Wyższa Szkoła Morska w Szczecinie
Zakład Automatyki Okrętowej
Praca kontrolana z przedmiotu:
Automatyka okrętowa
•
OPISAC METODE DOBORU NASTAW CIAGLYCH
REGULATOROW P ,PI,PID NA PODSAWIE
IDENTYFIKACJICHARAKTERYSTYKI SKOKOWEJ
OBIEKTU WIELOIMERCYJNEGO.OBLICZYC
NASTAWY TYCH REGULATOROW GDY PARAMETRY
OBIEKTU SA; k0=10 , r=30sec, T=2 min
•
BUDOWA I WLASNOSCI NOWOCZESNYCH
REGULATOROW MIKROPROCESOROWYCH
•
OPISAC METODY,SRODKI TECHNICZNE I ZASADE
DZIALANIA UKLADOW POMIAROWYCH SKLADU
GAZU[CO,NOx]
•
OMOWIC RODZAJE PRACY I REALIZOWANE W NICH
FUNKCJE UKLADU STEROWANIA ELEKTROWNIA
ZAUTOMATYZOWANA TYPU "
NORCONTROL"
Pracę wykonał
..........................
IV Mz
Szczecin 2001
1. Opisać metodę doboru nastaw ciągłych regulatorów P, PI i PID na
podstawie
identyfikacji
charakterystyki
skokowej
obiektu
wieloinercyjnego.
Obliczyć
nastawy
tych
regulatorów,
gdy
parametry obiektu są: k
0
=10,
ττττ
=30 sec, T=2 min.
Metoda identyfikacji jest wykorzystywana w regulatorach w procesie adaptacji czyli
ciągłym lub okresowym nastrajaniu parametrów regulatora. Metoda odpowiedzi skokowej polega
na tym, że operator podaje amplitudę skoku jednostkowego oraz przewidywany czas obserwacji
odpowiedzi, w ciągu którego odpowiedź powinna się ustalić (jest więc konieczna pewna wiedza
a priori o obiekcie sterowania). Następnie regulatorw wprowadza sygnał skokowy i rejestruje
określoną liczbę (np.: 100) wartości odpowiedzi. Po upływie podanego czasu wyznaczane są
parametry przybliżonej transmitancji o postaci:
τ
τ
s
s
e
sT
k
e
s
R
−
−
+
1
lub
gdzie:
0
max
,
)
(
y
y
k
y
dt
dy
R
o
∆
∆
=
∆
=
a parametry
τ
i T określane są według przyjętych zasad (np.: z wykresu). Po dokonaniu
identyfikacji obiektu i określeniu podstawowych parametrów wyznacza się parametry regulatora
po przyjęciu założonego kryterium jakości regulacji. Wadą tej metody jest konieczność
wyznaczania charakterystyki skokowej obiektu. Dla podanych wartości:
k
0
=10,
τ
=30 s,
T=2 min=120 s
możemy wyznaczyć nastawy regulatora.
zakładamy regulację według kryterium:
przeregulowanie
ξ
=20%, i czas ustelania tr=min.
Dla regulatora P mamy nastawę:
k
p
=0,7 / [k
0
(
τ
/ T)] = 0,7 / (10 * 0,25)= 0,7 / 2,5 = 0,28
Dla regulatora PI mamy nastawy:
k
p
=0,7 / [k
0
(
τ
/ T)] = 0,7 / (10 * 0,25)= 0,7 / 2,5 = 0,28
T
i
=
τ
+ 0,3T = 30 + 0,3 * 120 = 30 + 36 = 66 s
Dla regulatora PID mamy nastawy:
k
p
=1,2 / [k
0
(
τ
/ T)] = 1,2 / (10 * 0,25)= 1,2 / 2,5 = 0.48
T
i
= 2,0
τ
= 2,0 * 30 = 60 s
T
d
= 0,4
τ
= 0,4 * 30 = 12 s
2. Budowa i własności nowoczesnych regulatorów
mikroprocesorowych
Na rynku dostępnych jest wiele typów regulatorów opartych o techniki
mikroprocesorowe. Regulatory te mogą pełnic bardzo różne funkcje, przy bardzo wielu często z
możliwością ustawiania trybu pracy i algorytmu regulacji. Regulatory często wyposażone są w
wyświetlacze LED lub ciekłokrystaliczne. Ponadto bardzo często regulatory te mają możliwość
dopasowania do potrzeb użytkownika nawet wyglądu panelu kontrolnego poprzez możliwość
jego zmiany. Inną cechą regulatorów tego typu jest często duża liczba wejść i wyść sygnałowych
oraz wyjścia z sygnałami alarmowymi.
