznym. Po rozruchu pompa napędzana od silnika przejmie kontrolę zasilania.

Pompy mogą być napędzane przez przekładnie zębate lub łańcuchowe w zależności od wielkości silnika. Hydrauliczne pompy są mimośrodowymi pompami z regulowanym przepływem przez zintegrowany system sterowania. Są tam trzy pompy napędzane od silnika, ale faktycznie tylko dwie są potrzebne do obsługi. Jeśli chcemy cały system hydrauliczny oleju możemy zrobić jako oddzielny, niezależny system.




27

Rysunek przedstawia całą instalację hydrauliczną z hydraulicznym blokiem zasilania HPU. Jak widać olej do serwomechanizmów (servo oil) jest doprowadzany poprzez rury o podwójnej ściance do jednostki hydraulicznej cylindra (HCU), znajdującej się na każdym cylindrze. Bloki HCU montowane są na wspólnej platformie w górnej części silnika, jak przedstawiono na poniższym rysunku, a szczegółowo na następnym




28




29

Na powyższym rysunku pokazane są także ważne zawory sterowane elektronicznie do wtrysku paliwa (tzw. ELFI – elektronicznie ustawiany zawór sterujący wtryskiem paliwa; a proportional Electronic Fuel Injection control valve) i dwupołożeniowy zawór do napędu zaworu wydechowego (tzw. ELVA – on-off Electronic exhaust Valve Actuator). Jednostka hydrauliczna cylindra HCU zawiera blok dystrybucji oleju ze zbiornikami ciśnieniowymi (akumulatorami hydraulicznymi), siłownik napędu zaworu wydechowego z zaworkiem (rozdzielaczem) sterującym ELVA i moduł zwiększający ciśnienie paliwa z zaworkiem sterującym ELFI, podnoszącego ciśnienie paliwa z 10 bar do określonego potrzebami wtrysku ciśnienia 600 ÷ 1000 bar. W ten sposób unika się stałego wysokiego ciśnienia podgrzanego paliwa na górze silnika, bez utraty zalet wysokociśnieniowego wtrysku.

Innym systemem, który skorzystał na modyfikacjach jest system powietrza rozruchowego. Mechaniczny rozdzielacz powietrza rozruchowego przeszedł do historii.




30

System sterowania pracą silnika ME został zaprojektowany według zasady, że żaden błąd nie może spowodować zakłócenia w pracy silnika. Dlatego też wszystkie ważne bloki komputerowe znajdują się na stanowiskach w pełnej gotowości. Podstawowe bloki komputerowe w tym systemie:

1. EICU – Engine Interface Control Unit, 2. ECU – Engine Control Unit, 3. CCU – Cylinder Control Unit 4. ACU – Auxiliary Control Unit

wykonują te same zadania i mogą zastępować się wzajemnie. Ten system komputerowy często zwany wielozadaniowym układem sterującym (Multi-Purpose Controller) jest własnością MAN B&W Diesel.




31

CECHY SILNIKA TYPU ME-C Jak wspomniano we wstępie w silnikach sterowanych elektronicznie koncentruje się na zaletach odnoszących się do celu jaki ma zapewnić tj. „zapewnienia wysokiej jakości wtrysku paliwa, a także do dokładnego czasu otwarcia zaworu wydechowego w najbardziej pożądanym momencie”. Jeśli chodzi o pracę zaworu wydechowego, to znaczy zmiany „długości krzywki”, jak przedstawiono na rysunku 24, uzyskano poprzez zmianę momentu aktywowania zaworu ELVA. Może to zostać użyte do sterowania energią spalin przeznaczoną dla turbosprężarki, zarówno podczas stałych jak i przejściowych warunków obciążenia. Rys. 25 pokazuje, przykład zastosowania „różnej długości krzywka” dla silnika typu 7S50ME-C przy 100% doładowania i 75% obciążenia.




32




33

Dzięki licznym możliwościom (jakie daje zawór ELFI) zaworu sterującego ciśnieniem oleju serwomechanizmu (servo oil) dla modułu zwiększającego ciśnienie paliwa, nie tylko „długość krzywki”, ale także „nachylenie i kąt krzywkowy” i liczne działania na suw mogą być zróżnicowane w procesie wtrysku paliwa. Rys. 26 ilustruje różne charakterystyki zarejestrowane podczas testowania silnika ME. Charakterystyka z podwójnym wtryskiem powoduje znaczną redukcję emisji tlenków azotu, rys. 32.

Przebiegi wybranych parametrów dla silników typu ME-C i typu MC-C są przedstawione na rys. 30. Mniejsze zużycie paliwa jest osiągana przez podniesienia ciśnienia maksymalnego w całym zakresie dawkowania. Aby uniknąć zbyt dużej różnicy pomiędzy ciśnieniem maksymalnym, a ciśnieniem sprężania to ciśnienie jest także podniesione przez sterowanie w czasie.




34

Niższe SFOC powoduje zwiększoną emisję tlenków azotu. Z tego powodu w system sterowania pracą silnika typu ME jako standard, mają być wprowadzone dwa tryby pracy tj. tryb „niskiego zużycia paliwa” i tryb „niskiej emisji tlenków azotu”. Rys.31 pokazuje zależność pomiędzy SFOC, tlenkami azotu i ciśnieniami maksymalnymi i sprężania dla tych dwóch trybów.




35

Należy nadmienić, że silnik ME-C stosuje się do przepisów IMO dotyczących

emisji tlenków azotu także w trybie mniejszego zużycia paliwa. Tryb niskiej emisji tlenków azotu jest przewidziany dla obszarów gdzie obowiązują normy niższe niż w przepisach IMO dotyczące emisji tlenków azotu. Zmiana z jednego trybu na drugi jest kwestią sekund i odbywa się podczas pracy, jak pokazano na rys. 32.




36

PODSUMOWANIE Zalety silników typu ME-C są całkiem zrozumiałe: Niższy jednostkowe zużycie paliwa (SFOC) i lepsze parametry pracy silnika dzięki

różnorodności elektronicznego sterowania wtryskiem paliwa i pracą zaworów wydechowych przy każdym obciążeniu.

Odpowiednie ciśnienie wtrysku paliwa i odpowiednia wielkość dawki paliwa przy każdym obciążeniu

Ulepszona charakterystyka emisji z niższym poziomem emisji tlenków azotu i bezdymną pracą.

Łatwa zmiana obsługiwania trybów podczas pracy silnika. Prostota systemu mechanicznego ze sprawdzoną tradycyjną technologią wtrysku

paliwa znaną każdej załodze. System sterowania z możliwością precyzyjnego czasowania daje lepsze obciążenie

temperaturowe silnika w cylindrze i pomiędzy poszczególnymi cylindrami. System umożliwia odpowiednie monitorowanie i diagnostykę silnika w celu

wydłużenia czasu pomiędzy remontami.




37

Mniejsze prędkości obrotowe podczas manewrowania. Lepsze przyśpieszenie, osiągane podczas manewru awaryjnego hamowania silnikiem Zintegrowane smarowanie cylindrów (Alpha cylinder Lubricators) Możliwość rozwijania i wymiany oprogramowania podczas całej żywotności silnika.

2. STEROWANIE ELEKTONICZNE W SILNIKACH FIRMY SULZER

Zalety wynikające z zastosowania sterowania elektronicznego Wszystkie wyżej opisane zmiany zaowocowały osiągnięciem następujących korzyści: - uproszczenie konstrukcji mechanicznej, - ułatwienie obsługi, - wyeliminowanie jednego ze źródeł wibracji, - zmniejszenia emisji spalin (co łatwo da się zauważyć podczas obserwacji ilości spalin wydostających się z kominów jednostek z tradycyjnymi silnikami i jednostek wyposażonych w silniki sterowane elektroniczne), - wzrost elastyczności silników spalinowych, co dało się odczuć armatorom przez zmniejszenie zużycia paliwa (zwłaszcza przy niskich obciążeniach), zwiększenie zdolności manewrowych, a ostatecznie przełożyło się również na zwiększenie ich niezawodności.

Rys. 1 Porównanie konstrukcji silnika konwencjonalnego RTA z silnikiem RT-flex firmy Wartsila




38

3. HISTORIA POWSTANIA SILNIKA STEROWANEGO ELEKTRONICZNIE FIRMY SULZER - WARTSILA 3.1 Silnik typu RT-flex

W fazie projektowania nowego silnika przyjęto daleko idące uproszczenia konstrukcyjne rezygnując z wielu kosztownych operacji technologicznych przy produkcji poszczególnych elementów. Klient miał otrzymać konkurencyjny cenowo produkt, który jednocześnie cechuje: - wysoka niezawodność, - okres między przeglądami wydłużony do trzech lat, - niskie zużycie oleju obiegowego, - niskie straty oleju obiegowego, - niska emisja szkodliwych związków w spalinach, w szczególności tlenków azotu, - zdolność do pracy przy małych prędkościach obrotowych.

3.2 System common rail

Konstrukcję nowego silnika oparto na sprawdzonych rozwiązaniach stosowanych w konstrukcjach silników Sulzera. Zastosowano tradycyjne rozwiązania konstrukcyjne. Jednym z nowych rozwiązań konstrukcyjnych zastosowanych przez konstruktorów wymienić należy system „flex” czyli elektronicznie sterowany system wtrysku paliw typu „common rail” i napędu zaworów wylotowych.

Zastosowanie elektronicznego sterowania umożliwiło uproszczenie układu mechanicznego przez rezygnację z wału rozrządu i mechanicznego napędu pomp wtryskowych oraz mechanicznego napędu aktuatorów sterujących pracą zaworów wydechowych. Umożliwiło to uproszczenie mechanicznej regulacji i obsługi silnika.

Wymagane bezpieczeństwo pracy uzyskano poprzez przyjęcie zasady nadmiarowości – zdublowanie podstawowych elementów systemu: pompy i przewodów zasilających, układów elektronicznych itd. Uzyskano elastyczne sterowanie wtryskiem paliwa i pracą zaworów wydechowych oraz rozruchem silnika. Rozdzielono układ wytwarzania wysokiego ciśnienia paliwa od układu kontroli funkcji systemu. 4. CECHY UKŁADU STEROWANIA ELEKTRONICZNEGO RT-flex

wspólny kolektor paliwowy (szyna paliwowa) common rail zasilana paliwem pod

ciśnieniem 1000 bar przez dwa przewody z dwóch niezależnych sekcji pompy wysokiego ciśnienia,

wspólna szyna olejowa zasilana olejem pod ciśnieniem 200 bar przez dwa przewody z dwóch niezależnych sekcji pompy wysokiego ciśnienia,

wykorzystanie oleju pod ciśnieniem 200 bar jako czynnika roboczego do sterowania zaworów wykonawczych w układzie wtrysku paliwa oraz do sterowania pracą zaworów wydechowych,

precyzyjne sterowanie i kontrola dawki wtryskiwanego paliwa,




39

oddzielenie paliwa do zaworów sterujących – bardzo istotne przy stosowaniu paliwa ciężkiego,

zmienna wartość dawki wtryskiwanego paliwa z możliwością swobodnego kształtowania ciśnienia wtrysku,

stały poziom ciśnienia w szynie paliwowej i przewodach zasilających, brak dymienia przy wszystkich prędkościach eksploatacyjnych, stabilne obroty minimalne, zmniejszone zużycie paliwa przy niepełnych obciążeniach, zmniejszenie wymogów odnośnie kwalifikacji obsługi dzięki uproszczonej regulacji

silnika, redukcja kosztów eksploatacji dzięki precyzyjnej kontroli ilości podawanego paliwa i

wydłużeniu okresów między przeglądami, większa dyspozycyjność i niezawodność dzięki zastosowaniu nadmiarowości tj.

zdublowaniu pomp, przewodów zasilających, systemów elektronicznych, niska emisja tlenków azotu w całym zakresie obciążeń eksploatacyjnych spełniająca

wymogi MARPOL 1973/78 Aneks VI 4.1 Układ zasilania silnika paliwem

Niezależne sterowanie każdego z wtryskiwaczy pozwala swobodnie kształtować wtrysk paliwa i optymalnie dopasować go do warunków pracy silnika. Jest to szczególnie ważne przy obciążeniach częściowych i minimalnych obrotach silnika. Możliwy jest wtrysk wstępny przed wtryśnięciem zasadniczej dawki paliwa, podział wtrysku na trzy etapy oraz wtrysk sekwencyjny. Przebieg zmian ciśnienia w skoku iglicy wtryskiwacza przy różnych kombinacjach w kształtowaniu wtrysku paliwa pokazano na rys.3. Przy małych prędkościach obrotowych silnika, np. w czasie manewrów w basenie portowym możliwa jest praca pojedynczych wtryskiwaczy. W tym przypadku paliwo przy kolejnych suwach pracy wtryskiwane jest na zmianę kolejno przez każdy z trzech wtryskiwaczy danego cylindra (rys. 4). Umożliwia to optymalne rozpylenie niewielkiej dawki paliwa koniecznej do pracy przy niewielkim obciążeniu. Jest to bardzo istotne dla jego właściwego wykorzystania w procesie spalania przy niewielkiej ilości powietrza jaka jest dostarczana do cylindra przy niskim obciążeniu. Wydajność turbosprężarki optymalizowana jest zazwyczaj dla znamionowych warunków pracy i przy małych obciążeniach występuje niedobór powietrze, co powoduje konieczność stosowania dodatkowych dmuchaw doładowujących.




40

Rys. 3 Przebieg zmian ciśnienia w skoku iglicy wtryskiwacza przy różnych kombinacjach w kształtowaniu wtrysku paliwa W rezultacie silnik ze sterowaniem elektronicznym typu flex ma znacznie mniejsza skłonność do dymienia przy rozruchu i obciążeniach częściowych. Bardzo dobrze pokazuje to wykres. Porównano tutaj skłonność do dymienia silnika konwencjonalnego i silnika RTA58T-B wyposażonego w sterowanie elektroniczne typu flex.

Rys. 4 Niezależne sterowanie wtryskiwaczy przy obciążeniach częściowych i minimalnych obrotach silnika System flex zapewnia: - zoptymalizowanie procesu spalania przy niskich obciążeniach – praktycznie uzyskane stabilne prędkości obrotowe minimalne na poziomie 10 do 12 obr/min, gdy w silniku konwencjonalnym minimalne prędkości obrotowe wynosiły około 30 do 35 obr/min,




41

- usprawnienie procesu rozruchu silnika – początek otwarcia zaworu rozruchowego i czas podawania powietrza rozruchowego, niskie prędkości obrotowe zapłonowe, właściwe spalanie od początku pracy silnika. Te dwa czynniki są szczególnie ważne przy najbardziej ekstremalnym dla silnika „manewrze awaryjnym” – przy pełnej prędkości statku (silnik pracuje z mocą i przy obrotach odpowiadających znamionowemu punktowi pracy) należy w możliwie najkrótszym czasie zatrzymać statek. Realizowane to jest przez podanie powietrza hamującego, uruchomienie go w kierunku przeciwnym i rozpędzenie do znamionowych obrotów w kierunku na wstecz. Poprawne wykonanie tego manewru decyduje o bezpieczeństwie jednostki pływającej. Można więc powiedzieć, że system flex jest optymalnym rozwiązaniem konstrukcyjnym dla dwusuwowego silnika okrętowego dużej mocy zastosowanego do napędu bezpośredniego statku wyposażonego w śrubę stałą. Literatura: 1) Dokumentacja firm produkujących układy zdalnego sterowania SG 2) Szcześniak J.: Zdalne sterowanie silnikiem głównym na statkach ze śrubą stałą. Skrypt

wydany przez Fundację Rozwoju Wyższej Szkoły Morskiej w Szczecinie.

Temat 2: Układy sterowania tłokowymi silnikami spalinowymi napędzającymi śruby okrętowe o skoku zmiennym.

Zagadnienia:

A. Struktura obiektu sterowania. B. Zadania stawiane UZS zespołem napędowym ze śrubą nastawną. C. System Combinator. D. Rozwiązania techniczne UZS ze śrubą nastawną. E. Przekładnie nawrotne – budowa i sterowanie. F. Sprzęgła – budowa, sterowanie.

Zagadnienie 2A. Struktura obiektu sterowania Statek jest złożonym obiektem sterowania. Jednym z głównych elementów obiektu jest

zespół napędowy. Sterowanie pracą zespołu napędowego, głównie w stanach ustalonych, jest tematem niniejszego rozdziału.

Rozwój konstrukcji i wprowadzenie nowych technologii w budowie silnika, śruby napędowej i kadłuba powinno iść w parze z postępem w ich eksploatacji. Racjonalna eksploatacja układu napędowego w całym okresie jego żywotności, wywiera dominujący wpływ na koszty oraz na jakość wzajemnej współpracy poszczególnych elementów.




42

Oddziaływanie na procesy zachodzące w zespole napędowym powinno być takie aby sumaryczne koszty eksploatacyjne (koszty paliwa, remontów i związanych z tym przestojów) były jak najmniejsze. Sprowadza się to do doboru takich parametrów pracy zespołu, które zapewniają najwyższą sprawność napędową oraz wolną od przeciążeń, bezawaryjną pracę silnika i śruby w różnych warunkach pływania.

Zastosowanie śruby nastawnej wprowadza dodatkowy parametr regulacyjny. Możliwość zmiany skoku śruby rozszerza pole pracy silnika. Uwidacznia się to zwłaszcza przy obciążeniach częściowych. Śruba nastawna umożliwia wykorzystanie pełnej mocy silnika w zmiennych warunkach pływania. Daje to wymierne korzyści ekonomiczne w stosunku do układów ze śrubą stałą ale tylko wtedy, gdy układ ze śrubą nastawną jest właściwie eksploatowany. Niewłaściwa eksploatacja przyczynia się do strat, które powodują iż układ ze śrubą nastawną może mieć niższą sprawność od układu z śrubą stałą. Spadki sprawności napędowej mogą dochodzić do 25%. Straty z tytułu niewłaściwej eksploatacji statku ze śruba nastawną uwidaczniają się głównie w zwiększonym zużyciu paliwa.

Jednym z istotnych problemów z którymi spotyka się mechanik lub nawigator jest wybór punktu pracy zespołu napędowego statku, który zapewniał by bezpieczną pracę silnika przy możliwie najniższym zużyciu paliwa. Stanowi to istotny problem zwłaszcza na statkach wyposażonych w nastawną śrubę napędową. Mechanik na statku odpowiedzialny jest za bezpieczną eksploatację siłowni okrętowej. Musi więc poznać strukturę, własności obiektu którym steruje, budowę i działanie elementów z których składa się obiekt. Obiektem sterowania jest zespół złożony z:

silnika głównego z regulatorem prędkości obrotowej silnika, śruby nastawnej z serwomechanizmem zmiany skoku śruby, kadłuba statku. Schemat blokowy obiektu sterowania przedstawiono do rys. 1.1

Rys. 1.1. Schemat blokowy obiektu sterowania: nz – zadana prędkość obrotowa, n –

rzeczywista prędkość obrotowa, (Hz) – zadana wartość skoku śruby, H – rzeczywista wartość skoku śruby, h – dawka paliwa podawana do silnika, T – siła naporu śruby, R – opór kadłuba, M – moment obrotowy obciążający silnik, Q – moment obrotowy na stożku śruby, Md – moment obrotowy wynikający z załączenia dodatkowych odbiorników mocy oraz oporu




43

tarcia linii wałów, V – prędkość statku, Vp – prędkość postępowa śruby, A – blok uwzględniający oddziaływanie śruby na pracę kadłuba, B – blok uwzględniający oddziaływanie kadłuba na pracę śruby, z1, z2, z3 – zakłócenia wpływające na charakterystyki silnika, śruby i kadłuba

Najogólniej można stwierdzić, że w omawianym obiekcie energia chemiczna zawarta w paliwie zamieniana jest na pracę związaną z nadaniem kadłubowi statku określonej prędkości. Na przebieg tego procesu mają wpływ:

wartości sygnałów sterujących, ustalane przez operatora; są to sygnały wartości zadanej prędkości obrotowej silnika nz oraz skoku śruby Hz,

różnego rodzaju sygnały zakłócające z, które wpływają na zmiany charakterystyk elementów składowych obiektu.

Zagadnienie 2B. Zadania stawiane UZS zespołem napędowym ze śrubą nastawną

W systemie sterowania statkiem, układ sterowania zespołem napędowym jest układem lokalnym. Układ lokalny otrzymuje z układu nadrzędnego (człowiek, komputer) sygnał wartości zadanej X, natomiast z czujników sygnały o bieżącym stanie pracy zespołu napędowego Yi. Schematycznie przedstawia to rysunek 2.1. Wartością zadana jest najczęściej prędkość statku.

Obiekt sterowania stanowią: silnik napędu głównego z regulatorem prędkości obrotowej, śruba nastawna z serwomechanizmem zmiany skoku i regulatorem skoku oraz kadłuba statku. Układ sterujący stanowi jednostka główna z zapisanym w jej pamięci programem sterowania oraz zestaw urządzeń umożliwiając połączenie jednostki z różnego rodzaju czujnikami, dźwigniami sterującymi itp.. Układ sterujący w oparciu o uzyskane informacje z obiektu (Yi), wypracowuje takie nastawy dla silnika i śruby, aby z jednej strony, spełnić wymaganie jazdy z zadaną prędkością X, z drugiej zaś strony, aby zadana prędkość utrzymana była przy pracy zespołu napędowego z maksymalną sprawnością. Ze względu na dużą ilość czynników wpływających na zachodzące w obiekcie procesy oraz na ciągle zmieniające się warunki w których te procesy zachodzą, człowiek nie jest w stanie pełnić funkcji układu sterującego; tym bardziej, że główny punkt sterowania zlokalizowany jest na mostku. Do wyznaczania optymalnych nastaw wykorzystuje się technikę komputerową.




44

Rys.2.1. Schemat blokowy układu sterowania

Układ sterowania może realizować szereg innych funkcji które są istotne zwłaszcza w stanach nieustalonych pracy zespołu napędowego (manewry, warunki sztormowe). Można wyróżnić funkcje:

czasowe obciążanie silnika przy przejściach z jednego stanu pracy do drugiego, zabezpieczenie silnika przed przeciążeniem, praca w stanach awaryjnych, zabezpieczenie przed pracą w zakresie obrotów krytycznych, kontrola przebiegu rozruchu i zatrzymania silnika

Najbardziej rozpowszechnione są układy sterowania, w których operator nastawia zadany skok śruby i zadaną prędkość obrotową silnika, a regulatory nadążne ustawiają wartości odpowiednich parametrów zgodnie z sygnałem wartości zadanej.

Mechanizm zmiany skoku śruby zawiera zazwyczaj siłownik hydrauliczny, będący elementem serwomechanizmu wykonawczego sterowanego sygnałem pneumatycznym bądź elektrycznym. Rzadziej stosuje się, ze względu na wymaganie dużych mocy, serwomechanizmy elektryczne.

Silnikiem napędu głównego steruje się (poza nielicznymi wyjątkami) za pośrednictwem wielozakresowego regulatora prędkości obrotowej, zmieniając wartość zadaną prędkości obrotowej. Na statkach stosuje się najczęściej regulatory Woodward typ PGA, w których sygnałem wartości zadanej jest ciśnienie powietrza. Sygnały wartości zadanej formułuje się w zadajnikach, które przetwarzają położenie pokrętła lub dźwigni sterującej na propor-cjonalny sygnał pneumatyczny bądź coraz częściej elektryczny. Obecnie w coraz większym stopniu montowane są elektroniczne regulatory prędkości obrotowej Funkcję zadajnika, przy sterowaniu z mostka, spełnia najczęściej telegraf maszynowy.

Zagadnienie 2C. System Combinator Schemat układu napędowego pracującego w systemie COMBINATOR z regulatorem

obciążenia (Load controller) zabezpieczającym silnik przed przeciążeniem; rys. 2.6.1.




