LABORATORIUM AUTOMATYZACJI SYSTEMÓW ENERGETYCZNYCH STATKU Nr 12: System zdalnego sterowania silnikiem głównym - AutoChief-4
2 Laboratorium automatyzacji systemów energetycznych Nr 12: System zdalnego sterowania silnikiem głównym - AutoChief-4 1 CEL ĆWICZENIA Celem ćwiczenia jest poznanie budowy oraz sposobu obsługi silnika głównego współpracującego z systemem AutoChief-4. Układ został odwzorowany za pomocą aplikacji wykonanej z wykorzystaniem systemu wizualizacji - InTouch. System zdalnego sterowania RCS (Remote Control System) System zdalnego sterowania silnikiem głównym AC-4 działa w powiązaniu z pozostałymi systemami wchodzącymi w skład systemu AC-4. Główna część systemu RCS umieszczona jest w CMK (Centrali Manewrowo Kontrolnej) i składa się z panelu czołowego (panel operatorski), zawierającego cyfrowy wyświetlacz lampek sygnalizujących stany alarmowe, przycisków pozwalających na skasowanie danego alarmu oraz mnemotechnicznego diagramu kontroli silnika głównego. Na mostku zamontowany jest uproszczony panel operatorski systemu, zwierający podstawowe funkcje. Mikroprocesory systemu RCS, znajdujące się pod głównym panelem systemu, dokonują przetwarzania poleceń i przesyłają je w postaci sygnałów do regulatora, np. w przypadku zmiany prędkości obrotowej, czy też zaworów elektromagnetycznych dla komend STOP u lub REWERS u silnika. Panel operatorski znajdujący się w CMK zawiera odseparowane od zasilania adaptorowe karty pomiarowe. Każda karta posiada swój kanał z zaprogramowanym programem monitoringu i kontroli śledzonego parametru. Współpraca silnika głównego z systemem automatyki Na rys. 12.1 przedstawiony został blokowy schemat systemu sterowania i kontroli silnika głównego wykorzystywany w trakcie realizacji ćwiczenia. W przedstawionej konfiguracji do emulacji pracy silnika głównego wykorzystano trójfazowy silnik prądu przemiennego zasilany z falownika. W skład symulatora systemu AC-4 wchodzą pulpity sterownicze montowane w rzeczywistości na mostku, CMK i przy silniku (stanowisko awaryjne) oraz stanowiska komputerowe.
Ćwiczenie nr 12: System zdalnego sterowania silnikiem głównym - AutoChief-4 3 Rys. 12.1. Schemat blokowy systemu sterowania i kontroli silnika głównego Emulacja pracy SG - pomiar prędkości obrotowej Dla uwidocznienia pracy silnika, symulator wyposażono w fizyczny układ wykonawczy reprezentujący rzeczywiste obroty wału napędowego. Układ ten składa się, z trójfazowego asynchronicznego silnika sterowanego pośrednio przez falownik. Elementy składowe tego układu są tak dobrane, aby zapewnić optymalne dopasowanie. Falownik jest przystosowany do sterowania silnikami o mocy nie przekraczającej 0.75 kw. W symulatorze zastosowano silnik wolnoobrotowy (n nom = 680 obr / min o mocy 0.5 kw. Dobór ten wynika z faktu, iż rzeczywista prędkość wału silnika głównego nie przekracza 150 obr / min (maksymalny zakres urządzeń pomiarowych). Sterowanie prędkością obrotową silnika dzięki zastosowaniu falownika umożliwia płynną regulację w zakresie wyższych zadawanych prędkości oraz utrzymywanie jej na stałym poziomie. Zasada sterowania falownikiem opiera się na utrzymaniu stałego współczynnika U / f. Konstrukcja, a co za tym idzie, sposób sterowania falownikiem, wymaga podania dyskretnego sygnału na jedno z wejść sterujących w celu całkowitego zatrzymania silnika (na drugie wejście podawany jest sygnał w celu ponownego uruchomienia silnika). Wówczas odcinane jest napięcie zasilające cewki stojana co powoduje, że silnik hamuje ze stałą czasową wynikającą z momentu bezwładności wirnika. Schemat podłączeń do wejściowej listwy zaciskowej sygnałów sterujących falownikiem przedstawiony został na rys. 12.2. 3