Poniżej zaprezentowano przykładowe regulatory mikroprocesorowe PID typu TROL
9090, 8120 oraz 8130. Podano podstawowe dane techniczne, co pozwoli zobrazować zakres
funkcji jakie mogą realizować nowoczesne regulatory mikroprocesorowe.
MIKROPROCESOROWE REGULATORY
PID TROL 9090, 8120, 8130
automatyczny dobór nastaw PID
wej
ś
cie wybierane przez u
ż
ytkownika
skalowane wej
ś
cie 4 - 20 mA
nastawiana pr
ę
dko
ść
wzrostu temperatury
wyj
ś
cie regulacyjne 4
÷
20 mA (opcja)
dwa wyj
ś
cia steruj
ą
ce, współpraca z siłownikiem (reg. trójstawna - TROL
8130)
wyj
ś
cie transmisyjne: RS 485 lub 4
÷
20 mA (opcja - TROL 8120/8130)
programowany, pojedynczy lub podwójny alarm (TROL 8120/8130)
instrukcja
obsługi:
TROL
9090
TROL
8120
TROL
8130
Opis
TROL 9090 oraz TROL 8120 i TROL 8130 należą do nowej generacji regulatorów, w której zastosowano
technologię SMD. Produkcja jest całkowicie autpmatyczna, a poszczególne urządzenia są sprawdzane i
konfigurowane komputerowo. Oprogramowanie regulatorów dopracowywano przez wiele lat. Odznacza się ono
logiczną strukturą i dużą odpornością na zkłócenia. Przy użyciu komendy SEL użytkownik ma możliwość
zdecydowania, które z parametrów będą dostępne na drugim poziomie menu.
Regulatory posiadają 4 - cyfrowy wyświetlacz z dowolnie ustawionym przecinkiem. Mogą pracować z liniowymi
wejściami napięciowymi lub prądowymi, a po dodaniu jednego modułu z wyjściem regulacyjnym 4...20 mA.
Dzięki takim możliwościom są to jedne z najwszechstronniejszych regulatorów.
Podwójne wyjścia alarmowe mogą być zaprogramowane niezależnie jako prosty / sekwencyjny alarm wielkości
mierzonej, odchyłki lub zakresu. TROL 8130 z dodatkowym wyjściem sterującym (OUT 2) może być stosowany
w najbardziej skomplikowanych procesach, w których występuje zarówno grzanie i chłodzenie.
Dane techniczne
ś
Termoelement
typ J, K, T, E, B, R, S, N
Termometr oporowy
Pt 100 (DIN 43760 / BS 1904)
Liniowe
- 10
÷
+ 60 mV
Zakres
wybierany przez u
ż
ytkownika (tabela 4)
Dokładno
ść
zgodnie z tabel
ą
(punkt 4)
Kompensacja zimnego
zł
ą
cza
0.1
°
C /
°
C, w typowym otoczeniu
Ochrona przed
przerwaniem czujnika
tryb ochrony konfigurowany
Rezystancja zewn
ę
trzna
100 W max
Tłumienie sygnału
60 dB
Tłumienie sygnału
120 dB
współbie
ż
nego
Cz
ę
stotliwo
ść
próbkowania
3 razy / s
Zakres proporcjonalno
ś
ci
0 - 100 % zakresu
Czas całkowania
0 - 3600 s
Czas ró
ż
niczkowania
0 - 1000 s
Nachylenie krzywej grzania
0 - 2000
°
C / h
Czas przerwy /
przebywania
0 - 3600 min
ON - OFF
z ustawian
ą
histerez
ą
(0 - 20 % zakresu)
Czas cyklu