45

Rys. 2.6.1 Schemat blokowy układu sterowania zespołem napędowym ze śrubą

nastawną realizujący program H=f(n) tj. pracujący w systemie COMBINATOR z układem zabezpieczenia silnika przed przeciążeniem. Oznaczenia: (P/D)C - zadana wartość skoku śruby, nC – zadana wartość prędkości obrotowej silnika, (P/D) – rzeczywista wartość skoku śruby, n – rzeczywista wartość prędkości obrotowej silnika, FR – rzeczywiste przemieszczenie listwy paliwowej (rzeczywista dawka paliwa; obciążenie silnika), FRC – maksymalna wartość dawki paliwa (obciążenia silnika), eFR, eP/D, en – uchyby regulacji w regulatorach odpowiednio obciążenia silnika, skoku śruby, prędkości obrotowej. 1 – dźwignia sterująca na mostku (np. dźwignia telegrafu maszynowego), 2 – regulator obciążenia, 3 – regulator skoku śruby, 4 – regulator prędkości obrotowej, 5 – serwomechanizm zmiany skoku śruby nastawnej, 6 – silnik główny, 7 – blok funkcyjny.

Nawigator wychylając dźwignię sterującą 1 (dźwignię telegrafu) umieszczoną na mostku zadaje wartości skoku śruby i prędkości obrotowej silnika wynikające z programu COMBINATOR zainstalowanego na statku. Każdemu położeniu telegrafu przyporządkowane są wartości skoku śruby nastawnej i prędkości obrotowej silnika gwarantujące jazdę z zadaną prędkością statku przy najmniejszym zużyciu paliwa lub maksymalnej sprawności zespołu napędowego statku.

Sygnały zadanych wartości skoku śruby (P/D)C oraz prędkości obrotowej nC trafiają do odpowiednich regulatorów skoku śruby 3 i prędkości obrotowej 4. Wartości zadane porównywane są w regulatorach z wartościami rzeczywistymi i wypracowane zostają sygnały sterujące. Regulator skoku śruby 3 poprzez serwomechanizm zmiany skoku 5 ustawia płaty śruby nastawnej w żądanym położeniu, a regulator prędkości obrotowej 4 poprzez zmianę położenia listwy paliwowej FR (zmianę dawki paliwa podawanego do silnika) ustala zadaną wartość prędkości obrotowej silnika/śruby.

Zabezpieczenie silnika przed przeciążeniem




46

Sygnał rzeczywistej prędkości obrotowej n silnika podany zostaje również do bloku funkcyjnego 7. W bloku tym zapisana jest funkcja określająca maksymalną dawkę paliwa, którą można podać do silnika przy rozwijanej prędkości obrotowej; jest to tzw. charakterystyka obciążeniowa silnika.

Dawka paliwa podawana do silnika jest proporcjonalna do obciążenia silnika momentem obrotowym. Sygnał FRC wychodzący z bloku funkcyjnego 7 (określający dopuszczalne obciążenie silnika) porównywany jest w regulatorze obciążenia 2 z sygnałem rzeczywistej wartości dawki paliwa FR podawanej do silnika (określającej rzeczywiste obciążenie silnika). Jeśli uchyb regulacji tj. różnica pomiędzy wartością FRC oraz FR jest dodatnia ( eFR = FRC – FR > 0) to regulator obciążenia nie reaguje. Jeśli znak różnicy jest ujemny wówczas regulator obciążenia poprzez regulator skoku śruby zmniejsza jej skok, przez co zmniejsza obciążenia silnika głównego. W ten sposób zabezpiecza silnik przed przeciążeniem. Redukcja skoku śruby zmniejsza obciążenie silnika podobnie, jak redukcja biegu zmniejsza obciążenia silnika w jeździe samochodem np. pod górę.

Na rys. 2.6.2 pokazano zależność zmiany zadanych wartości prędkości obrotowej silnika i skoku śruby nastawnej od położenia dźwigni sterującej; dźwigni telegrafu.

Rys. 2.6.2 Funkcja zmian zadawanych wartości prędkości obrotowej i skoku śruby

nastawnej od położenia dźwigni sterującej w wersji COMBINATOR Obecnie stosowane układy mają zapisany program sterowania w pamięci mikroprocesora

(zobacz opis systemu Auto Chief 7).

Sterowanie wg programu M = f(n) tj. moment obrotowy w funkcji prędkości obrotowej nie znalazł praktycznego zastosowania. Wynikało to z kłopotów z bieżącym dokładnym pomiarem momentu obrotowego i ceną takiego czujnika.

Zagadnienie 2D. Rozwiązania techniczne UZS ze śrubą nastawną Temat omawiany będzie w oparciu o symulator pracy śruby nastawnej wykonany przez firmę Unitest oraz dokumentację firmową.




47

Zagadnienie 2E. Przekładnie nawrotne Temat omawiany będzie w oparciu o dokumentacje firmową. Zagadnienie 2F. Sprzęgła – budowa, sterowanie

Sprzęgło włączalne Pneumaflex jest kombinacją sprzęgła ciernego dwustożkowego i elastycznego wysokoobrotowego sprzęgła wałowego. Część włączalna składa się z dwu wewnętrznych oraz dwu zewnętrznych stożków ciernych, które są dociskane pneumatycznie cylindrem przełączającym. Część elastyczna składa się z gumowych części składowych sprzęgła wałowego Spiraflex, które są podłączone parami. Konstrukcja sprzęgła

Część zewnętrzna sprzęgła Pneumaflex składa się z pokryw stożkowych 3 i 4 oraz dzielonego pierścienia pośredniego 2.




48

2 – pierścień pośredni 16 – pierścienie pośrednie 3, 4 – pokrywy stożkowe 17 – cylinder przełączający 5 – piasta sprzęgła 18 – tłok 7, 8, 9, 10 – gumowe części składowe 19 – tarcza oporowa 11, 12 – stożkowe tarcze cierne 24 – przewód powietrzny 13 – okładziny cierne przymocowane do tarcz 26 – wyłącznik awaryjny 14 – pierścień oporowy 73 – wąż pneumatyczny 15 – pierścienie zderzakowe (zapobiegają przekręceniu sprzęgła)

Rys. 1. Wysokoelastyczne sprzęgło włączalne „Pneumaflex”




49

Do części wewnętrznych sprzęgła należą między innymi piasta sprzęgła 5, gumowe części składowe 7 do 10, pierścień oporowy 14 i pierścienie zderzakowe 15, lub pierścienie pośrednie 16 przy wykonaniu bez ograniczników przeciw przekręceniu.

Gumowe części składowe 7 do 10 są połączone z zewnątrz tarczami ciernymi stożkowymi 11 i 12 oraz tłokiem przełączającym 18, względnie z cylindrem przełączającym 17. Wewnątrz są gumowe części składowe 7 do 10 połączone wpustami z piastą sprzęgła 5. Przewód powietrza sprężonego 24 przechodzi przez piastę sprzęgła 5 i jest połączony z wężem 73 oraz cylindrem przełączającym 17/18.

Działanie sprzęgła Żeby włączyć sprzęgło Pneumaflex prowadzi się powietrze sprężone do cylindra

przełączającego 17/18 przez współwirujący przewód powietrza, przez przewód 24 oraz wężem 73. Jeżeli przestrzeń tłoka jest zapełniona, tłoczą cylinder 17 i tłok 18 tarcze cierne 11 oraz 12, na których przymocowane są okładziny cierne 13, w osiowym kierunku na powierzchnie cierne zewnętrznych pokryw stożkowych 3 oraz 4. Strona napędzająca sprzęgła jest teraz kinetycznie sprzężona ze stroną napędzaną.

Moment obrotowy jest wtedy przenoszony pokrywami stożkowymi 3 oraz 4, okładzinami ciernymi 13, tarczami ciernymi 11 i 12 oraz gumowymi częściami składowymi 7 do 10 na piastę sprzęgła 5. Gumowe części składowe 7 do 10, które są, osiowo wstępnie obciążone, są, wtedy poddane na skręcanie.

Dlatego, że okładziny cierne 15 przymocowane są na wewnętrznych stożkach ciernych 11 oraz 12, jest strumieniem cieplny izolowany okładzinami ciernymi w kierunku wewnętrznym a ciepło tarcia jest dobrze przekazywane do otoczenia atmosferycznego przez pokrywy zewnętrzne 3 i 4. Duże otwory wentylacyjne umieszczone na pokrywie zewnętrznej powodują przez wirowanie idealne polepszenie odprowadzania ciepła.

Celem wyłączenia sprzęgła prowadzi się odpowietrzenie cylindra przetaczającego 17/18. Wtedy wracają tarcze cierne 11 i 12 bez dodatkowych sprężyn, siłą cofającą wstępnie osiowo obciążonych gumowych części składowych 7 do 10 do pozycji początkowej.

Tarcze cierne 11 i 12 opierają się o pierścień oporowy 14 z jednej strony przez cylinder przełączający 17 oraz z drugiej strony przez na tłoku przełączającym 18 przymocowaną tarczę oporową 19. To ma tą zaletę, że również w stanie wyłączonym jest osiowe oraz radialne ustalenie wewnętrznych części sprzęgła w stosunku do piasty 5 zagwarantowane. To powoduje bezstykowy bieg.

U sprzęgieł z ograniczonym skręcaniem jest kąt skręcenia ograniczony przez dwa przeciwległe ograniczniki. Ograniczniki znajdują się zewnątrz na tarczach ciernych 11 i 12 oraz wewnątrz na pierścieniach zderzakowych 15.

W razie spadku ciśnienia powietrza sprzężonego może być sprzęgło Pneumaflex w czasie postoju włączone lub wyłączone wyłącznikiem awaryjnym 26. Pneumatyczne urządzenie sterownicze „70”

Wszystkie układy napędowe, wyposażone w urządzenia sterownicze „70", można uruchamiać na czas prób bez redukowania ciśnienia powietrza.

Urządzenie sterownicze „70” jest dla każdego przypadku nastawione na odpowiednie ciśnienie. Jedynie czas załączania musi być podczas próby nastawiony zaworem. 70.04 na




50

wartość najkorzystniejszą. Należy przy tym zważać, żeby czas poślizgu sprzęgła nie przekraczał 6 sekund (jeżeli przepisy nie przewidują innego czasu).

Przed pierwszym uruchomieniem należy sprawdzić, czy urządzenie sterownicze „70”

Opis działania Schematy sterowania pneumatycznego udostępnione będą na zajęciach 1. Zadanie urządzenia sterowniczego Urządzenie sterownicze - najważniejsza część każdego układu zdalnej obsługi - jest wykonane w taki sposób, żeby zapewniało ruchowo pewne załączanie i wyłączanie sprzęgła. Urządzenie nadaje się do sterowania wszelkimi pneumatycznie sterowalnymi sprzęgłami L + S. Załączanie sprzęgła następuje wskutek doprowadzenia do przyłącza ,,P” sprężonego powietrza o dużym ciśnieniu załączania, które po około 10 sekundach jest samoczynnie redukowane do niezbędnej wartości ciśnienia roboczego (jeżeli inny czas nie jest wymagany). Zależnie od typu sprzęgła lub aktualnych warunków ruchowych, ciśnienie załączania i ciśnienie robocze mogą mieć tę samą wartość. Jeżeli ciśnienie sprężonego powietrza opadnie poniżej określonej (minimalnej) wartości, to nastąpi samoczynne rozłączenie sprzęgła, wzgl. Sprzęgła nie będzie można załączyć. Każde urządzenie sterownicze przed wysłaniem (do zamawiającego) jest nastawione odpowiednio do typu sprzęgła i warunków eksploatacji. 2. Przyłącza

Przyłącze P - główne powietrze sprężone o ciśnieniu 9,5 - 10 barów. Przyłącze A - do sprzęgła. Przyłącze x - zasilanie powietrzem sterowniczym zewnętrznych przyrządów

sterowniczych. Przyłącze y - impulsy powietrza sterowniczego „sprzęgło rozłącz” o ciśnieniu 5 . . . 10

barów. Przyłącze z - impulsy powietrza sterowniczego „sprzęgło załącz” o ciśnieniu 5 . . . 10

barów. Zaciski 1/2 - przyłącze elektryczne prądu zaworu el.-magnetycznego (70.17). Zaciski ¾ - przyłącze elektryczne prądu zaworu el.-magnetycznego (70.16). Zaciski 5/6 - przyłącze lampy sygnalizacyjnej „sprzęgło załączone”. Zaciski 5/7 - przyłącze lampy sygnalizacyjnej „sprzęgło rozłączone”. Zaciski 8/9 - obwód elektryczny alarmu „Brak ciśnienia powietrza”. Zaciski 8/10 - obwód elektryczny alarmu „Brak ciśnienia powietrza!”.

3.Lista elementów sterujacych zawartych na schematach 70.01 – Kurek odcinający 70.02 – Filtr 70.03 – Separator kondensaty 70.04 – Zawór dławiacy 70.05 – Zawór przekaźnikowy 70.06, 70.7 – Manometry 70.(08 ÷ 12) - rozdzielacze




51

70.13 – Reduktor ciśnienia 70.14, 70.15 – rozdzielacze sterowane pneumatycznie 70.16, 70.17 – rozdzielacze sterowane elektromagnetycznie 70.18, 70.19 – Presostaty 70.20 – Dysza 70.21, 70.22 – Rozdzielacze

4. Opis działania Jeżeli w przyłączu ,,P” jest dostateczne ciśnienie powietrza zawór (70.01) jest

ustawiony na przelot, a na zaciskach 1/2 i 3/4 nie ma napięcia, to powietrze sterownicze przez zawory (70.08, 70.15, 70.16 i 70.17) dostaje się do wejścia „Z” zaworu (70.10) i przełącza go.

Manometr (70.06) wskazuje ciśnienie panujące w przyłączu „P”. Czujnik (70.18) włącza alarm w razie braku ciśnienia powietrza. Filtr (70.02) jest wyposażony w przemywalny układ filtrowy o przepuszczalności

5 . . . 10 µm. Woda kondensacyjna zawarta jeszcze w sprężonym powietrzu jest odprowadzana na

zewnątrz przez automatyczny oddzielacz kondensatu. (70.03). Załączanie sprzęgła następuje wskutek działania impulsu powietrza sterowniczego

w przyłączu „z”, wskutek czego przełącza się zawór (70.08) wiec powietrze sterownicze przez zawory (70.09, 70.10. i 70.11) dopływa do wejścia „4” zaworu przekaźnikowego (70.05) i przełącza go na przelot W ten sposób główne powietrze z przyłącza ,,P” dostaje się do przył. ,,A”.

Jednocześnie przez zawór złączny (70.12), który działa z opóźnieniem, powietrze dostaje się do przyłącza „x”, wskutek czego przełącza się także zawór (70.09): wejście „4” zaworu przekaźnikowego (70.05), a wiec przyłącze „A” otrzymuje zasilanie powietrzem o ciśnieniu roboczym, nastawionym na reduktorze (70.13).

Zaworem (70.04) reguluje się czas włączania sprzęgła. Czas poślizgu sprzęgła podczas załączania nie powinien przekraczać 6 sekund.

Manometr (70.07) wskazuje ciśnienie pow. panujące w przyłączu „A”, a wiec także w sprzęgle.

Dzięki czujnikowi ciśnienia (70.19) stan załączenia sprzęgła może być sygnalizowany lampami (zaciski 5/6, wzgl. 5/7).

Rozłączanie sprzęgła następuje przez doprowadzenie impulsu sterowniczego do przyłącza „y”, wskutek czego następuje odpowietrzenie całego obwodu sterowniczego przez zawór (70.08). Zawór przekaźnikowy (70.05) odpowietrza przyłącze „A” przez swoje wejście „3”.

Nadzorowanie ciśnienia powietrza spełnia zawór (70.15), który w stanie rozłączonego sprzęgła nadzoruje ciśnienie panujące przed zaworem przekaźnikowym (70.05).

Jeżeli ciśnienie powietrza spadnie poniżej wartości nastawionej zaworem (70.15), to zawór ten zamyka się i odpowietrza wejście „Z” zaworu (70.10): wejście „4” zaworu przekaźnikowego (70.10) zostaje odpowietrzone przez zawór (70.10), wskutek czego sprzęgło, jeżeli jest załączone, zostaje samoczynnie rozłączone, załączenie sprzęgła staje się niemożliwe, ponieważ powietrze sterownicze, dopływające przez zawór (70.08) zasila następnie wejście „y” zaworu (70.10) przez zawory (10.09) i (70.10). Samoczynne powtórne załączenie po




52

spadku ciśnienia powietrza jest wykluczone. Dopiero przez doprowadzenie impulsu powietrza sterowniczego do przyłącza „y”, wskutek czego przez zawór (70.08) zostaje odpowietrzony cały obwód sterowniczy, można sprzęgło powtórnie załączyć.

Do zaworów elektromagnetycznych (70.16 i 70.17) można przyłączać wszelkiego rodzaju blokady. Jeżeli któryś z tych elektromagnesów zostanie wzbudzony, to nastąpi odpowietrzenie wejścia „ z” zaworu (70.10), co odpowiada spadkowi ciśnienia sprężonego powietrza i powoduje następstwa jak opisane wyżej, w punkcie 5.3.

W sytuacjach awaryjnych można dokonać załączenia sprzęgła przez uruchomienie zaworu (70.14). Wskutek tego przełączy się zawór (70.11), i powietrze popłynie do wejścia „4” zaworu przekaźnikowego (70.05). Przy awaryjnej pracy sprzęgła przez zawór (70.14) należy pamiętać że: a) ciśnienie załączania nie jest redukowane do roboczego, b) ciśnienie powietrza nie jest nadzorowane, c) wzbudzanie zaworów elektromagnetycznych (70.16 lub 70.17) pozostaje bezskuteczne.

Temat 3: Okrętowe regulatory wielkości nieelektrycznych

Zagadnienia: A. Struktura układu regulacji, kalibracja przetworników pomiarowych, dobór nastaw

regulatorów. B. Symbole elementów sterowania na schematach okrętowych. C. Cyfrowe regulatory prędkości obrotowej. D. Regulatory w obiegach chłodzenia i smarowania SG. E. Regulatory lepkości paliwa.

Zagadnienie: 3.A Struktura układu regulacji, kalibracja przetworników pomiarowych, dobór nastaw regulatorów

1. Narysować schemat blokowy układu regulacji stałowartościowej.

2. Jaką funkcję w układzie regulacji pełni przetwornik pomiarowy (transmiter)? Przetwornik pomiarowy mierzy wielkość regulowaną i przetwarzają ją najczęściej na standardowy sygnał elektryczny 4 – 20 mA lub pneumatyczny 0,2 – 1 bar i podają go do regulatora.

3. Wymienić podstawowe człony przetwornika pomiarowego. Przetwornik pomiarowy składa się z czujnika i przetwornika pośredniego nazywanego często wzmacniaczem. Czujnik mierzy daną wielkość i przetwarza ją na sygnał pośredni (np. zmiany oporności tensometrów, rezystorów od temperatury, czujniki pojemnościowe) a przetwornik pośredni (wzmacniacz) przetwarza go na wyjściowy sygnał standardowy.




53

4. Na czym polega proces kalibracji przetwornika pomiarowego? Proces kalibracji przetwornika dotyczy takiego ustawienia aby przy minimalnej wartości wielkości regulowanej na wyjściu z przetwornika były 4 mA lub 0,2 bara, a przy maksymalnej wartości na wyjściu było 20 mA lub 1,0 bara.

5. Jak nazywają się elementy które wykorzystuje się do kalibracji przetworników pomiarowych? Najczęściej służą do tego pokrętła regulacyjne „zera” (do ustawienia 4 mA) i „zakresu” (do ustawienia 20 mA)

6. Jakie przetworniki nazywamy inteligentnymi i jak je kalibrujemy? Przetworniki inteligentne (typu smart) to przetworniki zawierające mikroprocesor. Taka struktura pozwala na polepszenie własności metrologicznych i użytkowych przetwornika. Można je kalibrować miejscowo wykorzystując odpowiednie przyciski, pokrętła, można kalibrować wykorzystują odpowiednie kalibratory bądź zdalnie z komputera PC jeśli przetworniki połączone są w sieci.

7. Do pomiaru jakich wielkości w siłowni wykorzystuje się przetworniki różnicy ciśnień i o czym należy pamiętać przy podłączaniu ich do pracy? Przetworniki różnicy ciśnień stosuje się min. do ciągłego pomiaru poziomu wody w kotle, lepkości paliwa (kapilara), pomiaru natężenie przepływu czynnika w rurociągu (jeśli do pomiaru wykorzystano kryzę lub zwężkę spiętrzającą). Przetworniki podłączone są do systemu poprzez blok trójzaworowy z zaworem „baypasującym” który zabezpiecza przetwornik przed uszkodzeniem podczas załączania do pracy.

8. Jaką funkcję w układzie regulacji pełni regulator? Regulator porównuje wartość zadaną z wartością rzeczywistą wielkości regulowanej i tak stara się oddziaływać na obiekt aby jak najszybciej sprowadzić wartość rzeczywistą do zadanej.

9. Co nazywamy uchybem regulacji? Uchybem regulacji w automatyce nazywa się różnicę pomiędzy wartością zadaną a rzeczywistą.

10. W oparciu o jaką informację człowiek sterujący jakimś procesem podejmuje decyzje o otwieraniu czy zamykaniu zaworu (elementu wykonawczego), a jak to robi regulator; porównać ich działania (działanie którego z nich i dlaczego jest lepsze)?

11. W jaki sposób podaje się do regulatora wartość zadaną? Wartość zadaną podaje się poprzez tzw. stacyjkę operacyjną, nastawczą. Rolę stacyjki mogą pełnić różne urządzenia np. telegraf maszynowy do zadawania prędkości obrotowej, klawiatura w systemie komputerowym, przyciski alfanumeryczne w regulatorach elektronicznych.

12. Co pełni w układzie regulacji rolę stacyjki nastawczej i do czego ona służy? np. prędkości obrotowej SG ? Jak pytaniu 11.




54

13. W jaki sposób informowany jest regulator o tym jak zmienia się wartość parametru regulowanego np. prędkości obrotowej SG bądź temperatury wody chłodzącej silnik? Informację o zmianach wartości parametru regulowanego podaje regulatorowi przetwornik pomiarowy. W przypadku prędkości obrotowej będą to masy bezwładnościowe (Woodward) lub przetwornik typu pick-up (regulator elektroniczny), a w przypadku temperatury przetwornik typu PT100.

14. Porównać działanie człowieka sterującego np. prędkością obrotową silnika z działaniem regulatora. Podać wady i zalety

15. Jakiego typu regulatory stosowane są w siłowni okrętowej? Najczęściej stosowane są regulatory typu PI oraz PID w wersjach (wykonaniach) elektronicznych, komputerowych lub pneumatycznych.

16. Co nazywamy nastawami regulatora i do czego one służą? Nastawy regulatora: współczynnik wzmocnienia (zakres proporcjonalności w regulatorach pneumatycznych), czas całkowania, czas różniczkowania. Nastawy służą do zmiany dynamiki pracy regulatora a poprzez to całego układu regulacji.

17. Podać definicje: Współczynnika wzmocnienia kp

Definiowany jest stosunkiem zmiany wartości sygnału wyjściowego z regulatora do zmiany wartości uchybu regulacji.

Czasu całkowania Ti Nazywany często czasem zdwojenia; jest to czas po którym sygnał wyjściowy z regulatora uzyska podwojoną wartość działania proporcjonalnego na wymuszenie skokowe.

Czasu różniczkowania Td Nazywany często czasem wyprzedzenia; jest to czas o jaki sygnał wyjściowy z regulatora PD wyprzedza działanie regulatora P na wymuszenie liniowo narastające.

18. Omówić w jaki sposób można dobrać nastawy regulatora na statku? Można wykorzystać metodę Zieglera-Nicholsa. Pozbywamy się akcji całkującej i różniczkującej w regulatorze (Ti bardzo duże, Td bardzo małe) i zwiększając wzmocnienie regulatora doprowadzamy do oscylacji niegasnących. Odczytujemy wartości krytycznego wzmocnienia i czasu oscylacji i z odpowiednich tabel wyznaczamy wartości nastaw regulatora.