4 Laboratorium automatyzacji systemów energetycznych + 10V Sterowane źródło napięciowe 0 10V START STOP REWERS + 24V Rys. 12.2. Listwa zaciskowa sygnałów sterujących falownikiem Na powyższym rysunku widoczne są styki START, STOP falownika oraz przełącznik REWERS, służący do zmiany kierunku obrotów silnika. Wejście analogowe umożliwia wykorzystanie alternatywnych sposobów sterowania. W pierwszym z nich, z zastosowaniem wewnętrznego źródła napięcia (+10V), zmianę prędkości obrotowej uzyskać można poprzez zmianę położenia suwaka potencjometru. Drugi sposób, polega na wykorzystaniu zewnętrznego napięciowego źródła zasilania w zakresie 0 10V (wyjście modułu analogowego sterownika programowalnego). W rzeczywistych warunkach eksploatacji system AC4 otrzymuje informacje o aktualnej prędkości wału napędowego w postaci cyfrowej. Wymaganie to spełnione jest poprzez zastosowanie odpowiedniego zespołu pomiarowego. Na wale silnika zainstalowane jest współosiowo stalowe koło zębate, natomiast umieszczone w jego obrębie dwa czujniki indukcyjne przesyłają do systemu sygnały o kształcie prostokątnym i szerokości zależnej od prędkości wału. Relacja pomiędzy sygnałami z czujników niesie informację o kierunku obrotów (rys. 12.3). Tak, więc mamy tu do czynienia z sygnałem o kształcie prostokątnym o modulowanej (prędkością obrotową) częstotliwości o standardzie napięciowym 0 5V (TTL). W opisywanym symulatorze wykorzystano następującą koncepcję metody pomiaru. Na wale wirnika zamontowano współosiowo tarczę stalową z 45 zębami na obwodzie oraz zainstalowano dwa zestawy czujników indukcyjnych (ang. pick-up). Na rys. 12.3 przedstawiono poprawny sposób usytuowania czujników.
Ćwiczenie nr 12: System zdalnego sterowania silnikiem głównym - AutoChief-4 5 Rys. 12.3. Sposób zamontowania czujników indukcyjnych oraz przebiegi czasowe sygnałów w przypadku obrotów w lewo i prawo 5
6 Laboratorium automatyzacji systemów energetycznych Nr 12: System zdalnego sterowania silnikiem głównym - AutoChief-4 Wstęp i cel ćwiczenia System zdalnego sterowania silnikiem głównym AC-4 działa w powiązaniu z pozostałymi systemami wchodzącymi w skład systemu AC-4. Główna część systemu RCS umieszczona jest w CMK (Centrali Manewrowo Kontrolnej) i składa się z panelu czołowego (panel operatorski) przedstawionego na rysunku 1 zawierającego cyfrowy wyświetlacz, lampki sygnalizujące stany alarmowe, przyciski pozwalających na skasowanie danego alarmu, oraz mnemotechniczny diagram kontroli silnika głównego. Na mostku zamontowany jest uproszczony panel operatorski systemu, zwierający podstawowe funkcje. Mikroprocesory systemu RCS znajdujące się pod głównym panelem systemu dokonują przetwarzania poleceń i przesyłają je w postaci sygnałów do regulatora np. w przypadku zmiany prędkości obrotowej, czy też zaworów elektromagnetycznych dla komend STOP lub REWERS silnika. Panel operatorski znajdujący się w CMK zawiera odseparowane od zasilania adaptorowe karty pomiarowe. Każda karta posiada swój kanał z zaprogramowanym programem monitoringu i kontroli śledzonego parametru. Do funkcji systemu RCS zaliczamy: wprowadzanie i przetwarzanie danych dotyczących nastaw zadanej wartości prędkości obrotowej silnika głównego z systemu telegrafów (mostek, CMK), realizacja startu, stopu i rewersu silnika z trzema powtórzeniami nieudanego startu, wolne obracanie, ciężki start oraz blokada startu, możliwość zrealizowania programu nastawy prędkości, programu przejścia przez obroty krytyczne silnika, programu zwiększania/zmniejszania obciążenia, możliwość manualnego ograniczenia prędkości, aktywowanie funkcji Slow Down, realizacja bezpiecznego rewersu silnika z całej naprzód na całą wstecz (ang. Crash Manouvering), kontrola pozostałych układów silnika (zależna od typu silnika), komunikacja sytemu zdalnego sterowania RCS z systemem bezpieczeństwa SSU 8810, System RCS umiejscowiony w CMK posiada 32 cyfrowe kanały wejściowe, 48 cyfrowych kanałów wyjściowych, 5 cyfrowych wyjść przekaźnikowych, 6 wejść z modułu pomiaru prędkości obrotowej silnika (ang. Pick-Up).
