隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展,船舶的輪機(jī)自動(dòng)化程度日益提高,輪機(jī)管理人員的技術(shù)培訓(xùn)和技術(shù)更新十分迫切和必要。輪機(jī)模擬系統(tǒng)能模擬輪機(jī)自動(dòng)化的各種功能,并利用計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合必要的硬件設(shè)備,完成輪機(jī)的模擬操縱。
輪機(jī)自動(dòng)化是用自動(dòng)化儀表、控制元件、邏輯元件、計(jì)算機(jī)等組成的各種控制系統(tǒng)。它能部分或絕大部分代替輪機(jī)管理人員,實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)艙中的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)控制、監(jiān)視、顯示、記錄和報(bào)警,以及對(duì)主要機(jī)器設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制。本文介紹我們研制的新型輪機(jī)模擬系統(tǒng)。
1 系統(tǒng)基本構(gòu)成
本系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、PLC、主控制臺(tái)、鍋爐操作屏、電站操作屏等部分組成。
學(xué)員計(jì)算機(jī)用于對(duì)輪機(jī)系統(tǒng)管道設(shè)備的操作,排除教師計(jì)算機(jī)設(shè)置的故障,主機(jī)機(jī)旁應(yīng)急操作;教師計(jì)算機(jī)用于監(jiān)視、控制學(xué)員在學(xué)員計(jì)算機(jī)上的操作,系統(tǒng)故障設(shè)置,同時(shí),兼有駕駛臺(tái)控制功能,報(bào)警計(jì)算機(jī)用于輪機(jī)系統(tǒng)各主要參數(shù)的異常情況報(bào)警和學(xué)員操作順序的記錄。打印機(jī)用于異常情況報(bào)警輸出和學(xué)員操作記錄的打印輸出。
主控制臺(tái)PLC主要實(shí)現(xiàn)集中控制室控制的各種功能,完成各PLC與計(jì)算機(jī)之間數(shù)據(jù)和命令的交換,鍋爐操作屏PLC能夠?qū)崿F(xiàn)鍋爐的模擬操作,電站操作屏PLC用于實(shí)現(xiàn)電站模擬操作。
主控臺(tái)由車鐘、油門操縱桿、輪機(jī)系統(tǒng)主要參數(shù)的模擬顯示儀表、主機(jī)控制方式切換操縱開關(guān)、輪機(jī)系統(tǒng)主要設(shè)備運(yùn)行玻態(tài)指示燈、主機(jī)起動(dòng)裝置狀態(tài)指示燈、應(yīng)急操縱按鈕和應(yīng)急報(bào)警指示燈等部分組成。
鍋爐操作屏由一些操作開關(guān)和指示燈組成,它能夠?qū)崿F(xiàn)鍋爐水位和蒸汽壓力的自動(dòng)控制,手動(dòng)、自動(dòng)點(diǎn)火,自動(dòng)熄火,油量大小自動(dòng)控制。
電站操縱屏由儀表、操作開關(guān)、指示燈三部分組成,它可以實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的起動(dòng)控制、并電控制、轉(zhuǎn)角和頻率自動(dòng)控制。
2 功能特點(diǎn)簡介
2.1 主機(jī)轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制系統(tǒng)
主機(jī)轉(zhuǎn)速是輪機(jī)系統(tǒng)最重要的參數(shù)之一,也是控制最復(fù)雜的系統(tǒng)之一。本系統(tǒng)主機(jī)轉(zhuǎn)速控制采用轉(zhuǎn)速負(fù)荷(油量)控制方式,通過自動(dòng)切換,既可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制,又可實(shí)現(xiàn)負(fù)荷(油量)自動(dòng)控制,當(dāng)處于轉(zhuǎn)速控制時(shí),設(shè)定轉(zhuǎn)速,負(fù)荷(油量)控制隨動(dòng)。當(dāng)處于負(fù)荷(油量)控制時(shí),設(shè)定負(fù)荷(油量)轉(zhuǎn)速控制隨動(dòng)。
2.2 主機(jī)控制方式的切換
