隨著計算機技術的迅猛發展,船舶的輪機自動化程度日益提高,輪機管理人員的技術培訓和技術更新十分迫切和必要。輪機模擬系統能模擬輪機自動化的各種功能,并利用計算機技術結合必要的硬件設備,完成輪機的模擬操縱。
輪機自動化是用自動化儀表、控制元件、邏輯元件、計算機等組成的各種控制系統。它能部分或絕大部分代替輪機管理人員,實現對機艙中的運行參數進行自動控制、監視、顯示、記錄和報警,以及對主要機器設備進行自動控制。本文介紹我們研制的新型輪機模擬系統。
1 系統基本構成
本系統由計算機、PLC、主控制臺、鍋爐操作屏、電站操作屏等部分組成。
學員計算機用于對輪機系統管道設備的操作,排除教師計算機設置的故障,主機機旁應急操作;教師計算機用于監視、控制學員在學員計算機上的操作,系統故障設置,同時,兼有駕駛臺控制功能,報警計算機用于輪機系統各主要參數的異常情況報警和學員操作順序的記錄。打印機用于異常情況報警輸出和學員操作記錄的打印輸出。
主控制臺PLC主要實現集中控制室控制的各種功能,完成各PLC與計算機之間數據和命令的交換,鍋爐操作屏PLC能夠實現鍋爐的模擬操作,電站操作屏PLC用于實現電站模擬操作。
主控臺由車鐘、油門操縱桿、輪機系統主要參數的模擬顯示儀表、主機控制方式切換操縱開關、輪機系統主要設備運行玻態指示燈、主機起動裝置狀態指示燈、應急操縱按鈕和應急報警指示燈等部分組成。
鍋爐操作屏由一些操作開關和指示燈組成,它能夠實現鍋爐水位和蒸汽壓力的自動控制,手動、自動點火,自動熄火,油量大小自動控制。
電站操縱屏由儀表、操作開關、指示燈三部分組成,它可以實現發電機的起動控制、并電控制、轉角和頻率自動控制。
2 功能特點簡介
2.1 主機轉速自動控制系統
主機轉速是輪機系統最重要的參數之一,也是控制最復雜的系統之一。本系統主機轉速控制采用轉速負荷(油量)控制方式,通過自動切換,既可實現轉速自動控制,又可實現負荷(油量)自動控制,當處于轉速控制時,設定轉速,負荷(油量)控制隨動。當處于負荷(油量)控制時,設定負荷(油量)轉速控制隨動。
2.2 主機控制方式的切換
主機的控制方式有遙遠控制(簡稱遙控)和機旁操縱,遙控有集中控制室控制和駕駛室控制兩種方式。主機遙控不同于機旁操縱,它從車令發送到主機運行狀態的改變,其間有一套復雜的邏輯控制和程序控制,通過這套控制系統,能夠保證遙控機器設備運行的準確、安全和可靠。控制方式切換的邏輯,如圖1所示。
正常情況主機處于上述三種控制方式之二,當生機控制方式切換時,如條件不完全滿足,則該控制方式指示燈閃爍,主機仍保持原控制方式。
2.3 主機臨界轉速回避
當主機轉速處于65轉/分至75轉/分范圍內時,由于主機軸系的固有自振頻率,系統將產生共振現象,嚴重時造成機器損壞。因此,主機應不在臨界轉速區工作,或快速通過臨界區,以保證機器的安全和機器運轉的正常。本模擬系統主機轉速處于臨界轉速區時,可以快速率自動降至65轉/分或升至75轉/分。
3 基本操作過程
3.1 主機起動的模擬方法
主機遙控起動時,PI,C完成兩部分工作,一是邏輯判斷起動的條件,在起動條件滿足的情況下,一系列的起動準備動作是否在規定時間內完成;二是主機起動后,生機轉速是否在規定時間內先后達到斷氣轉速、發火轉速、起動轉速。
3.2 主機轉速控制的方法
遙控方式時,主機轉速設定值是通過集控室的油門桿或駕控臺的車鐘送發出的,經過輪機長速度限制、程序負荷加速速率限制等環節,輸出值經油量調節回路后作為主機轉速的給定值進行PID調節。
3.3 故障設置和排除故障的方法
故障是通過教師計算機設置的。教師在教師機上啟動故障設置功能后;可以對系統申各種設備設置,故障一旦設置成功,主控計算機將相應的標志送主控PLC,主控PILC進行邏輯判斷和運算,產生相應的故障現象,聲、光報警,學員根據報警現象,在學員計算機上查找可能的設備進行排除。
本系統在設計上,綜合考慮軟硬件的性能價格比,結合輪機系統的特點,硬件上主要模擬了集中控制室的控制(主控制臺),鍋爐的控制和電站的控制;軟件上模擬了輪機系統的全部管道系統圖,以及管道系統設備的操作。計算機的選取上,使用了三臺計算機,合理分配各計算機的職能,達到了優化。
參考文獻:
[1] 黃慶宏.汽輪機與燃氣輪機原理及應用[M].南京:東南大學出版社,2005.