Ćwiczenie nr 12: System zdalnego sterowania silnikiem głównym - AutoChief-4 7 Rys. 1. Wygląd panelu czołowego system zdalnego sterowania RCU System bezpieczeństwa stanowi autonomiczną jednostkę zabezpieczającą silnik przed przekroczeniem parametrów krytycznych grożących uszkodzeniem. Przystosowany jest również do współpracy jako podzespół systemu zdalnego sterowania i kontroli. Przykładem układu kontroli i bezpieczeństwa jest system zdalnego sterowania i kontroli AutoChief-4 (rys. 2). Jednostka AC-4 na Mostku System Bezpieczeństwa SSU-8810 Sygnał wyjściowy alarmów Jednostka AC-4 w CMK Rys. 2. System zdalnego sterowania i kontroli AutoChief-4 Każdy sygnał pochodzący od obiektu, jakim jest SG, ma przyporządkowany numer kanału w zakresie OP.CODE 01 112. Operator obsługujący panel SSU-8810, może przy pomocy adresu (numeru) danego kanału wyświetlić informacje dotyczącą danego 7
8 Laboratorium automatyzacji systemów energetycznych procesu związanego z tym kanałem. Kanały 02 21 mogą być określone przez zamawiającego jako kanały przyporządkowane funkcjom ShutDown i SlowDown. Kanały 22 112 są konfigurowane przy instalacji systemu w zależności od występujących potrzeb. Kanały 01 32 są wyposażone w karty przetwornikowe o niskim poziomie sygnałów wyjściowych, w celu standaryzacji poziomu sygnałów ułatwiającej pracę systemu z innymi urządzeniami. Adresy 33 64 są to wyjścia cyfrowe, a kanały 65 112 to wyjścia binarne. Szczegółowo system SSU został omówiony w ćwiczeniu 11. System telegrafów maszynowych stanowi niezależną komunikację pomiędzy punktami manewrowymi a SG. Na mostku jednostka telegrafu umieszczona jest w konsoli mostka oraz na skrzydłach (opcjonalnie). W maszynowni jednostki telegrafów znajdują się w CMK, oraz na awaryjnym stanowisku sterowania przy silniku. Telegraf umieszczony na mostku połączony jest dodatkowo z drukarką rozkazów. W zależności od miejsca sterowania wyróżniamy typy telegrafów: przyciskowy przeznaczony do zamontowania na awaryjnym stanowisku sterowania przy silniku, manetkowy przeznaczony do zamontowania w CMK oraz na mostku. Telegrafy poza tym, że umożliwiają zmianę nastawy prędkości obrotowej, to również przesyłają informacje do pozostałych stanowisk sterowania o: aktualnym stanowisku sterowania, zadanej prędkości obrotowej, rzeczywistej prędkości obrotowej, trybie sterowania Emegency/ControlRoom/Bridge. Za pomocą telegrafów możliwe jest również przekazywanie kontroli pomiędzy poszczególnymi stanowiskami sterowania (rys. 3). Drukarka rozkazów podłączona do telegrafu mostkowego rejestruje komendy wydawane z telegrafu maszynowego, przekazywane za pomocą komunikacji na stanowisko sterowania umieszczone na mostku.