主機(jī)的控制方式有遙遠(yuǎn)控制(簡稱遙控)和機(jī)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(jī)遙控不同于機(jī)旁操縱,它從車令發(fā)送到主機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的改變,其間有一套復(fù)雜的邏輯控制和程序控制,通過這套控制系統(tǒng),能夠保證遙控機(jī)器設(shè)備運(yùn)行的準(zhǔn)確、安全和可靠?？刂品绞角袚Q的邏輯,如圖1所示。
正常情況主機(jī)處于上述三種控制方式之二,當(dāng)生機(jī)控制方式切換時(shí),如條件不完全滿足,則該控制方式指示燈閃爍,主機(jī)仍保持原控制方式。
2.3 主機(jī)臨界轉(zhuǎn)速回避
當(dāng)主機(jī)轉(zhuǎn)速處于65轉(zhuǎn)/分至75轉(zhuǎn)/分范圍內(nèi)時(shí),由于主機(jī)軸系的固有自振頻率,系統(tǒng)將產(chǎn)生共振現(xiàn)象,嚴(yán)重時(shí)造成機(jī)器損壞。因此,主機(jī)應(yīng)不在臨界轉(zhuǎn)速區(qū)工作,或快速通過臨界區(qū),以保證機(jī)器的安全和機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的正常。本模擬系統(tǒng)主機(jī)轉(zhuǎn)速處于臨界轉(zhuǎn)速區(qū)時(shí),可以快速率自動(dòng)降至65轉(zhuǎn)/分或升至75轉(zhuǎn)/分。
3 基本操作過程
3.1 主機(jī)起動(dòng)的模擬方法
主機(jī)遙控起動(dòng)時(shí),PI,C完成兩部分工作,一是邏輯判斷起動(dòng)的條件,在起動(dòng)條件滿足的情況下,一系列的起動(dòng)準(zhǔn)備動(dòng)作是否在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成;二是主機(jī)起動(dòng)后,生機(jī)轉(zhuǎn)速是否在規(guī)定時(shí)間內(nèi)先后達(dá)到斷氣轉(zhuǎn)速、發(fā)火轉(zhuǎn)速、起動(dòng)轉(zhuǎn)速。
3.2 主機(jī)轉(zhuǎn)速控制的方法
遙控方式時(shí),主機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定值是通過集控室的油門桿或駕控臺(tái)的車鐘送發(fā)出的,經(jīng)過輪機(jī)長速度限制、程序負(fù)荷加速速率限制等環(huán)節(jié),輸出值經(jīng)油量調(diào)節(jié)回路后作為主機(jī)轉(zhuǎn)速的給定值進(jìn)行PID調(diào)節(jié)。
3.3 故障設(shè)置和排除故障的方法
故障是通過教師計(jì)算機(jī)設(shè)置的。教師在教師機(jī)上啟動(dòng)故障設(shè)置功能后;可以對(duì)系統(tǒng)申各種設(shè)備設(shè)置,故障一旦設(shè)置成功,主控計(jì)算機(jī)將相應(yīng)的標(biāo)志送主控PLC,主控PILC進(jìn)行邏輯判斷和運(yùn)算,產(chǎn)生相應(yīng)的故障現(xiàn)象,聲、光報(bào)警,學(xué)員根據(jù)報(bào)警現(xiàn)象,在學(xué)員計(jì)算機(jī)上查找可能的設(shè)備進(jìn)行排除。
本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上,綜合考慮軟硬件的性能價(jià)格比,結(jié)合輪機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn),硬件上主要模擬了集中控制室的控制(主控制臺(tái)),鍋爐的控制和電站的控制;軟件上模擬了輪機(jī)系統(tǒng)的全部管道系統(tǒng)圖,以及管道系統(tǒng)設(shè)備的操作。計(jì)算機(jī)的選取上,使用了三臺(tái)計(jì)算機(jī),合理分配各計(jì)算機(jī)的職能,達(dá)到了優(yōu)化。
參考文獻(xiàn):
[1] 黃慶宏.汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)原理及應(yīng)用[M].南京:東南大學(xué)出版社,2005.