19. Omówić jak należy postępować gdy układ regulacji działa nieprawidłowo? Sprawdzić czy przetwornik pomiarowy jest ustawiony zgodnie z dokumentacją, jeśli nie to przeprowadzić kalibrację. Zmienić/dobrać nastawy regulatora. W ostateczności przejść na sterowanie ręczne.

20. Jak wpływają poszczególne nastawy regulatora na przebiegi wielkości regulowanej?




55

W siłowni okrętowej zdecydowana większość obiektów regulacji ma charakter elementów inercyjnych. Zmiana współczynnika wzmocnienia Kp dość radykalnie zmienia intensywność działania regulatora. Im większe wzmocnienie tym agresywniejsze działanie regulatora. Zmiana czasu całkowania Ti wpływa podobnie tylko w sposób łagodniejszy tj. intensywność działania regulatora jest rozciągnięte w czasie. Im krótszy czas całkowania tym regulator działa bardziej zdecydowanie. Działanie różniczkujące Td jest potrzebne tam gdzie wielkość regulowana gwałtownie zmienia swoją wartość w krótkim czasie np. zmiany prędkości obrotowej SG podczas sztormowej pogody. Wówczas potrzebne jest działanie akcji różniczkującej której działanie zależy od szybkości zmiany wielkości regulowanej. Im mniejsza wartość Td tym działanie różniczkujące jest mniej intensywne. Przykładowo na statkach montowane są cyfrowe regulatory prędkości obrotowej SG firmy Norcontrol DGS 8810 które posiadają one opcję „Rough sea” zmieniającą tryb działania regulatora z PI na PID podczas sztormowej pogody.

21. W oparciu o jakie parametry można ocenić jakość procesu regulacji? Jakość procesu regulacji możemy ocenić w oparciu o wartości: czasu regulacji, uchybu statycznego (odchyłki statycznej), odchyłki maksymalnej oraz przeregulowania tj. skłonności układu do oscylacji.

22. Co oznacza pojęcie: rodzaj pracy regulatora? Rodzaj pracy regulatora umożliwia takie ustawienie działania regulatora aby wartość sygnału wyjściowego z regulatora rosła lub malała w zależności od potrzeby użytkownika przy tym samym znaku uchybu.

23. Co to jest pozycjoner (ustawnik pozycyjny) i gdzie się go stosuje? Pozycjonery montowane są na zaworach sterowanych pneumatycznie i zapewniają jednoznaczność pomiędzy wartością sygnału sterującego z regulatora a przemieszczeniem zaworu (siłownika) niezależnie np. od zmiany wartości sił tarcia w dławicy.

24. Jaki układ regulacji nazywamy stałowartościowym, a jaki nadążnym; podać przykłady? Układ regulacji stałowartościowej to układ w którym wartość zadana nie ulega ciągłym zmianom np. temperatura wody chłodzącej SG, lepkość paliwa, częstotliwość prądu (prędkość obrotową agregatu prądotwórczego). Układ regulacji nadążnej to układ gdzie wartość zadana jest ciągle zmieniana a regulator musi na bieżąco doprowadzać aby uchyb regulacji był równy zero np. zmiany zadawanej prędkości obrotowej podczas manewrowania SG, zmiany zadawanej wartości skoku śruby nastawnej.

Literatura: 1) Jerzy Kostro

2) B. Chorowski, M. Werszko Mechaniczne urządzenia automatyki WNT Warszawa wyd.IV




56

Zagadnienie 3.B Symbole elementów sterowania używanych na schematach okrętowych Symbole elementów kontrolno-pomiarowych (RTA):

Czujnik ciśnienia (lokalny)

Czujnik poziomu (lokalny)

Czujnik ciśnienia (zdalny)

Czujnik poziomu (zdalny)

Alarmowy wskaźnik niskiego ciśnienia

Alarmowy wskaźnik wysokiej różnicy ciśnienia

Alarmowy wskaźnik niskiego poziomu

Alarmowy wskaźnik wysokiego poziomu Zagadnienie 3.C Cyfrowe regulatory prędkości obrotowej

Wysokoprężne silniki spalinowe, pracujące w okrętowych układach napędu głównego oraz w układach pomocniczych, są wyposażone w regulatory prędkości obrotowej. Regulatory te muszą zapewnić stabilną pracę silnika oraz wymaganą jakość regulacji prędkości obrotowej we wszystkich stanach jego pracy. Poza funkcjami podstawowymi regulatory prędkości obrotowej mogą spełniać wiele funkcji dodatkowych, jak: ograniczenie dawki paliwa w zależności od zadanej wartości prędkości obrotowej, ustalanie rozruchowej dawki paliwa, ograniczenie dawki paliwa od wartości ciśnienia powietrza doładowania, uzależnienie pracy silnika od spełnienia określonych warunków, np. osiągnięcia właściwej wartości ciśnienia oleju smarowego, zapewnienie właściwego rozdziału obciążenia silników pracujących równolegle.




57

Współcześnie stosowanych jest kilka rodzajów regulatorów prędkości obrotowej, do których zaliczamy:

mechaniczne, hydrauliczne, pneumatyczne, elektroniczne, cyfrowe.

Z tych regulatorów jedynie dwa ostatnie - elektroniczne i cyfrowe - znajdują zastosowanie we w pełni zautomatyzowanych systemach siłowni okrętowych. W regulatorach tych wszelkie funkcje sterujące realizowane są przez wyspecjalizowane człony systemów automatyki. Głównymi wymaganiami stawianymi tym regulatorom w zakresie regulacji pracy silnika są:

łagodna regulacja prędkości w celu uniknięcia wahań prędkości spowodowanych różnicą ciśnień spalania w poszczególnych cylindrach,

szybkie oddziaływanie na wielkość dawki paliwa w przypadku zbyt dużej zmiany prędkości obrotowej,

możliwość pracy silnika na niskich prędkościach obrotowych przy małych prędkościach statku (np. manewry),

zabezpieczenie silnika przed pracą w zakresie krytycznych prędkości obrotowych w celu uniknięcia drgań rezonansowych,

zabezpieczenie silnika przed nadmiernym momentem obrotowym wału korbowego,

zabezpieczenie silnika przed pracą przy zbyt małej ilości powietrza doładowującego.

Do głównych zalet regulatorów elektronicznych i cyfrowych - oprócz ich wysokiej niezawodności uzyskanej przez dublowanie szeregu elementów systemu, wysokiej dokładności regulacji, możliwości testowania OFF-LINE, ON-LINE, samotestowania systemu i pamięci operacyjnej komputerów użytych do sterowania systemem regulatora - należy zaliczyć możliwość programowania szeregu funkcji regulatora, takich jak:

1. ustalenie regulowanej dawki paliwa, 2. ustawienie zabronionego zakresu prędkości obrotowej, 3. ograniczenie maksymalnej wartości prędkości obrotowej, 4. ustawianie rozruchowej dawki paliwa, 5. zmiana zakresu wzmocnienia uchybu, 6. ustalanie szybkości zmiany prędkości obrotowej, 7. ograniczenie dawki paliwa od wartości prędkości obrotowej, 8. ograniczenie dawki paliwa od wartości ciśnienia powietrza doładowującego, 9. możliwość wprowadzania różnych ograniczeń od sygnałów wewnętrznych i zewnętrznych.

Oprócz szeregu zalet regulatory te posiadają również wady, z których największą, uwypuklaną w literaturze, jest zmiana charakterystyk pracy komponentów elektronicznych, użytych w budowie regulatora, a wynikająca z warunków panujących w siłowni, mających




58

wpływ, jak np.: temperatury, wilgotności powietrza, drgań. Wprowadzane nowe materiały, technologie sprowadzają tę wadę do nie istotnych.

Przepisy instytucji klasyfikacyjnych zawierają wymagania eksploatacyjne dla układów regulacji prędkości obrotowej silników spalinowych pracujących w podsystemach elektroenergetycznych statków. Wymagania te określają bezpośrednie wskaźniki jakości regulacji prędkości obrotowej w stanach ustalonych i przejściowych. Układy regulacji prędkości obrotowej silników spalinowych napędu głównego statku muszą zapobiegać wzrostowi prędkości obrotowej o więcej niż 15% wartości znamionowej. W podsystemach napędu głównego ze sprzęgłem ciernym lub śrubą o nastawnym skoku regulator bezpieczeństwa musi zapobiegać wzrostowi prędkości obrotowej o więcej niż 20% wartości znamionowej.

W całym zakresie zmian prędkości obrotowej - od biegu jałowego nj, do wartości znamionowej nnz - układ regulacji musi zapewnić stabilną pracę silnika. Ostrzejsze wymagania stawiane są układom regulacji prędkości obrotowej silników spalinowych zespołów prądotwórczych. W stanach ustalonych prędkość obrotowa silnika nie może zmieniać się więcej niż 5% wartości znamionowej. Ponadto wahania ustalonej prędkości obrotowej, w zakresie obciążenia od 25% do 100% znamionowego, nie powinny przekraczać 1% wartości znamionowej prędkości obrotowej.

Opis budowy, działania i obsługi regulatorów cyfrowych dwóch firm STL i Norcontrol przedstawiono w skrypcie:

J. Szcześniak.: Cyfrowe regulatory prędkości obrotowej silników okrętowych. Skrypt wydany przez Fundację Rozwoju Wyższej Szkoły Morskiej w Szczecinie.

Zagadnienie 3.D Regulatory w obiegach chłodzenia i smarowania SG 1. Regulator E5CN firmy OMRON

Kompaktowy regulator temperatury E5CN [10] jest cyfrowym urządzeniem

umożliwiającym użytkownikowi wykonywanie takich czynności jak: - wybór spośród wielu różnych typów czujników temperatury, czujników

pracujących w podczerwieni oraz wejścia analogowego; - wybór (oprócz regulacji standardowej) regulacji w trybie grzania i chłodzenia; - wybór funkcji dostrajania funkcji AT (dostrajania automatycznego) i funkcji ST

(dostrajania ciągłego); - użycie funkcji wielu wartości zadanych multi-SP i funkcji sterowania w trybie

RUN/STOP, w zależności od stanu wejścia zdarzeń; - kalibrację wejścia czujnikowego.

Poszczególne elementy przedstawionego na rysunku 4.1 panelu czołowego regulatora

spełniają następujące funkcje:




59

wyświetlacz nr 1 – wyświetla wartość procesową lub typ parametru; wyświetlacz nr 2 – wyświetla wartość zadaną, regulowaną zmienną lub ustawioną

wartość (w konfiguracji) parametru; wskaźnik stanu pracy – wyświetla aktualny tryby pracy regulatora (Auto lub Manual); klawisz poziomu (Level) – klawisz ten należy nacisnąć, aby wybrać poziom

konfiguracji; klawisz trybu (Mode) – klawisz ten należy nacisnąć, aby wybrać parametry dostępne

na danym poziomie; klawisz zwiększania – każde naciśnięcie tego klawisza zwiększa wartość prezentowaną

na wyświetlaczu numer 2; klawisz zmniejszania – każde naciśnięcie tego klawisza zmniejsza wartość

prezentowaną na wyświetlaczu numer 2; klawisz poziomu naciśnięty razem z klawiszem trybu – ta kombinacja klawiszy

uruchamia w regulatorze poziom zabezpieczeń.

Rys.4.1. Panel czołowy regulatora E5CN [10]

Parametry regulatora podzielone są na grupy, zwane „poziomami”. Każda z wartości (pozycji konfiguracji) ustawianych na tych poziomach jest nazywana parametrem. Parametry w regulatorze E5CN są podzielone na następujących siedem poziomów:




60

1) Poziom zabezpieczeń – poziom ten służy do zapobiegania niepożądanej lub przypadkowej zmianie parametrów (poziomy zabezpieczone nie są wyświetlane, co uniemożliwia zmianę parametrów na tych poziomach). Parametry w nim dostępne to:

- zabezpieczenie trybu pracy/konfiguracji;

- zabezpieczenie konfiguracji początkowej/ustawień komunikacyjnych; - zabezpieczenie przed zmianą konfiguracji.

2) Poziom operacyjny – jest to poziom wyświetlany zaraz po włączeniu zasilania. Zazwyczaj

poziom ten wybierany jest podczas normalnej pracy regulatora. W czasie pracy regulatora można na nim monitorować i modyfikować wartość procesową, wartość zadaną, wybraną zmienną, wartość alarmową oraz górną i dolną graniczną wartość alarmową. Dostępne parametry:

- funkcja „Multi-SP” pozwalająca ustawić na poziomie konfiguracji cztery wartości zadane (od 0 do 3), które można przełączać przy użyciu klawiszy znajdujących się na panelu czołowym regulatora;

- wartość alarmowa numer 1 i 2 (parametr ten ustawia wartość wejściową „x” na liście typów alarmów);

- górna i dolna granica wartości alarmowej 1;

- górna i dolna granica wartości alarmowej 2.

3) Poziom konfiguracji – poziom ten służy do wprowadzania wartości zadanych i wartości

opóźnień procesu regulacji. Na tym poziomie znajdują się parametry służące do ustawiania funkcji automatycznego dostrajania (AT), ustawiania histerez, ustawiania wielu wartości zadanych (multi-SP), wartości dla alarmu HBA (alarmu przepalenia elementu grzejnego) oraz stałych regulatora PID. Dostępne parametry:

- wykonaj/anuluj wykonanie funkcji AT (dostrajania automatycznego); - wartość zadana SP0, SP1, SP2, SP3 (gdy używana jest funkcja wielu wartości

zadanych multi-SP); - współczynnik wzmocnienia, czas całkowania, czas różniczkowania;

- histereza (OUT1) i (OUT2) (parametr ten określa histerezę zapewniającą stabilną pracę podczas regulacji ZAŁ./WYŁ.).

4) Poziom konfiguracji początkowej – na tym poziomie można określić typ wejścia, wybrać metodę regulacji, tryb pracy oraz typ alarmu. Dostępne parametry:




61

- typ sygnału wejściowego (parametr określający typ czujnika za pomocą odpowiedniego kodu);

- wybór °C/°F; - górną i dolną granicę wartości zadanej;

- PID / dwustawna (wybór typu regulacji); - dostrajanie ciągłe ST (realizacja tuningu od początku wykonywania programu w

celu obliczania współczynników PID odpowiadających funkcji celu); - praca w trybie bezpośrednim/odwrotnym (Termin praca w trybie bezpośrednim

oznacza proces regulacji, w którym wartość regulowanej zmiennej jest zwiększana wraz ze wzrostem wartości procesowej. Termin praca w trybie odwrotnym oznacza natomiast proces regulacji, w którym wartość sygnału wyjściowego z regulatora jest zmniejszana wraz ze wzrostem wartości procesowej).

5) Poziom konfiguracji funkcji zaawansowanych – poziom ten umożliwia ustawienie czasu automatycznego przywracania trybu wyświetlania PV/SP (wartości procesowa/wartość zadana), wartości granicznych MV (regulowanej zmiennej), przypisanie wejścia zdarzeń, histerezy dla wyjścia alarmowego, funkcji ST (dostrajania ciągłego), a także umożliwia przejście do poziomu kalibracji. Dostępne są parametry:

- liczba użytych wartości zadanych multi-SP;

- zakres stabilności funkcji ST (parametr określający wartości służące do określenia warunków uruchomienia funkcji ST);

- cyfrowy filtr wejściowy (stała czasowa filtra).

6) Poziom ustawień komunikacyjnych – poziom ten jest dostępny jeżeli w regulatorze zainstalowano kartę komunikacyjną. Na tym poziomie można ustawić warunki realizacji procesu komunikacji. Komunikacja z komputerem osobistym (komputerem nadzorczym) umożliwia odczyt i zapis wartości zadanych oraz monitorowanie regulowanych zmiennych. Dostępne parametry:

- numer jednostki komunikacyjnej; - szybkość transmisji;

- długość danych przesyłanych w procesie komunikacji; - parametry komunikacji (bit stopu, parzystość).

7) Poziom kalibracji – na poziomie tym przeprowadza się kalibrację czujników współpracujących z regulatorem oraz wejść regulatora.




62

Na rysunku 4.3 przedstawiono sposób poruszania się po poziomach regulatora.

Rys.4.2. Poziomy konfiguracji regulatora E5CN [10]

Regulator E5CN obsługuje dwie metody regulacji, dwustawną regulację PID i

regulację dwupołożeniową. Do wybierania metody regulacji służy parametr „PID ON/OFF” na „poziomie konfiguracji początkowej”. Do konfigurowania regulacji PID służy funkcja dostrajania automatycznego AT (Auto tuning) oraz dostrajania ciągłego ST (Self tuning). Podczas realizacji funkcji AT optymalne wartości współczynników PID dla wartości zadanej zostają ustawione poprzez wymuszenie zmiany wielkości regulowanej. Funkcja ST realizuje strojenie od początku wykonywania programu w celu obliczania współczynników PID odpowiadających funkcji celu. Parametry regulatora PID można również skonfigurować ręcznie. Aby realizować regulację PID, należy ustawić współczynniki regulatora PID przy użyciu parametrów „współczynnik wzmocnienia (P)”, „czas całkowania (I)” oraz „czas różniczkowania (D)”.

W regulacji dwupołożeniowej. wyjście sterujące zostaje wyłączone, gdy bieżąca wartość regulowanej temperatury osiągnie ustawioną wartość zadaną. Gdy regulowana zmienna zostaje wyłączona, temperatura zaczyna spadać, a regulator ponownie zostaje włączony. Operacja ta jest powtarzana w określonym punkcie. W tej chwili wielkość, o jaką musi spaść temperatura zanim ponownie uruchomiony zostanie regulator jest określona




63

przez parametr „histereza (OUT1)”. Wielkość, o którą musi zostać zmieniona regulowana zmienna w odpowiedzi na wzrost lub spadek wartości procesowej, jest ponadto określona przez parametr „praca w trybie bezpośrednim/odwrotnym”.

Ustawianie wartości zadanych Po włączeniu regulatora E5CN wyświetlany jest „poziom operacyjny”. Górny wyświetlacz

(wyświetlacz numer 1) przedstawia wartość procesową, a dolny wyświetlacz (wyświetlacz numer 2) przedstawia wartość zadaną.

Aby zmienić wartość zadaną (poziom operacyjny) naciśnij klawisz lub i ustaw żądaną wartość zadaną. Nowa wartość zadana jest zatwierdzana po dwóch sekundach od jej określenia.

Ręczna konfiguracja współczynników PID

1. Aby przejść z „poziomu operacyjnego” do „poziomu konfiguracji”, naciśnij . 2. klawisz 3. Aby wybrać parametr „współczynnik wzmocnienia”, naciśnij klawisz . 4. Aby ustawić odpowiednią wartość parametru, naciśnij klawisz lub . 5. Aby wybrać parametr „czas całkowania”, naciśnij klawisz . 6. Aby ustawić odpowiednią wartość parametru, naciśnij klawisz lub . 7. Wybierz parametr „czas różniczkowania”, naciskając klawisz . 8. Aby ustawić odpowiednią wartość parametru, naciśnij klawisz lub .




64

9. Aby powrócić do „poziomu operacyjnego”, naciśnij klawisz .

Konstrukcja regulatora E5CN pozwala na jego bardzo prostą obsługę sprowadzającą się w głównej mierze do poruszania się użytkownika po dostępnych poziomach oraz właściwej konfiguracji parametrów. Firmowa dokumentacja techniczna regulatora E5CN firmy Omron

2. Wielofunkcyjny regulator 362MC firmy Pleiger Electronics Regulator 362MC niemieckiej firmy Pleiger Electronics jest jednym z wielu mikroprocesorowych, wielofunkcyjnych regulatorów stosowanych w ostatnich latach na statkach handlowych. W tym rozdziale przybliżona została tematyka związana z jego budową, strukturą oraz obsługą.

2.1. Budowa regulatora

Wśród szerokiej gamy regulatorów oferowanych obecnie na rynku przez firmę „Pleiger Electronics” znajduje się wielofunkcyjny regulator [7, 13] Pleiger 362MC. Jest to urządzenie realizujące dużą ilość różnych funkcji regulatora w pojedynczej zwartej obudowie. Mikroprocesor znacznej mocy, duża pamięć parametrów oraz dwuliniowy wyświetlacz alfanumeryczny zapewniają szybkie działanie regulatora oraz jego łatwe ustawianie do pracy.

Rys.2.1. Regulator „Pleiger 362MC” [7]




65

Jednostka 362MC, w pojedynczym bloku, zawiera następujące funkcje regulatora: regulator dwupołożeniowy, regulator trójpołożeniowy z oddzielnymi zestawami parametrów dla obu wyjść, trójpołożeniowy regulator krokowy, z opcjonalnym sprzężeniem zwrotnym od wyjścia

regulatora, regulator działania ciągłego, kaskadowy regulator krokowy.

Konstrukcja regulatora 362 MC umożliwia obsługiwanie dwóch niezależnych

pętli sterowania przez pojedynczą jednostkę sterowania przy zapewnieniu odpowiedniości regulatora dla rozważanego zastosowania.

Urządzenie to posiada również dużą ilość specjalnych właściwości takich jak: wyświetlacz wartości rzeczywistych oraz ręcznie ustawianego sygnału wyjściowego z

regulatora, w celu zapewnienia jak największego bezpieczeństwa działania (pracy) regulatorów (przełączających), nawet w wypadku awarii procesora;

dużą, stałą pamięć parametrów zapamiętującą do 50 różnych ustawień regulatora dla często używanych zastosowań;

dwuliniowy alfanumeryczny wyświetlacz LCD do danych procesowych i łatwo zrozumiałego podpowiadania operatorowi jego dalszego postępowania;

łącze szeregowe dostępne z przodu regulatora, które można połączyć z terminalem lub komputerem osobistym z serwisowym oprogramowaniem 362McDiag obsługującym jednostkę.

Jednostka 362 MC oprócz wyświetlacza wartości rzeczywistej dla pierwszego regulatora o pojemności 21/2 cyfry (2½ -digit LED) wyposażona jest dodatkowo w dwuliniowy wyświetlacz LCD wartości parametrów procesu, który podczas zwykłej pracy regulatora używany jest do wyświetlania różnych zmiennych procesu. 2.2. Opis struktury regulatora

W regulatorze 362 MC dostępne są grupy parametryzowalnych struktur przyporządkowane siedmiu typom regulatora. Rodzaj regulatora „CtrlTyp” może być zdefiniowany oddzielnie dla każdego z dwóch regulatorów jednostki 362MC.

Rodzaje regulatorów :

Regulator dwupołożeniowy – jest to regulator z dwoma przełączanymi stanami wyjść. Dwupołożeniowy regulator „2PntPW” jest w istocie regulatorem typu ciągłego objętym pętlą sprzężenia zwrotnego, w którym znajduje się modulator szerokości impulsu (dwustawny typu PID).




66

Rys.2.2. Schemat strukturalny regulatora typu 2PntPW [7] w-wartość zadana procesu, x-wartość

rzeczywista, xd-uchyb regulacji, y-sygnał sterujący

W przypadku dwupołożeniowego regulatora bez sprzężenia zwrotnego „2-Point” modulator czasu trwania impulsu jest zastępowany elementem przełączającym progowym z histerezą.

Rys.2.3. Schemat strukturalny regulatora typu 2-położeniowego [7] w-wartość zadana procesu,

x-wartość rzeczywista, xd-uchyb regulacji, y-sygnał sterujący

Regulator trójpołożeniowy – jest to regulator z trzema przełączanymi stanami wyjść. Trójpołożeniowy regulator ze sprzężeniem zwrotnym „3PntPW” jest w istocie regulatorem typu ciągłego, objętym pętlą sprzężenia zwrotnego, zawierający dwa modulatory szerokości impulsu.

Rys.2.4. Schemat strukturalny regulatora typu 3PntPW [7] w-wartość zadana procesu, x-wartość


W przypadku trójpołożeniowego regulatora bez sprzężenia zwrotnego „3Point” modulator czasu trwania impulsu jest zastępowany przełącznikiem progowym z histerezą.