Ćwiczenie nr 12: System zdalnego sterowania silnikiem głównym - AutoChief-4 9 a) montowany przy silniku b) montowany na mostku i w CMK Rys. 3. Widok telegrafów Na rysunku 4 przedstawiony został blokowy schemat systemu sterowania i kontroli silnika głównego. W przedstawionej konfiguracji do emulacji pracy silnika głównego wykorzystano trójfazowy silnik prądu przemiennego zasilany z falownika. W skład symulatora systemu AC-4 wchodzą pulpity sterownicze montowane w rzeczywistości na mostku, CMK i przy silniku (stanowisko awaryjne) oraz stanowiska komputerowe. Rys. 4. Schemat blokowy systemu sterowania i kontroli napędu głównego 9
10 Laboratorium automatyzacji systemów energetycznych Celem ćwiczenia jest poznanie budowy oraz sposobu obsługi silnika głównego współpracującego z systemem AutoChief-4. Układ został odwzorowany za pomocą aplikacji wykonanej z wykorzystaniem systemu wizualizacji - InTouch. Przebieg ćwiczenia i zadania do wykonania Ze względów praktycznych, na pulpicie imitującym awaryjne (lokalne) stanowisko sterowania SG, zamiast zamontowania fizycznych dźwigni: zatrzymania silnika (ang. STOP LEVER), manewrowej (ang. LOCAL MANOEUVRING LEVER), paliwowej sterowania awaryjnego (ang. FUEL LEVER), zamontowano odwzorowujące je przyciski. Dlatego gdy jest mowa o przesterowaniu którejś z dźwigni w zadaną pozycję, to należy rozumieć, iż oznacza to naciśnięcie konkretnego przycisku o tej nazwie. Realizacja poniższych ćwiczeń jest możliwa, gdy silnik znajduje się w normalnych warunkach, tzn.: nie jest realizowana funkcja Slow Down lub Shut Down i zapewniona jest komunikacja pomiędzy współpracującymi urządzeniami. Uruchomienie i zatrzymanie SG ze stanowiska awaryjnego przy silniku W praktyce stanowisko awaryjne jest bardzo rzadko używane do sterowania silnikiem głównym, przeznaczone ono jest jak sama nazwa mówi do pracy awaryjnej, w przypadku zaniku automatycznego sterowania lub uszkodzenia regulatora prędkości obrotowej. W celu uruchomienia silnika ze stanowiska awaryjnego należy: uruchomić dmuchawę pomocniczą nr.1 (Aux Blower) przycisk uruchomienia znajduje się na pulpicie imitującym awaryjne stanowisko sterowania, dźwignię zatrzymania silnika (Stop Lever) przełączyć na pozycję Run, dźwignię nastawy paliwa (Fuel Lever) ustawić w pozycji Emergency Control i za pomocą potencjometru nastawić dawkę paliwa, następnie dźwignią Lokal Manouvering Lever dokonać przesterowania pomp paliwowych w żądanym kierunku przyciskając przycisk Run Ahead lub Run Astern, przytrzymać jeden z dwóch przycisków inicjujących start Start Ahead lub Start Astern. Podczas pracy silnika poprzez zmianę nastawy listwy paliwowej Fuel Lever (w tym przypadku potencjometru) możemy zmieniać prędkość w całym jego zakresie. W celu zatrzymania silnika należy przesterować dźwignię Stop Lever w pozycję Stop. Po tej czynności zostanie zrealizowany program powolnego zwalniania aż do całkowitego zatrzymania silnika. Możliwe też jest unieruchomienie silnika poprzez wciśnięcie przycisku Emergency Stop, sposób ten niezależny jest od aktualnego stanowiska sterowania. Po użyciu tego przycisku silnik zatrzyma się natychmiast.