0 - 120 s
Działania regulacyjne
bezpo
ś
rednie (chłodzenie) i rewersyjne
(grzanie)
Napi
ę
cie
90 - 264 V AC. 50 / 60 Hz
Pobór mocy
mniej ni
ż
5 VA
Temperatura pracy,
wilgotno
ść
- 10 ... + 50
°
C, 0 - 90 % (bez kondensacji)
Izolacja
20 MW (500 V DC)
Przebicie
AC 2000 V, 50 / 60 Hz, 1 min
Wibracje
10 - 55 Hz, amplituda 1mm
Uderzenia
200 m / s2 (20 g)
Waga, wymiary
170g 48
×
48
×
94mm(9090); 240g (8120); 260g
(8130); 96
×
8
×
80 mm
Obudowa
Poly - carbonat
Zakresy i dokładno
ść
wej
ść
Nr
Czujnik
Typ wej
ś
cia
Zakres
Dokładno
ść
0
J
Ż
elazo - konstantan
- 50 ... 999
°
C
±
2
°
C
1
K
chromel - alumen
- 50 ... 1370
°
C
±
2
°
C
2
T
mied
ź
- konstantan
- 270 ... 400
°
C
±
2
°
C
3
E
chromel - konstantan
- 50 ... 750
°
C
±
2
°
C
4
B
Pt 30 % RH / Pt 6 % RH
300 ... 1800
°
C
±
3
°
C
5
R
Pt 13 % RH / Pt
0 ... 1750
°
C
±
2
°
C
6
S
Pt 10 % RH / Pt
0 ... 1750
°
C
±
2
°
C
7
N
Nicrosil - NiSik
- 50 ... 1300
°
C
±
2
°
C
8
RTD
Pt 100 W (DIN)
- 200 ... 400
°
C
±
0.4
°
C
9
RTD
Pt 100 W (JIS)
- 200 ... 400
°
C
±
0.4
°
C
10
liniowe
- 10 mV...60 mV
- 1999 ... 9999
°
C
±
0.05 %
Schemat poł
ą
cze
ń
TROL 9090
TROL 8120, 8130
Jak widać regulatory mikroprocesorowe mają bardzo wszechstronne zastosowania. Także
w technice okrętowej coraz częściej można spotkać regulatory mikroprocesorowe, czy nawet
komputerowe. Regulatory te mogą pełnic funkcje np.: regulacji temperatury, czy lepkości paliwa.
Poniżej zaprezentowano właściwości przykładowego regulatora mikroprocesorowego systemu
kontroli lepkości paliwa Viscochief firmy Alfa-Laval.
W celu zapewnienia właściwego rozpylenia i rozdrobnienia paliwa po dokonaniu jego
wtrysku, konieczna jest regulacja lepkości paliwa. Współczesne elektroniczne układy regulacji
lepkości paliwa składają się z następujących elementów:
•
czujnika lepkości (kapilara pomiarowa),
•
elektroniczny przetwornik ciśnienia (najczęściej na sygnał standardowy 4-20mA),
•
regulator lepkości,
•
wskaźnik lepkości kinematycznej (sygnał podawany z przetwornika różnicy ciśnień),
•
rejestrator sygnału pomiarowego,
•
układ zasilania.
Nowoczesne regulatory poza głównym przeznaczeniem charakteryzują się dodatkowymi
funkcjami alarmowo – kontrolnymi, informując obsługę o stanach krytycznych np.: regulator
VCU-160 firmy Alfa-Laval posiada następujące funkcje alarmowe:
A.
Grupa pierwsza – alarmy funkcjonalne:
•
wysoka temperatura,
•
mała lepkość,
•
uszkodzenie zasilania,
•
uszkodzenie komunikacji z komputerem,
•
błąd przesyłu sygnałów z czujników (Pt 100, EVT-10C),
•
stop awaryjny,
•
uszkodzenie komputera,
B.
