Курсовая работа (т): Разработка контура регулирования нагрузки главных двигателей в системе дистанционного автоматизированного управления (ДАУ)

Разработка контура регулирования нагрузки главных двигателей в системе дистанционного автоматизированного управления (ДАУ)

1. Краткое описание изучаемой системы

.1 Назначение, состав, структура и функции системы. Описание работы системы

Система ДАУ AFA-I предназначена для автоматизации процессов управления судовой установкой (ССУ) с двух двигательным дизель-редукторным агрегатом (ДРА) и винтом регулируемого шага (ВРШ) (рис. 1.1).

Рис.1.1 Схема силовой установки

В состав ДРA входят главные двигатели ГД1, ГД2 типа 8VD 26/20 AL 2: 882 кВт (1200 л.с.), 1000 об/мин, которые с помощью пневматических муфт ПМ1 и ПМ2 подключаются к раздаточному редуктору Р (1000/203 об/мин). Отбор мощности с раздаточного редуктора осуществляется на ВРШ для обеспечения движения судна (линия валопровода гребного вала подключается с помощью ПМЗ), а также на валогенератор постоянного тока (GG ASP 0609 1000: 325 кВт, 456 В, 700 А) ВГI для снабжения электроэнергией электродвигателей ваерной лебедки посредством зубчатой муфты М4 и валогенератор переменного тока ВГ2 (S450L6, 800 кВА, 390 В, 50 Гц) для снабжения электроэнергией судовой электростанции посредством упругой кулачковой муфты М5. Для затормаживания гребного вала в режиме дрейфа судна при отключенной муфте ПМЗ на ряде судов установлен гидравлический тормоз вала (ГТВ).

В системе ДАУ предусмотрены три поста управления:

командный пост управления на пульте управления судном (ПУС) рулевой рубки;

пост дистанционного управления на пульте вахтенного механика (ПВМ) в ЦПУ;

пост управления в МО.

Система ДАУ АFА-1 реализует следующие функции управления ССУ:

. Дистанционный пуск и остановку ГД1 и ГД2 с поста на ПВМ в ЦПУ.

. Дистанционное управление муфтами главных двигателей ПМ1 и ПМ2 с поста на ПВМ, а также с местного поста в МО.

. Дистанционное управление муфтой гребного вала ПМ3 и ГТВ с поста на ПВМ и командного поста на ПУС, а также дистанционное управление ПМ3 с местного поста в МО.

.Дистанционное регулирование частоты вращения с помощью серводвигателей регулятора частоты вращения (РЧВ) с трех постов.

.Дистанционное управление с ПУС рулевой рубки шага ВРШ посредством гидравлического МИШ следящего типа.

.Дистанционное аварийное управление шагом ВРШ с ПВМ при помощи гидросистемы запасного управления МИШ.

.Автоматическая разгрузка ГД путём уменьшения шага ВРШ при возникновении перегрузки ГД в режиме с работающим валогенератором.

.Автоматическое ограничение установленной нагрузки ГД путём ограничения подачи топлива и понижения шага ВРШ.

.Экстренная остановка ГД1, ГД2 и автоматическое отключение соответствующих муфт ПМ1, ПМ3 или ПМ2, ПМ3 с ПВМ в ЦПУ.

.Экстренное отключение муфты гребного вала ПМ3 с командного поста на ПУС рулевой рубки.

.Автоматическая защита каждого из ГД путём аварийной остановки дизеля по предельной частоте вращения и аварийному давлению масла в системе смазки с автоматическим отключением по регулировке соответствующих пневматических муфт сцепления.

.Автоматическая защита муфт сцепления ПМ1 и ПМ2 и раздаточного редуктора путём аварийного отключения соответствующей муфты по трём параметрам:

низкому давлению рабочего воздуха в пневмосистеме муфты;

аварийному давлению масла в системе смазки редуктора;

исчезновению напряжения на шинах судовой сети.

.Автоматическая защита муфты гребного вала ПМ3 и упорного подшипника путём аварийного отключения муфты по трём параметрам:

низкому давлению рабочего воздуха в пневмосистеме муфты;

аварийному давлению масла в системе смазки упорного подшипника;

исчезновению напряжения на шинах судовой сети.