Regulator 362MC Typ: 2PntPW

Obiekt regulacji

Regulator 362MC Typ: 2 położeniowy

Regulator 362MC Typ: 3PntPW

Element wykonawczy

Element wykonawczy

Obiekt regulacji




67

Rys.2.5. Schemat strukturalny regulatora typu 3-połżeniowego [7] w-wartość zadana procesu,

x-wartość rzeczywista, xd-uchyb regulacji, y-sygnał sterujący

Trójpołożeniowy regulator krokowy – jest to regulator krokowy (Step) dla członów wykonawczych o charakterystyce całkującej z wyjściem 3PntPW. Jest on odpowiedni jedynie do użytku w połączeniu z całkującymi elementami wykonawczymi.

Rys.2.6. Schemat strukturalny regulatora typu krokowego [7] w-wartość zadana procesu, x-

wartość rzeczywista, xd-uchyb regulacji, y-sygnał sterujący

Regulator ciągły – jest to regulator z ciągłym wyjściem. Wyjście regulatora ciągłego „Cont” jest dostarczane do przyporządkowanego wyjścia analogowego.

Rys.2.7. Schemat strukturalny regulatora typu ciągłego [7] w-wartość zadana procesu, x-wartość


Kaskadowy regulator krokowy – jest to wewnętrzne połączenie dwóch regulatorów w celu utworzenia regulatora kaskadowego „CscStep”.

Element wykonawczy

Obiekt regulacji Regulator 362MC Typ: Krokowy

Element wykonawczy

Obiekt regulacji

Regulator 362MC Typ: Ciągły

Element wykonawczy

Obiekt regulacji

Regulator 362MC Typ: 3 położeniowy




68

Rys.2.8. Schemat strukturalny regulatora typu kaskadowo-krokowego [7] w-wartość zadana

procesu, x-wartość rzeczywista, xd-uchyb regulacji, sygnał sterujący

Każdy rodzaj regulatora posiada swoją grupę parametryzowalnych struktur. W przypadku regulatora trójpołożeniowego dwa przełączane wyjścia mogą być parametryzowane oddzielnie. Wszystkie dostępne struktury przedstawia poniższa tabela:

Tabela nr 2.1 Możliwe struktury regulatorów [7]

Rodzaj regulatora (CtrlTyp)

2PntPW or

2Point

3PntPW or

3Point Step Cont

CscStep prim. contrl. (Cont)

(1)

sec. contrl. (Step)

(2)

Możliwe struktury (Struct)

P P P P PI PI PI PI PI PI PD PD PD PD PID PID PID PID PID PID PD2 PD2 PD2 PD2 PID2 PID2 PID2 PID2 PID2 PID2

Regulator P (proporcjonalny) – w przypadku tego regulatora wartość wyjścia Y

regulatora jest wprost proporcjonalnie przyporządkowana każdej wartości uchybu regulacji (różnicy pomiędzy wartością zadaną i rzeczywistą) xd. Przyporządkowanie to jest ustawiane poprzez współczynnik wzmocnienia Kr regulatora (wzmocnienie P).

Regulator 362MC Typ: CscStep Kaskadowy - Krokowy




69

Rys.2.9. Parametr odpowiedzi skokowej regulatora P [7]

Regulator PI (proporcjonalno-całkujący) – w przypadku tego regulatora wartość sygnału wyjściowego Y regulatora jest ustawiana proporcjonalnie do uchybu regulacji xd (składowa P), a składowa całkowa I odpowiadająca całce uchybu po czasie jest dodawana do tej wartości. Składowa I jest ustawiana czasem całkowania Tn (w literaturze oznaczanym jako Ti), który odpowiada czasowi, po jakim składowa całkowa I wywołuje zmianę na wyjściu regulatora o wielkość odpowiadającą składowej proporcjonalnej P.

Rys.2.10. Parametry odpowiedzi skokowej regulatora PI [7]

Regulator PD (proporcjonalno-różniczkujący) – w przypadku tego regulatora

składowa różniczkująca D jest dodawana do składowej P (proporcjonalnej do uchybu regulacji xd) wyjścia regulatora Y. Składowa D jest ustawiana czasem różniczkowania Tv (w literaturze oznaczanym jako Td), określającym, o ile wcześniej odpowiedź skokowa regulatora PD odpowiada wartości osiąganej przez regulator P na wymuszenie liniowo narastające. Do ograniczenia zakresu elementu różniczkowego używa się filtra dolnoprzepustowego ze stałą czasową T=Tv / Vd.




70

Rys.2.11. Parametry odpowiedzi skokowej regulatora PD [7]

Regulator PD2 - działa on w taki sam sposób, jak regulator PD, ale składnik D2

odpowiada nie różniczce uchybu regulacji xd po czasie, ale różniczce po czasie wartości wielkości regulowanej X (w celu redukcji zakłóceń spowodowanych szybką zmianą wartości zadanej w trakcie eksploatacji regulatora).

Regulator PID (prporcjonalno-całkująco-różniczkujący) – jest to regulator PI z dodaną składową D.

Rys.2.12. Parametry odpowiedzi skokowej regulatora PID [7]

Regulator PID2 – jest to regulator PI z dodaną składową D2. Regulator krokowy PI – krokowy regulator proporcjonalno-całkujący.

Regulator krokowy PID - krokowy regulator PI z dodanym składnikiem D.




71

W przypadku regulatora krokowego PI i PID, wartość sygnału wyjściowego Y regulatora może być wytworzona jedynie w połączeniu z elementem wykonawczym o charakterystyce całkującej.

Rys.2.13. Parametry odpowiedzi skokowej w przypadku regulatora krokowego PI i PID

[7]

2.3. Parametry regulacyjne Podobnie jak w przypadku innych regulatorów PI i PID tak i w tym przypadku, składowe P, I oraz D są ustawiane odpowiednio następującymi, opisanymi w poprzednim podrozdziale, parametrami Kr, Tn i Tv/Vd. Parametry wymagające regulacji w zależności od struktury regulatora przedstawione są w poniższej tabeli:

Tabela nr 2.2 Parametry wymagające regulacji zależnie od struktury regulatora [7]

Każdy typ regulatora w jednostce 362 MC wymaga również odpowiedniego

nastawienia właściwej dla siebie grupy parametrów. Parametry regulacyjne, które muszą być zdefiniowane dla każdego rodzaju regulatora prezentuje niżej umieszczona tabela:

Struktura (Struct)

P PI PD PID PD2 PID2

Parametry regulacyjne

Kr Kr Kr Kr Tn Tn Tv Tv Vd Vd




72

Tabela nr 2.3 Parametry wymagające regulacji zależnie od typu regulatora [7]

Tabela nr 2.4 Parametry i zakresy ich regulacji [7]

Parametr Zakres regulacji Kr (-999.0) - 999.0 Tn 10s - 10000s Tv 0.1s - 1000.0s Vd 1.0 - 1000.0

T drive 5.0s - 1000.0s Ts min 0.1s - 100.0s T cycl 0.1s - 100.0s

Deadbd (-1.0)% - 5.0% Hyst 0.0% - 10.0% Ymin (-100)% - 100% Ymax (-100)% - 100%

Kw 0.0 - 10.0

T (czas przestawienia elementu wykonawczego) – jest to czas potrzebny na przestawienie elementu wyjściowego urządzenia wykonawczego regulatorów krokowych z jednego krańcowego położenia w drugie położenie krańcowe;

Typ regulatora (CtrlTyp)

2PntPW or

3PntPW

2Point or

3Point Step Cont

CscStep prim. contrl. (Cont)

(1)

sec. contrl. (Step)

(2)

Parametry regulacyjne

T drive T drive Ts min Ts min Ts min T cycl

Deadbd Deadbd Deadbd Deadbd Deadbd Deadbd Hyst

Ymin Ymin Ymin Ymin Ymax Ymax Ymax Ymax

Kw Kw Kw Kw Kw Kw




73

Ts min i T cycl – jest to najmniejsza szerokość impulsu Ts i najmniejszy okres Tz z wyjściem z regulowanym czasem trwania impulsu, niezbędny dla celów dostrojenia do elementu wykonawczego i obiektu regulacji;

Deadbd – jest to parametr określający strefę nieczułości Zo; Hyst – jest to histereza Hy dla stanu ON dwu- i trójpołożeniowych wyjść regulatorów

bez sprzężenia zwrotnego; Ymin i Ymax – są to granice zmienności sygnału wyjściowego dla regulatorów

ciągłych;

Rys.2.14. Graficzna interpretacja parametrów Ymin, Ymax [7]

Kw – jest to parametr określający wzmocnienie wartości zadanej, służy on do

likwidacji błędu w stanie ustalonym w układzie regulacji z regulatorem P; Vd – jest to parametr określający maksymalne wzmocnienie D dla członu

różniczkującego D.

W celu uniknięcia występowania procesów przejściowych i przeregulowania podczas przełączania wartości zadanej, w regulatorze 362MC może zostać sparametryzowany również dolnoprzepustowy filtr drugiego rzędu. Stała czasowa filtra jest ustawiana parametrem Tf = T-Lowp.




74

Rys.2.15. Graficzna interpretacja parametru Tf [7]

2.4. Obsługa regulatora Poniżej przedstawiono przedni panel regulatora Pleiger 362MC

Rys.2.16. Przedni panel regulatora „Pleiger 362MC” [7]

1 – wyświetlacz trybu pracy regulatora,

2 – wyświetlacz wartości rzeczywistej procesu (x),

3 – wyświetlacz wartości zadanej procesu (w) oraz wartości sygnału sterującego (y),

4 – przyciski nastawiania wyjścia regulatora w przypadku awaryjnego sterowania




75

ręcznego, 5 – przyciski wyboru parametru oraz zwiększania/zmniejszania jego wartości,

6 – przyciski zatwierdzania wyboru (Prgm) oraz anulowania (Exit) 7 – przyciski wyboru trybu sterowania regulatora: automatyczny (Auto), ręczny

(Man) i ręczny awaryjny (Man + Exit).

Konstrukcja regulatora 362 MC sprawia iż jej obsługa staje się bardzo prosta dla każdego użytkownika. Praca regulatora, konfiguracja i ustawianie jego parametrów są przeprowadzane z podpowiedziami dla operatora na wszystkich poziomach wyboru. W normalnym trybie pracy wybór menu pozostaje ukryty i dane są pokazywane na wyświetlaczu LCD, który także zapewnia łatwo zrozumiałe podpowiadanie operatorowi sposobu realizacji innych operacji wprowadzania danych. Pożądane menu jest wybierane przyciskami ▲ oraz ▼.

Rys.17. Menu wyboru regulatora [7]

Nazwa menu jest pokazywana w pierwszej linii (1st) wyświetlacza LCD zamiast

informacji o danych procesowych. Każde menu grupuje elementy wejściowe oraz parametry, które są blisko powiązane. Przycisk Prgm może być użyty do ustawienia pożądanego menu oraz do wyboru parametru. Pożądany parametr jest tu wybierany w ten sam sposób, tj. przy użyciu przycisków ▲ i ▼.

Wprowadzanie parametru

Wybór menu




76

Pierwsza linia (1st ) wyświetlacza pokazuje nazwę, a druga linia (2nd) wartość wybranego parametru. Jeżeli wybrana wartość wymaga teraz zmiany, musi zostać wciśnięty klawisz Prgm, aby dostać się do funkcji wprowadzenia parametru. Teraz wartość może być ustawiona przyciskami ▲ i ▼. Wartość jest wprowadzana i zapisywana przyciskiem Prgm.

Jeżeli w którymkolwiek momencie zostanie wciśnięty przycisk Exit, nastąpi wycofanie się z obecnego wyboru (aktualnego stanu). System powróci ponownie do funkcji wyboru parametru ale bez zmiany ustawionej wartości. Od opcji wyboru parametru system zawsze przejdzie z powrotem do funkcji wyboru menu, a od opcji wyboru menu zawsze będzie wywołane menu 1 – wyświetlacz roboczy.

Jeżeli w ciągu 60 sekund podczas procesu wyboru lub wprowadzania nie zostanie wciśnięty żaden klawisz, automatycznie zostanie reaktywowany wyświetlacz roboczy.

Obsługa regulatora sprowadza się w głównej mierze do przełączania w zależności od potrzeby jego trybu pracy oraz do wprowadzania i ewentualnej zmiany wartości zadanych procesów.

Jednostka 362MC umożliwia dwa tryby pracy –Tryb Automatyczny i Tryb Ręczny (Ręczny bezpieczeństwa). Dla każdego trybu pracy dostępne jest zmienione menu. Oba tryby oferują rozszerzoną wersję menu dla celów ustawiania. To rozszerzenie menu służące do konfiguracji i parametryzacji regulatora jest chronione hasłem dla zapobieżenia niepowołanemu użyciu. W automatycznym trybie pracy jednostki regulatory pracują w systemie pętli zamkniętej. Wartości zadane mogą być zmieniane (wprowadzane poprzez funkcję wprowadzania wartości zadanych lub poprzez funkcję ustawiania menu, pod warunkiem wprowadzenia prawidłowego hasła.

Wprowadzanie wartości zadanej Po wybraniu menu Setpoint Entry, w opcji wyboru menu w trybie Automatic (wyboru

dokonuje się przyciskami ▲ i ▼), mogą być zmieniane granice alarmu i wartości zadane. Dolna wartość graniczna alarmu jest wskazywana znakiem –, a górna wartość graniczna alarmu jest wskazywana znakiem +. Wybór parametru który chcemy zmieniać (granicy alarmu, wartości zadanej) zatwierdzamy przyciskiem Prgm następnie dokonujemy zmiany aktualnej nastawy przyciskami ▲ i ▼ i zatwierdzamy przyciskiem Prgm. Literatura: Firmowa dokumentacja techniczna regulatora Pleiger 362MC firmy Pleiger Electronics Zagadnienie 3.E Regulatory lepkości paliwa

Blok regulacji lepkości Viscochief VCU-160 firmy Alfa-Laval

Blok regulacji Viscochief VCU-160 śledzi, reguluje i wyświetla temperaturę i

lepkość oleju napędowego. Blok ten wyposażony jest w mikroprocesor oraz regulator proporcjonalno-całkujący (PI), które są zaprogramowane na zadane wartości parametrów.




77

Niektóre wartości parametrów mogą być zmieniane przez osobę obsługującą urządzenia, aby dopasować je do różnych warunków pracy.

Rys. Panel przedni bloku regulacji lepkości Viscochief VCU-160

Na przednim panelu Viscochiefa VCU-160 znajduje się przełącznik dwustabilny (1) do ręcznego sterowania parowym zaworem regulacyjnym, przełącznik trybu sterowania (2), przycisk resetowania alarmu (3) i trzy przyciski funkcyjne (4, 5 i 6) do ustawiania wartości parametrów i wybierania poszczególnych parametrów. W oknie sześcioznakowego wyświetlacza (7) pokazywane są lepkość, temperatura, alarmy, numery parametrów i zadane wartości. Trzy grupy diod świecących (8, 9 i 10) wskazują tryby funkcji, konfigurację grzejnika i tryby sterowania. Główny wyłącznik bezpiecznikowy zasilania (11) działa również jako wyłącznik sieciowy ON/OFF (służący do włączania i wyłączania zasilania).




78

Rys. Szafka VCU-160

Wewnątrz bloku regulacji znajduje się płyta montażowa z zaciskami, przekaźnikami,

filtrem linii zasilania i wbudowanym transformatorem. Transformator przekazuje zasilanie do przetwornika lepkości, na płytkę prostownika, do parowego zaworu regulacyjnego, na styczniki w bloku zasilania grzejnika elektrycznego oraz do elektronicznego modułu sterowania. Wszystkie podzespoły elektroniczne są zgrupowane na płytce obwodu zamontowanej w aluminiowej konsoli stanowiącej łatwo dostępny moduł sterowania wewnątrz szafki. Na płytce obwodu mieści się sześcioznakowy wyświetlacz, diody świecące do wskazywania trybów alarmu i pracy oraz przyciski wyboru i zadawania parametrów. Moduł sterowania jest połączony elektrycznie za pomocą usuwalnych styków wtyczkowych.

Blok regulacji zaopatrzony jest w zbiór parametrów, które należy ściśle dostosować do potrzeb i warunków procesu podczas instalowania. Parametry te są pogrupowane w następujący sposób:

parametry zależne od procesu P1-P19 Parametry zależne od procesu [1]

F1 Bezpiecznik główny F2 Bezpiecznik K1-K2 Przekaźnik Rc1Rc3 Filtr (bloki zdalnego sterowania) T1 Transformator V1-V2 Dioda (dwukierunkowa) XA Płytka prostownika X0 Zacisk uziemienia X1-X7 Łącznik modułu sterowania X10-X12 Zaciski Z1 Filtr linii (zasilania)




79

Parametr Tryb Jednostka Zakres Wartość

ustawiona fabrycznie

P1 Tryb funkcji HFO °C lub °F °C lub °F cSt cSt lub cP cSt lub cP

P2 Wartość sygnału zadającego

HFO °C/°F 0-200/32-392 70 dla temperatury


HFO cSt/cP 5-50 10 dla lepkości

P4 Górny limit temperatury HFO °C/°F 0-220/32-428 90

P5 Dolny limit temperatury HFO °C/°F 0-200/32-392 50

P6 Górny limit lepkości HFO cSt/cP 5-55 25

P7 Dolny limit lepkości HFO cSt/cP 0-50 5


DO °C/°F 0-80/32-176 70 dla temperatury

P9 Górny limit temperatury DO °C/°F 0-100/32-212 90

P10 Dolny limit temperatury DO °C/°F 0-80/32-176 50

P11-19 Nie wykorzystywane

parametry zależne od instalacji P20-P37. Parametry zależne od instalacji [1]

Parametr Tryb Jednostka Zakres Wartość

ustawiona fabrycznie

P20

Konfiguracja grzejnika

S, E, S-E S S = parowa instalacja grzewcza E = elektryczna instalacja grzewcza S-E = łączona instalacja grzewcza

P21 Skala temperatury °C/°F °C/°F °C

P22 Czas przebiegu dla zaworu regulacyjnego Sekunda 10-500 120

P23 Moc dla grzejnika elektrycznego kW 7-72 72

P24 P - stała dla grzejnika parowego % 10-500 40




80

P25 I - stała dla grzejnika parowego Minuta 0,1-99,9 1,2

P26 P - stała dla grzejnika elektrycznego % 10-500 40

P27 I - stała dla grzejnika elektrycznego Minuta 0,1-99,9 1,2

P28 Gęstość w temp. 15°C g/ml 0,8-1,01 1

P29 Początkowy liniowy wzrost temperatury HFO °/min 0/1-10°C 5 1-18°F

P30 Początkowy liniowy wzrost temperatury DO °/min 0/1-10°C 5 1-18°F

P31 Opóźnienie rozruchu po przerwie w

Sekunda 0-99,9 0

dopływie energii elektreycznej

P32 Podłączony przetwornik lepkości EVT-10 0 = nie 0,1 1 1 = tak

P33 Wyświetlana skala lepkości cSt/cP cSt

P34 Filtr sygnałowy lepkości

0=brak filtracji 100=maks.filtr.

0,10,20,30, 10 40,50,60,70,

80,90,100 P35 Uchyb ustalony wskazania lepkości cSt/cP (-)5,0 do (+)5,0 0

P36 Podłączony czujnik temperatury 0 = nie 0, 1 1 1 = tak

P37 Wersja przetwornika EVT-10 0=wers. 1 lub 2 0, 1 1 1=wers.3 lub późn.

P38 Adres zdalny bloku regulacji lepkości

0 = wyłączone

1- 127 1 1-127 = adresy bloku reg. lepk. do

zdalnej komunikacji

P39 Parzystość dla zdalnej komunikacji

0 = nie 0, 1, 2 2 1 = nieparz.

2 = parzys.

Regulator bloku Viscochief VCU-160 pracuje z dwoma różnymi trybami

sterowania (ustawianymi za pomocą przełącznika trybu sterowania): tryb sterowania DO (olej napędowy) i tryb sterowania HFO (paliwo pozostałościowe). Regulator ma zatem dwa zestawy sygnałów zadających i granic alarmowych, po jednym zestawie dla każdego trybu. Tryby sterowania są wskazywane przez diody świecące w dolnym prawym rogu wyświetlacza. Po przełączeniu z DO na HFO podgrzewanie oleju rozpoczyna się, gdy regulator wykryje wzrost lepkości wskazujący, że paliwo ciężkie wchodzi do instalacji. Podgrzewanie zostaje przerwane, jeśli regulator wykryje spadek lepkości podczas początkowego liniowego wzrostu. Gdy temperatura osiągnie poziom o 3°C niższy od zadanej wartości temperatury paliwa ciężkiego, blok regulacji automatycznie przełącza się na




81

regulację lepkości. Gdy dioda świecąca DO gaśnie, a dioda HFO zapala się światłem ciągłym, sekwencja startowa jest zakończona, a regulacja lepkości została osiągnięta.

Podczas normalnej pracy (regulacja lepkości), gdy lepkość odpowiada

sygnałowi zadanemu lepkości, blok regulacji kieruje za pomocą sterowania kaskadowego. Sterowanie kaskadowe oznacza regulację temperatury za pomocą wewnętrznego sygnału zadającego temperatury w celu uzyskania właściwej lepkości. Jeżeli lepkość dostrajana jest z dokładnością do 0,5 cSt od wartości zadanej (rys. 4.5), regulacja temperaturowa jest inicjalizowana przez przyjęcie aktualnej temperatury (odpowiadającej wartości zadanej lepkości) i utrzymywanie tej temperatury tak długo jak lepkość pozostaje w zakresie 0,5 cSt. Gdy lepkość odchyla się więcej niż o 0,5 cSt od wartości zadanej, regulator lepkości zaczyna działać w kierunku przywrócenia wartości lepkości w poprzednim zakresie. Powoduje to następnie regulację temperaturową dla uzyskania zadanej lepkości.

Przy przejściu z paliwa pozostałościowego na olej napędowy, blok regulacji nadal

reguluje lepkość paliwa. Wartość lepkości jest podtrzymywana poprzez zmniejszenie temperatury mieszanki paliwa ciężkiego i oleju napędowego – dioda DO miga, a dioda HFO świeci światłem ciągłym. Gdy temperatura osiągnie zadaną wartość dla oleju napędowego regulacja automatycznie przełącza się na tryb DO (regulacja temperatury) – dioda DO zapala się światłem ciągłym, a dioda HFO gaśnie.

Rys.4.5. Regulacja lepkości paliwa w systemie Viscochief [1]

Oprócz przełączania z trybu sterowania DO na HFO, blok VCU-160 nie wymaga żadnego szczególnego nadzoru podczas normalnej pracy. Jednakże w związku z bunkrowaniem paliwa może być konieczne skorygowanie ustawień niektórych parametrów. Dotyczy to oczywiście sytuacji, gdy przechodzi się na paliwo zupełnie innej klasy. Niektóre z poniższych parametrów mogą wtedy wymagać zmiany:




82

parametr gęstości (P28) – przechodząc na paliwo innej gęstości, należy koniecznie

zmienić parametr gęstości, aby uzyskać precyzyjny pomiar lepkości;

parametr sygnału zadającego temperatury (P2) – nowe paliwo należy podgrzewać do innej temperatury (podczas początkowego liniowego wzrostu temperatury), aby uzyskać ten sam sygnał zadający lepkości;

parametry alarmowego limitu temperatury (P4 i P5).

Ustawianie parametrów

Przy pierwszym rozruchu, należy rozpocząć od parametru kodu C2, aby określić instalację.

1. Wcisnąć przycisk wybierania skokowego, aby znaleźć odpowiednie parametry. Przy pierwszym kroku operacyjnym na wyświetlaczu pojawia się kod C1. Kod ten stosuje się wyłącznie w przypadku konieczności skorygowania zadanych wartości parametrów zależnych od procesu (P1 – P19).

