Автоматизация судовых энергетических установок

Автоматизация судовых энергетических установок

Характерной особенностью современного судового энергомашиностроения является повышение степени автоматизации энергетических установок на базе печатных схем, микропроцессорной техники с применением электронно-вычислительных систем и программируемой логики. На судах устанавливаются электронные регуляторы частоты вращения, давления, температуры вместо традиционных, механических. Меняется и характер эксплуатации систем автоматического управления. Благодаря применению комплексных систем управления появилась возможность обеспечить оптимальные режимы работы судовых энергетических установок. Ремонтные работы в судовых условиях практически сводятся к поиску поврежденного блока или электронной карты и их замене, а также к настройке системы автоматического управления. В связи с этим возросли требования к подготовке судовых специалистов, в том числе и электромехаников, которых в настоящее время начинают привлекать в качестве вахтенных для несения постоянной вахты в центральном посту управления. Это накладывает дополнительные требования к их подготовке.

Доверьте специалистам написание рефератов на заказ в Кемерово и посвятите время себе.

. Они должны знать не только сам объект управления – главный двигатель, но и все системы, обеспечивающие его работу их свойства и характеристики. В свете этих положений актуальность данной курсовой работы очевидна и заключается в необходимости рассмотрения понятия и значения автоматизации судовых энергетических установок как проблемы комплексной. Объектом исследования являются общественные отношения, возникающие в ходе применения технологий, направленных на корректировку и усовершенствование параметров СЭУ судна. Предметом исследования являются особенности, присущие автоматизированным судовым энергетическим установкам. Целью написания данной курсовой работы явилось выявление содержания и направленности действия автоматизации судовых энергетических установок. Достижение поставленной цели может быть реализовано посредством следующих задач: 1. Формирование общего уровня автоматизации СЭУ судна; 2. Выделение типа двигателя судна; 3. Рассмотрение параметров СЭУ. Информационной базой послужила современная научная и периодическая литература. Методологическую основу написания работы составляют сравнительно — сопоставительный, логический методы, а также методы обобщения и описания. Объем и структура данной курсовой работы определены логикой системного исследования и характером изучаемых в нем проблем. Работа состоит из введения, трех глав и заключения.

Подводя итог проведенного исследования можно сформулировать следующие выводы по данной теме. Требования по технической эксплуатации СЭУ, установленных на судах, определяют Правила технической эксплуатации судовых технических средств. В соответствии с этими документами под технической эксплуатацией понимается совокупность мероприятий по техническому использованию, техническому обслуживанию и ремонту СЭУ. Совокупность свойств и характеристик СЭУ или отдельных ее элементов определяют техническое состояние СЭУ, свойства которой в процессе эксплуатации подвержены изменению и могут отличаться от установленных технической документации фирм- изготовителей. В процессе технической эксплуатации СЭУ подвергаются воздействию многих эксплуатационных факторов, различным образом влияющих на их состояние. К таким факторам относятся условия и режим работы, действия обслуживающего персонала, например, влияние различных внешних условий, применение разных сортов топлива для ГД, нестабильность внешней нагрузки в условиях морского плавания. Все это приводит к увеличению эксплуатационных расходов топлива (топливная экономичность) судовых дизелей по сравнению с указанными фирмами-изготовителями в Правилах технической эксплуатации судовых технических средств. Это усугубляется появлением износов, снижением механического КПД (из-за нарушения геометрической формы деталей двигателя), изменения выходных параметров дизеля и др. Таким образом, мы можем прийти к выводу, что оптимальные характеристики и параметры СЭУ восстанавливаются путем проведения соответствующих профилактик, ремонтных и регулировочных работ в сроки, указанные изготовителями на основе среднестатистических данных. Сроки не всегда отражают необходимость проведения данных мероприятий. Общепринятые традиционные методы технического обслуживания и контроля СЭУ оказываются недостаточно эффективными, что обусловило появление методов технического обслуживания по фактическому состоянию оборудования методами безразборной функциональной технической диагностики. Обеспечение эксплуатационной надежности СЭУ и повышение эффективности ее технической эксплуатации возможно при наличии достаточно точной и своевременной информации о состоянии диагностируемого объекта или системы.

