Система дау на судах что это
Обновлено: 24.04.2024
Эффективность судовых энергетических установок в значительной мере определяется уровнем автоматизации и качеством управления скоростными и нагрузочными режимами их работы.
Система дистанционного автоматизированного управления (система ДАУ) главной пропульсивной установкой предназначена для управления скоростью и направлением движения судна путем изменения частоты вращения главного двигателя (ГД) и направления упора гребного вала.
На судах с винтами фиксированного шага (ВФШ) на базе реверсивных мало- и среднеоборотных ГД система ДАУ должна обеспечивать изменение упора и направления вращения гребного вала путем изменения частоты и направления вращения ГД.
На судах с ВФШ на базе главных нереверсивных дизелей система ДАУ должна обеспечивать изменение направления вращения гребного вала путем автоматизированного управления реверсивным дизель-редукторным агрегатом.
На судах, оснащаемых винтами регулируемого шага (ВРШ), система ДАУ должна работать в сочетании с системой управления главным движителем, изменяющей скорость и направление движения судна.
Таким образом, большое количество и разнообразие судовых энергетических установок на базе ГД обусловлено их назначением, условиями применения, видом потребителей, уровнем автоматизации и рядом других факторов. Соответственно различаются системы ДАУ ГД, каждая модификация должна иметь собственные особенности их построения и взаимодействия со смежными сопрягаемыми системами.
Судовые средства автоматизации содержат панели контроля и управления, операторские станции, программируемые контроллеры, датчики и исполнительные устройства, источники основного и резервного питания, различного рода программируемые средства сбора, обработки и передачи информации по интерфейсным каналам, устройства коммутации и преобразования выходных сигналов, поступающих к электроприводным, электропневматическим и электрогидравлическим устройствам дискретного и аналогового управления.
Особенность построения систем ДАУ ГД состоит в том, что они должны иметь программно-аппаратную унификацию и совместимость своих элементов со всеми перечисленными средствами автоматизации, при этом сами системы должны быть интегрированы в состав автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) судна.
Судовые системы дистанционного автоматизированного управления для судов с винтами фиксированного и регулируемого шага, должны поставляться с Сертификатом Морского Регистра судоходства РФ, Речного Регистра или зарубежного Морского классификационного общества с учетом требований заказчика.
Как правило, значительная часть оборудования поставляется на судно разнопрофильными специализированными предприятиями, которые не могут в полной мере обеспечить требуемого взаимодействия поставляемого оборудования с сопрягаемым оборудованием других фирм-поставщиков. Это связано с различными подходами к поставке собственной продукции, при этом не всегда учитывается необходимость выполнения дополнительных специфических операций функционирования судового оборудования на более высоком межсистемном уровне управления, при котором обеспечивается оптимальное функционирование судовых энергетических и транспортно-технологических процессов.
Рисунок 9.2. Структурная схема ДАУ ГД
В ряде случаев системы ДАУ ГД поставляются совместно с главными двигателями и используются в качестве локальных систем управления.
В большинстве случаев в поставляемых системах используются программируемые контроллеры различных фирм, имеющие собственную архитектуру, операционные системы и системы команд, способы и средства отображения информации, организацию сетей передачи данных, собственное программное обеспечение и технологические языки программирования.
Необходимость сокращения численности судового экипажа требует комплексной автоматизации судна за счет повышения уровня интегрированного взаимодействия между локальными системами управления.
Объединение схемотехнических и программно-аппаратных средств систем ДАУ ГД в единую системотехническую среду представляет серьезную проблему. Повышение уровня автоматизации судового пропульсивно-энергетического комплекса на базе ГД может быть обеспечено лишь за счет повышения уровня интеграции систем ДАУ, входящих в состав общесудовой АСУ ТП, и требует комплексного подхода к их проектированию. Однако подходы разработчиков, обеспечивающих комплексные поставки систем управления и электрооборудования, не всегда принимаются во внимание.
При комплексном проектировании и поставке на судно интегрированных систем управления существенно снижается их общая стоимость, снижается стоимость ЗИП и обслуживания автоматизированных систем в процессе эксплуатации судна.
Из этого следует, что выбор поставляемых изделий должен выполняться с учетом межсистемной совместимости, которая может быть достигнута лишь при разработке и поставке оборудования одним поставщиком. В этом случае обеспечивается охват всего комплекса проблем, связанных с оптимальной организацией технологического процесса, и обеспечением требуемой интеграции технических средств и их унификации с учетом специфики функционирования автоматизируемого объекта.