Grupa druga – alarmy w przebiegu procesu regulacji paliwa:
•
wysoka temperatura,
•
niska temperatura,
•
wysoka lepkość,
•
mała lepkość,
•
błąd przesyłu sygnałów z czujników (Pt 100, EVT-10C),
Współczesne elektroniczne regulatory lepkości charakteryzują się takimi cechami jak:
•
duża niezawodność,
•
duża dokładność działania np. regulator Viscontrol
±
1,5 %,
•
duży zakres lepkości 0-25 cSt, 0-50 cSt,
•
wmontowane funkcje alarmowe
•
możliwość ustawienia rodzaju paliwa HFO/MDO – np.: w regulatorze VCU-160,
•
możliwość ręcznego sterowania zaworem,
•
wiele użytecznych funkcji,
•
możliwość rejestracji zmian lepkości na taśmie – wiskozygraf,
•
sygnalizacja trybu pracy,
•
możliwość wskazań aktualnej lepkości – wskażnik,
•
dodatkowe czujniki – np.: czujniki temperatury paliwa Pt 100,
•
łatwa obsługa.
Regulator lepkości VISCONTROL:
System regulacji lepkości VISCONTROL (sys. 3) jest stosowany na nowoczesnych
statkach. W skład systemu wchodzi przetwornik lepkości, regulator oraz zawór regulacyjny lub
elektryczny układ grzejny. Pomiar lepkości odbywa się na zasadzie pomiaru spadku ciśnienia na
kapilarze pomiarowej. Przetwornik ten zamienia różnicę ciśnień na elektryczny sygnał
standardowy 4 – 20 mA, lub w wersji pneumatycznej, na sygnał ciśnienia 0,2 – 1 bara. Jest on
porównywany z zadaną wartością lepkości , w wyniku czego powstaje sygnał błędu. W
wykonaniu elektronicznym steruje on mocą grzejną dostarczaną do grzania paliwa lub zaworem
regulacyjnym. W przypadku sterowania pozycją zaworu proces regulacji jest prowadzony przez
regulator trójstawny przez zawór, którego czas otwarcia lub zamknięcia zawiera się w przedziale
85 – 140 s. W przypadku zastosowania grzania elektrycznego sygnał wyjściowy regulatora jest
ciągły (4 – 20 mA) i steruje wykonawczym układem tyrystorowym. W tym przypadku stosuje się
też grzanie częścią mocy.
Rys. 1. Płyta czołowa regulatora VISCONTROL z wyjściem ciągłym. 1-pokrętło wartości zadanej, 2-miernik
lepkości, 3-nastawa zakresu proporcjonalności, 4-nastawnik czasu całkowania, 5-ustawianie alarmu, 6-sygnalizacja
włączenia, 7-sygnalizacja alarmu, 8-nastawa czasu różniczkowania, 9-potencjometr kasowania dla pracy ręcznej /
automatycznej, 10-przycisk auto/man – w pozycji man sygnał wyjściowy regulatora jest ustawiony przez zadajnik 1
(przełącznik praca automatyczna / ręczna)
Rys. 2. Płyta czołowa regulatora trójstawnego. 1-pokrętło wartości zadanej, 2-wskażnik lepkości, 3-nastawa
zakresu proporcjonalności, 4-nastawa czasu całkowania, 5-ustawienie alarmu, 6-sygnalizacja włączenia,
7-sygnalizacja alarmu, 8-sygnalizacja otwarcia zaworu, 9-przycisk otwierania zaworu, 10-przycisk zamykania
zaworu, 9-10-zatrzymanie zaworu / przełączenie do pracy automatycznej, 11-sygnalizacjazamknięcia (zamykania)
zaworu.
Rys. 3. System sterowania lepkością Viscochief
1. Opisać meody, środki techniczne i zasadę działania układów
pomiarowych składu gazu (CO, NO
x
)
Jednym z produktów procesu spalania, który jest zmianą energii chemicznej paliwa na
energię cieplna są spaliny. Skład ich zależy od rodzaju paliwa i warunków w jakich było
prowadzone spalanie. W skład spalin wchodzi szereg gazów: CO
2
, CO, O
2
, SO
2
, NO
x
i
ewentualnie niespalone H
2
, CH
4
oraz inne związki w ilościach śladowych. Pobierane dla analizy
próbki spalin muszą być reprezentatywne, ponieważ wyniki analizy rzutują na wielkość straty
wylotowej lub niezupełnego spalania oraz poziom emisji substancji toksycznych. Na rysunku 1
pokazano przybliżony bilans chemiczny silnika okrętowego.