. Андрезен В. А. Комплекс автоматизированного управления техническими средствами газотурбохода «Капитан Смирнов» / В. А. Андрезен, В. В.Войтецкий, Ю. И. Колкунов. – Судостроение : 1980, № 3. — 33-36 с. 2. Бобылев В.П. Унифицированные судовые системы централизованного автоматического контроля / В. П. Бобылев – Судостроение : 1986. № 12 — 17-19 с. 3. Нелепин Р. А. Автоматическое управление судовыми энергетическими установками / Р. А. Нелепин. – Судостроение : 1986, — 294 с. 4. Орунов Г. П. Система управления вспомогательными механизмами главной энергетической установки / Г. П. Орунов. – Судостроение : 1986. № 10. — 23-25 с. 5. Суханов А.И. Опыт создания за рубежом распределенных комплексных систем централизованного управления и контроля судовых технических средств / А. И. Суханов. – Судостроение : 1987. № 9. — 23-29 с. 6. Тараторкин Б.С. Электронные устройства судовой автоматики / Б.С. Тараторкин – Судостроение : 1981. — 248 с. 7. Харьков А. М. Монтаж, эксплуатация и ремонт судовой автоматики / А. М. Харьков – Судостроение : 1977. — 158 с.

Электрические системы автоматизации судового энергетического оборудования

О Г Л А В Л Е Н И Е:
Принятые сокращения.
В В Е Д Е Н И Е.
1 ПРИНЦИПЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ.
1.1 Регулирование по отклонению.
1.2 Регулирование по возмущению.
1.3 Комбинированное регулирование.
2 ТИПОВЫЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ.
2.1 Система с параллельным корректирующим устройством.
2.2 Система с последовательным корректирующим устройством.
2.3 Комбинированная система.
2.4 Каскадные системы.
3 ЗАКОНЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ.
3.1 Обзор законов регулирования.
3.2 Формирование законов регулирования в последовательных корректирующих устройствах.
3.3 Вычисление законов регулирования в микропроцессорных корректирующих устройствах.
3.4 Изменение сигналов на выходе последовательных корректирующих устройств.
4 ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РЕГУЛЯТОРОВ.
5 РЕГУЛЯТОР С ЖЕСТКОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ.
6 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ РЕГУЛЯТОРЫ С ТИПОВЫМИ ЗАКОНАМИ РЕГУЛИРОВАНИЯ.
7 АВТОКОЛЕБАНИЯ В СИСТЕМАХ РЕГУЛИРОВАНИЯ С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ РЕГУЛЯТОРАМИ.
7.1 Автоколебания в контуре регулятора.
7.2 Автоколебания в системе регулирования.
8 РЕГУЛЯТОРЫ С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ, ОХВАТЫВАЮЩЕЙ МОДУЛЬ НЕЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ.
8.1 Регуляторы с инерционной обратной связью.
8.2 Регуляторы с интегрирующей обратной связью.
9 ЭЛЕКТРОПНЕВМАТИЧЕСКИЕ РЕГУЛЯТОРЫ.
10 РЕГУЛЯТОРЫ С ПЕРЕМЕННОЙ СКОРОСТЬЮ ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО МЕХАНИЗМА.
11 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ и УСИЛИТЕЛИ.
11.1 Двухфазный асинхронный двигатель и тиристорный усилитель.
11.2 Коллекторный двигатель и усилитель постоянного тока.
11.3 Бесконтактные электродвигатели постоянного тока.
12 ДАТЧИКИ ПОЛОЖЕНИЯ И СКОРОСТИ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ МЕХАНИЗМОВ.
12.1 Датчики положения ИМ.
12.2 Датчики частоты вращения электродвигателя ИМ.
13 НАЛАДКА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ РЕГУЛИРОВАНИЯ.
13.1 Определение требований к качеству работы САР.
13.2 Экспериментальное определение характеристик объектов регулирования.
13.3 Определение оптимальных параметров настройки регуляторов.
13.4 Наладка по незатухающим колебаниям.
13.5 Алгоритмический метод наладки.
13.6 Проверка работы регулятора и уточнение настроечных параметров.
13.7 Наладка каскадных систем.
14 ЭЛЕКТРОННЫЙ КОНТРОЛЛЕР WITROMAT.
14.1 Назначение контроллера и общая характеристика.
14.2 Контроллер для электрического исполнительного механизма.
14.3 Непрерывный контроллер.
14.4 Двухпозиционный контроллер.
14.5 Трехпозиционный контроллер.
15 ПРОГРАММИРУЕМЫЙ КОНТРОЛЛЕР НОРКОНТРОЛ.
15.1 Основные характеристики контроллера.
15.2 Общее описание контроллера.
15.3 Входной модуль.
15.4 Модуль законов регулирования.
15.5 Выходной модуль.
15.6 Регулирование по двум переменным.
Л И Т Е Р А Т У Р А.
ПРИЛОЖЕНИЕ.

