Требования Регистра к ДАУ

Лекция 4

Электрические системы автоматики и контроля судовых технических средств

«Системы ДАУ главными двигателями. ДАУ ГД двигателя»

Цели: Ознакомиться с понятием и степенями автоматизации судна, объектами автоматизации.

Курсант должен:

Знать:

- Понятие и степени автоматизации судов

- Что является объектом автоматизации на судне

- Что представляет собой ДАУ ГД и, какие требования к ним предъявляются Регистром РМРС

- Знать классификацию ДАУ ГД

- Функциональное предназначение основных узлов ДАУ

уметь:

- Дать описание типовой схемы ДАУ ГД

- Применять базовые данные о системах ДАУ в практической деятельности

Материал для изучения:

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) рефрижераторные 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.

ДАУ ГД

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,

· программируемые контроллеры,

· операторские станции, датчики,

· исполнительные устройства,

· 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

2. ЦПУ

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.

Системы ДАУ ГД

Согласно классификации системы ДАУ главных судовых дизелей характеризуются по следующими признаками:

- по способу соединения с ГД они являются системами навешенного (универсального) типа, подключаемыми к штатным органам управления двигателем (к входным управляющим элементам пуско-реверсивной системы и топливной рейке);
- по характеру взаимодействия со штатной пуско-реверсивной системой ГД они считаются системами зависимого типа, поскольку включены последовательно со штатной ПРС (пуско-реверсивной системой);

- по совмещению маневрового устройства с машинным телеграфом – совмещенными системами;
- по гибкости структуры и объему выполняемых функций – это гибкие системы, так как набор функций и алгоритмы их выполнения могут изменяться в зависимости от конкретных требований (что обеспечивается применением микропроцессоров).

Общая функциональная схема системы автоматизации главного дизеля представлена на рис. 1.1.

Система автоматизации ГД состоит из трех подсистем:

- система дистанционного автоматизированного управления,

- система индикации состояния ГД и состояния самой системы автоматизации,
- системы защиты ГД.

Система ДАУ управляет режимами работы ГД и, в свою очередь, содержит:
- маневровые устройства на постах управления ГД на ходовом мостике и в ЦПУ машинного отделения (пост аварийного управления ГД входит в состав пуско-реверсивной системы);

- систему формирования командных сигналов, управляющих двигателем;
- систему управления частотой вращения ГД, воздействующую на расход топлива, на дизель.

Рис. 1.1 Общая функциональная схема системы автоматизации главного дизеля.

Непосредственное управление ГД производится:

- пуско-реверсивной системой, осуществляющей пуск, нормальную остановку, реверс, медленное проворачивание и аварийную остановку;

- топливной рейкой, которая изменяет цикловую подачу топливных насосов высокого давления и, тем самым, расход топлива на дизель, что приводит к изменению частоты вращения ГД.

Топливная рейка перемещается системой управления частотой вращения ГД.

На постах управления ГД находятся маневровые устройства, которые задают сигналы (команды) требуемого режима работы главного дизеля: пуск, остановку, реверс, заданную частоту вращения.

Данные сигналы поступают в систему формирования команд, которая вырабатывает:
- сигналы управления пуско-реверсивной системой,

- сигнал заданной частоты вращения ГД для системы управления частотой
вращения.

Для формирования командных сигналов дополнительно используются сигналы:
- частоты вращения дизеля,

- давления пускового воздуха,

- положений элементов ПРС.

Система команд формирует управляющие сигналы таким образом, чтобы выполнялись все рассмотренные выше требования и условия.

Система управления частотой вращения перемещает топливную рейку так, чтобы частота вращения ГД соответствовала ее заданному значению.

При этом данная система обеспечивает выполнение рассмотренных ранее ограничений на изменение заданной частоты вращения и расход топлива.

Система защиты формирует сигналы:

- аварийной остановки дизеля,

- аварийного снижения частоты вращения.

Для этого на систему защиты подаются сигналы:

- частоты вращения дизеля,

- другие параметры ГД, по которым производится защита,

- сигналы сброса защиты из системы формирования команд.

Сигнал аварийной остановки дизеля поступает в ПРС, которая прекращает подачу топлива на ГД. Также этот сигнал идет в систему управления частотой вращения и устанавливает топливную рейку в положение нулевой подачи топлива в ГД.

Сигнал аварийного снижения частоты вращения поступает в систему управления частотой вращения для установки заданной сниженной частоты вращении ГД.

Система индикации ГД представляет оператору необходимую информацию:
- о состоянии ГД,

- о прохождении сигналов управления ГД,

- о состоянии элементов ПРС и других элементов системы автоматизации ГД.

Данная информация вырабатывается по входным сигналам:
- частоты вращения ГД,

- давления пускового воздуха,

- положения топливной рейки,

- положения элементов ПРС.

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. 2 представлена обобщенная схема автоматического контроля и регулирования дизеля.

Рис. 2. 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. 3.

 

Рис. 3. Обобщенная структурная схема системы ДАУ главным двигателем

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.
Отечественные система ДАУ, предназначенные для дистанционного автоматизированного управления дизелями, отвечают требованиям Регистра и выполняют 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/см²;

· 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.

Системы ДАУ классифицируют по следующим признакам:

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).

К системе ДАУ предъявляют следующие основные требования:

она должна быть электропневматической или электронно-пневматической, с логической частью — на микроэлектронике;

должна подключаться параллельно системам местного управления,

совмещаться с машинным телеграфом;

должна быть универсальной, повторять блокирование систем местного управления,

время переключения от системы ДАУ на местное управление не должно превышать 10 с; статическая ошибка системы ДАУ не должна превышать ±1,5% номинальной частоты вращения.