судовые энергетические установки
СУДОСТРОЕНИЕ 5'2006
Внешний вид элементов Alpha-лубрикатора судового дизеля ДБ62: а — лубрикаторные (подающие) блоки; б — контроллеры
вал нам один из представителей, — это техника нового столетия.
Первый шаг сделан — первый дизель с Alpha-лубрикатором покинул цехи БМЗ. Надеемся, что заказчики дизелей оценят его преимущества и в новых контрактах все чаще будет затребован цилиндровый лубрикатор с электронным управлением типа Alpha .
В заключение следует отметить, что «болгарская» машина помимо Л!рЬо-лубрикатора в значительной степени насыщена электроникой. Дизель оснащен электронным регулятором частоты вращения и системой защиты фирмы «Конгсберг» (Норвегия); на дизеле применяется так называемая У1Т-система топливо-подачи с автоматизированным уп-
равлением. Можно без преувеличения сказать, что дизель, изготовленный для Болгарии, является серьезным шагом к так называемому «интеллектуальному» двигателю MAN B&W серии ME, освоение производства которого нашим заводом в ближайшие 2—3 года диктуют требования рынка малооборотных судовых дизелей.
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ
И. М. Васин, канд. техн. наук, Н. А. Лазаревский, канд. техн. наук, Л. Н. Токарев, докт. техн. наук (ФГУП «ЦНИИ СЭТ»), К. С. Ляпидов, канд. техн. наук (ФГУП «1 ЦНИИ МО РФ») УДК 621.311:629.5
Развитие технических средств автоматического управления, микросхемотехники и микропроцессорной техники, силовых преобразователей электроэнергии, коммутационных аппаратов со встроенными процессорами, а также вычислительной техники и информатики принципиально меняет организационно-технические основы проектирования судовых электроэнергетических систем (ЭЭС). Указанные факторы приводят к парадоксальному, на первый взгляд, выводу — развитие теории и технических средств автоматического управления позволяет отказаться от традиционного деления и подразделений, и специалистов на направления — электрооборудование и автоматическое управление.
Для управления ЭЭС, содержащей электрические машины, трансформаторы, электромашинные и статические преобразователи электроэнергии, устройства и системы распределения, токопроводы, требуется разработать только алгоритм взаимодействия различных силовых элементов системы.Реализацию алгоритма осуществят микропроцессорные контроллеры, для функционирования которых безразлична физическая природа управляемых объектов.
То же относится к системе организации разработок и проектирования судовых ЭЭС. До сих пор молчаливо признавалась такая организация разработок, при которой какое-то предприятие выполняло задание ЦКБ — проектанта судна на
создание, например, электростанции и системы распределения электроэнергии, другое разрабатывало устройства автоматического управления типа, например, известного комплекса «Ижора» для автоматического управления судовой электростанцией. Такое разделение функций приводило к тому, что недостаточно уверенное функционирование какой-либо части ЭЭС давало повод поставщику устройств автоматики отказываться от работы по надлежащей настройке всей системы до тех пор, пока специалисты по электрооборудованию не настроят «свою» систему. И наоборот.
Стремление технически и организационно разделить силовую технику и автоматику приводило, в частности, и к такой кажущейся сегодня довольно неудачной системе организации разработок. Разработчик устройства автоматики стремился функционально и конструктивно полностью отделиться от ответственности за качество функционирования силового оборудования, работой которого оно должно управлять. Поставщик разрабатывал специальные устройства для имитации силовой части управляемой ЭЭС, предполагая сдать свое изделие судострои-
^дост^ИЕ 5 2006 СУДОВЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИ! УСТАНОВКИ
тельному заводу независимо от того, как работает объект управления.
Естественно, что подобная организация не способствует созданию современной высокоавтоматизированной ЭЭС, обладающей функциональным и конструктивным единством.
Своеобразие современного состояния технических средств управления судовой ЭЭС заключается в том, что проектанты вынуждены применять созданные еще в СССР системы автоматизации электростанций. При этом особенно ярко проявляется различие в качественных и количественных характеристиках элементной базы, существующей сегодня и применявшейся более 20 лет назад. Например, мощность, потребляемая системой «Ижора» от измерительных преобразователей тока (трансформаторов тока), была такова, что для создания функциональных зависимостей по току и его активной составляющей необходимо использовать шесть громоздких трансформаторов тока и несколько трансформаторов напряжения. Иное техническое решение было невозможно в связи с тем, что при параллельном включении нескольких устройств на питание от одного трансформатора возникали взаимные помехи.