Ćwiczenie nr 12: System zdalnego sterowania silnikiem głównym - AutoChief-4 11 Przekazywanie kontroli pomiędzy CMK a awaryjnym stanowiskiem sterowania (lokalnym) Awaryjne stanowisko sterowania w rzeczywistości znajduje się w pobliżu silnika. Są to ciężkie warunki pracy dla człowieka, dlatego też istnieje możliwość sterowania i kontroli silnika ze stanowiska zdalnego. Przekazanie kontroli ze stanowiska awaryjnego (lokalnego) możliwe jest po spełnieniu poniższych warunków: dźwignię zatrzymania silnika Stop Lever przełączyć w pozycję Run, dźwignię paliwową Fuel Lever ustawić w pozycji Remote Control, dźwignię manewrową Lokal Manouvering Lever w pozycję Remote, przyciskiem na pulpicie Remote Control podać sterowanie do CMK, na pulpicie w CMK potwierdzić przyjęcie kontroli nad silnikiem za pomocą przycisku Control Room Control znajdującym się w polu Command Pos. Przekazanie kontroli sygnalizowane jest pulsującym światłem w panelu Remote Control System. Podczas eksploatacji może zajść potrzeba przekazania kontroli z CMK do lokalnego stanowiska sterowania. Czynność ta może być wykonana na dwa sposoby poprzez: Przyciśnięcie w panelu Remote Control System w polu Command Pos przycisku Local Control. Przesterowanie dowolnej dźwigni na lokalnym stanowisku sterowania w inną pozycję ( za wyjątkiem zmiany nastawy potencjometru Fuel Lever). Uruchomienie i zatrzymanie SG ze stanowiska w CMK Warunkiem uruchomienia silnika ze stanowiska w CMK, jest wcześniejsze przejęcie nad nim kontroli (przekazanie z mostka, bądź ze stanowiska awaryjnego). W celu dokonania startu silnika, poza włączonymi urządzeniami pomocniczymi i pracującymi z właściwymi parametrami, wystarczy przestawić manetkę telegrafu (zainstalowanego po prawej stronie pulpitu) z pozycji środkowej Stop, na wybraną w odpowiednim kierunku. Spowoduje to w pierwszej kolejności uruchomienie funkcji Slow Turn a następnie właściwy start silnika. Wolne obracanie silnika. Wolne obracanie silnika wykonywane jest przez mechaników wachtowych zawsze, gdy silnik jest w bezruchu dłużej niż 30 minut. Jeżeli istnieje prawdopodobieństwo, że silnik będzie w niedługim czasie uruchamiany to musi on być co 30 minut być obracany za pomocą sprężonego powietrza. Wykonywane jest to po wywołaniu funkcji Slow Turning. Wolne obracanie jest również aktywowane przed każdym uruchomieniem silnika, silnik wykonuje dwa obroty. Czynność ta odbywa się automatycznie, bez możliwości jej zablokowania przez mechaników. W symulatorze dokonać tego można na lokalnym stanowisku sterownia. Jeżeli silnik jest zatrzymany, poprzez użycie przycisku przesterowania silnika RUN AHEAD lub RUN ASTERN, zostanie on przesterowany i rozpocznie się wolne obracanie. Trwało to będzie aż do chwili, gdy zostanie podana komenda startu w wybranym kierunku, lub zatrzymania silnika. 11