Впервые в отечественном флоте автоматизация судовых энергетических установок с применением микропроцессорных систем, имеющих унифицированные программно-аппаратные средства, была реализована в 1978 году фирмой ASEA на танкере «Калининграднефть». Судно было построено в Финляндии на верфи Rauma – Repola для Минрыбхоза СССР.
К середине 1980-х годов усилиями рабочей группы специалистов Минморфлота (ЦНИИМФ, ЛВИМУ им. адмирала Макарова), Минрыбхоза СССР (Гипрорыбфлот), Минприбора (ЛНПО «Электронмаш») и Минсудпрома (НПО «Аврора») была разработана концепция комплексной автоматизации транспортных и промысловых судов на основе интегрированной общесудовой системы управления. Было принято и наименование такой интегрированной системы – автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУ ТП) судна.
Анализ оснащенности автоматизированных судов показывает, что системы управления выполняются на базе программируемых контроллеров различных типов, выпускаемых разными фирмами. Это приводит к существенному увеличению запасных частей и существенно усложняет эксплуатацию систем. Поэтому необходимость внедрения общесудовых АСУ ТП, построенных на базе типовых унифицированных программно-аппаратных средств, имеет особую актуальность.
Основной концепцией построения АСУ ТП судна является реализация всех ее подсистем на основе ограниченного по составу набора унифицированных комплектующих изделий и типовых конструкций.
По принципу функционально-структурного построения АСУ ТП судна относится к классу распределенных систем (распределенная АСУ ТП). Она представляет собой человеко-машинный комплекс рассредоточенных по судовым помещениям автономных микропроцессорных систем (станций), объединенных локальной сетью передачи данных и обеспечивающих эффективное управление как отдельными судовыми объектами и технологическими процессами, так и судном в целом. Каждая станция имеет собственный адрес в сети передачи данных и обеспечивает выполнение одной или нескольких типовых функций.
В настоящее время при постройке отечественных судов в качестве комплектующих изделий для построения судовых АСУ ТП в научно-производственном объединении «Автоматизация машин и технологий» (НПО «АМТ») применяется, в основном, продукция одного из мировых лидеров Schneider Electric (Франция), ряда отечественных предприятий и собственной разработки. По требованию заказчика могут использоваться программно-аппаратные средства производства Siemens, Omron, Wago и другие.
Системы и устройства судов работают в особо тяжелых условиях, поэтому в НПО «АМТ» проектирование продукции основывается на применении только высококачественных и надежных комплектующих изделий известных отечественных и мировых, а также изделий собственной разработки. Сформированные в НПО «АМТ» требования к системотехническим решениям, программно-аппаратным средствам и электротехническим комплектующим изделиям, исходя из необходимости их совместимости и унификации, позволяют реализовать, прежде всего, единые подходы к проектированию систем управления и электрооборудования. Следствием этого является сокращение сроков разработки, повышение надёжности и снижение стоимости поставляемой предприятием продукции.
Реализация принципов межсистемной совместимости и унификации программно-аппаратных средств, программного обеспечения контроллеров, их операционных систем и технологических языков программирования, положенных в основу комплектации средств автоматизации, приводит к возможности изготовления высококачественных систем.
Задачей судовой энергетической установки (СЭУ) является преобразование химической (или ядерной) энергии топлива в механическую энергию движителя и в электрическую или тепловую энергию, потребляемую механизмами общесудового назначения и удовлетворяющую бытовые нужды экипажа.
В упрощенной схеме судовой пароэнергетической установки (СПУ) (рис. 1) топливный насос подает топливо в топку котла, где химическая энергия топлива преобразуется в тепловую, а тепловая энергия передается пароводяной смеси. Носитель энергии (пар) поступает из котла в главные турбины, в турбины электрических генераторов и вспомогательных механизмов, где его энергия с помощью лопаточных аппаратов преобразуется в механическую энергию вращения роторов.
1—топливный насос; 2 — котел; 3, 8 — питательный и конденсатный турбонасосы; 4 — турбогенератор; 5 — главная турбина; 6 — главный редуктор и винт; 7, 9 — главные конденсатор и эжектор
Кинетическая энергия главных турбин через редуктор передается на винт. Энергия роторов турбин электрогенераторов преобразуется в электрическую, а энергия роторов турбин вспомогательных механизмов установки передается соответствующим насосам, где преобразуется в энергию давления, нагнетаемых жидкостей. Пар из турбин поступает в конденсатор, где его энергия передается забортной воде.
Автоматизация судовой пароэнергетической установки должна обеспечить выполнение следующих требований: экономичности работы на всех стационарных режимах, возможности быстрого выполнения маневра, надежности работы, удобства обслуживания при минимальном количестве обслуживающего персонала.