В экстренных ситуациях предусмотрено принудительное отключение (блокировка) защиты по аварийному давлению смазки ГД с помощью переключателя и кнопки с фиксацией, которые установлены на ПВМ и ПУС.

Система ДАУ АFА-1 реализована в виде набора функциональных элементов, обеспечивающих автоматическое выполнение операций контурами управления, каждый из которых выполняет специализированные функции по управлению агрегатами ССУ. Основными из них являются главные двигатели, ВРШ, пневматические муфты с исполнительными механизмами и устройствами, обеспечивающими их функционирование.

В соответствии с функциями, реализовываемыми ДАУ AFA-1, её структура представлена в обобщённом виде на рис. 1.2.

Система имеет три поста управления: в рулевой рубке, ЦПУ и МО. Командно-сигнальная панель КСП1 и пост управления ВРШ образуют командный пост управления на ПУС рулевой рубки. На КСП1 установлены световые табло, сигнализирующие об основных режимах работы системы (режим управления, состояние муфт сцепления, обобщённые неисправности системы), а также кнопки управления муфтой гребного вала ПМ3, кнопка предупредительного отключения защиты по аварийному давлению смазки ГД, кнопка экстренного отключения ПМ3, кнопки квитирования неисправности и проверки сигнальных ламп световых табло. Работа пропульсивной установки контролируется указателями частоты вращения вала и шага ВРШ.

Совмещённый задатчик ДАУ-МТ, имеющий единую рукоятку управления (РУ), включает в себя потенциометрический задатчик шага (ЗШ) и сельсинный датчик машинного телеграфа (ДМТ), которые кинематически связаны с РУ. Приёмники машинного телеграфа (ПМТ) установлены на ПВМ в ЦПУ и местном посту управления в МО. Напряжение, снимаемое с ЗШ, является задающим в контуре следящего управления шагом ВРШ, исполнительным механизмом которого является электрический сервопривод (СП), управляющий работой МИШ.

Пост дистанционного управления ССУ размещён на ПВМ в ЦПУ. В состав аппаратуры поста входят КСП2, установленная на секции 5 ПВМ, а также органы управления, элементы сигнализации и индикации, размещённые на секциях 3, 5 ПВМ. КСП2 содержит сигнальные лампы, кнопки управления серводвигателями РЧВ и кнопки запасного позиционного управления

МИШ. Кроме того, на КСП2 установлены потенциометры ограничения нагрузки ГД. На секции 5 ПВМ наряду с указателями шага и ПМТ установлены указатели частоты вращения ГД n1, n2 и гребного вала n, указатели подачи топлива (наполнения) ГД F1, F2, счётчики моточасов (СМч) работы ГД и переключатель режима управления ВРШ «Рулевая рубка - ЦПУ». На секции 3 ПВМ расположены кнопки, переключатели и сигнальные лампы дистанционного управления ГД1, ГД2, муфтами ПМ1 - ПМ3 и ГТВ.

Каждый из главных двигателей снабжён резервным масляным насосом (РМН), который обеспечивает предпусковую прокачку смазочного масла и используется в качестве резервного насоса в случае выхода из строя навешенного насоса. Электрическими исполнительными элементами РЧВ являются серводвигатели (СД), служащие для изменения установки частоты вращения, и оперативные стоп-устройства (ОСУ) для нормальной остановки ГД.

Для аварийного и дистанционного экстренного останова ГД применены электромагнитные клапаны подачи топлива - аварийные стоп-устройства (АСУ). Подача воздуха в цилиндры ГД при пуске производится с помощью клапанов пускового воздуха (КПВ), подача топлива - пускового клапана топлива (ПКТ). Частота вращения каждого ГД контролируется навешенным тахогенератором (ТГ) переменного тока, сигнал которого используется в системе управления и указателя частоты вращения ГД-тахометра. Контроль частоты вращения вала осуществляется двумя ТГ постоянного тока: один обеспечивает работу указателей тахометра, сигнал второго поступает в систему управления. ГД оборудованы электронными датчиками подачи топлива - датчиками наполнения (ДН), сигналы которых поступают в систему управления для контроля нагрузки двигателей, а также на указатели наполнения ГД. Электронная и релейная аппаратура системы AFA-1 конструктивно скомпонована в двух шкафах, установленных в ЦПУ, - электронном центральном шкафу управления (ЦШУ) и релейном шкафу (РШ). Основным режимом работы ССУ является режим ДАУ. В соответствии с функциями системы ДАУ предусмотрено 12 контуров управления:

два независимых контура дистанционного управления ДГ, представляющих собой системы логического управления, которые реализованы на электронно-релейной элементной базе. Электронная часть системы реализована на модулях кассеты 3ЦШУ. Промежуточные реле размножения сигналов контактных датчиков установлены в кассете 2 РШ. Релейные схемы управления СД РЧВ и РМН выполнены в модулях кассет 1, 5 РШ, реле управления включением КП№ расположены в модулях кассеты 2РШ;

контур управления ВРШ, обеспечивающий следящее и запасное позиционное управление шагом. Электронная часть следящей системы управления ВРШ реализована на модулях кассеты 6ЦШУ. Релейная схема запасного позиционного управления клапанов МИШ реализована в модулях кассеты 5РШ;

контур регулирования нагрузки ГД, осуществляющий автоматическое ограничение нагрузки, а также разгрузки ГД при достижении установленных пределов подачи топлива путём выдачи управляющих сигналов на фиксацию или понижение шага в контур управления ВРШ. Электронная часть системы логического управления размещена в модулях кассет 5, 6ЦШУ;

блок контроля частоты вращения, который осуществляет формирование и выдачу в контур управления ГД и муфтами логических сигналов достижения уровней частоты вращения ГД1, ГД2, гребного вала, а также обеспечивает работу указателей тахометров главных двигателей и гребного вала. Электронные модули блока размещены в кассете 2ЦШУ;

два независимых контура дистанционного управления муфтами ПМ1, ПМ2 ГД;

контур дистанционного управления муфтой и тормозом гребного вала;

контур аварийной защиты ССУ;

блок обработки сигналов неисправностей;

блок контроля электроснабжения со светодиодной индикацией;

контрольно-испытательное устройство, предназначенное для контроля и проверки работы контуров управления в штатном рабочем режиме, а также для проверки работоспособности контуров управления в испытательном режиме.

контур регулирование нагрузка дизель

1.2 Описание работы контура регулирования нагрузки главных двигателей

Контур регулирования нагрузки ГД( рис1.3) осуществляет автоматическое ограничение нагрузки, а также разгрузки ГД при достижении установленных пределов подачи топлива путём выдачи управляющих сигналов на фиксацию или понижение шага в контуре управления ВРШ. Контур регулирования нагрузки ГД выполнен в виде системы логического управления работой МОП-ключей блока формирования сигнала заданного шага контура управления ВРШ. Кроме того, в состав контура входит блок формирования аналогового сигнала понижения шага δН (6-9, 6-10). Сигнал δН подаётся на входную цепь ИЗШ (интегратор заданного шага; см. схема контура управления ВРШ) при достижении установленного предела нагрузки или при появлении перегрузки ГД.

На рис.1.2 предусмотрены два задатчика предельной нагрузки ГД Fз :

·   задатчик постоянного ограничения тропического режима Fз=95,5% -резистор R4 модуля 5-10 ЦШУ (центральный шкаф управления).

·   задатчик переменного ограничения Fз=(65-100)%, устанавливается вахтенным механиком, -резистор ОН встроенный в КСП2 (командосигнальная панель) на ПВМ (пульт вах. мех.). На КСП2 установлен также резистор ЗН, с помощью которого можно ввести зону нечувствительности (дифференциал) регулирования нагрузки ∆F=(1-10)% вниз от уставки верхнего предела Fз. Сигнал ограничения нагрузки тропического режима Fз=95,5% автоматически вводится ключом 5-11 как предельный задающий сигнал Fз в контур регулирования, если резистором ОН на КСП2 установлен уровень ограничения Fз>95,5%, а температура воздуха, засасываемого дизелями превышает 27°С (сигнал 1 от контактных термореле воздуха, засасываемого ГД1 или ГД2, через промежуточное реле К1, К» модуля 2-2 РШ).