Rys. 1. Typowy poziom emisyjności okrętowego silnika wolnoobrotowego B&W serii MC
Jednym z podstawowych czynników określających ekonomiczność procesu spalania jest
ilość doprowadzonego powietrza, którą można wyznaczyć przez analizę składu spalin. Kontrolę
spalania zwykle ogranicza się do oznaczenia zawartości CO
2
, O
2
i CO w spalinach oraz do
określenia współczynnika nadmiaru powietrza
λ
.
Analizę składu spalin przeprowadza sie za pomocą aparatów ręcznych lub
automatycznych. Powszechnie stosowanymi do oznaczeń laboratoryjnych są ręczne aparaty
nazywane chemicznymi aparatami Orsata. Metodę oznaczania składu chemicznego tą metodą
opisuje norma PN-73/C-04759-01. Aparaty automatyczne mogą być samoczynnymi
analizatorami chemicznymi lub urządzeniami, w których wykorzystano różnice w łasności
fizykochemicznych oznaczanych składników badanych spalin. Wyposażenie analizatorów w
dodatkowe urządzenia rejestrujące, a także obecnie w układy mikroprocesorowe, umożliwia
prowadzenie ciągłej rejestracji i analizy kontrolowanych wielkości składu oraz sterowanie
procesami spalania.
Znajomość chemicznego składu spalin umożliwia określenie dwóch strat związanych z
procesem spalania i świadczących o jego jakości. Są to mianowicie:
1
strata niezupełnego spalania
2
strata odlotowa
Do wyznaczenia powyższych strat należy dokonać pomiaru temperatur T
s
i T
o
, wykonać
analizę spalin oraz analizę paliwa dla określenia odpowiednich wartości ilościowych składników.
Analiza paliwa wymaga przy tym rozbudowanego laboratorium chemicznego, w którym
podstawowym przyrządem powinien byc chromatograf gazowy (zwłaszcza przy pracach
badawczych). Często poprzestaje się z braku podobnego wyposażenia na danych dotyczących
paliw podawanych przez ich wytwórców.
Do analizy spalin można też używać praktycznie wszystkich typów analizatorów.
Obecnie do analizy spalin używa się także uproszczonych chromatografów, dających przy
mniejszej dokładności szybki wynik (np.: analizator ARAS, działający w sposób ciągły na
zasadzie absorbcji promieniowania podczerwonego o określonej długości fali). Skład spalin jest
ważnym kryterium klasyfikacyjnym ze względu na ochronę środowiska. Analiza spalin poza
składem spalin pozwala też na określenie współczynnika nadmiaru powietrza przy spalaniu
λ
.
Wartość ta z kolei wpływa na najwyższą temperaturę obiegu silnika, a zatem przez kształt
wykresu termodynamicznego obiegu teoretycznego również na sprawniość teoretyczną
η
.
Pośród wielu metod analizy składu spalin jest matoda analizy składu gazów przy
zastosowaniu chromatografii gazowej. Metoda ta opisana jest w normie BN-83/0541-12 – w
zastosowaniu dla paliw gazu ziemnego oraz BN-70/0543-12 – dla gazu koksowniczego.
Analogicznie można badać spaliny lub inne gazy. Analiza może być wykonana za pomocą
prostego chromatografu gazowego, pracującego z pojedynczą kolumną, wyposażonego w
detektor przewodnościowo-cieplny. Opisana w normach metoda jest przeznaczona do oznaczania
m.in. tlenków węgla CO oraz CO
2
. Przykład układu pomiarowego CO pokazano na rysunku 2.
Rys. 2. Układ pomiarowy CO z chromatografem gazowym; 1 – dozownik spalin, 2 – kolumna chromatografu, 3
– detektor CO, 4 – wzmacniacz i rejestrator, 5 – kontrola i regulacja temperatury
Połączenie aparatu Orsata z chromatografem Janaka jest znane jako Orsatochromatograf.
Urządzenie to jest opisane w PN-73/C-04759-03. Rozróżnia się dwie metody pomiaru składu
chemicznego gazu Orsatochromatografem:
a)
dla gazów zawierających dwutlenek węgla i tlen (np.: spaliny silnikowe), wykorzystując
zespoły aparatu Orsata i chromatografu;
b)
dla gazów nie zawierających dwutlenku węglai tlenu , wykorzystując tylko zespół
chromatografu.