2. Jeśli zachodzi konieczność skorygowania zadanych wartości parametrów P1 – P19, ustawić parametr kodu C1 na 12 za pomocą przycisków zwiększania / zmniejszania. Wcisnąć przycisk wyboru skokowego, aby znaleźć inne parametry. Po lewej stronie wyświetlacza pojawia się litera P, a za nią numer parametru, natomiast zadana wartość parametru pojawia się po stronie prawej.

3. Kontynuować przeszukiwanie parametrów za pomocą przycisku wybierania

skokowego i korygować wartości parametrów za pomocą przycisków zwiększania / zmniejszania. Gdy zostanie zadana nowa wartość parametru, wartość tę zachowuje się w pamięci poprzez przejście do następnego parametru. Po przejściu przez parametry P1 – P19, na wyświetlaczu pojawia się kod C2. Kod ten należy podać, aby uzyskać dostęp do parametrów zależnych od instalacji (P20 – P37).




83

4. Aby uzyskać dostęp do parametrów P20 – P37, ustawić parametr kodu C2 na 12 za pomocą przycisków zwiększania / zmniejszania.

5. Dalej postępować zgodnie z opisem w punkcie 3. Następny krok wyświetlany po P37 to END (koniec). Potem wyświetlacz powraca do normalnych wskazań.

Literatura: 1. Firmowa dokumentacja techniczna układu kontroli i regulacji lepkości

Viscochief SEHS-165.




84

Temat 4 Układy automatyki elektrowni okrętowej Zagadnienia:

A. Automatyka zespołów prądotwórczych, B. Zautomatyzowane elektrownie okrętowe, C. Zintegrowane systemy sterowania procesami wytwarzania i rozdziału energii

elektrycznej na statku, systemy energetyki skojarzonej.

Zagadnienie 4A. Automatyka zespołów prądotwórczych Wiadomości wstępne o systemie elektroenergetycznym statku

Warunkiem bezpieczeństwa statku w morzu jest jego zdolność manewrowa, która w głównej mierze zależy od pracy napędu głównego, pracy urządzeń sterowych i innych systemów statku. Zapewnienie ciągłej zdolności manewrowej wymaga ciągłego zasilania energią elektryczną urządzeń elektrycznych zapewniających poprawną pracę systemów i ich sterowania. Chwilowy zanik napięcia na statku może doprowadzić do zagrożenia życia ludzkiego, doprowadzić do skażenia środowiska naturalnego, a także może doprowadzić do utraty ładunku i statku. Ciągłość zasilania elektrycznego jest niezbędna także dla przewozu niektórych towarów wymagających chłodzenia i wentylacji (np. bananów). Energię elektryczną najczęściej produkuje się na statku z paliwa zespołami prądotwórczymi składającymi się z silnika napędowego prądnicy i trójfazowej prądnicy synchronicznej. Energia jest energią prądu zmiennego o częstotliwości 50 Hz ( lub 60Hz). Cechą charakterystyczną systemu elektroenergetycznego statku jest znaczna fluktuacja podstawowych parametrów energii elektrycznej: napięcia i częstotliwości. Fluktuacja ta niekorzystnie wpływa na pracę urządzeń elektrycznych zasilanych z tego systemu, powoduje przez to zmiany charakterystyk roboczych urządzeń napędzanych ( np. zmiany wydajności pomp, zmiany mocy grzewczej) co w konsekwencji może prowadzić do wyłączeń ważnych dla bezpieczeństwa systemów. Jedną z przyczyn znacznej fluktuacji napięcia i częstotliwości jest przyłączanie do systemu i odłączanie z systemu odbiorników elektrycznych o znacznej mocy, często o mocy porównywalnej z mocą pojedynczego zespołu. Z uwagi na znaczne różnice w ilości konsumowanej energii elektrycznej podczas różnych stanów eksploatacyjnych statku i mając na uwadze produkcję energii elektrycznej z możliwie niskim kosztem kilowatogodziny energię wytwarza się kilkoma zespołami prądotwórczymi (np. 3) dobierając ich liczbę do pracy tak by zapotrzebowanie na energię elektryczną pokryte było przy wysokiej dawce paliwa w każdym silniku napędowym zespołu. Uzyskuje się w ten sposób wysoką sprawność przekształcania energii chemicznej paliwa w energię elektryczną. Ta własność powoduje, że istotnymi procesami technologicznymi są częste załączania zespołów do pracy równoległej z etapami rozruchu silników, synchronizacji prądnic rozdziału mocy czynnej i biernej, a także częste wyłączenia z pracy równoległej po spadku obciążenia ( bez większych nieścisłości można stwierdzić, że w stanach ustalonych produkuje się tyle energii ile się konsumuje). Dla podtrzymania parametrów znamionowych napięcia i częstotliwości automatyzuje się proces dawkowania paliwa do silników, i proces wzbudzania




85

prądnic. W rozwiązaniach technicznych siłowni w których przewiduje się jej pracę bezwachtową automatyzuje się wiele innych procesów technologicznych np. takich jak:

- start i zatrzymanie silnika zespołu, - synchronizację zespołu z siecią,

- rozdział mocy czynnej i mocy biernej na pracujące równolegle zespoły, - utrzymywanie założonej rezerwy mocy,

- sterowanie elektrownią w przypadku zgłoszenia zapotrzebowania na energię przez tzw. odbiory ciężkie,

- sterowanie uruchomieniem elektrowni i siłowni po „black-out” –cie, - sterowanie zespołem awaryjnym itp.

Celem automatyzacji jest zapewnienie bezpieczeństwa zasilania w energię elektryczną o określonych parametrach wszystkich urządzeń okrętowych oraz ekonomiczne wytwarzanie oraz efektywne użytkowanie energii bez stałego nadzoru załogi.

Podstawowymi elementami systemu elektroenergetycznego statku są:

- zespoły prądotwórcze ( silnik + prądnica), stanowiące podstawowe źródło energii elektrycznej, i ich systemy pomocnicze,

- zespół prądotwórczy awaryjny, - akumulatory – tymczasowe źródło energii elektrycznej,

- prądnice wałowe, - GTR- główna tablica rozdzielcza,

- ATR – awaryjna tablica rozdzielcza, - RG- rozdzielnice grupowe,

- wyłączniki mocy, - linie przesyłowe,

- układy sterowania pracą urządzeń, - systemy bezpieczeństwa, alarmowe i wskazujące.

Automatyzacja systemów pomocniczych silnika spalinowego zespołu prądotwórczego Prawidłowa eksploatacja silnika spalinowego wymaga zasilania go paliwem,

powietrzem, jego chłodzenia i smarowania w czasie pracy, a także podgrzewania i smarowania w stanie tzw. „gorącej rezerwy” (stand- by).Wymaga także regulacji dawki paliwa i podawania mu sprężonego powietrza do przeprowadzenia rozruchu.

Do systemów pomocniczych silnika zespołu prądotwórczego ZP zalicza się:

- instalację oleju smarowego,




86

- system wody chłodzącej słodkiej, - system sprężonego powietrza,

- system paliwowy, - system podgrzewania i przesmarowania wstępnego.

Układy automatyki kontrolują parametry pracy poszczególnych systemów i nimi sterują. Automatyzacja instalacji oleju smarowego

W instalacji oleju smarowego silnika ZP najczęściej występują n.w. urządzenia i elementy automatyki pokazane na rysunku nr 1:

Rys. nr 1. Elementy automatyka instalacji oleju smarowego ZP SZP- silnik ZP,

MO- misa olejowa silnika, FW, F – filtry oleju ( wstępny i dokładny),

PO – pompa olejowa, PWS – pompa wstępnego przesmarowania,

CHO – chłodnica oleju, RT – termostatyczny zawór regulacyjny ( regulator temperatury),

P1, P2- czujniki ciśnienia dla układów: alarmowego i bezpieczeństwa, T1,T2 – czujniki temperatury dla układów: alarmowego i bezpieczeństwa,

L – czujnik poziomu oleju w misie olejowej.




87

W stanie pracy „stand-by” pompa wstępnego przesmarowania PWS napędzana silnikiem elektrycznym przetłacza olej z misy olejowej MO przez filtry i układ chłodzenia (chłodnica-trójdrożny zawór termostatyczny) z powrotem do wewnętrznego systemu smarnego silnika. Pompa PWS może pracować w trybie pracy ciągłej lub przerywanej (wybór należy do załogi). Cykl pracy przerywanej wybiera załoga np. 5minut praca 20 minut przerwa. Pompa jest włączana zawsze przed podaniem sygnału START dla silnika niezależnie od etapu cyklu. W czasie pracy pompy kontrolowane jest ciśnienie na wlocie do silnika czujnikiem P1. Brak tego ciśnienia powoduje blokadę startu silnika i wyzwala alarm o braku wstępnego smarowania.

Od momentu rozruchu przetłaczanie gorącego oleju przejmuje pompa PO. Układ chłodzenia z regulatorem RT stabilizuje temperaturę oleju. Brak odbioru ciepła z chłodnicy (awaria systemu wody morskiej) uniemożliwia dalszą pracę silnika. Czujnik temperatury T1 uruchamia sygnalizację alarmową o przekroczeniu pierwszego progu temperatury, zaś czujnik temperatury T2 uruchamia układ bezpieczeństwa zatrzymujący silnik po przekroczeniu drugiego poziomu temperatury. Czujnik ciśnienia P1 uruchamia sygnalizację alarmową przy spadku ciśnienia do pierwszego poziomu, zaś czujnik P2 uruchamia układ bezpieczeństwa zatrzymujący silnik po spadku ciśnienia do drugiego poziomu (chroniąc silnik przed zatarciem). W misie olejowej znajduje się czujnik poziomu oleju, który uruchamia sygnalizację alarmową przy spadku poziomu oleju poniżej zadanego.

Automatyzacja systemu wody chłodzącej silnika ZP W systemie wody chłodzącej silnika ZP najczęściej występują urządzenia i elementy

automatyki pokazane są na rysunku nr 2.

Rys. nr 2. Elementy automatyki systemu wody chłodzącej ZP




88

TS –turbosprężarka silnika, ZW- zbiornik wyrównawczy wody chłodzącej,

CHW – chłodnica wody, PC1, PC2- pompy cyrkulacyjne wody chłodzącej,

PP- pompa pomocnicza dla podgrzewania silnika w stanie „stan-by”, PG- podgrzewacz parowy (może występować podgrzewacz elektryczny),

T1, T2, T3 - czujniki temperatury wody, RT1, RT2 – regulatory termostatyczne temperatury wody,

PR – czujnik przepływu wody, P1 – czujnik ciśnienia wody,

L –czujnik poziomu wody w zbiorniku wyrównawczym, W stanie pracy „stand-by” elektrycznie napędzana pompa pomocnicza PP tłoczy

wodę przez podgrzewacz parowy (lub podgrzewacz elektryczny) PG do silnika podgrzewając elementy komór spalania przed rozruchem (celem łatwiejszego osiągnięcia wysokiej temperatury sprężonego powietrza przed wtryskiem paliwa). Stabilizację temperatury wody zapewnia regulator RT2.

W czasie pracy silnika cyrkulację wody przez układ chłodzenia (chłodnica – zawór regulatora RT1) realizuje jedna z pomp cyrkulacyjnych np. pompa PC1 . Druga z pomp PC2 jest w stanie „stand-by”. Pompa zasysa wodę z kolektora wylotowego silnika i turbosprężarki TS , która przepływa przez układ chłodzenia. Przed układem chłodzenia znajduje się zbiornik wyrównawczy ZW kompensujący zmiany objętości wody oraz umożliwiający wprowadzenie do obiegu wody uzupełniającej straty. Zbiornik ZW ma za zadanie również wytworzenie niezbędnego ciśnienia na ssaniu pomp. W instalacji oprócz regulatorów temperatury RT1 i RT2 znajdują się następujące elementy automatyki:

- czujnik przepływu wody chłodzącej PR kontrolujący przepływ wody w systemie- brak przepływu uruchamia układ bezpieczeństwa zatrzymujący silnik,

- czujnik ciśnienia wody P1( za zgodą Klasyfikatora) kontrolujący ciśnienie wody na wlocie do silnika- spadek ciśnienia poniżej wartości nastawionej uruchamia układ bezpieczeństwa zatrzymujący silnik,

- czujnik temperatury wody T1 kontrolujący temperaturę wody na pierwszym poziomie- przekroczenie tego poziomu uruchamia sygnalizację alarmową,

- czujnik temperatury T2 kontrolujący temperaturę wody na drugim poziomie- przekroczenie tego poziomu uruchamia układ sterowania w celu dołączenia do pracy równoległej kolejnego ZP lub uruchamia układ bezpieczeństwa który zatrzymuje silnik,




89

- czujnik temperatury T3 kontroluje temperaturę wody na wylocie z turbosprężarki- przekroczenie nastawionej temperatury uruchamia układ alarmowy.

Zawory regulatorów RT1i RT2 mogą być nastawiane przy użyciu napędu pneumatycznego sterowanego z elektronicznego regulatora temperatury z wykorzystaniem przetworników „prąd-cisnienie”.

Automatyzacja systemu sprężonego powietrza silnika ZP Sprężone powietrze o odpowiednich parametrach do rozruchu silnika spalinowego

gromadzone jest w butlach powietrza rozruchowego w systemie powietrza rozruchowego silnika głównego lub w butlach wyłącznie dla zespołów prądotwórczych. Podstawowe urządzenia systemu powietrza rozruchowego dla silnika ZP i podstawowe elementy automatyki pokazane są na rysunku nr 3.

Rys. nr 3. Elementy automatyki systemu sprężonego powietrza ZP

SZP- silnik zespołu prądotwórczego, B – butla sprężonego powietrza,

GZR – główny zawór rozruchowy, ZR – elektrozawór rozruchowy sterujący głównym zaworem rozruchowym,

ZO – elektrozawór sterujący ogranicznikiem dawki paliwa, OP- ogranicznik dawki paliwa,

P1 – czujnik ciśnienia przed zaworem rozruchowym, P2 – czujnik ciśnienia w butli sprężonego powietrza,

CZ – czujnik otwarcia zaworu butli sprężonego powietrza,




90

RO – regulator obrotów, PW – pompa wtryskowa,

PT – prądnica tachometryczna ( czujnik prędkości obrotowej, D – dźwignia ręcznego otwierania głównego zaworu rozruchowego.

Powietrze o wysokim ciśnieniu rzędu 3 MPa doprowadzane jest do głównego zaworu rozruchowego GZR. Przed tym zaworem kontrolowane jest ciśnienie powietrza przy pomocy czujnika P1 ( zawsze gdy rozruch ma być sterowany zdalnie). Brak tego ciśnienia uniemożliwia wstawienie zespołu w stan „stand-by” i uniemożliwia rozruch automatyczny. Brak ciśnienia może być spowodowany zamknięciem zaworu wylotowego z butli sprężonego powietrza. Otwarcie zaworu butli kontroluje się czujnikiem (mikro wyłącznikiem). Główny zawór rozruchowy GZR otworzyć można ręczną dźwignią D (rozruch ręczny)lub powietrzem podanym z elektrozaworu ( rozdzielacza elektropneumatycznego) ZR. Otwarcie GZR powoduje podanie powietrza do cylindrów silnika (lub do silnika pneumatycznego obracającego wał korbowy) co powoduje wzrost prędkości obrotowej silnika. Sterowanie zaworem ZR przejmuje układ automatyki rozruchu silnika. Zawór jest otwarty przez określony czas wyznaczony układem czasowym ( lub programem). Czas otwarcia zaworu może być skrócony jeśli silnik wcześniej osiągnie obroty zapłonowe ( ok. 30% n nom.). Informację o aktualnych obrotach i osiągniętych obrotach zapłonowych pobiera się z czujników prędkości związanych z wałem głównym silnika (np. z prądnicy tachometrycznej). Drugi elektrozawór ZO służy do sterowania mechaniczno pneumatycznym ogranicznikiem dawki paliwa przy rozruchu (przy niskich obrotach silnika podczas rozruchu błąd regulacji obrotów jest bardzo duży stąd regulator wyznacza dużą dawkę paliwa dla jego kompensacji. Ograniczenie tej dawki do dawki tzw. rozruchowej chroni silnik przed uszkodzeniami). Ograniczenie dawki utrzymuje się do chwili w której silnik osiąga prędkość tzw. około synchroniczną (ok. 0.9 n nom.). Zdjęcie napięcia z cewek elektrozaworów odcina powietrze rozruchowe od silnika i od ogranicznika dawki paliwa.

Automatyzacja instalacji paliwowej silnika ZP Instalacja dostarczania paliwa zapewnia odpowiedni przepływ, ciśnienie, lepkość oraz

filtrowanie paliwa na dolocie do silnika. Składa się ze zbiorników paliwa, rurociągów, filtrów, pomp paliwowych, pomp wtryskowych, wtryskiwaczy, rurociągów przecieków paliwa z układów wysokociśnieniowych, zbiornika przecieków a także podgrzewaczy. Jeśli silniki mogą być zasilane dwoma rodzajami paliwa ( np. paliwem lekkim i paliwem ciężkim lub paliwem lekkim i paliwem mieszanym) instalacja musi być wyposażona w system rurociągów i sterowanych zdalnie zaworów dla realizacji przełączania tych paliw. Podstawowa aparatura automatyki systemu paliwowego składa się z następujących elementów:

- czujników poziomu paliwa w zbiornikach rozchodowych – dla układu alarmowego, - czujników ciśnienia na wyjściu pomp paliwowych – dla układu alarmowego i układu

sterowania pompą w stanie „stand-by”,




91

- czujnika poziomu paliwa w zbiorniku gromadzącym przecieki – dla układu alarmowego,

- zaworów obsługi przełączania rodzaju paliwa (sterowane w sposób ciągły). Procedura podawania do silnika dwóch rodzajów paliw:

1. Start silnika i jego zatrzymanie technologiczne powinno odbywać się na paliwie lekkim,

2. W początkowym okresie pracy silnika, po jego uruchomieniu, silnik powinien być zasilany paliwem lekkim. Okres ten nastawiany w przedziale 1-30 minut przeznaczony jest na ustabilizowanie parametrów termicznych silnika.

3. Przełączenie paliwa lekkiego na paliwo ciężkie (lub mieszane) może nastąpić po przekroczeniu pewnego poziomu obciążenia silnika ( najczęściej wybiera się poziom 40%Pzn),

4. Przełączenie paliwa ciężkiego (lub mieszanego) na paliwo lekkie może nastąpić po spadku obciążenia silnika poniżej nastawionego poziomu ( np. 40% Pzn),

5. Dla uniknięcia częstych zmian rodzaju paliw przy fluktuacji obciążenia silnika na poziomie przełączania paliw wprowadza się zwłokę czasową w rozpoczęciu cyklu przełączania liczoną od momentu spełnienia warunku przełączania ( np. 1-2 minuty).

W przypadku gdy silniki ZP są zaprojektowane do spalania tylko paliwa ciężkiego i są uruchamiane i zatrzymywane na tym paliwie, a także pracują z częściowym obciążeniem na tym paliwie instalacja paliwowa tych silników musi być rozbudowana o układy stabilizujące temperaturę i lepkość paliwa (podgrzewacze, wiskozymetr) a także musi posiadać system oczyszczania paliwa z użyciem zautomatyzowanych wirówek paliwa.

Elementy automatyki prądnicy synchronicznej Współczesne okrętowe prądnice synchroniczne to samowzbudne prądnice

bezszczotkowe wzbudzane statycznymi układami wzbudzenia. Ich konstrukcja jest stosunkowo prosta i niezawodna. Z reguły posiadają jedno łożysko podpierające wirnik. Drugim łożyskiem podpierającym wirnik jest łożysko silnika napędowego od strony koła zamachowego. Wały silnika i prądnicy połączone są sztywnym sprzęgłem.

W prądnicy mocowane są:

- czujniki temperatury uzwojeń, - czujnik temperatury łożyska (ślizgowego lub rolkowego).

Elementy automatyki kontrolujące parametry elektryczne energii produkowanej przez prądnicę (napięcie, częstotliwość, prąd prądnicy, moce czynną i bierną, cos φ), a także regulator napięcia i wyłącznik prądnicy stanowią wyposażenie rozdzielnicy głównej RG.

Przykładowy algorytm zabezpieczenia zespołu prądotwórczego




92

Stabilizacja prędkości obrotowej ZP (stabilizacja częstotliwości) Dla podtrzymania stałości częstotliwości na wyjściu napędzanej silnikiem

prądnicy synchronicznej prędkość obrotowa silnika musi być stabilizowana gdyż częstotliwość napięcia zależy liniowo od prędkości obrotowej wg. zależności:

[ ] [ / min]60pf Hz n obr gdzie p- liczba par biegunów prądnicy

Zmiana prędkości obrotowej silnika jest wynikiem braku równowagi momentów sił działających na wał silnika: Ms- momentu napędowego silnika i Mp – momentu hamującego prądnicy. Ponieważ moment hamujący prądnicy zależy od mocy elektrycznej czynnej przekazywanej do elektrycznych urządzeń odbiorczych a moc pobierana przez te urządzenia ciągle się zmienia (urządzenia są włączane i wyłączane) zmienia się więc i ten moment hamujący. Dla stabilizacji prędkości obrotowej ( n=const.)należy zmieniać moment napędowy silnika tak by momenty te były równe ( II zasada dynamiki). Zmianę momentu napędowego silnika realizuje się poprzez zmianę dawki paliwa. Stabilizację prędkości obrotowej realizuje się w klasycznym zamkniętym układzie regulacji.




93

Rys. nr 5. Układ regulacji obrotów silnika ZP z regulatorem hydraulicznym SZP- silnik zespołu prądotwórczego,

nz- zadana wartość prędkości obrotowej silnikowi, nr- rzeczywista wartość prędkości obrotowej silnika,

nz1- zadana wartość prędkości obrotowej wału rozrządu, nr1 – rzeczywista wartość prędkości obrotowej wału rozrządu,

Δn1- błąd regulacji prędkości obrotowej wału rozrządu, PW- pompa wtryskowa.

Urządzeniem automatyki, które w układzie zamkniętym realizuje to zadanie jest regulator prędkości obrotowej. Regulator poprzez listwę paliwową zmienia wydatek pomp wtryskowych. Sygnałem wejściowym do regulatora hydraulicznego jest prędkość obrotowa wału rozrządu silnika. Wartość zadaną obrotów regulator otrzymuje najczęściej zdalnie z różnych zadajników w zależności od aktualnie realizowanych zadań.

Regulator ma spełniać następujące zadania:

- stabilizować prędkość obrotową silnika z wymaganą dokładnością statyczną i dynamiczną,

- zapewnić odpowiednie obciążenie silnika przy jego pracy równoległej z innymi zespołami,

- przyjmować polecenia zmiany prędkości obrotowej i je realizować od: -zadajników ręcznych w GTR,

-automatycznego synchronizatora, -układu automatyki rozdziału mocy czynnej po synchronizacji,




94

-układu automatyki korekty częstotliwości i korekty rozdziału mocy czynnej przy pracy równoległej,

- zrealizować zatrzymanie silnika po przyjęciu rozkazu STOP. Regulator hydrauliczny (np. UG8) wszystkie operacje związane z przestawianiem

listwy paliwowej wykonuje kosztem energii pobranej z wału rozrządu. Najczęściej realizuje algorytm sterowania typu PI.

W przypadku stosowania regulatora elektronicznego prędkość rzeczywistą pobiera się z wału głównego zaś sterowanie listwą paliwową realizuje się układem nadążnym z silnikiem elektrycznym lub siłownikiem hydraulicznym (do przestawiania wydatku pomp wtryskowych potrzeba znacznej mocy). Na zdjęciu poniżej pokazano najważniejsze organy regulacyjne regulatora UG8 firmy Woodward.