В В Е Д Е Н И Е.
Современные средства автоматизации судового энергетического обо-рудования широко используют электрическую, электронную и микропроцесс-сорную технику.
Согласно международному Кодексу подготовки, дипломирования моряков и несения вахты (ПДМНВ-78/95) судовые механики должны иметь надлежащие теоретические знания в области электронных систем управления
и их компетентность должна быть достаточной для эксплуатации электронного оборудования управления, включая его проверку, обнаружение неисправностей, ремонт и поддержание в рабочем состоянии.
В соответствии с данными требованиями к квалификации судовых механиков настоящее учебное пособие предназначено для курсантов и студентов, обучающихся по специальности 24.05.00 «Эксплуатация судовых энергетических установок». Пособие также может быть использовано для дополнительной профессиональной подготовки судовых механиков.
Пособие написано на базе пятилетнего опыта преподавания автором дисциплины «Электрические системы автоматизации судового энергетического оборудования» на судомеханическом факультете Новороссийской государ-ственной морской академии.
Энергетические установки современных морских транспортных судов имеют высокий уровень автоматизации, что достигается применением в сис-темах автоматики электронной и микропроцессорной техники.
Данные средства автоматики:
— позволяют использовать достаточно сложные алгоритмы управления,
— имеют широкие возможности настройки автоматики на получение требуемого качества работы судового энергетического оборудования.
Поэтому применение электрических средств в судовой автоматике предъявляют к судовым механикам и электромеханикам повышенные требования по умению управлять СЭУ с помощью данных средств, а также по их настройке и поддержанию работоспособности.
В связи с этим, данное пособие может оказаться полезным для получения судовыми специалистами необходимых знаний в области электрических систем автоматизации судового энергетического оборудования.
Электронные и микропроцессорные системы автоматизации судового энергетического оборудования, как правило, выполняются на основе фундаментальных принципов и схемных решений общей теории автоматического регулирования. Поэтому было принято целесообразным в начале пособия рассмотреть такие общие темы как: ламповые усилители, принципы регулирования, типовые системы регулирова-ния, законы регулирования.
При этом особое внимание уделялось особенностям перечисленных тем, связанным с применением в системах автоматики электронной и микропроцесс-сорной техники.
В пособии рассмотрены принципы построения типовых электрических и электропневматических регуляторов, применяемых на судах. Описаны принципы действия , показано экспериментальное определение фактических конструктивных и настроечных параметров.
Учитывая то, что пособие предназначено для специалистов по эксплуатации судовых энергетических установок, в него включен раздел, посвященный инженерной наладке электрических регуляторов в судовых условиях.
Пособие может служить основой при изучении конкретных электри-ческих средств судовой автоматики. Например, контроллеров общего наз-начения Witromat [31], PCU PID Controller [34], PCU 8810 Controller [35], регуляторов частоты вращения судовых дизелей [28], [30], [32] и др.
Для понимания материала данного пособия обучаемый должен иметь необходимые знания в области техники электронных и микропроцессорных средств, материалы по которым можно найти в учебной литературе [ 17], [18], [25].
Кроме того, обучаемые должны знать и уметь применять понятия теории автоматического управления, используемые в данном пособии при рассмотрении схемных решений и рабочих свойств электрических систем автоматизации:
— дифференциальные уравнения, операторные уравнения и передаточные
функции элементов и систем автоматического регулирования,
— структурные схемы и их преобразования,
— типовые динамические звенья,
— амплитудно-фазовые частотные характеристики элементов и систем авто-
матического регулирования,
— типовые регуляторы.
Графические материалы, иллюстрирующие работу электрических регу-ляторов, получены на компьютерных тренажерах соответствующих регулято-ров, разработанных автором.