Аналоговые сигналы нагрузки ГД F1, F2 вырабатываются электронными датчиками подачи топлива (наполнения) ДН, работа которых обеспечивает также приведение в действие указателей наполнения на ПВМ и в МО. Сигналы нагрузки F1, F2 поступают в схему контура через МОП-ключи 5-16, 5-17, которые коммутируются логическими сигналами введения соответствующего ГД в работу на гребной вал (включены муфты ПМ1, ПМ3 или ПМ2,ПМ3). С помощью аналоговой схемы на ОУ 5-14 выполняется функция выделения наибольшего из двух входных сигналов F1,F2, который в дальнейшем и учитывается как сигнал нагрузки ГД F. Последний поступает на вход сумматора 5-10, выделяющкго сигнал рассогласования F-Fз, а также на вход компаратора перегрузки F>105% (5-12).

Схема защиты ГД от перегрузки приводится в действие только при вводе в работу валогенератора (от переключателя на ГРШ подаётся логический 1 на деблокировку выходного ключа И 5-3).

Два компаратора на ОУ модуля 5-9 вырабатывают логические сигналы «Предельная нагрузка» (F-Fз>0) и «Превышение зоны нечувствительности» (|F-Fз |>0), управляющие исполнительными элементами регулирования нагрузки. Блок логики представляет собой комбинационную логическую схему, реализованную в модулях 5-3, 5-5, 5-6, 5-7 и предназначенную для формирования логических сигналов режима работы контура управления ВРШ «Набор хода» и «Сброс хода», согласования работы регулирования нагрузки с режимами хода «Вперёд», «Назад» и реверсирования.Схема контролирует выходы компараторов 5-9 регулирования нагрузки, а также компараторов 5-8, 6-8, набор логических сигналов которых определяет текущее динамическое состояние контура управления ВРШ.

Аналоговый блок формирования сигнала понижения шага δН припревышении уставок нагрузки F>Fз или F>105% состоит из задающего резистра R34 (модуль 6-10), задающего усилителя (ЗУ) с двумя ступенями коэффициента усиления и переключателя полярности (ПП), установленных в модуле 6-9. Резистором R34 можно регулировать уровень выходного напряжения ЗУ, тем самым изменяя величину сигнала δН и соответственно скорость снижения шага при сброе нагрузки. ЗУ имеет два логических входа управления МОП ключами К1, К2, которые коммутируются логическими сигналами «Перегрузка» и «Предельная нагрузка».

Коэффициент усиления ЗУ по первому входу имеет большое значение что обеспечивает более высокий уровень сигнала δН в режиме перегрузки и тем самым увеличенную скорость понижения шага.

Переключатель полярности (ПП) в состав которого входят инвертор на ОУ и МОП-ключ КЗ, коммутируемый логическим сигналом компаратора знака шага Н>0 5-8, предназначен для вывода сигнала понижения шага δН полярностью, противоположной знаку фактического шага ВРШ.

2. Разработка математической модели объекта управления (дизель) и алгоритма функционирования контура регулирования нагрузки ГД. Разработка структурно-функциональной схемы заданного контура

Запишем дифференциальные уравнения описывающие работу дизеля.

Основное уравнение динамики двигателя:

ΔМд-ΔМс=J(dw/dt)                                                                           (2.1)

Для работы дизелю необходим подвод топлива, воздуха, масла. В то же время от работающего двигателя происходит отвод энергии.

Запишем уравнение (2.1) с учётом этих параметров:

ΔМд-ΔМс=KTh•ΔhT+Kпод•Δw −(Kc•ΔC+Котв•Δw)                      (2.2)

ΔC− коэффициент отвода энергии;

Мс− момент включающий сопротивление движению и приём нагрузки.

На основе уравнения (2.1) из уравнения (2.2) следует :

(dw/dt)+( Kотв− Kподв)•Δw= KTh•ΔhT − Kc•ΔC                            (2.3)

где Kотв= Kc•ΔC − отвод энергии