2. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ

2.1 Краткая техническая характеристика, устройство и принцип действия регулятора

Управление главным двигателем MAN B&W 12K98MC-C при изменениях внешней нагрузки гребного винта осуществляется с помощью системы электронного регулирования DGS 8800e (рис. 2.1). Система электронного регулирования оборотов DGS 8800е выполняет все требования по регулированию частоты вращения малооборотных, длинноходовых дизелей. Задание частоты вращения может быть произведено с двух различных постов управления.

На электронный регулятор поступают сигналы от внешней системы защиты - аварийная остановка, аварийное снижение частоты вращения дизеля, а также от системы ДАУ.

Система может быть приспособлена для управления как системами с ВРШ, так и ВФШ. На панели регулятора расположены индикаторы с кнопками управления для удобства выбора, настройки, и выполнения тестирования работы системы. Система состоит из двух отдельных подсистем, отвечающих за регулирование частоты вращения, и актуатора (исполнительный механизм).

Главная задача DGU 8800е - воздействие на исполнительный механизм (контроль положения топливной рейки), для поддержания заданной частоты вращения в соответствии с заданной уставкой оборотов. Перемещение топливной рейки осуществляется электрическим актуатором (исполнительным электродвигателем) посредством трехфазного безщеточного сервомотора.

Основные функции регулятора заключаются в следующем:

Вычисление опорного сигнала оборотов.

Измерение скорости и фильтрация.

Выработка сигнала управления и сигнала ограничения для регулирования топливоподачи.

В дополнение имеются несколько подфункций, таких как:

Вывод значений параметров.

Программирование параметров, зависимых от пользователя.

Оперативное тестирование.

Автономное тестирование.

Выбор режимов альтернативных действий.

Основное назначение актуатора в следующем:

Реагировать на команды положения от регулятора.

Перемещение топливной рейки в соответствии с заданным значением.

В дополнение имеются несколько второстепенных функций, таких как:

Ограничение скорости топливной рейки.

Индикация положения топливной рейки (актуатора).

Периодическое тестирование неисправностей системы.

На рисунке 2.1., представлена система DGS 8800е совместно с принадлежащими механизмами и приборами управления с мостика через систему ДАУ, и управлением из ЦПУ посредством отдельного рычага управления.

Система DGS 8800е состоит из следующих основных блоков:

1. блок электронного регулятора DGU 8800е;

2. электронный сервоблок DSU;

3. датчики частоты вращения (RРМ Detectors);

4. преобразователь давления продувочного воздуха (Scav. Air Transducer);

5. трансформатор, звено между сетью и сервоблоком (ТRAFO 001);

6. электрический актуатор (ЕLАСТ) - исполнительный механизм.

Рис. 2.1 Конфигурация системы регулирования частоты вращения

Блок электронного регулятора (DGU) устанавливается в стандартную 19-ти дюймовую рейку и имеет встроенный модуль мощности для низковольтного питания. Рабочая панель регулятора позволяет оператору осуществлять непосредственное управление функциями системы (рис.2.2). Сигналы от датчиков преобразуются в цифровой формат через индивидуальные встроенные адаптеры, имеющие опции всех стандартных форматов сигналов.

Рис. 2.2. Рабочая панель регулятора

Трансформатор обеспечивает питанием усилитель мощности переменным напряжением 135V.

Сервоусилитель вместе с источником питания представляет блок электронного контроля электрического актуатора, который управляет его скоростью.

Система актуатора состоит из безщеточного сервомотора типа Parvex LS 620 EL с редуктором типа Cyclo FABS 25/89 (рис.2.З). Сервомотор электромеханический и не содержит электронных компонентов. Система сертифицирована по степени защиты IP65, класс точности N и класс изоляции F. Сервомотор управляется сервоусилителем Parvex SBS 15/30.

Рис 2.3 Электрический сервомотор (актуатор)

Сервомотор имеет встроенный тормоз, который сработает при возникновении неисправности, например: неисправность системы или неисправность источника питания. Тормоз будет удерживать топливную рейку в текущем положении, т.е. неисправно-безопасном состоянии, и двигателем будут поддерживаться определенные обороты. Имеется защита по перегрузке (термическая). Топливный индекс (или положение актуатора) измеряется датчиком абсолютного положения, установленным непосредственно на сервомоторе. Максимальное усилие развиваемое актуатором 2100N, статизм 0.1 мм, максимальная скорость 372 мм.сек, ход штока 100 мм при угле поворота 42° .