Система автоматизации судовой энергетической установки

Системы ДАУ. Посты управления

Автоматизация судов — это процесс, при котором функции управления судном и его оборудованием, ранее выполнявшиеся человеком, передаются приборам и техническим устройствам. Автоматизация судовождения обеспечивает безопасность рейсов судов. При комплексной автоматизации судовых энергетических установок повышается надежность и экономичность работы оборудования, увеличивается производительность и улучшаются условия труда плавсостава, сокращается его численность.

Объектами автоматизации на судне являются: 1) главные двигатели, 2) котельные установки, 3) судовая электростанция, 4) компрессоры сжатого воздуха, 5) балластные, осушительные системы, 6) реф. установки и системы кондиционирования, вспомогательные механизмы и др.

Эффективность использования судовых энергетических установок (СЭУ) в большей степени определяется уровнем автоматизации и качеством управления различными режимами их работы.

Уровень автоматизации

В зависимости от уровня автоматизации судну присваивается знак автоматизации.

Знак A3 распространяется на суда с главными двигателями мощностью до 1500 кВт и упрощенной электростанцией вследствие использования электрогенераторов с приводом от главного двигателя.

Суда со знаком A2 в символе класса должны быть оборудованы системами автоматизации в объеме, позволяющем производить дистанционное автоматизированное управление с мостика главными механизмами и движителями, обеспечивающими требуемое маневрирование судном. Предусматриваемое оборудование автоматизации при всех условиях плавания, включая маневрирование, должно обеспечивать такой же уровень безопасности судна, как и на судах с вахтой в машинных помещениях. Должно быть предусмотрено дистанционное управление из центрального поста управления (ЦПУ) главными и вспомогательными механизмами,

Все оборудование, устанавливаемое в машинных помещениях, должно быть приспособленным к работе в условиях без вахтенного обслуживания.

По согласованию с Регистром допускается выполнение отдельных операций (пополнение цистерн, очистка фильтров и т. п.) с местных постов управления, если эти операции будут выполняться с определенной периодичностью (не чаще 1 раза за 12 ч).

Знак автоматизации А1 присваивается судну в том случае, если энергетическую установку можно нормально эксплуатировать без постоянной вахты как в машинном отделении, так и в ЦПУ. При эксплуатации судна со знаком А1 изменение режима работы энергетической установки задается с мостика общей командой.

Для управления скоростью и направлением движения судна служит система дистанционного автоматизированного управления (ДАУ). Дистанционное автоматизированное управление — это управление, с помощью которого можно задавать желаемый режим работы механизма, воздействуя на элемент управления (например, регулирующий рычаг или рукоятку). Система управления в дальнейшем выполняет самостоятельно все промежуточные действия;

Судовые средства автоматизации

В составе судовых средств автоматизации находятся:

· панели управления и контроля,

· операторские станции, датчики,

· разнообразные программируемые средства для работы с информацией (получение, обработка и передача по интерфейсным каналам),

· основные и резервные источники питания,

· устройства преобразования и коммутации сигналов.

Посты управления

Для управления судовой силовой установкой на судне организованы посты управления:

1. Ходовой мостик, включая крылья

3. Местное управление

4. Аварийное управление

Требования Регистра к ДАУ

1.Управление ГД должно быть полностью автоматизирова­но и осуществляться одной рукояткой без выдержки вре­мени.

2.Ручное управление должно совмещаться с рукояткой ма­шинного телеграфа, но система питания машинного теле­графа должна быть отдельной от системы питания ДАУ.

3.Система ДАУ должна обладать высокой точностью задания оборотов (±1,5%).

4.Система должна обеспечивать резервное управление из ма­шинного отделения, которое может быть автоматическим или ручным дистанционным.

5.Переход на такой вид управления должен происходить не более чем за 10 сек.

6.Переключение постов управления осуществляется из ма­шинного отделения.

7.Помимо основного поста управления в рулевой рубке мо­гут устанавливаться дублирующие посты управления на крыльях мостика.

8.Система ДАУ должна обладать консерватизмом, т.е. в слу­чае нарушения питания заданный режим сохраняется на время не менее 5 минут.