Badanie składu chemicznego spalin opiera się również na metodach elektrochemicznych.
Najnowsze analizatory gazów np.: firmy IMR GmbH lub MSI Elektronik GmbH oparte są na
specjalnej konstrukcji przetworników elektrochemicznych, umożliwiają szybkie oznaczenie
najważniejszych składników i parametrów spalin, co pozwala na wykorzystanie ich w
automatyzacji procesu. Dla przykładu analizator IMR 3000P zaopatrzony jest w monitor oraz
drukarkę i może mieżyć stężenia O
2
, CO
2
, CO, SO
2
, NO
x
, NO
2
, H
2
S oraz temperaturę powietrza i
spalin, zawartość sadzy, a także wyznacza współczynnik nadmiaru powietrza oraz sprawność
spalania. Umożliwia także statystyczne opracowanie wyników w postaci wydruków i wykresów
oraz na transmisję danych do dalszego opracowania za pomocą komputerów klasy IBM PC.
Nowoczesny analizator spalin COMBILYZER pokazano na rysunku 3
Rys. 3. Nowoczesny mikroprocesorowy analizator spalin
COMBILYZER
COMBILYZER firmy AFRISO-EURO-DYNAMIKA ma następujące cechy:
1
Cyfrowy mikroprocesorowy przenośny analizator spalin wyposażony w bogate
oprogramowanie, idealny do kontroli średnich i dużych silników do pomiarów stężenia
CO w spalinach.
2
Obudowa z aluminium, do ustawiania na stole, wytrzymała, zwarta.
3
Wewnątrz obudowy zintegrowana drukarka igłowa na zwykły papier.
4
Duży wyświetlacz ciekłokrystaliczny wyświetla równocześnie cztery wielkości
pomiarowe. Dodatkowy wiersz informacyjny. Przejrzysta grafika z wykresami
słupkowymi.
5
Zintegrowana pamięć danych z 250 bloków pomiarowych. Wydruk danych zintegrowaną
drukarką lub przetwarzanie danych na PC.
6
Maksymalnie cztery ogniwa pomiarowe: O
2
, CO i wg wyboru NO/SO
2
/CO-40000.
Możliwe wprowadzenie programu fazy stałej dla zakresu pomiaru tej fazy.
COMBILYZER jest przenośnym mikroprocesorowym analizatorem spalin, wykonanym
według najnowocześniejszej technologii i konstrukcji, z wbudowaną drukarką igłową. W
wytrzymałej obudowie z aluminium są rozmieszczone sterowane mikroprocesorem układy
elektroniczne oraz maksymalnie cztery ogniwa pomiarowe. Wbudowana jest również pompka do
automatycznego przedmuchiwania ogniwa do pomiaru CO.
Wielkości mierzone Combilyzera: stężenia O
2
, CO i wg wyboru NO/SO
2
/CO-40000,
temperatura spalin, temperatura powietrza do spalania, ciąg, ciśnienie.
Wielkości obliczane Combilyzera: stężenie nierozrzedzonego CO, współczynnik
nadmiaru powietrza
λ
, stężenie CO
2
, sprawność, straty odlotowe qA.
Na przedniej stronie aparatu znajduje się wyświetlacz mający cztery wiersze pomiarowe i
dodatkowy wiersz informacyjny z funkcją pomocniczą i z wyświetlaniem wykresów. Przejrzysta,
wodoszczelna klawiatura zapewnia komfort obsługi. Programowalne przebiegi pomiarów można
wywołać specjalnymi klawiszami. Do integralnego wyposażenia należą również: drukarka
igłowa, pamięć 250 bloków wyników pomiarowych, akumulator zapewniający możliwość
działania aparatu do 20h i zasilacz sieciowy oraz inteligentny układ szybkiego ładowania
akumulatora.
Dostawa standardowa obejmuje: Combilyzer RGT 03 z drukarką i ładowarką,
uniwersalną sondę do spalin z zestawem do przygotowywania gazów badanych, czujnik
temperatury powietrza oraz walizkę transportową.
Straty: niezupełnego spalania i odlotowa można odnieść do jednostki czasu, mnożąc je
przez godzinowe zużycie paliwa B
e
, otrzymując strumienie strat ciepła.