95

Rys .nr 6. Regulator prędkości obrotowej UG-8 (Woodword)




96

Stabilizacja napięcia zespołu prądotwórczego Napięcie na zaciskach prądnicy zależy o wartości indukowanej siły

elektromotorycznej i spadków napięć wewnątrz prądnicy od przepływającego prądu. Wartość indukowanej siły elektromotorycznej zależy od pola magnetycznego wewnątrz prądnicy i prędkości wirowania tego pola. Pole magnetyczne prądnicy nie obciążonej, zależy w prosty sposób od prądu wzbudzenia prądnicy. W prądnicy obciążonej (z prądnicy wypływa prąd) powstaje dodatkowe pole magnetyczne od tego prądu. Oba pola nakładają się na siebie geometrycznie. Wypadkowa wartość tego pola zależy więc od prądu wzbudzenia prądnicy, prądu głównego prądnicy i od współczynnika mocy (cos φ).

Na wartość napięcia na zaciskach prądnicy mają więc wpływ następujące czynniki:

- prąd wzbudzenia prądnicy, - prędkość obrotowa wału prądnicy,

- prąd główny prądnicy i jego cosφ. - parametry uzwojeń prądnicy (rezystancje i reaktancje)

W czasie eksploatacji zespołu prądotwórczego do zacisków prądnicy przyłączane i odłączane są odbiorniki o różnej mocy i różnym charakterze (głównie indukcyjnym). To powoduje ciągłą zmianę prądu głównego, zmianę pola magnetycznego w prądnicy, zmianę spadków napięć w prądnicy, zmianę momentu hamującego na wale silnika napędowego, zmianę prędkości obrotowej wału silnika i prądnicy. W konsekwencji prowadzi to do zmiany napięcia na zaciskach prądnicy. Zmiany te- o ile są zbyt duże- prowadzą do niepoprawnej pracy odbiorczych urządzeń elektrycznych (i napędzanych przez nie maszyn).

Aby stabilizować napięcie na zaciskach prądnicy należy stabilizować prędkość obrotową silnika ZP (taka stabilizacja jest realizowana dla stabilizacji częstotliwości) oraz odpowiednio wzbudzać prądem wzbudzenia prądnicę.

Regulator napięcia powinien wypełniać następujące zadania:

- dostarczać niezbędnej mocy uzwojeniu wzbudzenia prądnicy –2-3% mocy Pn (lub uzwojeniu wzbudzenia wzbudnicy prądnicy bezszczotkowej - 0.03%Pn),

- umożliwić samowzbudzenie się prądnicy, - stabilizować napięcie z odpowiednia dokładnością statyczną i dynamiczną, - umożliwiać kształtowanie opadającej charakterystyki U=f(Q) dla realizacji

samoczynnego rozdziału mocy biernej na pracujące równolegle prądnice, - umożliwiać zmianę napięcia biegu jałowego prądnicy dla korekty rozdziału mocy

biernej na pracujące równolegle prądnice.

Określenia: „układ wzbudzenia prądnicy z kompaundacją fazową” lub „regulator napięcia z kompaundacją członu pomiarowego” oznaczają kształtowanie prądu wzbudzenia prądnicy i kształtowanie sygnału wejściowego regulatora napięcia na podstawie trzech wielkości:




97

napięcia wyjściowego prądnicy, prądu wyjściowego i przesunięcia fazowego między prądem i napięciem.

Zagadnienie 4B Zautomatyzowane elektrownie okrętowe Wybrane przepisy Polskiego Rejestru Statków dotyczące automatyzacji systemów

elektroenergetycznych statków Regulacja napięcia - stany statyczne: „Prądnice prądu przemiennego powinny mieć układ regulacji napięcia tak

dopasowany do charakterystyk regulacyjnych silników napędowych aby przy zmianach obciążenia od biegu jałowego do obciążenia znamionowego przy znamionowym współczynniku mocy , utrzymywane było napięcie znamionowe z tolerancją do 2.5% ( w przypadku zespołów awaryjnych –do 3.5%).

Dla prądnic podstawowych dopuszczalne jest utrzymanie stałości napięcia w granicach 3.5% wartości znamionowej przy zmianach współczynnika mocy w zakresie od 0.6 do 0.9 z wyjątkiem znamionowego. Powyższe wymaganie dotyczy pracy zespołu prądotwórczego przy znamionowej prędkości obrotowej i znamionowym obciążeniu prądnicy.”

- stany dynamiczne:

„ Nagła zmiana symetrycznego obciążenia prądnicy, pracującej ze znamionową liczbą obrotów i przy znamionowym napięciu oraz przy istniejącym obciążeniu i współczynniku mocy nie powinna spowodować obniżenia napięcia do wartości niższej niż 85% ani podwyższenia do wartości wyższej niż 120% napięcia znamionowego. Po takiej zmianie, napięcie prądnicy powinno być przywrócone do wartości znamionowej z tolerancją 3%, po upływie czasu nie dłuższego niż 1.5 sekundy. Dla zespołów awaryjnych wartości te mogą być zwiększone do 4% napięcia znamionowego oraz do 5 sekund. Jeśli brak dokładnych danych dotyczących wartości załączonego nagle obciążenia prądnicy pracującej z istniejącym obciążeniem, można przyjąć wartość nagle załączonego obciążenia równą 60% prądu znamionowego przy indukcyjnym współczynniku mocy nie większym niż 0.4 załączanego przy biegu jałowym a następnie odłączanego”.

Regulacja częstotliwości (regulacja obrotów silnika napędowego) Uwaga: procentowe zmiany prędkości obrotowej są równe procentowym zmianom

częstotliwości. -stany statyczne:

„W zakresie obciążenia pomiędzy 0 a 100% obciążenia znamionowego ustalona prędkość obrotowa po zmianie obciążenia powinna różnić się o maksimum 5% od prędkości




98

znamionowej, a w zakresie zmian od 25do 100% obciążenia znamionowego nie powinna przekraczać 1% wartości znamionowej prędkości.

Ustalenie się prędkości obrotowej uznaje się za dokonane jeżeli wahania obrotów nie przekraczają wartości 1% prędkości obrotowej przy nowym obciążeniu”.

- stany dynamiczne „Po nagłym całkowitym zdjęciu obciążenia znamionowego chwilowa zmiana

prędkości obrotowej silnika nie powinna przekraczać 10% prędkości znamionowej, a ustalona prędkość obrotowa powinna być osiągnięta po upływie nie więcej niż 5 sekund.

Powinna być zapewniona możliwość obciążania prądnicy w dwóch etapach, tak aby prądnica bez obciążenia mogła być nagle obciążona 50% mocy znamionowej, a następnie (po ustaleniu się prędkości obrotowej) pozostałymi 50% mocy. Ustalenie się prędkości obrotowej powinno być osiągnięte po upływie nie więcej niż 5 sekund”.

Rozdział obciążeń przy pracy równoległej zespołów prądotwórczych -rozdział mocy czynnej:

„Charakterystyki regulatorów silników napędowych prądnic prądu przemiennego przeznaczonych do pracy równoległej powinny być takie, aby w zakresie od 20 do 100% obciążenia znamionowego obciążenie czynne każdego z zespołów prądotwórczych nie różniło się od wartości proporcjonalnego obciążenia o więcej niż 15% znamionowej mocy czynnej największej prądnicy pracującej równolegle lub 25% znamionowej mocy czynnej rozpatrywanej prądnicy- w zależności od tego, która z tych wartości jest mniejsza”.

- rozdział mocy biernej: „Zespoły prądotwórcze prądu przemiennego przeznaczone do pracy równoległej

należy wyposażyć w taki układ do kompensacji biernego spadku napięcia, aby w czasie pracy równoległej różnice w obciążeniu mocą bierną każdej prądnicy nie przekraczały wartości proporcjonalnej do ich mocy więcej niż o 10% znamionowego obciążenia biernego największej prądnicy, lub 25 % mocy najmniejszej prądnicy – w zależności od tego, która z tych wartości jest mniejsza”.

Układy sterowania źródłami i rozdziałem energii elektrycznej „Rozwiązanie techniczne elektrowni statku powinno zapewniać ciągłość zasilania

energią elektryczną zgodnie z następującymi wymaganiami:

1. Na statkach, na których zapotrzebowanie na energię elektryczną pokrywane jest normalnie pracą jednego zespołu prądotwórczego należy zastosować odpowiednie rozwiązanie umożliwiające w przypadku awarii tego zespołu automatyczne uruchomienie i załączenie do sieci zespołu rezerwowego o mocy wystarczającej do zapewnienia napędu i sterowania statkiem oraz do zapewnienia jego bezpieczeństwa, włączając w to automatyczne ponowne uruchomienie ważnych mechanizmów pomocniczych, przy zachowaniu – jeżeli to niezbędne- odpowiedniej sekwencji tego




99

uruchomienia. Rezerwowe źródło zasilania powinno być zdolne do przejęcia obciążenia w czasie nie dłuższym od 45 sekund.

2. Na statkach, na których zapotrzebowanie na energię elektryczną pokrywane jest normalnie przez dwa lub więcej zespołów prądotwórczych pracujących równolegle należy zastosować takie rozwiązania (np. automatyczne odłączanie odbiorów mniej ważnych), aby w przypadku awarii jednego z pracujących zespołów pozostałe nie były przeciążone i aby było zapewnione zachowanie napędu i sterowności oraz bezpieczeństwa statku.

Jeżeli w przypadku określonym w 1 podstawowy zespół prądotwórczy napędzany jest turbiną parową to rezerwowy zespół prądotwórczy powinien być napędzany silnikiem spalinowym”.

„Układ do sterowania spalinowych silników napędzających zespoły prądotwórcze, w przypadku nieudanego pierwszego rozruchu automatycznego lub zdalnego, powinien tak ograniczyć liczbę automatycznie wykonywanych ponownych rozruchów tego samego silnika lub silników napędowych pozostałych zespołów, aby pozostały w zbiornikach rozruchowych zapas powietrza lub – przy rozruchu elektrycznym zapas energii elektrycznej w baterii akumulatorów był wystarczający do wykonania ze stanowiska sterowania lokalnego co najmniej trzech rozruchów jednego z zespołów prądotwórczych o największej mocy”.

„Należy zapewnić samoczynną kontrolę efektywnej rezerwy mocy zespołów prądotwórczych zasilających sieć, działającą w taki sposób, aby automatyczne włączenie do pracy dużych odbiorników mocy mogło nastąpić tylko w czasie gdy rezerwa mocy zespołów prądotwórczych jest wystarczająca do pokrycia rozruchowego i roboczego zapotrzebowania mocy tych odbiorników, w koniecznych przypadkach- po uprzednim automatycznym uruchomieniu zespołu rezerwowego”.

Rozwiązania elektrowni zautomatyzowanych Rozwój technologiczny i rozwój cyfrowych technik sterowania powoduje ciągłą

zmianę rozwiązań elektrowni i systemów sterujących pracą elektrowni okrętowych. Obecnie w większości rozwiązań mają zastosowanie zdecentralizowane komputerowe systemy kontroli i sterowania które umożliwiają zrealizowanie pełnego zakresu automatyzacji systemu elektroenergetycznego statku i pracę bezwachtową siłowni. Do producentów takich systemów należą:

- Siemens – systemy Simatic, Simos IMAC 55, - ABB - system Gena,

- Lyngso Valmet – system PMS 2000, - Konsberg (Norcontrol) – systemy DataChief 2000,GCU 8810, C20.




100

Obok systemów pełnej automatyki występują rozwiązania z mniejszym stopniem automatyzacji. W zależności od stopnia automatyzacji układów elektrowni można wyróżnić następujące rozwiązania:

- elektrownie, w których energię w stanach normalnych produkuje się jednym zespołem prądotwórczym pokrywającym zapotrzebowanie na energię elektryczną w podstawowych stanach eksploatacyjnych statku. W elektrowniach tych dopuszcza się zanik napięcia w sieci. ( elektrownia typu black-out),

- elektrownie, w których energię produkuje się w stanach normalnych dwoma lub większą liczbą zespołów prądotwórczych z awaryjnym zespołem prądotwórczym, bez rezerwowania mocy (typ tzw.

elektrowni równoległej), - elektrownie w pełni zautomatyzowane z rezerwowaniem mocy, z możliwością pracy

samodzielnej zespołu lub pracy równoległej kilku zespołów.

Cechy charakterystyczne pracy elektrowni typu „black- out” - dopuszcza przerwę w dostawie energii elektrycznej, - w stanach normalnych ( nie awaryjnych i specjalnych) pracuje tylko jeden zespół

prądotwórczy o dużej mocy pokrywający całkowicie zapotrzebowanie na energię elektryczną,

- elektrownia posiada co najmniej jeden zespół prądotwórczy rezerwowy o takiej samej mocy, który utrzymywany jest w stanie gotowości do ruchu (stand-by),

- w przypadku awarii zespołu podstawowego i zaniku napięcia automatycznie zostaje uruchomiony zespół rezerwowy – czas podania napięcia nie dłuższy niż 45 sekund od zaniku napięcia,

- nie wymaga się automatycznych synchronizatorów (załączenie zespołu na szyny występuje przy braku napięcia),

- nie wymaga się układów rozdziału mocy czynnej i biernej,

- może nie posiadać układu Mayera odłączania odbiorów mniej ważnych, - wymaga się układów samoczynnego selektywnego załączania odbiorów ważnych

siłowni ( urządzeń pomocniczych napędu głównego, zespołów prądotwórczych, urządzeń sterowych) i urządzeń związanych z bezpieczeństwem statku ( urządzenia nawigacyjne, radiowe, oświetlenie niektórych punktów itp.),

- w stanach specjalnych (np. potrzebie użycia dźwigów pokładowych) możliwa jest praca równoległa zespołów. Wprowadzanie do pracy równoległej następuje w sposób ręczny (często z wykorzystaniem półautomatycznego synchronizatora),

- wprowadza się opóźnienie czasowe w starcie agregatu awaryjnego w stosunku do startu zespołu rezerwowego( np. 15s.) Agregat awaryjny uruchamia się na wypadek




101

nieudanego rozruchu zespołu rezerwowego. Pojawienie się napięcia w sieci przed upływem opóźnienia kasuje sygnał startu agregatu awaryjnego,

- wyłączenie agregatu awaryjnego- ręczne, - elektrownia posiada system alarmowy, system bezpieczeństwa, i system wskazujący

dla bezpiecznej eksploatacji

Cechy charakterystyczne pracy elektrowni tzw. „równoległej”: - elektrownia wyjątkowo dopuszcza przerwę w dostawie energii elektrycznej, - w stanach normalnych ( nie awaryjnych i specjalnych) pracują równolegle co najmniej

dwa zespoły prądotwórcze o mocy co najmniej 70% mocy zapotrzebowanej każdy. - elektrownia posiada co najmniej jeden zespół prądotwórczy rezerwowy o takiej samej

mocy, który utrzymywany jest w stanie gotowości do ruchu (stand-by), - w przypadku awarii jednego z pracujących zespołów podstawowych i jego wyłączenia

pozostały zespół zostaje odciążony przez odłączenie odbiorów „mniej ważnych” wyłącznikiem Mayera (jednostopniowo lub kilkustopniowo) i automatycznie zostaje uruchomiony zespół rezerwowy do pracy równoległej z zespołem pracującym,

- wymaga się automatycznych synchronizatorów (załączenie zespołu na szyny występuje przy napięciu na szynach),

- wymaga się układów rozdziału mocy po synchronizacji

- wymaga się automatyzacji rozdziału mocy czynnej i biernej podczas pracy równoległej,

- w przypadku zaniku napięcia (black-out) procedura odbudowy napięcia i użycia agregatu awaryjnego jest taka jak w elektrowni typu „black-out”,

- elektrownia posiada system alarmowy, system bezpieczeństwa, i system wskazujący dla bezpiecznej eksploatacji.

Cechy charakterystyczne pracy elektrowni w pełni zautomatyzowanej Elektrownia z układami pełnej automatyki realizuje rozszerzone funkcje w stosunku

do elektrowni typu „black-out” i elektrowni ”równoległej”. W elektrowni tego typu możliwa jest realizacja rezerwy mocy, poprzez załączanie

kolejnego zespołu do pracy równoległej po przekroczeniu ustalonego poziomu obciążenia zespołów pracujących (niższego od poziomu nominalnego) i wyłączaniu zespołu z pracy równoległej po spadku obciążenia poniżej ustalonego poziomu. Takie działanie umożliwia szybkie zwiększenie (w pewnym zakresie) dawki paliwa i szybkie pokrycie zapotrzebowania na energię bez ubiegania się do odłączania urządzeń „mniej ważnych”. Utrzymywanie rezerwy mocy choć podraża koszt kilowatogodziny, to ogranicza przypadki przeciążenia elektrowni i wystąpienia zaniku napięcia w sieci.

Dla zapobieżeniu przeciążenia elektrowni kontrolowana jest aktualna rezerwa mocy podczas żądania załączenia odbiorów dużej mocy – tzw. „ciężkich” ( np. silnika




102

elektrycznego steru strumieniowego, pompy balastowej ). Rozruch urządzenia „ciężkiego” nie zostanie rozpoczęty dopóki rezerwa mocy nie będzie wystarczająca dla pokrycia zapotrzebowania.

Możliwe jest sterowanie kolejnością załączania i wyłączania zespołów z pracy , wyboru rodzaju paliwa , realizowanie niesymetrycznego obciążenia zespołów w pracy równoległej w zależności od wyników ekonomicznych uzyskiwanych w określonych okresach ( np. kosztu kilowatogodziny, kosztów remontów itp.) .

W tego typu elektrowni możliwe jest sterowanie współpracą elektrowni podstawowej z prądnicami wałowymi i turbozespołami.

Układ pełnej automatyki realizuje następujące funkcje:

1. realizuje program przygotowania silników do pracy (program „gorącej rezerwy” – program „stand- by”),

2. steruje przebiegiem rozruchu i zatrzymania silników oraz operacjami pomocniczymi, 3. prowadzi synchronizację prądnic , załącza je do sieci i wyłącza z sieci,

4. prowadzi regulację prędkości obrotowej (częstotliwości) i regulację napięcia, 5. realizuje proporcjonalny (symetryczny) lub asymetryczny rozdział obciążenia

czynnego na pracujące równolegle zespoły, prowadzi korektę częstotliwości, 6. realizuje proporcjonalny rozdział mocy biernej na pracujące równolegle prądnice,

7. zabezpiecza utrzymanie wirującej rezerwy mocy poprzez analizę obciążenia i dobór odpowiedniej liczby zespołów do pracy równoległej,

8. kontroluje zgłoszenia żądania załączenia odbiorów ciężkich i zezwala na uruchomienie po uzyskaniu odpowiedniej rezerwy mocy,

9. prowadzi analizę sytuacji awaryjnej na podstawie sygnałów alarmowych i podejmuje działania zapobiegawcze (np. uruchamia kolejny zespół prądotwórczy, wyłącza odbiory „mniej ważne”),

10. prowadzi analizę sygnałów alarmowych oraz bezpieczeństwa i podejmuje działania w kierunku wyłączenia urządzeń z pracy,

11. przeprowadza procedurę odbudowy napięcia po „black-out”-cie

12. realizuje inne zadania ważne z punktu ekonomicznego lub technicznego (np. poprzez zmianę priorytetów startu zespołów realizuje w danym okresie tą samą liczbę kilowatogodzin dla każdego zespołu),

13. prowadzi rejestrację wartości ważnych sygnałów systemu,

14. prowadzi rejestrację sygnałów alarmowych,




103

Zagadnienie 4C Zintegrowane systemy sterowania procesami wytwarzania i rozdziału energii elektrycznej na statku, systemy energetyki skojarzonej

Wybrane zautomatyzowane procesy technologiczne

Automatyzacja rozdziału mocy czynnej W pracy pojedynczego zespołu prądotwórczego, po załączeniu odbioru elektrycznego,

dawka paliwa zostanie zwiększona przez regulator by przywrócić prędkość obrotową. Podczas pracy równoległej zespołów po załączeniu odbioru elektrycznego dawkę

paliwa na pokrycie zapotrzebowania tego odbioru można zwiększyć w dowolnym silniku. Podstawowymi sposobami przydziału dawek paliwa (przydziału mocy czynnej) silnikom pracującym równolegle są:

a) proporcjonalny do mocy znamionowych zespołów rozdział mocy czynnej – (dla dowolnej liczby zespołów pracujących równolegle),

b) asymetryczny rozdział mocy czynnej

Podstawowym sposobem realizacji proporcjonalnego rozdziału mocy czynnej jest kształtowanie i przesuwanie charakterystyk mechanicznych zespołów. Dla zrealizowania postulatu samoczynnego rozdziału mocy czynnych regulatory prędkości obrotowej wszystkich zespołów prądotwórczych powinny kształtować charakterystyki n=f(P) opadające wraz ze wzrostem obciążenia. Wtedy dla wspólnej prędkości (praca w synchroniźmie) w stanie ustalonym uzyskuje się stabilne wartości dawek paliwa i mocy. Stopień nachylenia charakterystyki mechanicznej n=f(P) (statyzm regulatora) można dobierać w regulatorze pokrętłem SPEED DROOP.

Wartość SPEED DROOP w procentach definiuje się dla spadku obrotów przy pełnym obciążeniu SP.DR[%]=( Δn / nn)*100%. W regulatorze UG8 można nastawić maksymalnie 12% spadku.

Ustawienie tego pokrętła na wartość „0” daje charakterystykę mechaniczną poziomą tj. zespół w stanach ustalonych ma te same obroty przy rożnych obciążeniach. Zwiększanie wartości SPEED DROPU powoduje coraz większe pochylanie charakterystyki mechanicznej tj. w stanach ustalonych utrzymywanie coraz niższych obrotów (i niższej częstotliwości). Spadek obrotów dla pełnej dawki paliwa (pełnej mocy zespołu) nie może spowodować spadku częstotliwości w stanach ustalonych poniżej poziomu wymaganego przepisami (± 5%). W praktyce wartość SP.DR. dla ZP wybiera się na poziomie 3.5- 4.5% .

Proporcjonalny do mocy znamionowej rozdział obciążeń powoduje podobne w czasie techniczne zużywanie się zespołów. Powoduje też lepsze wykorzystanie mocy elektrowni (listwy paliwowe silników przesuwają się równolegle i można wyprodukować moc równą sumie mocy znamionowych pracujących równolegle ZP), powoduje też wzrost bezpieczeństwa przez ograniczenie wyłączeń z pracy zespołu, przejmującego ciągle dla siebie większą procentowo porcję mocy (gdyby rozdział nie był proporcjonalny).




104

Rozdział obciążeń na pracujące równolegle pracujące zespoły zależy od: - wartości prędkości biegu jałowego poszczególnych zespołów,

- wartości SPEED DROOP’ów poszczególnych zespołów, Warunkiem samoczynnego, proporcjonalnego rozdziału mocy czynnej na pracujące

równolegle zespoły jest równość prędkości obrotowych biegu jałowego i równość SPEED DROOP’ów wszystkich agregatów.

Na rysunku nr 7 przedstawione są charakterystyki mechaniczne dwóch zespołów, ich aktualne obciążenia mocą P1 i P2, a także obciążenia proporcjonalne Pp1 i Pp2, którymi zespoły powinny być obciążone.

Aby zrealizować obciążenia proporcjonalne można:

- zmniejszyć wartość prędkości biegu jałowego no2 zespołu drugiego (pokazano na rysunku),

- zwiększyć wartość prędkości biegu jałowego no1 zespołu pierwszego, - zwiększyć wartość SPEED DROOP’u zespołu drugiego,

- zmniejszyć wartość SPEED DROOP’u zespołu pierwszego, - wykonać powyższe operacje zarówno na jednym jak i na drugim zespole jednocześnie

w dowolnej kombinacji.

Rys. nr 7. Rozdział mocy czynnych na pracujące równolegle ZP na podstawie charakterystyk mechanicznych zespołów

W praktyce eksploatacyjnej wartości SPEED DROOP dobiera się podczas nastawiania rozdziału mocy przy przeglądach okresowych. Dla korekty rozdziału mocy podczas normalnej pracy elektrowni (np. korekty przez system komputerowy) wykorzystujemy jedynie metodę przesuwania charakterystyk w pionie zmieniając wartości zadane prędkości biegu jałowego regulatorowi prędkości obrotowej. Uzyskanie idealnego




105

rozdziału proporcjonalnego w praktyce nie jest możliwe ze względu na trudności w dokładnym nastawieniu SPEED DROOP’u i prędkości biegu jałowego (przepisy dopuszczają dokładność ±15% mocy zespołu największego). Wprowadzenie komputerowej korekty tego rozdziału daje dokładność rzędu ± 2-3% mocy zespołu największego.