На современном этапе, как правило, осуществляется комплексная автоматизация пароэнергетической установки, при которой автоматизируются ее основные рабочие процессы.
При автоматизации паросиловых установок обычно предусматривается управление главными турбинами или ВРШ непосредственно из ходовой рубки, управление всеми остальными механизмами установки и контроль за ее работой — из ЦПУ.
Автоматизированные системы управления судовыми пароэнертетическими установками имеют иерархическую структуру (рис. 2). На нижней ступени иерархии находятся местные системы автоматического управления отдельными агрегатами А и механизмами (автоматические регуляторы Р давлений, уровней, температур и расходов топлива, масла, воды, воздуха). Следующей ступенью является пост дистанционного управления, еще выше расположен пост управления в ходовой рубке.
При автоматизации судовых пароэнергетических установок применяют следующие виды автоматики: системы автоматического регулирования и управления основными параметрами установки, устройства автоматического контроля и сигнализации, системы дистанционного управления, системы аварийной защиты, устройства автоматического пуска и остановки механизмов, вычислительные машины.
На судах широко применяют вспомогательные котельные установки, предназначенные для обеспечения бытовых нужд и вспомогательных механизмов паром.
Система автоматического регулирования котлоагрегатами типа КВА 0,5/5 (рис. 3) обеспечивает: автоматическое регулирование процесса горения в топке котла и уровня воды в котле; защиту и сигнализацию по максимальному давлению пара, минимальному и максимальному уровням воды в котле и по обрыву факела в топке котла.
В систему автоматического регулирования входят два реле давления, регуляторы питания и аварийного уровня, фотореле, электромагнитный клапан, сигнализация. Управление работой котла осуществляется со щита автоматического управления.
Регулирование процесса горения в топке осуществляется одним из реле давления, которое поддерживает давление в барабане котла в диапазоне 3,2—5 кгс/см 2 . При давлении 5 кгс/см 2 реле подает сигнал на закрытие электромагнитного клапана и на включение реле времени. При этом прекращается подача топлива, но электродвигатель вентилятора и топливного насоса продолжает работать. Происходит продувание топки. Через 15 с после прекращения горения реле времени отключает двигатель. При понижении давления в котле до 3,2 кгс/см 2 реле давления включает магнитный пускатель электродвигателя и реле времени. Происходит продувание топки. Через 15 с реле времени включает трансформатор зажигания и электромагнитный клапан.
Под действием искры между зажигающими электродами происходит зажигание топливовоздушной смеси. При зажигании факела фотореле отключает трансформатор зажигания и реле времени, в результате чего процесс горения в топке котла возобновляется.
1 — вентилятор; 2 — трансформатор зажигания; 3, 18—магнитные пускатели; 4, 6 — микровыключатели; 5,7 — регуляторы питания и аварийного уровня; 8 — конденсационный сосуд; 9, 10 — питательный насос и его электродвигатель; 11 — фотореле; 12 — реле давления; 13 — сигнализация; 14 — щит автоматического управления; 15 — электромагнитный клапан; 16 — топливный насос; 17 — двигатель
Регулирование уровня в котле осуществляется регулятором питания. Изменение уровня воды в котле изменяет высоту столба воды между постоянным уровнем в конденсационном сосуде и переменным уровнем в котле. При изменении уровня мембрана регулятора питания через механическую передачу воздействует на микровыключатели, которые через промежуточное реле и пускатель управляют работой электродвигателя питательного насоса.
Защита по максимальному давлению в котле осуществляется вторым реле давления. При давлении в котле 5,5 кгс/см 2 реле отключает электродвигатель и процесс горения в топке котла прекращается. Одновременно включается сигнализация.
Защита по минимальному и максимальному уровням в котле обеспечивается регулятором аварийного уровня. При понижении уровня до аварийного регулятор через микровыключатель отключает электродвигатель вентилятора и топливного насоса и включает сигнализацию. При повышении уровня свыше предельного регулятор дополнительно отключает и электродвигатель питательного насоса.
Защита по обрыву факела в топке котла осуществляется фотореле. При погасании факела фотореле отключает электромагничный клапан и включает световую сигнализацию, а через 15 с реле времени подает сигнал на отключение электродвигателя вентилятора и топливного насоса.
Судовые дизель-генераторы условно можно разделить на две группы: обеспечивающие непрерывное электропитание потребителей в нормальных эксплуатационных режимах; обеспечивающие электроснабжение наиболее ответственных потребителей электроэнергии в аварийных режимах.