W statkowych systemach pomiaru składu spalin stosuje sie następujące metody pomiaru
tlenków węgla i azotu:
c)
NO
x
jest mierzony dwoma metodami, analizatorem chemioluminescencyjnym
(CLA) zalecanym dla certyfikacji i czujnikiem elektrochemicznym (ECS)
używanym w prawie wszystkich przenośnych przyrządach pomiarowych.
Analizator CLA może być podgrzany dla uniknięcia kondensacji NO
2
(razem z
podgrzaniem linii pobierania próbek). Jest to powszechna metoda analizy
spalin z silników wysokoprężnych. CLA mierzy tylko NO, lecz dzięki
wykorzystaniu przetwornika NO
2
na NO tlenki azotu NO
x
mogą być
zmierzone jako NO. Ogniwa chemiczne mierzą karzdy składnik indywidualnie
(NO, NO
2
). Na rysunku 4 pokazano system pomiaru zawartości tlenków azotu
w spalinach w wykonaniu morskim, pomiar opiera się na obserwacji reakcji
tlenków azotu z ozonem (z generatora ozonu), porcesy chemiczne zachodzą w
tzw. reaktorze.
Rys. 4. Okrętowy system pomiaru NOx; 1 – silnik główny, 2 – chłodnica spalin, 3 – odwadniacz, 4 – reaktor,
5 – fotoelement, 6 – wzmacniacz, 7 – wskaźnik NO
x
, 8 – generator ozonu, 9 - komin
e)
CO i CO
2
są często mierzone z wykorzystaniem technik podczerwieni (IR).
Ponieważ jest to metoda optyczna, analizator jest wrażliwy także na inne
składniki spalin. Tak więc opierając sie na ilości tych składników, musimy
skompensować ich pomiar. Używa się różnych ogniw dla uzyskania różnej
czułości. Generalnie metody te wykorzystuje sie w wielu rozwiązaniach
pomiarowych (m.in. analizatory automatyczne)
2. Omówić rodzaje pracy i realizowane w nich funkcje układu
sterowania elektrownią zautomatyzowaną typu NORCONTROL.
W elektrowni okrętowej złożonej z wielu zespołów prądotwórczych pracującej w pełni
automatycznie, automatyzacji podlegają następujące funkcje:
1)
przebiegu rozruchu i zatrzymania zespołu z operacjami pomocniczymi,
2)
synchronizacji prądnic,
3)
regulacji prędkości obrotowej i częstotliwości,
4)
optymalnego rozdziału mocy czynnej na pracujące zespoły wraz z ewentualną korektą
częstotliwości,
5)
regulacja napięcia z równomiernym rozdziałem mocy biernej na zespoły,
6)
analizy stanu obciążenia i doboru liczby zespołów do pracy z uwzględnieniem możliwości
automatycznego wyłączania odbiorników mniej ważnych, przy zapewnieniu określonej
wirującej rezerwy mocy,
7)
symulowania załączania odbiorów dużej mocy,
8)
systemu pomiarowo kontrolnego wraz z odpowiednim zabezpieczeniem po stronie
mechanicznej i elektrycznej,
9)
tzw. logicznego układu analizy sytuacji awaryjnej, umożliwiającego szybką lokalizację
uszkodzenia i ewentualne zastosowanie automatycznych środków zaradczych (np.:
logicznego systemu selektywnych zabezpieczeń elektrycznych wraz z samoczynnym
ponownym załączaniem)
Elektrownia zautomatyzowana typu NORCONTROL jest sterowana jednostkami GCU –
po jednej jednostce sterującej na każdy zespół prądotwórczy. Sterowanie automatyczne
obejmuje:
1)
Uruchamianie i zatrzymywanie agregatów w zależności od zapotrzebowania mocy.
•
sterowanie wstępnym przesmarowaniem silnika,
•
przełączanie paliwa,
•
sterowanie synchronizacją generatorów,
•
sterowanie załączaniem i wyłączaniem generatorów,
•
kontrola załączania odbiorów dużej mocy
2)
Realizacja symetrycznego rozdziału mocy.