Automatyczna korekta rozdziału mocy na pracujące równolegle zespoły Korektę rozdziału mocy na pracujące równolegle zespoły wykonać można w

sposób ręczny analogicznie do rozdziału mocy na zespoły po synchronizacji. Zwiększenie wartości zadanej prędkości biegu jałowego zespołu powoduje zwiększenie obciążenia mocą. Wprowadzenie korekty nie gwarantuje poprawnego rozdziału mocy po zmianie obciążenia elektrowni jeśli wartości SPEED DROOP’ów nie będą jednakowe (a tak jest najczęściej w praktyce). Przy zmianach obciążenia należy powtarzać korekcję rozdziału. Proces ten automatyzuje się. Schemat blokowy układu do automatycznej korekty rozdziału mocy ( bez korekty częstotliwości) pokazany jest na rysunku nr 8.

Rys. nr 8. Automatyczna korekta rozdziału mocy (bez korekty częstotliwości)

Dla zrealizowania korekty mierzy się aktualne obciążenia P1, P2, P3 zespołów,

następnie wyznacza współczynnik proporcji : 1 2 3

1 2 3P P Pk

P n P n P n

, dalej określa obciążenia

proporcjonalne każdego zespołu Pp1=k*P1n, Pp2=k*P2n, Pp3=k*P3n. Po wyznaczeniu obciążeń proporcjonalnych wyznacza się dla każdego zespołu błędy rozdziału ΔP1=Pp1-P1, ΔPp2=Pp2-P2, ΔP3=Pp3-P3. Błędy kieruje się do regulatorów krokowych (regulatorów




106

trójpołożeniowych z ujemnym sprzężeniem zwrotnym), które sterują impulsowo nawrotnymi silniczkami elektrycznymi regulatorów obrotów zmieniając w ten sposób wartość zadaną prędkości biegu jałowego i wymuszają zmianę obciążenia (przez zmianę dawki paliwa). Dla stabilnej pracy układu automatycznej korekty rozdziału mocy parametry regulatora krokowego starannie się dobiera tak by częstotliwość załączeń silniczka regulatora nie byłą zbyt duża.

Automatyczna korekta rozdziału mocy z korektą częstotliwości Przedstawiony wyżej sposób automatycznej korekty rozdziału mocy na pracujące

równolegle zespoły doprowadza do rozdziału mocy z odpowiednią dokładnością przy różnych częstotliwościach- wyznaczonych przez położenie charakterystyk mechanicznych silników. Jeśli po uzyskaniu proporcjonalnego rozdziału mocy częstotliwość systemu jest poniżej częstotliwości znamionowej to podnosząc do góry charakterystyki mechaniczne każdego silnika (zadając wyższe wartości prędkości biegu jałowego) można doprowadzić częstotliwość systemu do częstotliwości znamionowej.

Zasada działania układu automatycznej korekty rozdziału mocy z korektą częstotliwości pokazana została na rysunku nr 9. W stosunku do układu poprzedniego można zauważyć, że regulatory krokowe, sterujące silniczkami regulatorów obrotów, otrzymują sygnał będący sumą sygnałów: błędu rozdziału mocy ΔP i błędu częstotliwości n Δf. Regulator stara się zminimalizować zarówno błąd rozdziału jak i błąd częstotliwości.

Rys. nr 9. Automatyczna korekta rozdziału mocy i częstotliwość




107

Automatyczny asymetryczny (nie proporcjonalny) rozdział mocy czynnej na dwa zespoły prądotwórcze

Praca zespołów prądotwórczych z niskim obciążeniem mocą czynną (małą dawką paliwa) powoduje wysoki koszt kilowatogodziny (nawet trzykrotnie większy w porównaniu z kosztem przy pełnym obciążeniu) oraz bardzo niekorzystne zjawisko nawęglania komór spalania i układów wydechowych silników spalinowych. Zjawisko jest bardzo intensywne w przypadku zasilania silnika paliwem ciężkim. Można częściowo pozbyć się tych nagarów poprzez podniesienie temperatury w cylindrach i ich spalenie. Dla podniesienia temperatury należy zwiększyć dawkę paliwa, którą należy zabrać z innego pracującego zespołu. Należy przy tym zapewnić bezpieczną produkcję energii elektrycznej ( bez zaników napięcia) i nie powodować nawęglania komór spalania w silniku z którego dawka została zabrana. Zasady asymetrycznego obciążania zespołów przedstawia rysunek nr 10.

Rys. nr 10. Rozdział mocy asymetryczny dla dwóch zespołów Na rysunku pokazano w początkowej fazie „I” pracę równoległą dwóch zespołów,

każdy obciążonych mocą 0.6Pn (łącznie produkuje się 1.2 Pn). Włączenie rozdziału asymetrycznego powoduje zmianę obciążeń wg. następujących zasad:

- jeden z zespołów powinien być obciążony mocą dużą na poziomie np. 0.8 Pn (w silniku tego zespołu wypalać się będą nagary), zaś drugi z zespołów powinien pokrywać zapotrzebowanie pozostałe (na rysunku to początek okresu II),

- obciążenie drugiego zespołu nie może spaść poniżej minimalnej mocy na poziomie np. 0.3 Pn (z powodu kosztu KWh i nawęglania) – ten stan pokazany jest na rysunku w końcu okresu II),

- w przypadku gdy zapotrzebowanie na energię spadnie do tego poziomu, przy którym nie można utrzymać i wysokiego poziomu obciążenia zespołu pierwszego i minimalnego obciążenia zespołu drugiego zmniejsza się obciążenie zespołu




108

pierwszego (w którym wypala się nagary) - ten stan pokazany jest na rysunku w okresie III,

- jeśli zapotrzebowanie na energię rośnie, (stan IV) to pokrywane jest przez zespół drugi. Po przekroczeniu przez ten zespół poziomu mocy, przy którym układ rezerwy mocy zażąda załączenia trzeciego zespołu następuje dołączenie do pracy równoległej zespołu trzeciego i rozłączenie asymetrycznego rozdziału mocy. Praca równoległa trzech zespołów odbywa się już z rozdziałem symetrycznym (proporcjonalnym do mocy znamionowych)- ten stan pokazany jest w okresie V.

- jeśli obciążenie drugiego zespołu nie osiąga poziomu mocy załączenia zespołu trzeciego przez czas wyznaczony na asynchroniczny rozdział mocy ( np. 120 minut) to po tym czasie następuje zamiana roli zespołów by wypalić nagary silnika zespołu drugiego.

Rozdział asynchroniczny mocy powinien być prowadzony tylko w celu przedstawionym wyżej- przez krótkie okresy. Zauważmy, że jeden z zespołów prawie nie reaguje na zmiany obciążenia sieci. W przypadku gwałtownego wzrostu obciążenia sieci przyrost dawki paliwa w zespole przejmującym obciążenie może być zbyt mały by utrzymać spadającą częstotliwości systemu powyżej zadziałania zabezpieczeń. Może wtedy nastąpić rozłączenie systemu i zanik napięcia.

Automatyczne utrzymywanie minimalnej rezerwy mocy Jak już wcześniej stwierdzono energii elektrycznej produkuje się w stanach

ustalonych tyle ile konsumują odbiory elektryczne i ile wynoszą straty (ogólnie energii tej nie magazynuje się). Jeśli z powodu ograniczeń technicznych (np. niemożności spalenia dostatecznie dużej dawki paliwa w silnikach pracujących) nie można wyprodukować z paliwa mocy elektrycznej zapotrzebowanej przez odbiory elektryczne to następuje nowy stan równowagi systemu przy niższej częstotliwości. Zmniejszenie częstotliwości negatywnie wpływa na pracę indukcyjnych i pojemnościowych odbiorników energii ( np. silniki pobierają większy prąd, przegrzewają się i zostają wyłączane z pracy przez zabezpieczenia). W przypadku znacznych spadków częstotliwości (powyżej 10% fn) zabezpieczenia rozłączają system i występuje zanik napięcia w sieci. Aby uniknąć takiej sytuacji należy tak sterować momentem załączania do pracy równoległej kolejnego ZP aby zawsze była możliwość zwiększenia dawki paliwa i wyprodukowania niezbędnej mocy. Krytyczny stan występuje wtedy gdy listwy paliwowe są blisko swojego maksymalnego położenia. Przez minimalną wirującą rezerwę mocy rozumiemy moc jaką jeszcze da się wytworzyć danym zespołem (lub zespołami) przy przestawieniu listwy paliwowej do maksymalnego położenia tuż przed rozkazem startu do pracy równoległej kolejnego zespołu prądotwórczego (celem powiększenia tej rezerwy). Rezerwa ta określa największą moc odbiornika energii elektrycznej, którego można przyłączyć do sieci bez konsekwencji zaburzeń w pracy systemu.

Minimalna wirująca rezerwa mocy może mieć wartość stałą ( np. 15% Pn, np.150kW) - niezależnie od liczby pracujących ZP- lub może być zwiększana gdy liczba ZP pracujących rośnie (dodawane są rezerwy kolejnych ZP np. 15%P1n +15%P2n +....).




109

Minimalna rezerwa wirująca umożliwia pokrycie zapotrzebowania odbiorów małej i średniej mocy. Nie jest wystarczająca dla pokrycia zapotrzebowania odbiorów dużej mocy (np. silnika steru strumieniowego), dla których potrzeba najczęściej utworzyć bardzo dużą rezerwę (np. 300kW) poprzez włączenie do pracy równoległej kolejnego ZP przed uruchomieniem dużego odbioru. Zbyt duża minimalna rezerwa mocy zwiększa bezpieczeństwo pracy systemu lecz podraża koszt kilowatogodziny (załączenie do pracy równoległej kolejnego ZP przy niższym obciążeniu pracującego ZP daje po rozdziale mocy niższy poziom obciążenia obu ZP i droższą kWh).

Na rysunku nr 11 przedstawiono przebieg sterowania rezerwą mocy. Osiągnięcie mocy 0.85Pn przez pracujący ZP uruchamia procedurę załączenia

kolejnego ZP. Wprowadza się czas zwłoki T1 w rozkazie „start” dla wyeliminowania krótkotrwałych wzrostów mocy (np. mocy rozruchowych silników asynchronicznych). Jeśli obciążenie nie spada przed końcem czasu zwłoki następuje uruchomienie zespołu, jego synchronizacja i rozdział obciążenia – zespoły pracują równolegle z symetrycznym obciążeniem. Jeśli to obciążenie osiągnie poziom np. 35% Pn w każdym z zespołów uruchamiana zostaje procedura wyłączenia jednego zespołu z pracy. Wprowadza się dużą zwłokę w rozkazie „stop” (do 30 minut) dla ograniczenia liczby włączeń i wyłączeń zespołu w przypadku znacznych fluktuacji obciążenia na dolnej granicy obciążenia. Istnieje możliwość zablokowania przez załogę wyłączenia z pracy zespołu pomimo spadku jego obciążenia poniżej dolnej granicy. Taką blokadę stosuje załoga podczas np. pracy dźwigów pokładowych.

Rys. nr 11. Obciążanie zespołów przy realizacji rezerwy mocy




110

Rys. nr 12. Diagram obciążania ZP przy stałej rezerwie mocy 15% Pn

Na rysunku nr 12 pokazano obciążenia zespołów prądotwórczych na tle całkowitego obciążenia elektrowni przy realizacji stałej minimalnej rezerwy mocy na poziomie 15% mocy pojedynczego zespołu. Można zauważyć, że przy sterowaniu trzecim ZP zwiększeniu uległ zarówno poziom mocy przy którym zostanie rozpoczęta procedura włączenia tego zespołu ( z 0.85Pn do 0.925Pn) jak i poziom mocy wyłączenia zespołu (z 0.35Pn do 0.567Pn). Z rysunku można odczytać poziom obciążenia elektrowni dający tanią kilowatogodzinę (powyżej 100%Pn obciążenia elektrowni poszczególne zespoły zawsze pracują z obciążeniem większym od 50%Pn)

Literatura: 1. Ciesielski S., Górski Z., Automatyzacja okrętowych maszyn i urządzeń

pomocniczych TRADEMAR, Gdynia 2001, 2. Kowalski Z., Tittenbrun S. Łastowski W., Regulacja prędkości obrotowej

okrętowych silników spalinowych, Teoria i praktyka. Wydawnictwo Morskie, Gdańsk,1988.

3. Kuropatwiński S., Lipski T., Roszczyk S., Wierzejski M., Energoelektryczne układy okrętowe.Wydawnictwo Morskie, Gdańsk 1972.

4. Polski Rejestr Statków ,Przepisy klasyfikacji ibudowy statków morskich,część VII- Urządzenia elektryczne i automatyzacja, Gdańsk 2002.

5. Śmierzchalski R., Automatyzacja systemu elektroenergetycznego statku, Gdańsk 2004.




111

6. Śmierzchalski R., Laboratorium automatyzacji systemów energetycznych- instrukcje laboratoryjne, Wyższa SzkołaMorska, Gdynia, 1995.

7. Wyszkowski S., Elektrotechnika okrętowa, tom 1,Wydawnictwo Morskie , Gdańsk 1991.

8. Dokumentacje techniczne firmy Konsberg (Norcontrol) Norwegia.

Temat 5: Układy automatyki mechanizmów i urządzeń pomocniczych na statku

Zagadnienia:

A. Kotły pomocnicze. B. Kotły napędu głównego. C. Pompy i sprężarki powietrza. D. Wirówki, filtry paliwa. E. Urządzenia ochrony środowiska na statku.

Zagadnienie 5A. Kotły pomocnicze Temat omawiany będzie w oparciu o symulatory pracy kotłów wykonane przez firmę Unitest oraz dokumentację firmową kotłów montowanych na statkach.




112

Zagadnienie 5B. Kotły napędu głównego

1. System paliwa ciężkiego




113

2. System paliwa lekkiego

System bezpieczeństwa pracy kotła




114

3. System zasilania palników

4. System powietrze/spaliny




115

5. Powierzchnie grzewcze

6. System parowo-wodny




116

7. Sterowanie wodą zasilającą

8. Sterowanie procesem spalania (ciśnienia pary)




117

9. Sterowanie temperaturą pary przegrzanej

10. Panel sterowania pracą kotła




118

11. Panel sterowania palnikami kotła

Zagadnienie 5C. Pompy i sprężarki powietrza Temat omawiany będzie w oparciu o symulatory pracy pomp i sprężarek wykonane przez firmę Unitest oraz dokumentację firmową tych urządzeń montowanych na statkach.




119

Zagadnienie 5D. Wirówki Temat omawiany będzie w oparciu o symulatory pracy wirówek wykonane przez firmę Unitest oraz dokumentację firmową tych urządzeń montowanych na statkach.

Zagadnienie 5E. Urządzenia ochrony środowiska

Temat omawiany będzie w oparciu o symulatory pracy wykonane przez firmę Unitest oraz dokumentację firmową tych urządzeń montowanych na statkach.




120

Temat 6 (dr inż. Teresa Kurowska) Okrętowe systemy informacyjne: alarmowe, dyspozycyjne, operacyjne,

ostrzegawcze, diagnostyki i statystyczno-ewidencyjne. Zastosowanie systemów komputerowych w automatyce okrętowej.

Wykład 1 (2h) Funkcje układu: pomiar parametrów i monitorowanie systemu wykrywanie alarmów sterowanie wybranymi podsystemami. Struktura i schemat funkcjonalny systemu: komputery lokalne stanowiska operatora system watch calling

Prezentacja DC-7Norcontrol_wyk

N O R C O N T R O L D C - 7

k o m p u t e r o w y s y s t e m a l a r m o w a n i a , p r z e t w a r z a n i a i ś l e d z e n i a d a n y c h o r a z s t e r o w a n i a u r z ą d z e n i a m i w s i ł o w n i o k r ę t o w e j n a p r z y k ł a d z i e s t a t k u „ P O L A R A R G E N T I N A ”

Wykład 2 (2h) Elementy systemu na przykładzie DC-7 SAU - komputer lokalny (jednostka) do zbierania i przetwarzania sygnałów




121

Rys. 1. Zdjęcie płyty czołowej SAU Lokalne komputery SAU są to inteligentne jednostki rozmieszczone w siłowni

okrętowej w pobliżu czujników. Od tych czujników SAU pobiera informacje. Sygnały przesyłane do SAU (sygnały wejściowe) zostają przetworzone zgodnie z odpowiednim algorytmem. Przetwarzaniu ulegają dwa rodzaje sygnałów: - sygnały analogowe - sygnały dwustanowe - binarne (ON/OFF – stan normalny albo alarmowy)

Mierzone w siłowni sygnały analogowe lub binarne z czujników muszą zostać zamienione na wartość rozpoznawaną przez system komputerowy (najczęściej jest to wartość prądowa z zakresu 4 – 20 mA). Przekształcona na cyfrową wartość analogowa (sygnał ciśnienia, temperatury, itp.) jest odczytywana w lokalnym SAU z określonym czasem próbkowania.




122

Rys. 2. Dane do przetwarzania parametru analogowego

NORCONTROLAutomation TAG DETAILS DISPLAY FOR SAU CHANNEL 11-08-93

12:30:16

Tagname: LO003 DBU number : 1

Description: M.E. LUB. OIL Channel number : 3

Function: LP Adaptorcard : 832.2

Value: 2.13 KG/CM2 Type : Analogue

Counts: 3689 Inhibit DBU : 3

OCP alarm group: 3 DBU local inh : 0

Bridge group: 2 DBU al.relay 1 : 0

Auto log: 1 DBU al.relay 2 : 0

Counts low: 2420 Low-low alarm limit:

Counts high: 3910 Low alarm limit: 1.5

Eng.units low: 0.00 High-high alarm limit:

Eng.units high: 2.50 High alarm limit:

Alarm-on delay: 0

Alarm-off delay: 0

Offscan: 0 Filter factor: 0.15

Inhibit channel : 32




123

Rys.3. Dane do przetwarzania parametru binarnego

Stan alarmowy sygnału analogowego pojawia się w przypadku, gdy sygnał nie mieści się w dopuszczalnym, nastawionym zakresie (granica górna i dolna). Wówczas włącza się alarm. Alarm przestanie być aktywny, kiedy sygnał powróci do normalnej wartości. Z kolei przy sygnałach dwustanowych wartość z czujnika jest albo normalna albo alarmowa.

Czujnik może bardzo często przełączać sygnał ze względu na chwilowe zaburzenia kontrolowanego procesu. Aby uniknąć takiej sytuacji nastawia się tzw. zwłokę czasową: stan alarmowy pojawia się po utrzymaniu się przekroczenia dopuszczalnej wartości sygnału przez określony czas.

Zbierane i przetwarzane wartości są przechowywane w pamięci i odczytywane przez SPU oraz wyświetlane na zewnętrznym panelu SAU. SPU odczytuje wszystkie wartości z każdego panelu SAU.

NORCONTROLAutomation TAG DETAILS DISPLAY FOR DBU CHANNEL 11-08-93

12:30:16

Tagname: AE001 DBU number : 1

Description: STARTING AIR Channel number : 3

Function: LP Adaptorcard : 801.1

State: CLOSE Type : Digital

Inhibit DBU : 0

OCP alarm group: 7 DBU local inh : 0

Bridge group: 4 DBU al.relay 1 : 0

Auto log:

Alarm-on delay: 0

Alarm-off delay: 0

Offscan: 0

Inhibit channel : 0

1




124

Wymiana informacji pomiędzy SPU i SAU odbywa się za pomocą dwóch szeregowych łączy. Jedno przekazuje komendy/informacje z SPU do SAU, a drugie odbiera informacje zwrotne. W jednej pętli połączeń może być nawet do dwudziestu komputerów SAU. Każde SAU ma przyporządkowany specjalny numer do rozpoznawania poszczególnych sygnałw. Może się zdarzyć, że komunikacja między SPU a SAU będzie niesprawna, wówczas wykryje to, SPU, ponieważ SAU nie wyśle informacji zwrotnej, której SPU nie otrzyma. Stan taki jest alarmowany. W sytuacji, gdy nie ma połączenia z komputerem SPU lub gdy stanowisko operatora jest nieosiągalne, operator korzysta z jednostki BACK UP ( BACK UP Panel).

Płytę czołową, SAU przedstawia poniższy rysunek:

Rys.4. Widok płyty czołowej SAU - schemat

Na płycie można wyróżnić elementy spełniające następujące funkcje: Wskaźniki stanu pracy i ostrzeżeń SAU - diody świetlne

Rys.5. Wskaźniki stanu pracy i ostrzeżeń SAU („STATUS/WARNING”)

01020304

05060708

SAU 8810

.

SELECTUP UP LOWERDOWN

DOWN RAISE SET

OP. CODE PARAMETER VALUE

CHANNEL NO. 01-08

17181920

21222324

25262728

29303132

09101112

13141516

NORMALBACKUPRECEIVETRANSMIT

TESTMODE

ERROR

STATUS WARNING

NORAUTOMATIONCONTROL

LOCKOPEN

CHANGE

CHANNEL NO. 09-16 CHANNEL NO. 17-24 CHANNEL NO. 25-32

SIGNAL ACQUISITION UNIT

SAU 8810

NORMALBACKUPRECEIVETRANSMIT

TESTMODE

ERROR

STATUS WARNING

SIGNAL ACQUISITION UNIT




125

- „NORMAL” (normalny stan pracy) – lampka ta świeci się, gdy SAU połączone jest z systemem centralnym

- „BACKUP” (awaryjny stan pracy) – lampka ta świeci się podczas awarii komputera centralnego; SAU pracuje wówczas jako samodzielny komputer

- „RECEIVE” (stan odbioru informacji) – lampka ta świeci się, gdy SAU odbiera informacje od komputera centralnego

- „TRANSMIT” (stan nadawania informacji) – lampka ta świeci się, gdy SAU przekazuje informacje do komputera centralnego

Wskaźniki ostrzeżeń to: - „TEST MODE” (test wewnętrzny) – lampka ta świeci się, gdy uruchomiony

został program testujący pracę SAU - „ERROR” (wskaźnik usterek) – lampka ta świeci się po wykryciu przez

program testujący usterek podczas pracy SAU

Rys.6. Panel sygnalizacyjny




126

. W skład panelu sygnalizacyjnego wchodzą: 32 wskaźniki alarmów (diody świetlne) 32 pola opisu alarmów dwa rodzaje wskazań alarmów: a) „NORMAL” (zwykle w pracy z komputerem centralnym)

- światło ciągłe w stanie alarmowym - światło zanika, gdy alarm ustąpi

b) „BACK UP” (przy pracy samodzielnej) - światło migające w stanie alarmowym - światło ciągłe, gdy alarm zostanie potwierdzony - światło znika, gdy alarm ustąpi

W stanie „NORMAL”, gdy wystąpi alarm, pobudzone zostaje przekaźnikowe wyjście alarmowe, które zaniknie po ustąpieniu alarmu. W stanie „BACKUP” przekaźnikowe wyjście alarmowe zaniknie po potwierdzeniu alarmu.

