随着计算机技术的迅猛发展,船舶的轮机自动化程度日益提高,轮机管理人员的技术培训和技术更新十分迫切和必要。轮机模拟系统能模拟轮机自动化的各种功能,并利用计算机技术结合必要的硬件设备,完成轮机的模拟操纵。

轮机自动化是用自动化仪表、控制元件、逻辑元件、计算机等组成的各种控制系统。它能部分或绝大部分代替轮机管理人员,实现对机舱中的运行参数进行自动控制、监视、显示、记录和报警,以及对主要机器设备进行自动控制。本文介绍我们研制的新型轮机模拟系统。

1 系统基本构成

本系统由计算机、PLC、主控制台、锅炉操作屏、电站操作屏等部分组成。

学员计算机用于对轮机系统管道设备的操作,排除教师计算机设置的故障,主机机旁应急操作;教师计算机用于监视、控制学员在学员计算机上的操作,系统故障设置,同时,兼有驾驶台控制功能,报警计算机用于轮机系统各主要参数的异常情况报警和学员操作顺序的记录。打印机用于异常情况报警输出和学员操作记录的打印输出。

主控制台PLC主要实现集中控制室控制的各种功能,完成各PLC与计算机之间数据和命令的交换,锅炉操作屏PLC能够实现锅炉的模拟操作,电站操作屏PLC用于实现电站模拟操作。

主控台由车钟、油门操纵杆、轮机系统主要参数的模拟显示仪表、主机控制方式切换操纵开关、轮机系统主要设备运行玻态指示灯、主机起动装置状态指示灯、应急操纵按钮和应急报警指示灯等部分组成。

锅炉操作屏由一些操作开关和指示灯组成,它能够实现锅炉水位和蒸汽压力的自动控制,手动、自动点火,自动熄火,油量大小自动控制。

电站操纵屏由仪表、操作开关、指示灯三部分组成,它可以实现发电机的起动控制、并电控制、转角和频率自动控制。

2 功能特点简介

2.1 主机转速自动控制系统

主机转速是轮机系统最重要的参数之一,也是控制最复杂的系统之一。本系统主机转速控制采用转速负荷(油量)控制方式,通过自动切换,既可实现转速自动控制,又可实现负荷(油量)自动控制,当处于转速控制时,设定转速,负荷(油量)控制随动。当处于负荷(油量)控制时,设定负荷(油量)转速控制随动。

2.2 主机控制方式的切换

主机的控制方式有遥远控制(简称遥控)和机旁操纵,遥控有集中控制室控制和驾驶室控制两种方式。主机遥控不同于机旁操纵,它从车令发送到主机运行状态的改变,其间有一套复杂的逻辑控制和程序控制,通过这套控制系统,能够保证遥控机器设备运行的准确、安全和可靠。控制方式切换的逻辑,如图1所示。

正常情况主机处于上述三种控制方式之二,当生机控制方式切换时,如条件不完全满足,则该控制方式指示灯闪烁,主机仍保持原控制方式。

2.3 主机临界转速回避

当主机转速处于65转/分至75转/分范围内时,由于主机轴系的固有自振频率,系统将产生共振现象,严重时造成机器损坏。因此,主机应不在临界转速区工作,或快速通过临界区,以保证机器的安全和机器运转的正常。本模拟系统主机转速处于临界转速区时,可以快速率自动降至65转/分或升至75转/分。

3 基本操作过程

3.1 主机起动的模拟方法

主机遥控起动时,PI,C完成两部分工作,一是逻辑判断起动的条件,在起动条件满足的情况下,一系列的起动准备动作是否在规定时间内完成;二是主机起动后,生机转速是否在规定时间内先后达到断气转速、发火转速、起动转速。

3.2 主机转速控制的方法

遥控方式时,主机转速设定值是通过集控室的油门杆或驾控台的车钟送发出的,经过轮机长速度限制、程序负荷加速速率限制等环节,输出值经油量调节回路后作为主机转速的给定值进行PID调节。

3.3 故障设置和排除故障的方法

故障是通过教师计算机设置的。教师在教师机上启动故障设置功能后;可以对系统申各种设备设置,故障一旦设置成功,主控计算机将相应的标志送主控PLC,主控PILC进行逻辑判断和运算,产生相应的故障现象,声、光报警,学员根据报警现象,在学员计算机上查找可能的设备进行排除。

本系统在设计上,综合考虑软硬件的性能价格比,结合轮机系统的特点,硬件上主要模拟了集中控制室的控制(主控制台),锅炉的控制和电站的控制;软件上模拟了轮机系统的全部管道系统图,以及管道系统设备的操作。计算机的选取上,使用了三台计算机,合理分配各计算机的职能,达到了优化。

参考文献:

[1] 黄庆宏.汽轮机与燃气轮机原理及应用[M].南京:东南大学出版社,2005.