12 Laboratorium automatyzacji systemów energetycznych Każde uruchomienie silnika powoduje automatyczne uruchomienie wolnego obracania. Aby wywołać tą funkcję należy przekazać sterowanie do CMK lub na MOSTEK. Przesterowanie silnika w wybranym kierunku spowoduje najpierw uaktywnienie wolnych obrotów silnika. Jest to wykonywane czasowo. Po upływie nastawionego czasu na silnik podawana jest pełna dawka ciśnienia powietrza startowego. Powoduje to osiągnięcie przez niego obrotów zapłonowych i normalne uruchomienie. Wywołanie funkcji układu bezpieczeństwa SSU-8810 (SLOW DOWN lub SHUT DOWN) Funkcje SLOW DOWN lub SHUT DOWN w rzeczywistym układzie powodowane są przekroczeniem granicznych wartości parametrów obrazujących stan silnika. Są to temperatury oleju, wody, ciśnienia powietrza itp. W symulatorze można to wywołać po zalogowaniu się do aplikacji jako OPERATOR. W oknie PANEL widoczny jest szereg suwaków, dzięki którym możena symulować przekroczenie następujących parametrów: ciśnienie wody chłodzącej cylindry, ciśnienie oleju smarującego łożyska główne, ciśnienie oleju łożysk wodzikowych, ciśnienie paliwa za filtrem, ciśnienie powietrza startowego, ciśnienie powietrza automatyki, ciśnienie powietrza sprężyny powietrznej, zbyt duże stężenie mgły olejowej w skrzyni korbowej. Zadziałanie układu bezpieczeństwa można wywołać zmieniając nastawę któregokolwiek z suwaków. Funkcja zostanie uaktywniona po czasie nastawionym w układzie SSU-8810. Spowoduje to zredukowanie prędkości obrotowej, a jeżeli przyczyna nie zostanie usunięta zatrzymanie silnika. Możliwe jest również użycie wartości predefiniowanych dzięki przyciskowi Recipies. Dzięki tej funkcji wywołane mogą być parametry silnika, które odpowiadają granicznym dla zadziałania układu bezpieczeństwa. Do wyboru są parametry silnika pracującego normalnie, minimalne oraz maksymalne nastawy parametrów. Po zatrzymaniu silnika przez układ bezpieczeństwa, możliwe jest jego ponowne uruchomienie dopiero po zdjęciu przyczyny, która spowodowała zatrzymanie. Konieczny jest również reset systemu RCS, czyli ustawienie manetki telegrafu na pozycję STOP. Niezbędne jest też potwierdzenie zadziałania układu bezpieczeństwa na pulpicie w CMK. Dokonać tego można przyciskiem Acknowledge w polu SSU- 8810, oraz bezpośrednio przy parametrze, który został przekroczony. Sprawozdanie Sprawozdanie powinno zawierać: schemat struktury systemu AC-4, opis elementów (z podziałem na grupy, oraz przedstawieniem funkcji) występujących w panelach sterowniczych umieszczonych na mostku, w CMK, oraz stanowisku lokalnym, potwierdzenie wykonania podpunktów 2.1 2.5, wnioski z przeprowadzonego ćwiczenia.
Ćwiczenie nr 12: System zdalnego sterowania silnikiem głównym - AutoChief-4 13 Pytania kontrolne: 1. Wymienić podstawowe funkcje realizowane przez RCS. 2. Wymienić podstawowe funkcje realizowane przez ETS. 3. Wymienić podstawowe funkcje realizowane przez SSU. 4. Omówić elementy wraz ich spełnianymi zadaniami, występujące na pulpicie sterowniczym znajdującym się na mostku. 5. Omówić elementy wraz ich spełnianymi zadaniami, występujące na pulpicie sterowniczym znajdującym się w CMK. 6. Omówić elementy wraz ich spełnianymi zadaniami, występujące na pulpicie sterowniczym umieszczonym przy silniku. 7. Omówić elementy składowe systemu AC-4. 8. Wymienić alarmy z grupy SlowDown systemu SSU. 9. Wymienić alarmy z grupy ShutDown systemu SSU. 10. Omówić procesy, etapy i warunki związane z rozruchem, rewersem i zatrzymaniem SG. 11. Omówić procesy, etapy i warunki związane z przekazywaniem sterowania pomiędzy mostkiem, CMK i stanowiskiem lokalnym 13