В зависимости от объема автоматизации для дизель-генераторов установлены три степени автоматизации. Наибольший интерес представляют системы ДАУ основными и аварийными дизель-генераторами, охватывающие главную часть объемов автоматизации.
- автоматическое поддержание дизеля в состоянии горячего резерва;
- автоматические пуск и остановку дизель-генератора;
- дистанционные пуск и остановку дизель-генератора;
- автоматическую защиту дизель-генератора путем его остановки при возникновении аварийных состояний; ;
- встроенный функциональный контроль исправности.
На ОПУ установлены элементы управления системой и табло световой сигнализации; ВПУ частично дублирует ОПУ; БУ содержит логические функциональные блоки, выходные устройства, коммутационные элементы для приема сигналов ОПУ, ВПУ, датчиков выдачи сигналов на исполнительные устройства, сигналов на электростанцию и ЦПУ.
Датчики, устанавливаемые на дизеле М и его системах, обеспечивают контроль за давлением и температурой масла, давлением и температурой охлаждающей воды, частотой вращения дизеля.
Функциональная схема системы представлена на рис. 1, б. Логическая схема БУ состоит из следующих функциональных блоков: двух блоков стабилизированного питания БСП, блока пуска БП1, блока остановки БО, блока неотключаемых элементов БСП, блока аварийных защит БАЗ, блока контроля времени БКВ, двух блоков усилителей БУ. Функциональные блоки выполнены на транзисторных логических элементах с выходом на устройства автоматики через контактные реле.
К исполнительным устройствам и механизмам системы относятся: насосы масляной системы, системы охлаждения и подогрева; электродвигатель регулятора скорости; электромагнитные клапаны топливной системы, системы аварийной остановки, воздушного пуска, предварительного подогрева.
Система обеспечивает несколько вариантов ее использования для управления различными типами судовых дизель-генераторов.
Работа ДАУ для дизель-генераторного агрегата
Рассмотрим в упрощенном виде работу системы для дизель-генераторного агрегата типа ДГР 300/500-2. По сигналу на пуск (с пульта управления или от внешнего импульса) включается электромагнит пускового клапана прокрутки (ЭМПКП). Серводвигатель включается на систему ДАУ и устанавливает топливную рейку в положение минимально устойчивой частоты вращения. В этом положении топливная рейка через конечный выключатель отключает серводвигатель. По сигналу датчика прокрутки отключается электромагнит и включается насос прокачивания масла.
При включении насоса включается механизм контроля времени прокачивания. По сигналу датчика давления масла отключается механизм контроля времени прокачивания масла, включается электромагнит пускового воздуха и механизм контроля времени пуска воздуха. По сигналу датчика первой уставки скорости отключается насос прокачивания масла, электромагнит, механизм контроля времени пуска воздуха и включается насос забортной воды охлаждения дизеля.
Если через определенное время давление масла не достигнет нужной уставки или дизель не выйдет на минимально установленную частоту вращения, то выдается сигнал о несостоявшемся пуске. При этом система возвращается в исходное состояние и выдает сигнал на повторный запуск.
В случае удавшегося запуска двигатель прогревается на минимально устойчивой частоте вращения. При достижении температуры воды и масла уставок срабатывания соответствующих датчиков включается серводвигатель в сторону увеличения частоты вращения дизеля.
При выходе на номинальную частоту вращения срабатывает конечный выключатель КВВ и датчик второй уставки скорости ДСВ2. Конечный выключатель КВВ отключает серводвигатель, система выдает сигнал на включение нагрузки или синхронизатора. С включением нагрузки система отключается и загорается табло «Нагрузка включена».
По сигналу на остановку (с пульта управления, или по внешнему импульсу) блок остановки отключает нагрузку и включает серводвигатель на уменьшение частоты вращения дизеля до уставки КВН. При снижении частоты вращения ниже уставки датчик ДСВ1 отключает насос НЗВ, дизель останавливается и схема подготавливается к очередному пуску.
Главная задача автоматизации судов – увеличение производительности труда судового экипажа при одновременном повышении безопасности эксплуатации. Системы автоматизированного управления СЭУ построены по принципу 3-х ступенчатой иерархической структуры ( рис. 9.1): ходовая рубка – ЦПУ - местные посты управления (МПУ). Для контроля функционирования СТС используются системы централизованного контроля. Управление на дистанции главными и вспомогательными двигателями, а также вспомогательными механизмами и судовыми системами обеспечивается соответствующими системами ДАУ.