Rys.7. Wyświetlacz i klawiatura na płycie czołowej SAU Wyświetlacz cyfrowy składa się z trzech części:

- „SAU NO.” (numer SAU) – ciągle wyświetla numer SAU - „CHANNEL” (kanał SAU) – wyświetla wybrany parametr, w którym

wystąpił stan alarmowy - „VALUE” (wartość) – wyświetla aktualną zmierzoną wartość parametru

Każdy kanał SAU jest scharakteryzowany przez pewną liczbę parametrów, które

można przeglądać lub zmieniać za pomocą klawiatury SAU. Należą do nich: C - rodzaj kanału F - współczynnik skalowania L - dolna granica alarmu wejścia analogowego lub stan wejścia binarnego H - górna granica wejścia analogowego A - grupa alarmowa SAU d - opóźnienie alarmu w sekundach I - blokada alarmu w danym kanale od zmiany stanu w innym kanale




127

dL - zakres odchyłki temperatury gazów spalinowych – dolnej wartości średniej dH - zakres odchyłki temperatury gazów spalinowych – górnej wartości średniej E - korekcja zakresu odchyłki od wartości średniej temperatury gazów spalinowych

(dla stałych różnic na cylindrach) Za pomocą przycisków „UP” lub „DOWN” wybiera się kanał, którego numer

zostaje wyświetlony na wyświetlaczu „CHANNEL”. Wciskając następnie przycisk „SELECT” dokonujemy wyboru rodzaju przeglądanego parametru. Jego kod oraz wartość wyświetlone zostają na wyświetlaczu „VALUE”.

Omówiona procedura przeglądu parametrów dotyczy granic alarmowych L, H, dL, dH. Chcąc dokonać przeglądu wszystkich parametrów, przed rozpoczęciem opisanej procedury należy ustawić klucz „CHANGE LOCK” w pozycję „OPEN”.

Wartość parametru analogowego jest wyświetlana na 4-segmentowym wyświetlaczu „VALUE”. Jednak nie zawsze pełna wartość parametru analogowego da się zapisać w całości na wyświetlaczu „VALUE”. Np. niech parametr L ma wartość – 256. Wyświetlenie tej wartości odbywa się w następujący sposób:

- najpierw zostaje wyświetlona wartość L256 - następnie wyświetlacz przełącza się samoczynnie i wyświetla wartość 256 i po

pewnym czasie przełącza się z powrotem na wskazanie L256 W przypadku wyświetlenia parametru cyfrowego na wyświetlaczu „VALUE” może

pojawić się jedno z trzech wskazań: O, C, P. Wskazania te oznaczają:

O - alarm dla styku rozwartego (normalnie otwartego) C - alarm dla styku zwartego (normalnie zamkniętego) P - dla braku alarmu

Pole wskaźnika cyfrowego i przycisków na płycie czołowej zawiera przycisk potwierdzenia alarmów „ACKNOWLEDGE”. Ponadto pole wskaźnika cyfrowego spełnia następujące funkcje:

a) ciągłe wskazanie numeru SAU (adres SAU w układzie wielosystemowym) b) przyciski wyboru kanału SAU oraz wskaźnik numeru kanału c) wskaźnik charakterystyki kanału; dla każdego kanału można wybrać i odczytać:

- wartość sygnału „WE/WY” - górną i dolną granicę alarmu

d) zmianę charakterystyki kanałów; w każdym kanale można dokonać zmiany następujących danych:

- górnej i dolnej granicy alarmu - charakteru sygnału wyjściowego (analogowy/binarny), lecz tylko w przypadku

pracy samodzielnej lub awaryjnej SAU e) przystosowanie; można określić i wprowadzić następujące parametry sygnałów:

- typ kanału (binarny, analogowy, licznik) - dla wszystkich „WE/WY” kanałów SAU

- współczynnik skalowania - dolną granicę alarmu




128

- górną granicę alarmu - grupę alarmu (1 do 3) - tylko dla kanałów „WE” - blokadę alarmu innym kanałem binarnym - odchyłkę od dolnej wartości średniej - odchyłkę od górnej wartości średniej - współczynnik korekcyjny

Ostatnie trzy dotyczą tylko wejść z czujnikami temperatury gazów wylotowych. f) zablokowanie zmiany parametrów

Dokonanie zmiany parametrów przez osoby nieupoważnione zablokowano kluczem.

Blokada zmian parametrów („CHANGE LOCK”)

Rys.8. Blokada zmian parametrów

W celu zapobieżenia przypadkowej zmianie wartości mierzonych parametrów płyta

czołowa SAU zawiera blokadę zmian parametrów przedstawioną na rys.8. Podczas normalnej pracy SAU zmiany parametrów dokonuje się za pomocą komputera centralnego, wykorzystując do tego celu klawiaturę. Podczas pracy awaryjnej SAU procedura zmiany parametrów przebiega następująco:

1) przełączyć klucz „CHANGE LOCK” w położenie „OPEN” 2) za pomocą przycisków „UP”, „DOWN” wybrać numer pożądanego kanału - zostanie

on wyświetlony na wyświetlaczu „CHANNEL” 3) przyciskiem „SELECT” wybrać zmieniany parametr – na wyświetlaczu „VALUE”

wyświetli się jego kod i aktualna wartość 4) wciskając przyciski „LOWER” „RAISE” ustalić nową wartość parametru – będzie

ona wyświetlona na wyświetlaczu „VALUE” 5) wcisnąć przycisk „SET” – spowoduje to ustalenie nowej wybranej wartości w

jednostce SAU. W razie konieczności zmian wartości innych parametrów w danym kanale powtórzyć kroki 3 – 5

6) przekręcić klucz „CHANGE LOCK” o 90° przeciwnie do ruchu wskazówek zegara – parametry SAU będą zabezpieczone przed przypadkowymi zmianami przez niepowołane osoby.

PCU – Komputer lokalny (jednostka ) do sterowania procesami w podsystemach siłowni

LOCKOPEN

CHANGE




129

Rys. 9. Zdjęcie płyty czołowej PCU

Komputer do sterowania procesów PCU przeznaczony jest do zdalnego sterowania

urządzeń i wszystkich procesów zachodzących w siłowni okrętowej. PCU umożliwia sterowanie procesów:

- regulacji temperatury i ciśnienia pary w instalacji parowej - regulacji temperatury wody w instalacji chłodniczej - regulacji temperatury paliw i olejów w zbiornikach - regulacji ciśnienia sprężonego powietrza - regulacji poziomów w zbiornikach. PCU umożliwia załączanie/wyłączanie:

- sprężarek powietrza rozruchowego - pomp - zaworów - kotłów - podgrzewaczy - wyparowników - silników pomocniczych.




130

PCU prowadzi również ciągłą komunikację z jednostką SPU. Sterowanie odbywa się ze stanowiska operatora, gdzie operator wydaje komendy do zrealizowania. Jednostka SPU przesyła zadane sygnały do jednostki PCU i tam następuje realizacja zadań. Po wykonaniu czynności komputer PCU wysyła sygnał potwierdzający do komputera SPU, a ten przesyła sygnał do stanowiska operatora. Na ekranie monitora, będącego częścią stanowiska operatora, wyświetla się informacja o wykonaniu zadanej czynności. W przypadku braku połączenia z jednostką SPU lub stanowiskiem operatora jednostka PCU przechodzi w stan pracy awaryjnej i sterowanie odbywa się z płyty czołowej jednostki PCU.

W celu przystosowania PCU do jakiegokolwiek standardowego typu czujnika, każdy aktywny kanał PCU musi być wyposażony w małą płytkę sprzęgającą, zwaną adaptorem (rys.11). Płytki te umożliwiają połączenie pomiędzy sygnałami z czujnika, a standardową częścią komputera PCU. Adaptory znajdują się wewnątrz obudowy komputera PCU.

Rys.11. Adaptory wewnątrz PCU 8810

Zespoły PCU są tak zaprojektowane, aby można było je łączyć wspólną magistralą

(pętlą) z komputerem głównym (Host Comp.), np. SPU. Dzięki temu SPU może się łączyć z dowolnym PCU i sprawdzać procesy, za które odpowiada. W ten sposób realizowane może być połączenie do 20 jednostek PCU. Występują dwa rodzaje tych systemów: z jedną i dwoma magistralami łączącymi. W systemie z jedną pętlą występuje jeden komputer centralny i jedna magistrala łącząca.

Contact on RIGHT-HAND SIDEof Adaptor Card




131

Rys.12. Zastosowanie PCU w jednej magistrali z komputerem centralnym

GCU – komputer lokalny (jednostka) do sterowania generatorami

Rys. 13. Zdjęcie płyt czołowych komputerów GCU Prezentacja: GCU_wyk

G C U – G e n e r a t o r C o n t r o l U n i t

PCU 1

PCU 8

HOSTCOMPUTER

PCU 2

PCU 7

PCU 3

PCU 6

PCU 4

PCU 5




132

Stanowisko operatora w systemie alarmowania i monitoringu

Na stanowisko operatora (rys.2) składają się: monitor, mysz, klawiatura OCP oraz drukarka. System alarmowy zawiera pewną ilość Parametrów alarmowych, które są podzielone na grupy. Każda grupa alarmowa ma swój przycisk na klawiaturze. Maksymalnie mogą występować 24 grupy alarmowe (opcjonalnie 34 – na życzenie armatora). Każdy parametr może być zawarty tylko w jednej grupie alarmowej.

Rys.14. Zdjęcie stanowiska operatora w siłowni W przypadku wejścia stanu alarmowego danego parametru mają miejsce:

- wydruk alarmu wraz z czasem jego wystąpienia - zapalenie się na klawiaturze światłem migającym lampki reprezentującej

odpowiednią grupę alarmową - wyświetlenie się na ekranie monitora w czerwonym migającym kolorze

parametru alarmowego i informacji o nim - uruchomienie zewnętrznych urządzeń alarmowych (klakson, lampa rotacyjna) - uruchomienie brzęczyka (dźwięk alarmowy) na panelu kontrolnym

Operator powinien wówczas zareagować w następujący sposób:




133

- skasować sygnał dźwiękowy (wciskając przycisk wyłączający SOUND OFF) - wcisnąć migający na klawiaturze przycisk z grupą alarmową - wcisnąć przycisk potwierdzający alarm (ACK)

Po wykonaniu tych czynności system wyłącza brzęczyk i rotacyjną lampę alarmową. Na klawiaturze lampka reprezentująca odpowiednią grupę alarmową świeci się światłem ciągłym. Na ekranie monitora parametr alarmowy i informacje o nim wyświetlane są w ciągłym kolorze czerwonym. W momencie ustąpienia stanu alarmowego informacje na monitorze zmieniają kolor na zielony.

Rys.15. Zdjęcie klawiatury na stanowisku operatora w CMK




134

Przyciski funkcyjne na klawiaturze wchodzące w skład systemu alarmowego

PRZYCISK OPIS FUNKCJI

FUNKCJE ALARMOWANIA I NADZORU

GROUP ALARM Potwierdza alarmy w całej grupie alarmowej; wyświetla grupę i aktualny stan alarmu

ALARM TEST Testuje system alarmowy przez symulowanie alarmów

ALARM SUMMARY (opcjonalnie)

Pokazuje na monitorze w tym samym czasie wszystkie alarmy ze wszystkich grup. Jeśli liczba alarmów nie mieści się na jednej stronie (przekracza 20), można je obejrzeć za pomocą naciśnięcia przycisku NEXT PAGE, który jest automatycznie aktywowany

LATEST ALARMS (opcjonalnie)

Wyświetla w porządku chronologicznym 20 ostatnich alarmów wraz z czasem i datą ich powstania

SOUND OFF Wyłącza i nastawia ponownie urządzenia alarmowe, które są uruchamiane, gdy włączy się alarm (brzęczyk, obracające się światła)

BUZZER Sygnał dźwiękowy uruchamiany, gdy włączy się alarm

NUMERIC INPUT Dane wejściowe. Obejmuje 10 przycisków, które służą do wprowadzania wartości liczbowych (cyfry od 0 do 9) wymaganych do przeprowadzania niektórych sekwencji

ENTER Kończy sekwencję wprowadzania liczb (zapisuje wybraną wartość)

DELETE Usuwa wprowadzone wartości liczbowe podczas sekwencji wprowadzania danych wejściowych

CHANGE Umożliwia zmianę wprowadzonych wartości, jeżeli sekwencja tego wymaga

KEYSWITCH Przycisk ten umożliwia także dokonywanie zmian w parametrach. Jest to zabezpieczenie przed przypadkową (niezamierzoną) zmianą parametrów regulacji. Aby wprowadzić zmianę wartości trzeba przekręcić klucz w odpowiednie położenie. Współdziała z przyciskiem CHANGE

FUNCTION TEST/ W ustalonym porządku testuje działanie wszystkich przycisków, ich funkcji i lampek na klawiaturze oraz




135

LAMP TEST monitora

GROUP DISPLAY

Przegląd wszystkich mierzonych wartości i wartości alarmów we wszystkich grupach alarmowych

SELECTED POINTS DISPLAY

Przegląd 5 wybranych zestawów punktów pomiarowych, każdy zestaw może zawierać maksymalnie 18 punktów. Zawartość poszczególnych zestawów może być zmieniana (można dodawać/usuwać punkty pomiarowe w zestawach)

DATE AND TIME Podgląd i ustawianie zegara i kalendarza. Czas jest wyświetlany lub drukowany przez następujące funkcje: DATE AND TIME

GROUP LOG SELECTED POINTS GROUP COMPLETE LOG ALARM PRINTOUT

PREVIOUS PAGE Przewija i wyświetla na monitorze poprzednią stronę

NEXT PAGE Przewija i wyświetla na monitorze następną stronę

FUNKCJE REJESTRACJI DANYCH

GROUP LOG Drukuje, co pewien ustalony czas (okres), wszystkie wybrane wartości pomiarowe w grupie ALARM GROUP. Oprócz tego, drukuje na żądanie operatora. Jednakże przerwa w wydruku dla wszystkich grup nie musi być jednakowa, co oznacza, że niektóre wybrane grupy mogą być rejestrowane np., co trzy godz. a inne np. dwa razy dziennie. Na żądanie operatora można również wydrukować program funkcji GROUP LOG

SELECTED POINTS LOG

Drukuje okresowo albo na żądanie operatora określone, wybrane przez niego wartości z wyświetlanych zapisów (maks. 5). Zapisy wykonywane są okresowo, czas między zapisami musi być wielokrotnością jednej minuty

AUTO LOG Drukuje automatycznie aktualne zapisy w dzienniku, maksymalnie dwanaście razy na dobę. Wartości, które system będzie zapisywał, określone są z góry w czasie montażu systemu i nie mogą być później zmieniane przez operatora. Operator może jedynie zmienić okres między kolejnymi wydrukami




136

COMPLETE LOG Drukuje wszystkie punkty (wartości) pomiarowe w grupie GROUP LOG wraz z pełnym zestawem informacji

NASTAWIANIE PARAMETRÓW

LIMITS AND DELAYS Przegląd i nastawa wartości granicznych alarmów dla parametrów analogowych (np. ciśnienia, temperatury, przepływu, itp.) oraz czas zwłoki włączenia/wyłączenia alarmów. Nowe wartości będą przechowywane w SAU

EXHAUST DEVIATION LIMITS

Przegląd i nastawa wartości granicznych w systemie monitoringu gazów wylotowych. Wprowadzane zmiany są przechowywane w SAU

SAU INITIATION Przenosi wartości graniczne (limity) alarmów i inne dane konfiguracyjne do lokalnego komputera SAU

Tab.1 Funkcje poszczególnych przycisków klawiatury w systemie alarmowym Trendy – historia zmian parametrów

Funkcja trendu (historia zmian parametrów) służy do zapamiętywania i prezentacji danych pomiarowych uzyskanych podczas pracy systemów (rys.9). Aktualna wartość wybranej zmiennej jest zapisywana w regularnych odstępach czasu. W razie potrzeby każda z kontrolowanych zmiennych może być przedstawiana na monitorze w postaci wykresu, gdzie: oś y - wartości, oś x – czas. Odstęp czasu jest definiowany przez operatora. Na wykresie mogą być prezentowane i porównywane jednocześnie cztery różne sygnały analogowe. Operator może definiować następujące parametry:

- kody sygnałów, które będą prezentowane na wykresie - czas pomiędzy pomiarami, czyli czas próbkowania - jest podawany w

minutach i jest wspólny dla wszystkich przebiegów prezentowanych na jednym wykresie




137

Rys.16. Historia zmian wybranych parametrów

NORCONTROLAutomation SEL. POINTS TRENDS 1

Tagname Description Value

CA008 CA014 CA018 CA034

0 -10 -20 -30 -40 -50 -60

STARTING AIR ME 1 CHARGE AIR ME 1 CHARGE AIR TEMP. ME 1 H.TEMP. AIR DUCT SHAFT GEN.

22.0 BAR 1.2 BAR 120 DEG.C 50 DEG.C

BAR BAR DEG.C DEG.C 40.0 4.0 186.0 186.0

33.3 3.3 155.0 155.0

26.7 2.7 124.0 124.0

20.0 2.0 93.0 93.0

13.3 1.3 62.0 62.0

6.7 0.7 31.0 31.0

0.0 0.0 0.0 0.0

1 2

3

4

11-08-9312:30:16

Sample rate 30 s Scale (min)

Enter trend display time "hhh": will be displayed when entering SELECTED TREND DISPLAY twice Enter trend display time "min": will be displayed when entering SELECTED TREND DISPLAY three times




138

Wykład 3 (2h) Nowoczesne panele alarmowe a) BAP (Basic Alarm Panel firmy Lyngsoe )

Rys. 17. BAP – Podstawowy Panel Alarmowy Panel BAP jest panelem alarmowym, umieszczanym zwykle w CMK. Współpracuje z panelami alarmowymi na mostku i w kabinach mechaników (AAP ). W panelu BAP można wyróżnić następujące elementy:

wyświetlacz LCD (4 linie, regulowana przyciskiem DIMMER jasność)

buczek (sygnalizuje wystąpienie alarmu lub nową sytuację)

klawiatura, podzielona na bloki funkcjonalne:

1) przyciski funkcyjne S1, S2, S3 i S4 (służą do uruchamiania różnych opcji aktywnego menu; ich nazwy wyświetlane są w ostatniej linii wyświetlacza)

2) przyciski strzałek, ENT i ESC ( służą do przewijania list, wybierania ich poziomów i elementów, akceptowana lub odrzucania wyboru)

3) przyciski wyboru funkcji specjalnych (umieszczone po lewej stronie panelu)

4) przyciski STOP HORN i ALARM ACKN (wyłączenie buczka, potwierdzenie alarmu – tylko, jeśli jest wyświetlony na ekranie i tylko ze stanowiska wachtowego)




139

5) lampka ALARM (sygnalizuje niepotwierdzone alarmy)

6) lampka DUTY (działa równolegle z przyciskiem DUTY lub niezależnie od niego i sygnalizuje uruchomienie funkcji automatycznej zmiany wachty – Automatic Duty Call Function)

7) lampki grup alarmowych (mogą wyświetlać stan 10 różnych grup alarmowych)

Panel alarmowy ma cztery poziomy dostępu chronione hasłami. Podczas normalnej pracy panel alarmowy jest używany np. do potwierdzania i wyświetlania alarmów, wyświetlania konfiguracji kanałów, zmiany oficera wachtowego – tzn., różnych operacji, które nie wymagają hasła.

poziom 1 dostępu jest potrzebny do zmiany wartości granicznych, zmiany zwłok czasowych oraz ręcznego blokowania parametrów,

poziom 2 dostępu używany jest np. do zmiany ustawień drukarki,

poziom 3 dostępu używany jest do zmiany ustawień systemu kontroli wachty,

poziom 4 dostępu jest zarezerwowany tylko dla serwisu

Każdy poziom dostępu ma dwa hasła:

hasło stałe, którego nie da się zmienić

hasło klienta, które może być przez niego zmienione.

Hasło składa się z 1 - 6 znaków. Podczas normalnej pracy z systemem stosowane są hasła klienta. Aby zapobiec nadużywaniu haseł stałych, powinny być one udostępnione jedynie osobom odpowiedzialnym za system alarmowy. Hasła stałe mogą być używane tylko w celu ustanowienia nowego hasła klienta (jeśli stare zostało zapomniane). Jeżeli system prosi operatora o hasło poziomu 1, to zaakceptowane zostaną też hasła poziomów wyższych (2, 3 i 4) b) LOS (Local Operator Station) firmy Kongsberg Norcontrol




140

Rys. 18. Local Operator Station Facilities

Local Operator Station (LOS) jest dodatkowym panelem operacyjnym w systemie

DataChief® C20. Posiada alfanumeryczny wyświetlacz – 4 linie po 40 znaków, przyciski wyboru menu, nastawiania i wybierania parametrów, oraz kasowania sygnału dźwiękowego i potwierdzania alarmu.

Jego zadaniem jest zapewnienie operatorowi miejscowego dostępu do komputerów lokalnych (DPU) rozmieszczonych w różnych miejscach siłowni. Za pośrednictwem LOS operator może sprawdzać parametry sterowanych procesów, wydawać polecenia do podsystemów sterowania, symulować sygnały WE/WY, zmieniać nastawione wartości sygnałów i obserwować informacje z systemu diagnostycznego. Wybór odpowiednich komputerów lokalnych (DPU) odbywa się z menu pokazywanego na wyświetlaczu jednostki LOS. Dostępne są tylko komputery lokalne podłączone do tej samej linii, co LOS. Po wybraniu odpowiedniej jednostki DPU na wyświetlaczu pojawią się polecenia i funkcje do niej przypisane. Odpowiednie submenu i polecenia wybierane są przy pomocy przycisków F1, F2, F3 i F4, zgodnie z tym, co pokazuje 4 linijka wyświetlacza. Do wyboru i nastawienia parametrów oraz do podania żądanego polecenia wykorzystuje się przyciski UP/DOWN i LEFT/RIGHT. Push buttons for navigating through menus.

Przegląd najczęściej spotykanych systemów alarmów, monitorowania i sterowania a) system DC C-20




141

Prezentacja:DC-C20_wyk.pps

D C - C 2 0

K O N G S B E R GN O R C O N T R O L

b) system Lyngsø Marine A/S SAM Electronics GmbH Monitoring and Control System MCS 2200

Rys. 19. Alarm & Control System 2200




142

MOS 2200 is standardized Alarm Management system for basic requirements typically in bulk carriers, tankers and smaller vessels. Full compliance with class requirements for alarm management and easy maintenance and operation for the crew is guaranteed through decades of experience and refinement of the systems.

MCS 2200 is including all functionality of the MOS 2200 system and in addition control functions like PID loop controllers, Power Management System and pump/valve control. All typical control functions used on marine vessels are standardized and well-proven in use. Advanced ship-specific control algorithms are equally possible, thus a variety of features and flexible options are offered to meet the most demanding requirements.

Main Benefits of MOS 2200

User-Friendly

Fast access to information

anywhere on the ship

Un ified user interface on all devices

Windows® oriented user interface on operator workstations

Flexible

Free mix of signals and functions

Open platform for inter -facing to external systems

Modular design enables easy adaption/extension

Cargo alarm system whether as integrated or stand-alone solution

Safe and Reliable

Use of class approved equipment and functions

High level of redundancy

Hardware developed especially for marine applications

Cost Efficient

Placing near the process reduces cabling

Unmanned machinery notation saves labor costs

Self -diagnostic features improve crew maintenance

Integration of engineer calling system/dead-man- alarm system and fire alarm indication reduces total cost




143

Rys. 20. Zdjęcie ekranu monitora z wyświetlonym menu




144

Rys.21. Zdjęcie przykładowego grafu na ekranie monitora c) system Kongsberg K Chief -500

Prezentacja: Kongsberg_K_500

Redundancja i wymagania stawiane systemom alarmowym

Prezentacja: alarms_redund_wyk.pps

R E D U N D A N C Y

R e d u n d a n c j a - n a d m i a r o w o 懈

Dodatkowe informacje można znaleźć na stronach: www.km.kongsberg.com, www.sam-electronics.de




145

Semestr V. Wykład (6 godz.) Okrętowe systemy informacyjne: alarmowe, dyspozycyjne, operacyjne, ostrzegawcze, diagnostyki i statystyczno-ewidencyjne. Zastosowanie systemów komputerowych w automatyce okrętowej. Wykład 1 (2h) Funkcje układu: pomiar parametrów i monitorowanie systemu wykrywanie alarmów sterowanie wybranymi podsystemami.

Struktura i schemat funkcjonalny systemu: komputery lokalne stanowiska operatora system watch calling

Prezentacja:DC-7Norcontrol_wyk

materiały dydaktyczne automatyka okrętowa semestr v wykłady

Documents