Система DGS 8800е состоит из двух отдельных, контролируемых микропроцессором подсистем, которые отвечают за:

Регулирование частоты вращения.

Управление подачей топлива.

Рис. 2.4 Упрощенная блок диаграмма электронного регулятора

Рассмотрим функции регулятора:

Функция регулирования частоты вращения. Значения частоты вращения автоматически рассчитываются для всех режимов работы ГД таких как пуск/стоп, снижение оборотов, аварийный пуск и нормальная работа.

Разница между заданным и измеренным сигналом преобразуется в требуемый оптимальный корректирующий сигнал уставки подачи топлива, принимая также во внимание, как нагрузочные характеристики, так и текущую частоту вращения (рис.2.5).

Рис. 2.5 Функция регулирования оборотов

Максимальная подача топлива автоматически лимитируется в соответствии с допусками по частоте вращения и давления наддува.

Функция задания частоты вращения (рис 2.6)

Сигнал задания оборотов поступает либо от системы ДАУ, либо от системы ДУ из ЦПУ.

Оператор может уменьшить максимальные обороты посредством программирования команды функции ограничения.

Входящие управляющие сигналы автоматически активируют режим «НЕИСПРАВНОСТЬ», вызывающий остановку, снижение оборотов или дублирующий сигнал от датчика оборотов.

Функция ограничения скорости позволяет оператору ограничить разгон и торможение двигателя.

Предотвращение работы двигателя в зоне критических оборотов.

Функция ПУСК-СТОП автоматически подбирает требуемую подачутоплива.

Функция измерения частоты вращения (рис 2.7)

Импульсы по числу зубьев на маховике преобразуются в число оборотов.

Каналы А и В подвергаются автоматической проверке на исправность.

Автоматическая фильтрация низкочастотных торсионных помех.

Высокочастотная фильтрация значений частоты вращения.

Дополнительная фильтрация и измерение значений для вывода на цифровой дисплей.

Рис. 2.6 Функция задания частоты вращения

Рис. 2.7 Функция измерения частоты вращения

Функция усиления регулятора (рис 2.8)

Сигнал уменьшение коэффициента усиления зоны нечувствительности для гашения низкоамплитудных помех. Зона нечувствительности настраивается.

Рис 2.8 Функция усиления регулятора

Функция регулировки общего коэффициента усиления регулятора, для выбора необходимого качества переходного процесса. Автоматическая настройка интегральной составляющей системы в соответствии с рабочими параметрами двигателя. Автоматическая настройка общего усиления в соответствии с рабочими оборотами ГД.

Функция ограничения подачи топлива

Ограничение подачи топлива при перегрузке двигателя по мощности и тепловому состоянию.

Ограничение подачи топлива по давлению воздуха наддува.

Ограничение подачи топлива при малом шаге ВРШ осуществляетсявручную при исполнении команды с мостика на повторных ПУСК.

Ручное ограничение подачи топлива для ограничения максимальновозможной подачи топлива.

Функция выбора всегда обеспечивает меньшие значение ограничений.

Компенсация нелинейности обусловленной положением актуатора.

Компенсация нелинейности обусловленной работой двигателя на малых оборотах.

Функция масштабирования для согласования входного сигнала актуатора и отклонения параметров топливных насосов.

Основные функции актуатора заключаются в следующем(рис 2.9)

Сигналы, обрабатываемые DGU8800e, являются командными для актуатора и выполняются так быстро, насколько это возможно. Электрические сигналы вкл/выкл связаны с эл.актуатором. Сигнал обратной связи от актуатора показывает действительное положение сервомотора.

Рис. 2.9 Функции актуатора

Основные подфункции сервопривода:

Настройка ПИ - регулятора сервомотора.

Масштабирование выходного сигнала сервомотора.

Контроль сигналов управления, а в случае неисправности блокировкаактуатора.