Рисунок 9.1. Структурная схема управления судовой энергетической установкой
Система управления позволяет вести дистанционное автоматизированное управление (ДАУ) из рулевой рубки или из ЦПУ следующими технологическими процессами:
· ДАУ главными двигателями;
· ДАУ судовой электростанцией;
· ДАУ насосами охлаждения и смазки, вспомогательными и утилизационными котлами, сепараторами масла и топлива, воздушными компрессорами;
· ДАУ судовыми системами;
· ДАУ швартовными и буксирными лебедками, насосами и клинкетами грузовых систем танкеров, системами пожаротушения;
· Централизованный контроль параметров МКО и СТС;
· Автоматизированную сигнализацию и регистрацию контролируемых параметров и диагностирование основных механизмов.
Минимальный уровень функционирования согласно требований Регистра РФ и других классификационных обществ должен обеспечиваться с местного поста управления.
Управление СЭУ состоит из определенных операций по изменению режимов работы систем и механизмов.
Назначение и функции систем ДАУ судовыми силовыми установками
Система ДАУ – это совокупность устройств, позволяющих осуществлять автоматизированное управление главными судовыми двигателями посредством одного органа управления (например, рукоятки), с помощью которого производятся пуск, реверс, остановка и изменение скоростного режима двигателя.
По требованию Морского Регистра все современные промысловые и транспортные суда со знаком автоматизации А2 снабжены системами ДАУ главным двигателем, при этом все операции по выводу двигателя на заданный режим работы выполняются автоматически в соответствии с программой, заложенной в системе.
Системы ДАУ, исходя из назначения, должны обеспечивать следующие функции управления дизельными силовыми установками:
· дистанционный автоматический пуск подготовленного к работе главного двигателя;
· дистанционный ввод в действие муфт сцепления дизель-редукторного агрегата (ДРА), оснащенного ВРШ;
· постепенный прогрев и разгон главного двигателя после его запуска путем выполнения фиксированной во времени программы замедленного подъема частоты вращения до заданного для силовых установок с ВФШ;
· ускоренный разгон ГД до заданного режима, выполнение, кроме нормальной (замедленной) ходовой программы, разгона ускоренных программ, маневровой и аварийной;
· при выполнении программы разгона ГД быстрое прохождение зоны критической частоты вращения;
· изменение частоты вращения ГД с ВФШ или изменение шага ВРШ в соответствии с заданием соответствующей команды на аварийную остановку двигателя при подаче соответствующей команды с пульта управления или от системы защиты;
· выполнение необходимых блокировок;
· консервативность заданного режима работы двигателя при прекращении питания системы ДАУ рабочей средой или энергией;
· самоконтроль исправности с помощью сигнальных табло, отражающих состояние и фактическое исполнение команд основными устройствами системы;
· автоматическая регистрация маневров;
· исполнительная (световая), аварийная и аварийно-предупредительная (звуковая) сигнализации.
Системы ДАУ поднадзорны Морскому Регистру РФ и подлежат освидетельствованию и должны удовлетворять его требованиям. Применение ДАУ позволило сконцентрировать у одного поста органы управления и приборы контроля за механизмами машинного отделения в ЦПУ. ДАУ становится необходимым при комплексной автоматизации машинного отделения, исключающей необходимость в ручном обслуживании механизмов. Для обеспечения необходимой надежности функционирования безаварийной работы силовой установки, живучести управления системы ДАУ должны удовлетворять определенной совокупности требований, выработанных практикой разработки и эксплуатации систем.
Система ДАУ должна отвечать следующим требованиям:
· отвечать максимальной для данного уровня техники степени надежности;
· структурно быть максимально простой;
· использовать всережимный регулятор частоты вращения в качестве элемента управления и задания режима;
· все процессы управления и изменения режима осуществлять путем воздействия на одну рукоятку без временных задержек ее;
· обладать высокой точностью при задании частоты вращения (с погрешностью не более ± 1,5 %);
· иметь программное ограничение максимальной подачи топлива и минимальной (на режимах малых ходов);
· иметь не менее трех программ управления ходовыми режимами двигателя (нормальную, аварийную и плавного разгона);
· обеспечивать три автоматических попытки пуска, причем последняя попытка должна быть с увеличенной пусковой подачей топлива;
· иметь ограничение по времени общей продолжительности пуска для трех попыток;
· не ухудшать пускореверсивные характеристики двигателя и обеспечивать число пусков, соизмеримое квалифицированным ручным управлением;
· иметь командно-исполнительную сигнализацию и функциональный контроль;
· не менять заданный режим работы в случае прекращения питания;
· иметь контуры автоматической защиты двигателя по важнейшим параметрам (давление масла в системе смазки, давление воды в системе охлаждения, проход зоны критических оборотов и др.);
· обеспечивать переход на ручное управление за время не более 10 с;
· иметь на мостике пост управления, совмещенный с машинным телеграфом;
· обладать независимым питанием цепей ДАУ и телеграфа;
· подключаться к двигателю параллельно системами дистанционного управления.