3)
Realizacja asymetrycznego rozdziału mocy (jeden agregat pracuje na paliwie ciężkim przy
obciążeniu 80 %, drugi na paliwie lekkim przy obciążeniu 20 %, po pewnym czasie następuje
zamiana).
4)
Możliwość wykonania automatycznego startu zespołów w przypadku zaniku prądu.
5)
Możliwość uruchamiania i przełączania zespołów w pogotowiu w przypadku stanu
awaryjnego zespołu pracującego.
Na pulpicie GCU znajdują się diody LED informujące o:
•
alarmach,
•
blokadach,
•
black – out,
•
błędy (np.: uszkodzenie czujnika),
•
stanach jednostki (start, stop itp.),
•
odchylenia napięcia, częstotliwości i fazy.
System rozdziału mocy firmy NORCONTROL jest systemem kombinowanym tzn.:
zawiera rozwiązania elektrowni typu „black – out” oraz elektrowni z agregatami pracującymi
równolegle, jak również i inne zadania technologiczne.
Elektrownie w systemie „black out”. Są to elektrownie w których w przypadku wzrostu
obciążenia jednej z prądnic następuje automatyczne załączenie drugiego zespołu prądotwórczego
i załączenie go na szyny w celu przejęcia części obciążenia. Cechy tego rozwiązania to:
•
dopuszcza przerwę w dostawie energii elektrycznej,
•
przewiduje się samodzielną pracę zespołu prądotwórczego, którego moc powinna pokryć całe
zapotrzebowanie,
•
należy utrzymać w gotowości do pracy przynajmniej jeden agregat również dużej mocy,
który przy black oucie dostarczy energię,
•
elektrownia musi być wyposażona w programator selektywnego załączania odbiorów
ważnych,
•
czas podawania napięcia po black oucie jest mały z uwagi na niepotrzebną synchronizację (do
12-13 s, do 9 s na nowych statkach),
•
brak układów rozdziału mocy,
•
wprowadza się opóźnienie startu agregatu awaryjnego (ok. 15 s) na czas rozruchu agregatu
rezerwowego,
•
może być wyposażona w wyłącznik Mayera (odbiory mniej ważne),
•
niezbędna liczba zespołów – 3 (2-dużej mocy),
•
jest to najtańsze rozwiązanie
Elektrownie z prądnicami pracującymi równolegle. Są to elektrownie w których
nieustannie pracują dwie prądnice z których każda jest w stanie przejąć całkowite obciążenie w
przypadku awarii drugiej prądnicy. Cechy rozwiązania to:
•
nie dopuszcza do przerwy w dostarczaniu energii, bo w przypadku awarii pozostaje w pracy
jeden agregat,
•
układ bezwzględnie wymaga wyłącznika Mayera, aby nie przeciążyć pracującego agregatu,
•
trzeci agregat stanowi tzw. gorącą rezerwę
Funkcje i czynności przeprowadzane przez GCU zależnie od rodzaju pracy:
a)
Rozruch agregatu:
•
praca na paliwie lekkim,
•
nagrzewanie silnika (ok. 15 min) na paliwie lekkim,
•
przejście na paliwo mieszankowe przy przejęciu obciążenia (powyżej 40 %),- po włączeniu
do pracy jednego z agregatów pracuje on jeszcze przynajmniej 30 min (aby był dostatecznie
rozgrzany) przed przejęciem obciążenia,
b)
Praca w układzie „black – out”:
•
symetryczny rozkład mocy,
c)
Praca równoległa:
•
asymetryczny rozdział mocy,
•
zamiana obciążenia co 120 minut,
d)
Zakończenie pracy agregatu:
•
przejście na paliwo lekkie (praca przez ostatnie 5 min),
•
Przeprowadzenie przedmuchania
Włączenie do pracy agregatu będącego w gorącej rezerwie w przypadku:
•
Black – out – szybki rozruch ze zwiększaniem dawki do 40 %,
•
Zbyt mała rezerwa mocy – rozruch normalny na dawce około 20 % (znamionowa dawka
rozruchowa) ze spokojną synchronizacją i rozdziałem obciążenia,
•
Pojawienie się sygnałów alarmowych – rozruch normalny na dawce około 20 %
(znamionowa dawka rozruchowa) ze spokojną synchronizacją i rozdziałem obciążenia.