В настоящее время использование такого рода технических решений даже представить себе трудно. Во-первых, трансформаторы тока с ферромагнитными магнитопровода-ми можно заменить гораздо менее громоздкими датчиками тока, использующими эффект Холла. Во-вторых, информация в современных системах автоматического управления передается в цифровом виде и не сопровождается передачей энергии. В-третьих, сейчас ЭЭС даже в отдельных датчиках тока может не нуждаться. Такие датчики с цифровым выходом уже встроены в силовые коммутационные аппараты.
В результате обеспечивается существенное техническое преимущество в целом для судна, но действующим по старинке разработчику
Рис. 1. Структура судовой автоматизированной электростанции:
СГ — синхронный генератор; ПД — первичный двигатель; АРН — автоматический регулятор напряжения; ин — напряжение уставки; АРЧ — автоматический регулятор частоты, wn — уставка по частоте; ГРЩ — главный распределительный щит; ГА, АС — автоматы, z — ступени отключаемых нагрузок; ИУ — исполнительное устройство; бк — блок-контакты; САП — система автоматического пуска; ВД — вспомогательный двигатель; ТТ — трансформаторы тока; ЦП — центральный процессор
и поставщику средств автоматического управления это менее удобно, поскольку затруднит им процедуры сдачи своих систем.
Указанные противоречия развития техники управления и организации процессов разработки устройств и систем очень важны и требуют своего разрешения в виде, например, внедрения предложенного К. С. Ляпидовым принципа организации проектирования, при котором одному из отраслевых институтов поручается не только создание электростанции, электроприводов, систем распределения электроэнергии, но и наблюдение за проектированием системы в целом, оформленное в виде задания на обеспечение технических условий на ЭЭС в целом.
Однако есть еще более важный фактор организационно-технического прогресса в сфере проектирования судовых систем. До сих пор технические средства, реализующие воздействия на те или иные виды оборудования, не только электротехнические или даже механические, но и на любые другие, разрабатывались специалистами соответствующего профиля. Так, электрики автоматизировали электромехани-
ческие системы, механики — механические, ядерщики — атомные энергетические установки, специалисты по навигации — навигационные системы и т. д. И это было разумным разделением труда. Нельзя управлять, не зная объекта управления.
Развитие техники в определенном смысле поколебало и этот принцип. Микропроцессорные контроллеры обеспечивают возможность сбора информации о состоянии любой технической системы, независимо от специфических особенностей ее функциональных признаков. Например, структура системы автоматического управления судовой электростанцией, включая дизельную часть, может быть такой, как показана на рис. 1.
В отличие от существующих систем автоматического управления электростанцией здесь нет специальных устройств преобразования сигналов по току и напряжению в активную составляющую тока, нет отдельных устройств, сравнивающих и контролирующих частоты и напряжения, измеряющих угол между векторами напряжений синхронизируемых машин, создающих выдержки времени и т. п. Нет и специального логического устройства, определяющего последовательность тех или иных операций управления, нет длинных уравнительных связей через блок-контакты автоматов, необходимых для распределения активных и реактивных нагрузок. Измерительные преобразователи тока выполнены в цифровом виде и установлены всего по одному на генератор.
Все операции по преобразованию сигналов выполняются центральным процессором (ЦП). Программу для ЦП разрабатывает не какой-то особый специалист-автоматчик, а электрик, понимающий, как работают все машины и регуляторы ЭЭС в их взаимодействии. Архитектуру микропроцессорного контроллера и тонкости его устройства ему знать нет необходимости.
Как видно из структурной схемы, на вход ЦП подаются только на-
судовые энергетические установки
СУДОСТРОЕНИЕ 5'2006
Рис. 2. Структура системы автоматического пуска судового дизель-генератора:
СГ — синхронный генератор; ПД — первичный двигатель; АРН — автоматический регулятор напряжения; КГП — контактор гашения поля; БП — блок питания; У — усилитель; ДЧВ — датчик частоты вращения; ДТВГ — датчик температуры выхлопных газов; ТБ — топливный бак; БМ — расходный бак масла; К — клапан; ДУ — датчик уровня; ДД — датчик давления; ДТ — датчик температуры; Д — двигатель (насоса); СМ — сепаратор масла; Ф — фильтр (масла, топлива, воды); НМ — нагреватель масла; НВ — нагреватель воды; СЛ — сигнальная лампа; У — усилитель; И — логическое устройство «и»
пряжения всех отдельных силовых контуров электростанции, токи генераторов, частоты генераторов и частоты вращения первичных двигателей. С выхода ЦП сигналы идут на управляющие терминалы электрооборудования: исполнительные устройства автоматических выключателей, органы изменения уставок регуляторов напряжения и частоты, систему автоматического пуска первичных двигателей.
Естественно, что в составе ЦП должны быть соответствующие устройства нормирования сигналов.
В систему автоматического управления входят и устройства пуска первичных двигателей. Если в качестве перв
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.