Первое поколение систем ДАУ, вступивших в эксплуатацию на автоматизированных судах флота рыбной промышленности (ФРП) в 70-е годы еще прошлого века, представляет собой поколение пневматических и пневмоэлектрических систем. К их числу относятся системы, аналогичные базовым типам ZSP, ZSPN, польского производства, выполненные на наборе пневматических элементов фирмы “Вестингауз” и установленные на судах постройки Польши. Отечественная система ДАУ “Гром” применена для управления главным двигателем судов типа “50 лет СССР”. Эти системы в целом удовлетворяют Морскому Регистру, но имеют ряд существенных эксплуатационных недостатков. Эти недостатки обусловлены тем, что пневматические системы чувствительны к появлению эксплуатационных утечек воздуха, а также люфтов и зазоров в сочленениях валиков и рычагов, что приводит к неточной работе пневмоэлементов, а в ряде случаев к нарушению функционирования систем управления.
Режимы работы судовой дизельной установки регулируют путем изменения подачи топлива в цилиндры двигателя или шагового отношения ВРШ. Количество подаваемого топлива зависит от положения рейки топливных насосов высокого давления. Управление рейкой топливных насосов осуществляется через автоматический регулятор или вручную непосредственно с пульта управления. Энергия вырабатывается дизелем циклично через определенные промежутки времени в зависимости от тактности двигателя, числа цилиндров и угловой скорости вала. Однако при оценке двигателя как объекта регулирования цикличностью пренебрегают, так как время между вспышками в цилиндрах мало.
Главный судовой двигатель, работающий на винт фиксированного шага (ВФШ), обладает саморегулированием. При управлении двигателем не требуется точное поддержание частоты вращения вала, поэтому двигатель может управляться и быть устойчивым на режиме без регулятора частоты вращения. Однако, чтобы предохранить двигатель от инерционных динамических нагрузок, возможных при работе на волнении, поломке вала или винта, потере лопасти винта, требуется применение ограничительного регулятора, который в нормальных эксплуатационных условиях не влияет на режим работы двигателя и вступает в работу только тогда, когда частота вращения вала превышает допустимое значение. Ограничительный регулятор уменьшает подачу топлива и возвращает частоту вращения на уровень, установленный при задании ходового режима с поста управления.
Если главный двигатель работает на ВРШ, необходим непрерывно действующий регулятор, потому что требуется, поддерживая заданную частоту вращения, изменять топливоподачу в соответствии с нагрузкой, определяемой установкой лопастей винта. Управление ходовым режимом работы судна при совместном изменении шага винта и частоты вращения невозможно без непрерывного регулирования. Таким образом, несмотря на различные варианты работы главного двигателя — на ВФШ или ВРШ, имелись предпосылки автоматизации дизеля как объекта управления.
Многорежимный характер работы главной энергетической установки промысловых судов, связанный с необходимостью выполнения специфических операций при подъеме, спуске, буксировке трала, обусловил широкое внедрение систем ДАУ главным двигателем (ГД).
Современный этап развития судовой автоматики связан с переходом от средств автоматизации механического типа к электронным средствам. ДАУ, реализованные на электронных элементах, лишены недостатков пневматических и электропневматических систем, реализуют более широкое функциональные возможности по выполнению сложных алгоритмов управления и блокировок. Эти системы обладают более высокой надежностью, улучшенными контролепригодностью и ремонтоспособностыо.
Управляющие блоки этих ДАУ выполнены на базе интегральных схем малой и средней степени интеграции: аналоговые узлы контуров управления построены на интегральных операционных усилителях, логические схемы и цифровые - на микросхемах транзисторно-транзисторной логики.
Появление новых требований к автоматизации судов особенно остро поставило перед разработчиками систем управления непрерывными процессами проблему создания наряду с традиционными алгоритмами управления новых алгоритмов, позволяющих расширить круг и повысить качество решаемых системами управления задач. Благодаря научному потенциалу предприятия, тесной связи НПО «АМТ» с российскими научными организациями, конструкторскими бюро и судостроительными предприятиями были разработаны уникальные алгоритмы многоцелевого управления, позволяющие существенно расширить круг задач, возлагаемых на системы. В настоящее время проходят испытания системы управления с оптимальными и адаптивными алгоритмами, идет работа по созданию алгоритмов, основанных на принципах самоорганизации, объединяющих возможности большинства существующих алгоритмов. Системы управления непрерывными процессами с этими алгоритмами должны прийти на смену традиционным системам управления. Таким образом, на основе разработанных алгоритмов нового поколения предприятие имеет возможность создавать современные системы управления значительно более совершенные по сравнению с традиционными, обеспечивающие значительное повышение эффективности их использования.