9.При исчезновении питания должно автоматически вклю­чаться резервное (аварийное) питание.

Автоматическое регулирование судовых энергетических установок

Системы автоматического регулирования на судах обеспечивают поддержание с определенной точностью заданного состояния процессов или протекание этих процессов по определенному закону без непосредственного участия человека. Каждая из систем выполняет присущие ей функции. Так, системы автоматического контроля записывают текущие значения контролируемых параметров (например, температуры в рефрижераторном трюме); системы автоматической сигнализации с помощью звукового и светового сигналов оповещают обслуживающий персонал о достижении контролируемыми параметрами определенных значений (например, о верхнем или нижнем уровнях жидкости в цистерне); система автоматической защиты предотвращает аварию механизмов при достижении каким-либо контролируемым параметром предельных значений (например, путем остановки компрессора при падении давления циркуляционной смазки).

Для правильной эксплуатации двигателей внутреннего сгорания большое значение имеет автоматическое регулирование заданной частоты вращения коленчатого вала, а также поддержание температурного режима и заданных параметров жидкостей в системах охлаждения и смазки двигателя. Главные двигатели с непосредственной передачей на гребной винт работают в переменном скоростном режиме, по так называемой винтовой характеристике. Регулятор частоты вращения, который устанавливают на таком двигателе, должен автоматически поддерживать любой скоростной режим, заданный на посту управления в интервале «малый ход» — «полный ход». Такие регуляторы называют всережимными.

Двигатели внутреннего сгорания, предназначенные для привода в действие вспомогательных механизмов, например дизель-генераторов, должны работать в постоянном скоростном и переменном нагрузочном режимах. Следовательно, регулятор частоты вращения такого двигателя должен автоматически поддерживать постоянный скоростной режим, независимо от изменений и колебаний электрической нагрузки на генератор, в интервале «холостой ход» — «полная нагрузка». Такие регуляторы называются од но режимными.

Для предупреждения так называемого «разноса» из-за недопустимого увеличения частоты вращения двигатель снабжают предельным регулятором. Он автоматически включается в действие только тогда, когда частота вращения коленчатого вала превышает предельно допустимую. Автоматизация двигателей предусматривает также установку на них средств аварийно-предупредительной сигнализации, автоматической защиты и блокировки.

Одним из основных регулируемых параметров у паровых турбин является частота вращения ротора. На ГТЗА регулятор частоты вращения включается в работу в том случае, когда частота вращения ротора турбины превышает номинальное значение. На турбогенераторах, у которых необходимо обеспечить постоянную частоту вращения ротора турбины при любых колебаниях электрической нагрузки, применяют однорежимные регуляторы скорости, управляющие подводом пара к проточной части турбины.

Основные регулируемые параметры парогенераторов — уровень воды в пароводяном коллекторе, соотношение топлива и воздуха, давление и температура перегретого пара и давление газов в топке. В полностью автоматизированных парогенераторных установках регулируются также параметры, характеризующие работу обслуживающих систем и механизмов,— например температура или вязкость мазута, солесодержание питательной воды и др.

Любая система автоматического регулирования включает прибор, создающий импульс под влиянием какого-либо параметра, устройство для передачи импульса исполнительному или регулирующему органу, исполнительный или регулирующий орган.

Из вышеизложенного можно сделать вывод, что устройства автоматического регулирования охватывают почти все элементы эксплуатационного обслуживания как главных, так и вспомогательных механизмов судовых энергетических установок и на их основе возможна комплексная автоматизация всей энергетической установки. Некоторое увеличение стоимости постройки судна при насыщении его автоматикой в настоящее время не считают существенным, так как экономический эффект в результате уменьшения численности экипажа значительно превышает эти затраты (если учесть, что с уменьшением экипажа соответственно сокращаются расходы на изготовление спасательных средств и жилых помещений).

Вопросы для повторения
1. Каково назначение автоматизации судовых энергетических установок?

2. Возможно ли создание дистанционного управления без средств автоматизации?

3. Изменение какого параметра при работе дизеля является наиболее опасным?

4. Почему устройства аварийно-предупредительной сигнализации должны немедленно реагировать на уменьшение количества воды в парогенераторе?