Сложность разработанных алгоритмов нового поколения, необходимость обработки информации в больших объемах и повышение требований к обеспечению высокой надежности систем управления требует при их отладке перехода на новые информационные технологии. В связи с этим разработана и широко применяется технология математического и логического моделирования поведения автоматизируемых объектов в соответствии с действиями оператора и различного рода внешними и внутренними дестабилизирующими воздействиями – технология компьютерного моделирования. С ее помощью выполняется ряд предпроектных исследований, имитационное моделирование, автономная отладка алгоритмов и комплексная отладка сложных динамических систем дискретного и непрерывного действия. Компьютерное проектирование и комплексная отладка функционирования сложных систем дает возможность минимизировать или полностью отказаться от имитационных стендовых испытаний, для которых требуется применение дорогостоящих натурных имитаторов, характеризующих объекты управления.
В настоящее время флот пополняется судами, системы ДАУ которых реализованы на базе средствами микропроцессорной техники, которые обладают следующими преимуществами по сравнению с системами, выполненными на электронной элементной базе:
· возможность аппаратурной унификации систем ДАУ применительно к различным типам двигателей;
· возможность быстрого изменения алгоритмов управления системы по результатам эксплуатации;
· простота расширения объема функций системы с возможностью включения в него операций по контролю общего технического состояния двигателя;
· возможность быстрого восстановления работоспособности системы за счет наличия глубокого встроенного контроля;
· возможность реализации алгоритмов управления главным двигателем высокой сложности, в том числе задач оптимального управления.
Но существует на современном этапе одна проблема. Системы управления судовым оборудованием (главными двигателями, вспомогательными механизмами и системами, электростанцией, грузовыми операциями), как правило, поставляются разнопрофильными специализированными предприятиями, которые принципиально не могут учитывать специфику межсистемного взаимодействия оборудования. Это связано, прежде всего, с многообразием и значительной сложностью технических средств, целей и задач их автоматизации. Отсутствие межсистемного взаимодействия поставляемого оборудования в конечном итоге приводит к его удорожанию, снижению надежности функционирования и, как результат, снижению эффективности эксплуатации судов. В то же время выбор поставляемых изделий, выполняемый с учетом межсистемной совместимости, решает обозначенные проблемы. При этом, как подтверждает практика, максимальный эффект, как с технической, так и экономической точек зрения, достигается в случае выполнения поставок разработчиком оборудования. Очевидно, что именно разработчик способен комплексно оценить весь круг проблем, связанных с оптимальной организацией технологических процессов и обеспечить требуемую интеграцию средств автоматизации и их аппаратурную унификацию с учетом специфики функционирования взаимодействующего технологического оборудования.
Системы ДАУ главными двигателями относятся к числу основных систем автоматизации.
В состав дизельной установки входят сам дизель и системы, обеспечивающие его функционирование, — системы пуска, реверса, смазки, охлаждения, топливоподачи, наддува, управления.
Безаварийная и экономичная работа дизельной установки возможна при условии автоматического контроля и управления основными рабочими параметрами дизеля.
К рабочим параметрам, по которым осуществляется автоматическое регулирование, защита и сигнализация, относятся: температура атмосферного воздуха Т0, наддувочного воздуха во впускном коллекторе Тк, выпускных газов по цилиндрам и средняя за газовой турбиной Tг, пресной воды на входе Oв1 и на выходе Ов2, смазочного масла на входе Ом1 и на выходе Ом2; давление атмосферного воздуха р0, воздуха во впускном коллекторе рк, смазочного масла рм, газов в выпускном коллекторе рг, охлаждающей воды рв; крутящий момент М и частота вращения n коленчатого вала. На рис. 1 представлена обобщенная схема автоматического контроля и регулирования дизеля.
1, 22 — насосы забортной и пресной воды; 2, 13, 21 — холодильники пресной воды наддувочного воздуха и масла; 3, 20 — регуляторы температуры пресной воды и смазочного масла; 4 — регулятор давления масла в системе смазки; 5, 19 — нагнетательный и откачивающий масляные насосы; 6 — главная масляная магистраль; 7 — полости охлаждения; 8, 17 — выпускной и впускной коллекторы; 9 — кулачковые валы механизма газораспределения; 10, 11 — газовая турбина и компрессор турбонагнетателя (первая ступень наддува); 12 — автомат изменения угла заклинивания кулачковых валов; 14 — регулятор частоты вращения коленчатого вала; 15 — нагнетатель с механическим приводом (вторая ступень наддува); 16 — топливный насос высокого давления; 18 — коленчатый вал
Контроль за температурой и давлением осуществляется через соответствующие датчики. Для управления величинами крутящего момента и частоты вращения коленчатого вала служит общий регулирующий орган — топливодозирующая аппаратура дизеля. Причем в установившихся режимах работы регулятор частоты вращения поддерживает заданный скоростной режим, изменяя подачу топлива на цикл в соответствии с изменением нагрузки на дизель.
Несмотря на взаимное влияние основных рабочих параметров, большая инерционность дизеля по отношению к взаимосвязанным параметрам позволяет создавать системы их несвязанного регулирования.
Системы автоматизированного управления дизельными установками обеспечивают автоматическое выполнение как минимум следующих операций: пуск, вывод на заданный скоростной режим, остановку, реверс. В общем виде структура системы может быть представлена схемой, показанной на рис. 2.
В состав системы входят два поста дистанционного управления: ПДУ1— в ЦПУ машинного отделения; ПДУ2 — в рулевой рубке. В ПДУ1 размещена аппаратура дистанционного контроля рабочих параметров и состояния механизмов, систем и устройств, а также предусматривается возможность подачи всех команд. В ПДУ2 размещены аппаратура сигнализации только о состоянии основных механизмов и устройств, приборы контроля рабочих параметров, определяющие режим движения судна (частоту вращения гребного вала) и командные органы для изменения режима движения судна.
В блоке логики вырабатываются командные сигналы на базе анализа сигналов, поступающих с ПДУ, систем судовой автоматики и различных датчиков, контролирующих состояние объекта управления (дизеля). Командные сигналы от блока логики после усиления поступают в цепи управления работой исполнительных двигателей, воздействующих на регулирующие органы. В блоке логики размещают ряд субблоков, каждый из которых обеспечивает только одну операцию управления, согласно заложенной в нем программе.
Для построения функциональных устройств в системах ДАУ применяют: в устройствах логики — пневматические и электронные элементы; исполнительные двигатели — электрические, гидравлические, пневматические; в цепях управления — электрические и пневматические элементы; в системах сигнализации — электрические элементы.
Отечественная система ДАУ ДКРН, предназначенная для дистанционного автоматизированного управления дизелями 5ДКРН 50/110 и 6ДКРН 74/160, отвечает требованиям Регистра и выполняет следующие операции: управление главным двигателем с любого из двух дистанционных постов управления (ЦПУ и рулевой рубки); пуск двигателя по программе; реверс двигателя при подаче контрвоздуха по двум переключаемым программам (нормального и экстренного реверса); исполнение команд управления двигателем по положению топливорегулирующей рукоятки; прекращение подачи топлива в двигатель при падении давления масла ниже 0,8 кгс/см 2 ; прохождение зоны критической частоты вращения; прекращение подачи пускового воздуха и топлива, если при пуске двигатель в течение 5—7 с не достигнет минимально устойчивой частоты вращения повторных пусков при включении программы экстренного реверса; постепенный вывод двигателя на режим полного хода в течение 2 ч; сохранение заданного режима работы двигателя при исчезновении пневмо- и электропитания; защиту двигателя от опрокидывания (самопроизвольный запуск дизеля в направлении, противоположном заданному); контроль правильности функционирования блоков системы.
Каждая операция управления выполняется по программе, заложенной в соответствующем субблоке блока логики. Информация о состоянии дизеля и органов управления, необходимая для реализации программы управления, вырабатывается основными датчиками: положения рукоятки реверса, положения пускотопливной рукоятки, положения распределительных валов, частоты вращения и направления вращения коленчатого вала.
Для автоматического управления автономными вспомогательными механизмами, обслуживающими главный дизель и дизель- генераторы, служит система «Торнадо».
- по рабочей среде — электропневматические, электронно-пневматические; реже — пневмоэлектрические, пневматические, механические;
- по принципу включения — подключаемые параллельно или последовательно к системе местного управления;
- по совмещению с машинным телеграфом — совмещаемые и несовмещаемые;
- по связи с дизелем — навешенные, универсальные и встроенные;
- по объему выполняемых функций — гибкие (универсальные) и негибкие (встроенные).
На судах отечественного флота применяют следующие типы систем ДАУ: FAHM (фирма АСЕА, Швеция); BMS = 930 (фирма STL, Дания); ZSPN (фирма «Цегельски», Польша) и др.
Автор статьи
Читайте также: