Brodsko-automatsko-upravljanje

Brodsko automatsko upravljanje prof.dr.sc. Radovan Antoni

SVEUILITE U SPLITU POMORSKI FAKULTET U SPLITU

Radovan Antoni

BRODSKO AUTOMATSKO UPRAVLJANJE

Split, 2010.


2

S A D R A J:

1. UVOD ................................................................................................................................. 3

1.1 KLASIFIKACIJA SUSTAVA AUTOMATIKE NA BRODOVIMA PREMA

NAMJENI ............................................................................................................................ 4

2. SUSTAVI AUTOMATIZACIJE BRODSKIH STROJEVA I PROCESA ..................... 6

2.1 ZAHTJEVI REGISTRA BRODOVA GLEDE AUTOMATIKE [29] .......................... 6

2.2 DALJINSKO UPRAVLJANJE GLAVNIM STROJEM ........................................... 16

2.3. SUSTAV ZATITE ................................................................................................... 24

2.4. AUTOCHIEF - NORCONTROL daljinski automatski sustav upravljanja za brodske

motore ................................................................................................................................ 26

2.5. REGULATOR BRZINE VRTNJE MOTORA TIPA WOODWARD ....................... 38

2.6. DIGITALNI REGULATOR BRZINE MOTORA - WOODWARD

(NORCONTROL DGS 8800) ........................................................................................... 41

2.7. UPRAVLJANJE BRODSKE ELEKTRINE CENTRALE ..................................... 43

2.7.1 SUSTAV UPRAVLJANJA I ZATITE BRODSKIH GENERATORA

ZASNOVAN NA GCU 8810 NORCONTROL ............................................................ 61

2.7.2 SELCO - SUSTAV UPRAVLJANJA I ZATITE DIZEL-GENERATORSKIH

JEDINICA BRODA ....................................................................................................... 69

2.8 REGULACIJA BRODSKIH PROCESA ................................................................... 76

2.9. NADZOR I UVANJE TERETA ............................................................................ 89

2.10. SUSTAV AUTOMATSKOG UPRAVLJANJA KURSOM BRODA .................... 94

2.11. SUSTAV AUTOMATSKE STABILIZACIJE LJULJANJA BRODA ................ 107


3

1. UVOD Automatizacija brodskih strojeva, ureaja i procesa iz dana u dan postaje sve obuhvatnija i kompleksnija s tendencijom potpune automatizacije i integracije funkcija upravljanja i voenja svih brodskih procesa - koncept OMBO (One Man on Bridge Only). Tome prvenstveno doprinosi razvoj mikroelektronike i informatike tehnologije i mogunosti to ih pruaju glede optimiranja upravljanja, poveanja pouzdanosti i raspoloivosti sustava, te uveanja njihove uinkovitosti tijekom eksploatacije. Brod, kao autonomni i vrlo sloeni dinamiki sustav, sadri niz razliitih procesa, strojeva i ureaja, koji su predmetom automatizacije. Automatizacija brodskih procesa doprinosi njihovoj boljoj uinkovitosti, smanjivanju trokova odravanja i posade, produljenju eksploatacijskog vijeka broda i niz drugih prednosti. Temeljna klasifikacija brodskih procesa glede automatizacije mogla bi se obaviti kao to je pokazano na slici 1.1.

Slika1.1 Klasifikacija brodskih procesa


4

1.1 KLASIFIKACIJA SUSTAVA AUTOMATIKE NA BRODOVIMA PREMA NAMJENI Svi ureaji i sustavi automatike na brodu u pravilu su namijenjeni izvravanju osnovnih zadaa kao to su: automatsko upuivanje u rad i zaustavljanje, praenje rada (nadzor), signalizacija i alarm, automatska regulacija, automatsko upravljanje, automatska zatita. Sustavi automatskog upuivanja i zaustavljanja

: osiguravaju procedure i postupke za automatsko upuivanje (start), zaustavljanje (stop) ili reverziranje razliitih motora i pogona prema unaprijed definiranom programu.

Sustavi automatskog nadzora

: kontinuirano prate relevantne parametre i varijable koji karakteriziraju rad odnosno dinamiku procesa (objekta upravljanja i regulacije) i daju trenutno stanje i tijek odvijanja procesa. Temelj su za kvalitetno upravljanje i dijagnostiku.

Sustavi automatske signalizacije i alarma

: namijenjeni su izvjetavanju odnosno zapisivanju i signalizaciji u tijeku odvijanja procesa, kao i alarmiranju u sluaju nenormalnih stanja odnosno potekoa u radu strojeva, ureaja, procesa.

Sustavi automatske blokade i zatite

: namijenjeni su automatskoj djelominoj (selektivnoj) ili potpunoj blokadi pojedinih dijelova procesa (stroja) s ciljem njegove zatite od teih posljedica u sluaju kvara ili ozbiljnijih tekoa u radu.

Sustavi automatskog upravljanja:

slue za upravljanje radom strojeva i ureaja odnosno procesa bez neposrednog sudjelovanja ovjeka - operatera (npr. potpuno automatizirana brodska strojarnica - bez posade).

Sustavi automatske regulacije

: predstavljaju jednostavnije sustave automatskog upravljanja koji obavljaju zadae regulacije rada procesa i strojeva (npr. regulacija brzine vrtnje stroja, regulacija optereenja generatora, stabilizacija frekvencije, regulacija temperature ulja za podmazivanje i sl.).

Tri su osnovna oblika algoritama funkcioniranja SAR: Stabilizacija

: sustavi koji su namijenjeni odravanju konstantne, nepromijenjene vrijednosti izlazne regulirane veliine (npr. stabilizacija broja okretaja pogonskog stroja generatora s ciljem odravanja stalne frekvencije napona). Programska regulacija

1 2,( , ...., )ny y x x x=

: ovi sustavi obavljaju promjenu izlazne veliine y(t) po unaprijed zadanom programu (npr. programsko voenje motora u zadanu radnu toku, upravljanje kursom broda pomou autopilota). Program moe biti definiran kao funkcija vremena y = y(t) ili u parametarskom obliku:

, gdje ix (i=1,2,...n) predstavljaju fizikalne veliine koje karakteriziraju stanje objekta u tijeku regulacijskog procesa.

Slijedni sustavi (servosustavi): namijenjeni su ostvarivanju promjene izlazne veliine y(t) po unaprijed nepoznatom zakonu, tj. vodea veliina u(t) je sluajna funkcija vremena (npr. slijedni sustav automatskog upravljanja kursa broda


5

temeljem podataka sa irokompasa, slijedni sustav pozicioniranja objekta: poluja goriva motora, lista kormila, perajica za stabilizaciju ljuljanja broda, itd.)

Temeljni zahtjevi koji se postavljaju pred sustave automatske regulacije su: - brzina odziva (brzina reakcije sustava na promjenu pobude, odnosno vodee ili postavne

vrijednosti, to je znaajka prijelaznog stanja), - stupanj stabilnosti (relativna stabilnost), - tonost regulacije (doputeno trajno regulacijsko odstupanje ili pogreka u ustaljenom

stanju). U projektiranju ovih sustava i njihovoj praktinoj implementaciji nuno je udovoljiti postavljenim zahtjevima glede tri temeljna navedena kriterija, ovisno o tome kako ih svaka regulacijska staza ili objekt trae. U automatizaciji brodskih procesa, strojeva i ureaja sudjeluje veoma veliki broj raznovrsnih komponenti razliitih po vrsti (elektrinih, pneumatskih, hidraulikih, mehanikih, kombiniranih) i tipu signala (analognih, digitalnih, hibridnih), meusobno ovisnih i integriranih u funkcinalne cjeline - automatizirane sustave. Centralno mjesto u povezivanju i koordinaciji njihovog rada u sustavu ini danas digitalno raunalo ili mrea raunala. U narednim poglavljima, dati e se osnovne znaajke, principe funkcioniranja i primjere praktine realizacije komponenti, sklopova i sustava u automatizaciji procesa s izrazitim naglaskom na automatizaciju brodskih procesa, strojeva i ureaja.


6

2. SUSTAVI AUTOMATIZACIJE BRODSKIH STROJEVA I

PROCESA 2.1 ZAHTJEVI REGISTRA BRODOVA GLEDE AUTOMATIKE [29]

HRVATSKI REGISTAR BRODOVA PRAVILA ZA TEHNIKI NADZOR POMORSKIH BRODOVA

* AUTOMATIZACIJA *

1. OPI ZAHTJEVI

1.1. PODRUJE PRIMJENE 1.1.1 Ovaj dio pravila za tehniki nadzor pomorskih brodova (u daljem tekstu Pravila) se primjenjuju na ureaje automatike na brodovima kojima se uz osnovnu oznaku stroja, dodaje oznaka automatizacije AUT 1, AUT 2, ili AUT 3, kao i na brodovima sa sustavom daljinskog automatskog upravljanja glavnim porivnim strojevima i brodskim vijcima, a nemaju navedene oznake automatizacije. 1.1.2 Oznaka automatizacije AUT 2 odnosi se na brodove na kojima je predviena strojarnica bez nadzora i sa stalnom slubom na sredinjem mjestu upravljanja. 1.1.3 Oznaka automatizacije AUT 1 odnosi se na brodove na kojima je predviena strojarnica bez nadzora i bez stalne slube na sredinjem mjestu upravljanja. 1.1.4 Oznaka automatizacije AUT 3 odnosi se na brodove koji ispunjavaju zahtjeve 1.1.3 (AUT 1), ali ispunjavaju uvjete navedene u 6.1.1 i 6.1.2. 1.1.5 Za brodove na elektrini ili nuklearni poriv stupanj automatizacije za pojedinu oznaku automatizacije odreuje se dogovorno, u skladu sa zahtjevima Registra. 1.1.6 Pravila sadre tehnike zahtjeve kojima moraju udovoljavati automatska postrojenja navedenim u 1.1.1, te odreuju opseg daljinskog automatskog upravljanja, zatite, signalizacije, alarmiranja, indikacije i mjerenja. 1.1.7 Ureaji automatike, pojedini sustavi i elementi koji se koriste na brodovima bez oznake automatizacije, takoer, trebaju udovoljavati zahtjevima pojedinih dijelova Pravila koji se na njih odnose. 1.2 OBJANJENJA POJMOVA I IZRAZA Pojmovi i izrazi koji se odnose na ope nazivlje Pravila, navedeni su i objanjeni u Pravilima, Dio 1. - Opi propisi, Odjeljak 1. -Openito, 4. U ovom dijelu Pravila navedeni su i objanjeni slijedei pojmovi i izrazi: 1.2.1 Automatizirani ureaj - porivni stroj, kotlovsko postrojenje, brodski sustav ili neki drugi stroj, opremljen sredstvima automatske regulacije, upravljanja, nadzora i zatite. 1.2.2 Daljinsko automatsko upravljanje - upravljanje s pomou kojeg moemo daljinski zadavati eljeni reim rada strojevima, djelovanjem na upravljaki element (npr. regulacijsku polugu ili ruicu), a koji dalje samostalno obavlja sve radnje. 1.2.3 Alarmni sustav - sustav koji upozorava na pojavu nedoputenih veliina nadziranih parametara. 1.2.4 Sustav zatite - sustav koji automatski djeluje na postrojenje kojim se upravlja, u cilju spreavanja havarije ili ogranienja njenih posljedica.


7

1.2.5 Sustav indikacije - sustav za dobivanje podataka o veliini odreenih fizikalnih parametara ili promjena odreenih stanja. 1.2.6 Sustav automatike - skup svih komponenti automatskih sklopova, koji ine konstrukcijsku i funkcionalnu cjelinu, a slui za obavljanje odreenih radnji u podruju nadzora, automatskog upravljanja i zatite. 1.2.7 Sklop automatike - dio sustava koji se sastoji od komponenti sastavljenih u jednu konstrukcijsku i funkcionalnu cjelinu. 1.2.8 Komponenta automatskog sustava - najjednostavniji, samostalni element u konstrukcijskom smislu (npr. pojaalo, dava, relej, logiki element i slino) koji se koristi u sustavu automatike. 1.2.9 Poziv - zahtjev za kontakt, pomo i/ili radnju, kojega jedna osoba upuuje drugoj osobi ili skupini osoba, potpun postupak signaliziranja i dojavljivanja tog zahtjeva. 1.2.10 Prihvaanje - runo potvrivanje primitka alarma ili poziva. 1.2.11 Ponitavanje - runo zaustavljanje alarma ili poziva nakon to je uzrok otklonjen. 1.2.12 Grupiranje alarma - izraz, koji znai:

.1 razmjetaj pojedinih alarma na alarmnim panelima, ili pojedinanih indikatora na indikacijskim panelima; .2 kombiniranje individualnih alarma da se dobije jedan alarm na nekom udaljenom

mjestu; .3 razmjetaj alarma po prednosti (npr. alarmi za nunost, kritini alarmi, nekritini

alarmi itd.). 1.2.13 Pad u sigurno - je princip izvedbe sustava automatizacije, po kojem najvjerovatniji kvarovi, npr. gubitak napajanja, trebaju rezultirati najmanje kritinim od bilo kojeg mogueg novog stanja. 1.3 OPSEG NADZORA 1.3.1 Opi zahtjevi koji se odnose na nadzor nad gradnjom, preglede i klasifikaciju brodova, kao i zahtjevi u vezi s tehnikom dokumentacijom, koja se dostavlja na uvid ili odobrenje Hrvatskom registru brodova (u daljnjem tekstu: Registar), navedeni su u Pravilima, Dio 1. - Opi propisi, odnosno u Pravilima za klasifikaciju pomorskih brodova, Dio 1. - Opi propisi. 1.3.2 Nadzoru nad izradbom, kao i nadzoru na brodu, podlijeu sustavi automatike i daljinskog upravljanja, koji se odnose na slijedea postrojenja: 1. porivni stroj, 2. vijak sa zakretljivim krilima, 3. postrojenje za proizvodnju elektrine energije, 4. pomone strojeve, 5. sustav kaljue i balasta, 6. kompresore zraka, 7. pumpe tereta i balasta, 8. evaporatore i sustave za destilaciju, 9. sustav za otkrivanje i dojavu poara, 10. spaljivae, 11. generatore i sustave inertnog plina, 12. sustave goriva (tankovi, sustavi za pretakanje, preistai i ureaji za grijanje) 13. separatore zauljenih voda,


8

14. sustave za indikaciju poloaja ventila, 15. upravljake pultove, 16. ostale razne sustave (gdje su alarmi, upravljanje i sigurnost obuhvaeni

pravilima Registra ) 1.5 ISPITIVANJE SUSTAVA AUTOMATIKE 1.5.1 Svi sustavi i elementi navedeni u 1.3.2, osim pod brojem 16, moraju biti tipno odobreni od Registra. 1.5.2 Sustavi, sklopovi i komponente automatike podlijeu tipnom ispitivanju prema Uputama za tipno ispitivanje elektrinih i elektronskih ureaja, a prema programu ispitivanja kojega je odobrio Registar. 1.5.3 Sustavi automatike se preuzimaju u tvornici prema programu proizvoaa, odobrenog od strane Registra. Ova ispitivanja se obavljaju ako je sustav prethodno tipno odobren. 1.5.4 Ispitivanje sustava na brodu, u vezu i prilikom pokusne plovidbe obavljaju se prema programu ispitivanja, kojeg izrauje brodogradilite ili brodar, a odobrava Registar. 2 SUSTAVI AUTOMATIKE 2.1 Opi zahtjevi 2.1.1 Ako se za vane strojeve ili ureaje s elektrinim napajanjem predvia uz glavni izvor napajanja i napajanje iz izvora za nunost (prema Pravilima, Dio 12. - Elektrina oprema) i sustav upravljanja tim strojem ili ureajem, pored glavnog, mora se napajati i iz izvora za nunost. Prebacivanje na napajanje za nunost mora biti automatsko i popraeno odgovorajuim signalom. 2.1.2 Napajanje sustava upravljanja vanih strojeva i ureaja mora se izvesti s dva napojna voda. Jedan vod mora ii s glavne sklopne ploe, a drugi s najblie razvodne ploe za bitna troila. Prebacivanje s glavnog napojnog voda na rezervni mora biti automatsko i popraeno odgovarajuim signalom. 2.1.3 Za napajanje alarmnog sustava i sustava zatite mora se predvidjeti nezavisni rezervni izvor napajanja (akumulatorska baterija). Pri tome se u sluaju kvara glavnog izvora mora osigurati automatsko prebacivanje na rezervni izvor, uz odgovarajui alarm. Osim toga, mora se predvidjeti alarm o neispravnosti rezervnog izvora napajanja. Rezervni izvor napajanja alarmnog sustava mora napajati sustav u trajanju od najmanje 30 min. 2.1.4 Pri gubitku napona u krugu pomonog stroja koji radi, mora se predvidjeti automatsko ukljuivanje u rad stroja koji je u pripremi. Ovo automatsko prebacivanje mora biti popraeno odgovarajuim alarmom. 2.1.5 Elektriki i elektronski automatski sustavi moraju se zatititi tako da se omogui sigurno odvajanje elektrikog strujnog kruga brodske mree od unutarnjih strujnih krugova automatskog ureaja. 2.1.6 Elektrini i elektronski sustavi automatike u vanjskim strujnim krugovima napajanja moraju udovoljavati zahtjevima Pravila, Dio 12. - Elektrina oprema. 2.1.7 Izbor kabela za meusobno povezivanje elektrikih i elektronskih sklopova automatike, kao i njihovo polaganje i uvrenje mora udovoljavati zahtjevima Pravila, Dio 12. - Elektrina oprema. 2.1.8 Kuita, te zatita elektrikih i elektronikih sklopova, kao i metalna obloga kabela, moraju se uzemljiti. Uzemljenje se izvodi u skladu s Pravilima, Dio 12. - Elektrina oprema.


9

Odstupanje od ovih zahtjeva doputa se, uz suglasnost Registra, ako uzemljenje utjee negativno na rad ureaja. 2.1.9 Moraju se provesti mjere zatite od smetnji na sustavu, koje mogu nastati od magnetnih i elektrinih polja. 2.1.10 Hidrauliki i pneumatski sustavi automatike moraju se napajati iz dva izvora. Pri padu tlaka u sustavu ispod doputenog, mora se ukljuiti drugi izvor, koji je u pripremi, to mora biti popraeno odgovarajuim signalom. 2.1.11 Pneumatski sustavi moraju udovoljavati Pravilima, Dio 8. - Cjevovodi. 2.1.12 Hidrauliki sustavi moraju udovoljavati Pravilima, Dio 8. - Cjevovodi. 2.2 ALARMNI SUSTAV STROJARNICE 2.2.1 Ako u strojarnici postoji alarmni sustav koji, ovisno o stupnju automatizacije, signalizira kad:

.1 nadzirani parametri prijeu doputene granice,

.2 doe do gubitka napajanja pojedinih sustava,

.3 doe do promjene drugih veliina i stanja, navedenih u ovom dijelu Pravila, on mora udovoljavati 2.2.2 - 2.2.15.

2.2.2 Sustav mora biti izveden tako da radi neovisno o upravljakom i o siguronosnom sustavu, te da greka ili kvar ovih sustava ne remeti rad alarmnog sustava. 2.2.3 Signalizacija neispravnosti strojeva ili ureaja kojima se daljinski upravlja, neovisno o sredinjem alarmnom sustavu, mora biti na mjestu daljinskog upravljanja tim strojem, odnosno ureajem. 2.2.4 Signalizacija alarma mora biti vidna (svjetlosna) i zvuna. Pri tom se mora udovoljiti slijedeem:

(a) Vidna signalizacija na sredinjem mjestu upravljanja mora pokazati na kojem je sustavu, na kojem mjestu i zbog ega je dolo do alarma.

(b) Iskljuenje zvunog alarma ne smije izazvati iskljuenje vidne signalizacije. (c) Alarmni sustav mora biti izveden tako, da prihvaanje vidnih alarma bude

jasno zamjetljivo. (d) Vidna signalizacija prekida se samo ako prestane djelovati greka koja je

izazvala alarm. 2.2.5 Pri pojavi trenutnog (povremenog) alarma ne smije doi do automatskog ponitenja alarma nakon prestanka djelovanja greke, bez faze prihvaanja alarma. 2.2.6 Prihvaanjem alarma na zapovjednikom mostu, ili na nekom drugom mjestu gdje se alarm prenosi, ne smije doi do ponitenja zvunog i vidnog alarma na sredinjem upravljakom mjestu i u strojarnici. 2.2.7 Alarmi u strojarnici moraju se jasno razlikovati od ostalih zvunih alarma (tj. poara, opeg alarma i sl.). 2.2.8 Bez obzira na broj postojeih alarma, svaki novi alarm mora se registrirati u skladu s

2.2.4 i 2.2.5. 2.2.9 Alarmni sustav mora u normalnom radu imati mogunost ispitivanja unutarnjih i vanjskih krugova. Svaka neispravnost mora se signalizirati. Pri tome je potrebno izabrati prikladne i pristupane poloaje, na kojima e se osjetnici moi ispitati, a da se pri tom ne poremeti rad strojeva u strojarnici. 2.2.10 Iskljuivanje alarmnog sustava ili blokiranje pojedinih dijelova, mora se jasno signalizirati.


10

2.2.11 Za prijenos na neka daljinska mjesta alarmi se mogu grupirati. Pri tome moraju postojati najmanje dvije skupine, gdje trebaju biti odvojeni kritini od nekritinih alarma. U sluaju vie skupina alarma, u istoj skupini ne smiju biti zajedno kritini i nekritini alarmi. Skupine kritinih alarma moraju imati signalizaciju crvene boje. Popis obveznih kritinih alarma naveden je na Tablici 4.1. 2.2.12 Svaki alarmni sustav treba se moi samonadzirati. Koliko je mogue, svaki kvar alarmnog sustava treba izazvati njegovu proradu. 2.2.13 Ako je jedan alarm potvren, a drugi kvar nastane prije nego se prvi otkloni, zvuni i vidni alarm moraju se ponovo ukljuiti. 2.2.14 Jedan video pokaziva s tastaturom ne smije biti jedino sredstvo komuniciranja s alarmnim sustavom. Rezervno sredstvo komuniciranja mora se napajati iz rezervnog izvora elektrine energije. 2.4 SUSTAVI ZATITE 2.4.1 Sustav zatite mora proraditi automatski pri pojavi greke koja moe izazvati oteenje, odnosno unitenje stroja ili ureaja koji se titi. Sustavi zatite trebaju osigurati ne samo sigurnost strojeva i pripadne instalacije, ve i sigurnost broda u cjelini. Ako u strojarnici postoji sustav zatite, on mora udovoljavati zahtjevima u 2.4.2 do 2.4.13. 2.4.2 Sustav zatite moe djelovati na jedan od slijedeih naina:

1. ponovno uspostaviti normalno stanje (npr. ukljuenje u rad stroja u pripremi pri padu tlaka sredstva za podmazivanje);

2. prilagoditi rad stroja ili ureaja nastaloj situaciji (npr. smanjiti optereenje stroja);

3. strojeve i kotlove zatititi od kritinih stanja, zaustavljanjem strojeva, odnosno prekidom dotoka goriva kotlovima.

2.4.3 Ako se automatskim radom zatite moe dovesti u pitanje sigurnosti broda u cjelini, treba predvidjeti mogunost iskljuenja zatite. Za itavo vrijeme dok je zatita iskljuena, mora postojati svjetlosni signal crvene boje, koji se ne moe potpuno zatamniti. Zatita mora biti tako izvedena, da se nju moe iskljuiti samo svjesnom radnjom (ne sluajno). 2.4.4 Mora postojati kontrola ispravnosti sustava zatite, a sluaj neispravnosti (kao npr. kratki spoj, spoja na masu, izgaranje osiguraa, prekid kruga i slino) mora se alarmirati. 2.4.5 Sustav zatite mora biti to neovisniji, odnosno odvojen od sustava upravljanja i alarmnog sustava, pri emu se moraju predvidjeti i odvojeni osjetnici. Zajedniki osjetnici mogu se prihvatiti za:

koncentraciju uljnih para u prostoru koljena, temperaturu leaja, temperaturu rashladnog sredstva svakog klipa (ili protok), temperaturu ispunih plinova (jedinica za srednju vrijednost, moe biti, takoer

zajednika), poar u sustavu ispirnog zraka, podmazivanje cilindara.

U sluaju greke zajednikog osjetnika mora se predvidjeti alarm. Sustav zatite namijenjen za radnje navedene u 2.4.2.3, mora biti potpuno neovisan, odvojen od sustava upravljanja i alarmnog sustava.


11

2.4.6 Sustavi zatite pojedinih strojeva ili ureaja moraju meusobno biti potpuno neovisni. Greka u jednom sustavu ne smije utjecati na rad drugog sustava. 2.4.7 U sluaju da zatita proradi, mora postojati nain za utvrivanje uzroka. 2.4.8 Ako djelovanjem zatite dolazi do zaustavljanja stroja, ne smije se dopustiti mogunost automatskog pokretanja stroja nakon prestanka greke, prije nego to se runo oslobode ureaji za automatsko zaustavljanje (manual reset). 2.4.9 U sluaju greke ili gubitka napajanja na sustavu zatite ne smije doi do zaustavljanja, odnosno promjene uvjeta rada stroja ili ureaja koji se zatiuje. O svakom odstupanju od ovog zahtjeva Registar razmatra i odluuje posebno. 2.4.10 Gubitak osnovnog ili rezervnog napajanja sustava zatite mora biti alarmiran na svim mjestima daljinskog upravljanja. 2.4.11 Kad proradi sustav zatite, to mora biti alarmirano na svakom mjestu upravljanja, a isto tako i preko alarmnog sustava strojarnice (ako postoji). 2.4.11 Da bi sprijeili neeljeni prekidi rada strojeva, sustav zatite mora djelovati odmah nakon prorade alarmnog sustava, ovim redoslijedom:

pokrenuti jedinicu u pripremi, smanjiti optereenje ili provesti zaustavljanje, tako da se prije izvri manje

drastina radnja (SLD, pa SHD). 2.4.12 Sustav treba projektirati slijedei princip "pada u sigurnost" (fail safe). To svojstvo ne temelji se samo na svojstvima sustava zatite s pripadnim strojevima, nego i na svojstvima instalacije strojarnice i instalacije broda u cjelini. 2.5 SUSTAVI DALJINSKOG I DALJINSKOG AUTOMATSKOG UPRAVLJANJA 2.5.1 Opi zahtjevi 2.5.1.1 Sustavi daljinskog automatskog upravljanja pojedinim strojevima ili ureajima moraju biti meusobno neovisni. 2.5.1.2 Kod istovremenog daljinskog automatskog upravljanja s vie strojeva ili ureaja (npr. pogonski strojevi, elektriki agregati, kotlovi i sl.) doputa se vezano upravljanje, ali o svakom pojedinom sluaju posebno razmatra i odluuje Registar. 2.5.1.3 Sustavi daljinskog upravljanja, koji obuhvaaju automatski rad strojeva ili ureaja moraju imati takve karakteristike koje odgovaraju njihovim dinamikim svojstvima, pouzdano raditi u itavom radnom podruju. Nadalje, moraju biti tako izvedeni, da pri normalnoj upotrebi ne doputaju preoptereenje strojeva ili ureaja kojima se upravlja. 2.5.1.4 Mora se predvidjeti pouzdan nain prebacivanja s automatskog na runo upravljanje, tako da bilo koja neispravnost automatskog sustava ne utjee na siguran rad runog upravljanja, bilo sa sredinjeg ili lokalnog mjesta upravljanja. 2.5.1.5 Na svakom lokalnom mjestu upravljanja mora postojati mogunost ponitenja daljinskog i automatskog upravljanja. 2.5.1.6 Ako se nekim strojem moe upravljati daljinski s vie mjesta, mora postojati signalizacija o tome s kojeg se mjesta momentalno upravlja. U odreenom vremenu doputa se upravljanje samo s jednog mjesta. Prebacivati mjesto upravljanja doputeno je samo sa sredinjeg mjesta upravljanja. 2.5.1.7 Na daljinskom mjestu upravljanja mora postojati potreban broj instrumenata i indikacija koji pokazuju da sustav funkcionira ispravno, i koji omoguuju sigurno upravljanje strojem ili ureajem. 2.5.1.8 Daljinsko mjesto upravljanja mora imati signalizaciju gubitka napona napajanja i automatskog prebacivanja na rezervni izvor napajanja (ako postoji).


12

2.5.2 Daljinsko upravljanje porivnim strojem sa zapovjednikog mosta (upravljanje sa mosta) 2.5.2.1 U svim uvjetima plovidbe, ukljuujui manevriranje, mora se omoguiti potpuno upravljanje sa zapovjednikog mosta brzinom stroja, smjerom brodskog vijka i (ako je izvedivo) zakretanjem lopatica. 2.5.2.2 Sustav daljinskog upravljanja na zapovjednikom mostu, osim udovoljavanje zahtjevima navedenim u Pravilma, Dio 7. - Strojni ureaj, poglavlje 1.8, mora imati:

1. skupne alarme (ili alarm) greke na porivnom stroju; 2. poseban alarm greke na sustavu daljinskog upravljanja; 3. alarm gubitaka napajanja sustava daljinskog upravljanja; 4. sustav komuniciranja sa sredinjim mjestom upravljanja; 5. signalizaciju da je proradila zatita zaustavljanja porivnog stroja; 6. signalizaciju da je proradila zatita smanjenjem optereenja porivnog stroja; 7. mogunost iskljuenja automatskog programa u nunosti i premotenja

ogranienja najvee doputene brzine vrtnje; 8. signalizaciju da je automatski proogram iskljuen; 9. signalizaciju neuspjelog pokretanja porivnog stroja; 10. provjeru ispravnosti svetlosne i zvune signalizacije.

2.5.2.3 Svi alarmi, signalizacija i rasvjeta, navedeni u toki 2.5.2.2, osim u stavci 4, ne smiju se moi potpuno zatamnjeti. 2.5.2.4 Sustav komuniciranja sa sredinjim mjestom upravljanja mora imati:

.1 neposrednu dvostranu govornu vezu, neovisnu o napajanju iz brodske mree;

.2 strojni telegraf (moe biti dio sustava automatskog daljinskog upravljanja);

.3 signalizaciju o mjestu s kojeg se upravlja;

.4 signalizaciju o zahtjevu prebacivanja mjesta upravljanja. 2.5.2.5 Sve navedeno u 2.5.2.2, mora biti i na sredinjem mjestu upravljanja. 2.5.2.6 Iskljuivanje sustava zatite, automatskog programa i zaustavljanje stroja u nunosti, treba biti tako izvedeno, da se ne mogu nehotice aktivirati. 2.5.2.7 Daljinsko upravljanje navedeno u 2.5.2.1, mora se u pravilu izvesti s pomou zasebnog upravljakog ureaja pripadnih slubi, ukljuujui, gdje je potrebno, opremu za spreavanje preoptereenja i produenog rada u kritinim brzinama porivnog stroja. 2.5.2.8 Sustav upravljanja s mosta mora biti neovisan o drugim prijenosnim sustavima; meutim, moe se prihvatiti jedna upravljaka ruica za dva sustava. 2.5.2.9 Radnje koje se odvijaju redoslijedom prema podeavanju ureaju za upravljanje s mosta, ukljuujui reverziranje iz najvee brzine u plovidbi naprijed, u sluaju nunosti moraju se izvesti automatskim redoslijedom, uz vremenske razmake prihvatljive za strojeve. 2.5.2.10 Na zapovjednikom mostu potrebno je izvesti ureaj za zaustavljanje glavnog porivnog stroja, u nunosti, neovisno o sustavu upravljanja s mosta. Proces zaustavljanja stroja u nunosti mora biti potpuno neovisan o sustavu normanog upravljanja, i mora se napajati iz posebnog izvora napajanja. 2.5.2.11 Daljinsko upuivanje porivnog stroja mora biti automatski sprijeeno, ako postoji opasnost za oteenja strojeva, primjerice ako je ukljuen ureaj za okretanje vratila, ili je pao tlak ulja za podmazivanje. 2.5.2.12 Za parne turbine potrebno je osigurati ureaj za okretanje vratila, koji se ukljuuje automatski ako je turbina bila zaustavljena dulje nego je to doputeno. Ako postoji mogunost lokalnog upravljanja tim ureajem, ne zahtijeva se automatski rad. 2.5.2.13 Sustav upravljanja s mosta mora biti tako izveden da se u sluaju njegove greke javi alarm. U tom se sluaju mora odrati brzina i smjer brodskog vijka dok se ne prijee na lokalno upravljanje, ako to nije nepraktino. Posebno, gubitak snage (elektrike,


13

pneumatske, hidraulike) ne smije izazvati znatne i nagle promjene snage poriva ili smjera okretanja brodskog vijka. 2.5.2.14 Broj automatskih uzastopnih pokuaja u postupku upuivanja mora biti ogranien, da bi se odrao dovoljan tlak zraka za pokretanje. Potrebno je predvidjeti alarm razine tlaka upuivanja do koje je jo uvijek mogue upuivanje glavnog stroja. 2.5.2.15 Upravljaki sustav mora osigurati da pri prebacivanju mjesta upravljanja ne doe do znatne promjene stanja brodskog vijka. 3.PROGRAMLJIVI ELEKTRONIKI SUSTAVI (PES) 3.1. OPI ZAHTJEVI 3.1.1 Zahtjevi ovog poglavlja primjenjuju se na programljive elektronike sustave (PES) koji posluuju ureaje i sustave zatite, upravljanja i alarmiranja koji se nalaze pod nadzorom Registra. 3.1.2 Radne karakteristike i sigurnosna cjelovitost sustava upravljanja, zatite i alarmiranja temeljenih na PES moraju biti paljivo procijenjeni i dokumentirani glede funkcijskih zahtjeva. Posebnu panju treba posvetiti smanjenju rizika od zajednike greke koja utjee na funkcije sustava automatskog upravljanja, zatite i alarmiranja. 3.1.3 Neposredni rad PES koji posluuju glavne funkcije, kao to su poriv, kormilarenje, proizvodnja energije, otkrivanje i gaenje poara, isuivanje i ispumpavanje kaljue, balastiranje ili sidrenje i vez broda, ne smiju ovisiti o radu magnetnog diska ili drugog magnetnog sredstva za pohranu podataka. 3.1.4 Vrijeme potrebno za povratak PES u rad nakon kvara treba biti prilagoeno zahtjevima za rezervu sustava kojeg posluuju. 3.1.5 Neispravnost PES ne smije dovesti prikljuenu opremu ili itav brod u stanje havarije. 3.2 OPSEG NADZORA 3.2.1 Opi zahtjevi o nadzoru i pregledu navedeni su u Pravilima, Dio 1. - Opi propisi,

Odjeljak 5. 3.2.2 Programljiva elektronika oprema mora biti tipno odobrena od strane Registra. Alternativno se, kao dokaz, moe prihvatiti pozitivno iskustvo u radu u brodskim uvjetima. 3.2.3 Ako nije drugaije dogovoreno, PES se moraju u prisutnosti Registra ispitati u tvornici prije instaliranja na brod. Ispitivanje se temelji na odobrenom programu ispitivanja, a treba sadravati funkcijska ispitivanja, kao i simuliranje kvarova, kako vanjskih tako i unutarnjih. 3.3 TEHNIKI ZAHTJEVI ZA PES-SKLOPOVSKU OPREMU 3.3.1 Funkcije upravljanja, alarmiranja i zatitnog zaustavljanja moraju se izvesti tako da jedan jedini kvar ili greka elektronike opreme ne utjee na vie od jedne od ovih funkcija. To se moe postii izborom posebne opreme za svaku od ovih funkcija, koja treba initi jednostruk sustav, ili osiguranjem rezervne opreme, ili na drugi prikladan nain. Ako PES ima funkcije koje nemaju u rezervi oiene sustave, potrebno je provesti analizu i pokazati da su PES pouzdani najmanje koliko i oieni sustavi. 3.3.2 Ako je osigurana rezervna oprema, nain prebacivanja na nju mora biti tako izveden da sprijei greku rezervnog elektronikog sustava i strojeva kojima se upravlja.


14

3.3.3 Sustav treba izvesti s mogunou samonadzora, a kvar koji moe izazvati greku sustava mora se alarmirati. Potrebno je nadzirati i opremu u radu i opremu u rezervi. 3.3.4 Sustav treba izvesti tako da u sluaju prekida normalnog napajanja, automatski radi na rezervnom napajanju. Programi i podaci u PES ne smiju biti oteeni u sluaju prespajanja ili prekida napajanja. 3.3.5 Bilo koja greka napajanja PES mora se alarmirati. 3.3.6 Informacija o nekom alarmu mora imati prednost pred bilo kojom drugom informacijom na displeju. Najbolje je ako se alarm koji se zadnji pojavio navede prvi u popisu alarma. 3.3.7 Nadzor nad kvarovima treba:

a) osjetiti greku sustava koja moe izazvati trenutanu i neprihvatljivu promjenu karakteristika sustava; b) davati upozorenje radnom osoblju; c) osigurati nedvosmislenu identifikaciju oteenog dijela sustava.

3.3.8 Memorijski prostor za podatke i programe mora biti zatien ili nadziran, da bi se sprijeilo da se sadraj memorije uniti uslijed greke sklopovske ili programske opreme. 3.4 TEHNIKI ZAHTJEVI ZA PES-PROGRAMSKU OPREMU 3.4.1 Mora se osigurati kontrola prava pristupa programima i podacima. 3.4.2 Promjene programa koje mogu utjecati na karakteristike sustava, smije izvoditi samo ovlatena osoba, koristei pri tome prekida s bravicom, identifikacijsku karticu, lozinku, ili drugi odobreni nain. 3.4.3 Pristup operativnom sustavu PES mora biti strogo ogranien, i svaka izmjena programa ili podataka koja nije dio normalnog radnog postupka, mora biti odobrena od strane Registra. 3.4.4 Izrada programske opreme, kodiranje, mijenjanje, integracija i ispitivanje se mora izvesti prema prihvaenim nacionalnim i meunarodnim normama za upravljanje kakvoom. 3.5 LOKALNE MREE 3.5.1 Topologija mree treba biti takva da u sluaju greke izmeu vorova ili u jednom voru, sustavi na mrei nastave rad, te da se nastavi prijenos podataka. 3.5.2 Protokolima treba osigurati potpunost protoka podataka u mrei. Nadalje, programska oprema u kompjutorima treba biti takva da se moe obaviti zavrnu kontrolu valjanosti podataka i time osigurati da se u prijemnom voru ne prihvate oteene informacije. 3.5.3 Mrea mora biti sposobna prenijeti najveu koliinu podataka koja se moe pojaviti bez pojave neprihvatljive duine ekanja podataka, ili sudara podataka. UputaPotrebno je paljivo procijeniti utjecaj vremenskog kanjenja kojeg stvara mrea ako izvrava kritine funkcije (tj. upravljanje u zatvorenoj petlji u realnom vremenu, alarm i sigurnosno zaustavljanje). Da bi sprijeili mogue probleme, preporuuje se ostaviti kritine funkcije odvojeno od mree, ako se ne moe pokazati da je vremensko kanjenje zanemarivo u odnosu na vrijeme koje se zahtijeva na odziv traene funkcije.

:

3.5.4 Mrea mora bit takva da, pri ispadu vodee jedinice, ostanu sauvane osnovne funkcije sustava automatizacije kojeg mrea posluuje.


15

3.5.5 Treba omoguiti umetanje i izdvajanje vorova iz mree bez prekida normalnog rada mree. 3.5.6 Mrea mora biti sposobna ostvariti dodatne komunikacijske veze izmeu vorova kada glavne funkcije (nabrojane u toki 3.1.3), mogu biti ugroene grekom u jednostrukoj komunikacijskoj vezi. Dodatne komunikacijske veze moraju biti na odgovarajui nain odijeljene od drugih, da se osigura da jedan incident kao npr. poar ne moe izazvati prekid obiju veza. 3.5.7 Treba osigurati nadzor nad koritenjem mree, praenjem kvarova i drugih parametara potrebnih za ocjenu karakteristika mree. Naena greka mora se alarmirati. 3.6 POSTAVLJANJE PES NA BRODOVIMA 3.6.1 Sklopovsku opremu PES i komunikacijske veze u lokalnoj mrei treba na odgovarajui nain izvesti i zatiti od klimatskih, mehanikih, elektromagnetskih i toplinskih utjecaja, koji ih mogu otetiti ili promijeniti njihove karakteristike izvan prihvatljivih granica. Koliko je mogue, komunikacijske veze u lokalnoj mrei treba voditi odvojeno. Opis mjera zatite od gore spomenutih utjecaja mora biti dio dokumentacije sustava, i mora se odobriti od strane Registra.


16

2.2 DALJINSKO UPRAVLJANJE GLAVNIM STROJEM

Pod daljinskim automatskim upravljanjem podrazumijeva se upravljanje s pomou kojeg moemo daljinski zadavati eljeni reim rada strojevima, djelovati na upravljaki (izvrni) element (npr. regulacijsku polugu ili ruicu), a koji dalje samostalno i automatski (bez posredovanja ovjeka) obavlja sve radnje. BCS 200 (Bridge Control System) Sustav BCS 200 proizvod je suradnje vedske firme ASEA i nae firme Konar. Daljinsko automatsko upravljanje porivnog motora ostvaruje se iz upravljake sobe strojarnice (CRC - Control Room Control) ili s komandnog mosta (BC - Bridge Control). Daljinsko upravljanje s razine upravljake sobe strojarnice ostvaruje se posredstvom upravljake pneumatike, koja ujedno osigurava potrebne blokadne i zatitne akcije na stroju. Pomou regulacijske ruice i odgovarajue instrumentacije (signalizacije) na upravljakom pultu mogue je daljinsko izvravanje svih operativnih zahvata u skladu s naredbama dobivenim preko brodskog telegrafa s komandnog mosta. Na ovaj sustav automatskog upravljanja nadograuje se sustav daljinskog automatskog upravljanja stroja (BC). Prebacivanje u ovaj mod rada sustava obavlja se preklopkom BC/CRC na pultu osnovnog upravljakog mjesta (CRC). U sluaju ispada (kvara) normalnog pneumatskog sustava upravljanja, regulatora ili njegove elektronike, strojem se moe upravljati s lokalnog pulta upravljanja u nudi, koji je smjeten u samoj strojarnici. U tom sluaju, runo se odspaja regulator od pumpi goriva, a neposrednim runim djelovanjem na regulacijsko kolo obavlja se promjena poloaja regulacijske osovine i preko nje se upravlja pumpama goriva. Djelovanjem preko lokalne upravljake automatike osiguravaju se osnovne blokadne i zatitne funkcije. Lokalni instrumenti i signalizacija osiguravaju punu mogunost lokalnog upravljanja (u nudi) i izvravanje svih potrebnih operacija sa strojem. Razini lokalnog upravljanja naredba se daje s komandnog mosta, putem telegrafa, uz obveznu potvrdu prijema naredbe.

- naredbodavna komunikacija izmeu komandnog mosta i kontrolne sobe strojarnice i same strojarnice,

Osnovne funkcije BCS sustava

- automatsko upuivanje, zaustavljanje i reverziranje glavnog stroja, - zadavanje postavne vrijednosti snage (brzine) stroja, - voenje stroja u zadani reim (vremenski program s promjenljivim gradijentima promjene

brzine stroja) tj. optereivanje/rastereivanje stroja, obrada kritine brzine (brz prolaz kroz podruje kritine brzine stroja), generiranje adekvatnog signala za regulator brzine (Woodward PGA),

- zatitne funkcije (shut down i slow down), - alarmne funkcije, - ostale pomone funkcije. IZVEDBA BCS SUSTAVA Pojednostavljena shema na slici 2.1 prikazuje osnovne jedinice sustava BCS 200 s kojima se realiziraju potrebne upravljake i signalizacijske funkcije: - komandno signalizacijski paneli na komandnom mostu (Bridge panel) i upravljakoj sobi (Control Room Panel),


17

- sustav brodskog telegrafa s ponavljaima, - taho jedinica s instrumentima za pokazivanje broja okretaja motora, - centralna jedinica upravljanja (ormar s elektronikom), - razni osjetnici (senzori), solenoid ventili i elektropneumatski pretvornik (EPC), - jedinice za napajanje.

Slika 2.1 Strukturna blok shema sustava BCS 200

Detaljnija shema sustava BCS 200 s povezivanjem elemenata pokazana je na slici 2.2.


18

Slika 2.2 Shema povezivanja komponenti sustava BCS 200


19

Slika 2.3 Upravljako-signalizacijski panel (CRP) sustava BCS-a u kontrolnoj sobi


20

Upravljako-signalizacijski paneli

na mostu (BP) i u upravljakoj sobi strojarnice (CRP) su skoro identini. CRP (slika 2.3) je proiren dodatnim dijelom za indikaciju stanja procesnih signala. Naredbodavna komunikacija izvodi se pomou tipkala, preklopki, te indikacijskih lampica.

Sustav telegrafa TESY-1

sastoji se od telegrafa na mostu (BTEL-1), ponavljaa naredbi (ORRE-1) u upravljakoj sobi strojarnice i strojarnici, selektora moda rada (BC/CRC) i jedinice napajanja.

Taho jedinica QHFT 100

preko impulsnih davaa brzine vrtnje stroja (induktivne sonde pick-up tipa) koji se fiksiraju u blizini zubaca zamanjaka (cca 1,5 mm) stalno prati stvarnu brzinu stroja. Impulsni davai, tj. pick-up sonde se montiraju s 45 - 90 stupnjeva faznog pomaka radi detekcije smjera vrtnje stroja. Taho jedinica se temelji na 8-bitnom mikroprocesoru iz serije Motorola 6800 i 4 kB PROM memorije s pridruenim programom za obradu signala brzine, te prikljune jedinice koja za sve ulaze i izlaze sadri prikljune stezaljke, osigurae i komponente za potiskivanje utjecaja smetnji. Rezolucija za signale brzine je 0,1%, a stvarna pogreka manja je od 1%.

CENTRALNA JEDINICA - procesne stanice MP 260,

sustava BCS 200 sastoji se iz:

- okvira s COMBIFLEX modulima, - spojnih jedinica s osiguraima i komponentama za potiskivanje smetnji, - prikljunih stezaljki, - jedinice napajanja i razvoda napajanja. Procesna stanica MP 260Svi funkcijski moduli smjeteni su u 19" montani okvir. Svi moduli meusobno su povezani paralelnim informacijskim sabirnicama na stranjoj strani montanog okvira. Sistemski softver upisan je na PROM memorijama procesne stanice, a aplikacijski softver se preko pomagala za programiranje upisuje u RAM memoriju s batereijskim back-up.

bazirana je na 16-bitnom mikroprocesoru iz serije Motorola 68000.

Veza procesne stanice prema procesu ostvaruje se preko ulazno-izlaznih modula i spojnih jedinica (slika 2.4). Dodavanjem standardnih komunikacijskih jedinica, mogue je preko MasterBus sabirnice osigurati vezu sustava s drugim slinim sustavom na brodu ili preko serijske veze RS 232 s vanjskim raunalima. Nadzor i funkcioniranje procesne stanice odvija se automatski na razini modula i funkcionalnih cjelina, a greke (kvarovi) se indiciraju pomou LED indikatora na prednjim stranama modula. COMBIFLEX jedinica1. dio za napajanje i prilagoenje (modul za napajanje +/- 15 V i +/- 24 V, modul za

dvosmjeni pogon sinkronog motora za EPC, modul za prilagoenje i pojaanje analognih signala),

se sastoji iz dva modula:

2. sigurnosno-zatitnog dijela (modul za osnovnu obradu sigurnosno-zatitnih signala, modul za prihvat i osnovnu obradu zvunih signala, modul za formiranje signala za sluaj kvara BCS sustava, tj. signala "BCS Failure chain", modul za nadzor prekida i kratkih spojeva digitalnih (binarnih) ulaza i izlaza i zatite od kratkog spoja).

Sustav BCS 200 se napaja vanjskim naponom 220 V, 50/60 Hz i baterijskim napajanjem od 24 V. Taho jedinica se zasebno napaja.


21

Slika 2.4 Centralna stanica MP 260 s ulazno/izlaznim modulima

Vrlo vana komponenta procesne stanice MP 260 jest njena karakteristina programska procesna podrka odnosno aplikacijski softver, koji je razvijen programskim jezikom visoke razine "Process Control", pogodnim za on-line nain rada. Funkcijski modul za upuivanje, zaustavljanje i prekretanje glavnog stroja omoguava da se te radnje obave automatski, pomicanjem ruice telegrafa na komandnom mostu preko elektronikog i pneumatskog dijela sustava. Izvrno djelovanje prema stroju ostvaruje se preko odgovarajuih elektropneumatskih solenoid ventila (vidi sl. 2.2): START - upuivanje, STOP - zaustavljanje, AH i AST - prekretanje za vonju naprijed ili nazad, SLOW TURNING - sporo okretanje, HEAVY START - teko upuivanje, EM. STOP - zaustavljanje u nudi. Modul za upuivanje, zaustavljanje i prekretanje osigurava i slijedee mogunosti: - izbor i postavljanje parametara upuivanja (lagano, normalno, teko), - detekciju i memoriranje neuspjelih pokuaja upuivanja (do tri neuspjela pokuaja), - definiranje pauze izmeu pojedinih pokuaja upuivanja (za to vrijeme blokirano je gorivo i

zrak za upuivanje), - alarm i detekciju uzroka u sluaju neuspjelog upuivanja (predugo trajanje uputnog/koeeg

zraka, signal jednog punog okretaja motora u unaprijed odreenom vremenu nije dobiven).


22

Nakon uspjenog upuivanja, kontrolu nad optereivanjem brodskog stroja preuzima program postupnog optereivanja / rastereivanja tako da obavlja vremensko voenje postavne vrijednosti regulatora brzine vrtnje ovisno o iznosu zadanom ruicom brodskog telegrafa i modu (reimu) rada (manevar ili otvoreno more, stanje mora, vjetra i sl.). Program obavlja promjene optereenja stroja prema unaprijed definiranim gradijentima brzine (ubrzavanje ili usporavanje) sukladno preporukama proizvoaa motora za pojedine reime rada (slika 2.5).

Slika 2.5 Program optereivanja / rastereivanja stroja

Program optereivanja / rastereivanja brodskog stroja osigurava i slijedee funkcije: - bezudarni prijelaz za sluaj prijenosa odgovornosti upravljanja strojem s CRC na BC mod i

obratno, - u sluaju signala za STOP, SLOWDOWN, HEAVY START i START zadaje unaprijed

odreenu veliinu kao postavnu vrijednost regulatora brzine vrtnje, - ograniava komandu za regulator brzine vrtnje sukladno postojeim aktivnim ogranienjima, - osigurava brz i siguran prolaz kroz podruje kritinih brzina stroja, - vremenski vodi stroj prema odreenoj radnoj toki ovisno o uvjetima (normalni, u nudi). Izlaz iz programa optereivanja / rastereivanja stroja su digitalni impulsi (irinsko impulsna modulacija) za upravljanje elektropneumatskim pretvornikem - EPC, koji slui kao meusklop prema regulatoru brzine vrtnje stroja kao aktuatoru dovoda goriva (Woodward). Razni proizvoai motora imaju razliite aktuatore (pneumatske, hidraulike ili kombinirane elektropneumatske, elektrohidraulike), pa je signal izvrnog djelovanja potrebno prilagoditi po tipu i snazi konkretnim zahtjevima (vidi sliku 2.6).


23

Slika 2.6 Razliiti naini izvrnog djelovanja ovisno o tipu aktuatora stroja


24

2.3. SUSTAV ZATITE Sigurnosno-zatitni sustav (slika 2.7) mora biti vrlo jednostavan, kako u izvedbi, tako i za rukovanje i odravanje. Mora biti maksimalno pouzdan u radu, to znai da mora moi izvriti osnovne funkcije zatite i u uvjetima kvara osnovnog sustava upravljanja. Zbog toga ovaj sustav najee u praksi predstavlja zasebnu cjelinu povezanu s osnovnim sustavom, te pored automatske zatite mora imati mogunost runog zadavanja zatitnih akcija stroja. Sigurnosno-zatitni sustav stroja titi stroj u sluaju nenormalnih stanja, odnosno pojave ozbiljnijih tekoa u radu ili kvarova. Sigurnosno-zatitne funkcije (safety functions) sustava BCS 200 imaju zadau da u sluaju kvara stroja automatski reduciraju brzinu vrtnje (slow down), odnosno snagu stroja na unaprijed zadanu vrijednost i unaprijed zadanom brzinom promjene ili u ozbiljnijem sluaju zaustave stroj iskljuivanjem dovoda goriva (shut down). Obrada sigurnosno-zatitnih funkcija obavlja se na dvije razine: uz aktivan i ispravan sustav BCS (via razina obrade) ili u sluaju kvara (ispada iz rada) sustava BCS, preko nie razine obrade kroz odvojeno napajane module zatitnog sustava. U normalnom radnom stanju sustava BCS, sigurnosno-zatitne funkcije se obrauju sloenijim softverskim algoritmima uz uveane mogunosti kao to su: - logika obrada ulaznih relevantnih signala glede doprinosa i meusobnog uvjetovanja

blokiranja, - filtriranje sigurnosnih ("safety") signala radi uklanjanja kratkotrajnih "lanih stanja",

odnosno lanih alarma (npr. kratkotrajni pad tlaka kod prekapanja uljnih pumpi), - vremensko zatezanje slow-down i odreenih shut-down signala, - zaobilaenje (by-pass) slow-down i odreenih shut-down signala. Sigurnosno-zatitni signali se iz procesa dovode na digitalne ulaze procesne stanice MP 260, obrauju i grupiraju u tri grupe shut-down signala (grupe I, II i III), te grupu slow-down signala, a zatim dovode u sigurnosno-zatitni sustav preko kontakata releja "by-pass" zbog eventualnog zaobilaenja njihog djelovanja i releja ispravnosti sustava BCS "safety function". Ako se obrada sigurnosno-zatitnih funkcija obavlja sustavom BCS, tada se slow-down i shut-down akcije, kao posljedica automatskog djelovanja sustava mogu iskljuiti odnosno njihovo djelovanje na motor zaobii, aktiviranjem "bypass" releja s bilo kojeg mjesta upravljanja: most (BP) ili kontrolna soba (CRP) pomou odgovarajuih tipkala "bypass". Pojavom uvjeta za shutdown ili slowdown akciju za stroj, sustav BCS odmah upozori operatera stroja putem svjetlosne (trepue svjetlo) i zvune signalizacije na upravljako-signalizacijskim panelima na mostu - BP i u kontrolnoj sobi - CRP. Ukoliko se, u periodu postavljenog vremenskog zatezanja, obavi prebacivanje preklopke "bypass u nudi", tada sustav BCS softverski onemoguava proslijeivanje signala na odgovarajui solenoid, gasi se zvuni alarm, a trepui svjetlosni alarm ostaje na panelima do nestanka njegovog uzroka. Ako se "bypass" funkcija ne ukljui, tj. pusti se djelovanje automatike, po isteku vremenskog zatezanja obavit e se automatski zatitne akcije, a trepue svjetlo prelazi u trajno (sve do isezavanja uzroka ili aktiviranja Reset tipkala s panela CRP ili postavljanja ruice telegrafa u STOP poloaj na BP. Zaustavljanje (STOP) u nudi koristi se kao sigurni i najbri nain zaustavljanja stroja uz svjetlosnu signalizaciju "shutdown sijalica" i zvuni alarm kao potvrdu da je ukljuen strujni krug shutdown solenoida, koji bezuvjetno zaustavlja stroj prekidom dovoda goriva pumpama goriva. "Bypass" preklopka se koristi u iznimnim, kritinim situacijama za brod. Ispad sustava BCS iz rada (zbog gubitka napajanja ili internog kvara) izaziva alarm na panelima, to za posljedicu treba imati preuzimanje upravljanja stroja iz kontrolne sobe ili lokalno, tj. runo, to znai niu razinu. U tom vremenu prebacivanja upravljanja zadrava se analogni izlaz (pneumatski izvrni signal) na zadnjem postavljenom iznosu preko EPC, to osigurava bezudarni prijelaz na drugu razinu upravljanja.


25

Slika 2.7 Sigurnosno - zatitni sustav motora


26

2.4. AUTOCHIEF - NORCONTROL daljinski automatski sustav upravljanja za brodske motore

Daljinski sustav upravljanja propulzijom broda, NorControl AutoChief , za brodske motore s konstantnim i promjenjivim usponom propelera, sastoji se od samostalnih procesorskih podsustava: podsustav upravljanja (engl. MS Maneuvering System), podsustav strojnog telegrafa (engl. ETS Engine Telegraph System), podsustava zatite (engl. SSU Safety System Unit), digitalnog regulatora (engl. DGS Digital Governor System), regulator uspona propelera (engl. CPP Controllable Pitch Propeller), pomonih ureaja s pisaem (engl. OPU Order Printer Unit). Na slici 2.8. prikazana je koncepcija upravljanja i nadzora brodskih strojeva, a na slici 2.9 upravljaka konzola sustava. Slika 2.12 prikazuje komponente strukture sustava upravljanja i slika 2.13 komponente brodskog telegrafa. Slika 2.10 prikazuje model upravljanja i zatite brodskog motora, a slika 2.14 komponente sustava zatite. Slika 2.11 manevarski sustav brodskog motora. Slika 2.15 pokazuje komponente sustava regulatora brodskog motora. Slika 2.16 pokazuje Panel indikatora sustava AutoChief. Slika 2.17 pokazuje Panel upravljanja na mostu sustava AutoChief. Slika 2.18 ilustrira upravljanje stroja sustavom AutoChief iz kontrolne sobe strojarnice. Slika 2.19 ilustrira runo upravljanje strojem iz strojarnice (lokalno) sustavom AutoChief. Slika 2.20 prikazuje strukturu sustava praenja nadzora procesa u cilindrima brodskog motora (AUTRONICA NK 100).


27

Slika 2.8 Koncepcija upravljanja i nadzora brodskih strojeva

Slika 2.9 Upravljaka konzola sustava


28

Slika 2.10 Model upravljanja i zatite stroja


29

Slika 2.11 Manevarski sustav stroja


30

Slika 2.12 Komponente strukture sustava upravljanja


31

Slika 2.13 Komponente telegrafa

Slika 2.14 Komponente sustava zatite


32

Slika 2.15 Komponente sustava regulatora


33

Slika 2.16 Panel indikatora sustava AutoChief


34

Slika 2.17 Panel upravljanja na mostu sustava Autochief


35

Slika 2.18 Upravljanje stroja sustavom AutoChief iz kontrolne sobe strojarnice


36

Slika 2.19 Runo upravljanje strojem iz strojarnice (lokalno) sustavom AutoChief


37

AUTRONICA NK 100 - sustav nadzora rada u cilindrima motora

Slika 2.20 Sustav praenja procesa u cilindrima motora


38

2.5. REGULATOR BRZINE VRTNJE MOTORA TIPA WOODWARD

Najkarakteristiniji i na brodovima najei regulator brzine vrtnje motora je Woodwardov regulator governor (mehaniko hidrauliki regulator) integralnog djelovanja s elastinom povratnom vezom. Navode se samo njegove najbitnije komponente i osnovni princip rada. Osnovne sastavne komponente, bez obzira na tip governora su u principu iste (prikazane su dijagramom na slici 2.21) i to su: centrifugalni osjetnik brzine, koji je pomou pogonske osovine mehaniki vezan s osovinom rotacijskog stroja motora; pilot ventil koji upravlja radom hidraulikog cilindra odnosno pomakom klipa cilindra; hidrauliki cilindar s izvrnim klipom (aktuator) za zakret izlazne osovine regulatora, a time i poluja goriva; kompenzacijski sistem s dva kompenzacijska klipa i polugom za podeavanje kompenzacije brzine (elastine povratne veze); zupaste pumpe s ventilima za osiguranje radnog tlaka hidraulikog ulja u sistemu; akumulatori sa sigurnosnim ventilima za izjednaavanje tlaka u sistemu i kompenzaciju pulzacija tlaka napajanja. Pored navedenih osnovnih komponenti, koje posjeduje svaki Woodwardov regulator, pojedini tipovi mogu, ovisno o primjeni, imati i drugu (pomonu) opremu kao: sklop za daljinsko pneumatsko postavljanje brzine vrtnje; sklop za automatsko zaustavljanje motora (shut down); induktivni dava brzine (pick-up); limiter goriva ovisno o tlaku ispiranog zraka, itd. Princip rada (stabilizacija brzine) bit e najkrae izloen prema shematskom dijagramu na slici 2.21 za sluaj smanjivanja optereenja motora, to za posljedicu ima razmjerni porast stvarne brzine vrtnje u odnosu na postavnu vrijednost: a) s poveanjem brzine vrtnje poveava se i centrifugalna sila rotacijskih masa-utega (2),

savladavajui protusilu opruge (26) centrifugalnog osjetnika, b) pomakom utega prema gore podie se i ipka brzine (4), kao i desni kraj pomine poluge

(18), c) ova podie stapajicu (14) hidraulikog pilot ventila, otvarajui upravljaki otvor ventila

(16). Ulje iz hidraulikog izvrnog cilindra to je ispod klipa aktuatora (7) otjee u rezervoar,

d) nastala razlika tlakova ulja iznad i ispod izvrnog klipa (7) pomie klip prema dolje zakreui izlaznu osovinu governora u smjeru smanjivanja brzine vrtnje motora,

e) izlazna osovina governora djeluje preko kompenzacijske poluge (5), tako da podie veliki kompenzacioni klip (21),

f) kompenzaciono ulje ulazi kroz kompenzacioni igliasti ventil (22) ispod malog kompenzacionog klipa (20) podiui ga prema gore, a time se desni kraj pomine poluge (18) sputa,

g) sputa se istovremeno stapajica pilot ventila i zatvara upravljaki otvor ventila (16), h) otjecanjem ulja iz kompenzacionog sistema u rezervoar, sile kompenzacionih opruga

vraaju kompenzacione klipove u centralni ravnoteni poloaj istom brzinom kojom se vraa i ipka brzine (4),

i) prestaje pomak izlazne osovine governora (6) i izvrnog klipa (7) i oni ostaju u poloaju koji odgovara novom poloaju poluja goriva, adekvatnom nastalom smanjenom optereenju uz odravanje postavljene brzine vrtnje.

Na ovaj nain se vri automatska regulacija brzine vrtnje motora s obzirom na promjene stvarnog optereenja u toku rada motora. Potpuno analogan rad governora je i za sluaj poveanja optereenja motora, odnosno smanjivanja brzine vrtnje.


39

Slika 2.21 Woodward regulator: komponente i princip regulacije broja okretaja

Slika 2.22 Woodward regulator (fiziki izgled)


40

Slika 2.23 Woodward regulator ugraen na motoru Na slici 2.22 prikazan je fiziki izgled Woodwardovog regulatora, a na slici 2.23 isti regulator ugraen na konkretnom motoru. Slika 2.24 prikazuje PID regulator u regulacijskoj stazi temperature ulja za podmazivanje motora.

Slika 2.24 PID regulator ukljuen u regulacijski krug sustava podmazivanja motora


41

2.6. DIGITALNI REGULATOR BRZINE MOTORA - WOODWARD (NORCONTROL DGS 8800)

Slika 2.25 Princip upravljanja brzinom i usponom propelera


42

Slika 2.26 Sustav digitalnog regulatora DGS 8800


43

2.7. UPRAVLJANJE BRODSKE ELEKTRINE CENTRALE

Za proizvodnju primarne elektrine energije potrebne za napajanje i rad brodskih troila (motora, pumpi, kompresora, alarmnih sustava, navigacijskih ureaja, rasvjetu, itd.) koriste se najee tri tipa generatora (s obzirom na vrstu pogonskog stroja):

dizel generatori (pogonski stroj je pomoni dizelski motor), turbo generatori (pogonski stroj je parni stroj), osovinski generatori (pogonski stroj je porivni motor na iju osovinu je spojen

generator). Slika 2.27 pokazuje model BEC s navedenim tipovima generatora predvienih za paralelni rad i troilima elektrine energije, dok slika 2.28 prikazuje dva dizel generatora (DG) i jedan turbogenerator (TG) spojene na glavnu sabirnicu brodske mree za paralelni rad. Slika 2.29 ilustrira principjelnu shemu napajanja brodskih troila u okviru BEC. U dananjoj pomorskoj praksi, ipak se najee koriste dizel generatori tj. generatori s zasebnim pogonskim dizelskim motorom, pa e se problem upravljanja i zatite ovdje temeljiti prvenstveno na ovom tipu generatora. Slika 2.30 ilustrira strukturu brodskog dizel generatora povezanog na podsustave nune za njegov rad s jedne strane i sustav rasklopa i prijenosa elektrine energije troilima s druge strane. Prije opisa principa i naina upravljanja i zatite brodskih dizel generatora, potrebno je neto rei o znaajkama osnovnih komponenti, tj. dizel motora kao primarnog pokretaa, generatora i sustava rasklopa i troila EE.


44

Slika 2.27 Brodska elektrina troila i generatori elektrine energije


45

Slika 2.28 Model brodske elektrine centrale


46

Slika 2.29 Spajanje generatora u paralelni rad na mreu


47

Slika 2.30 Struktura brodskog DG s podsustavima i elementima rasklopa EE


48

Dizelski motori koji slue kao primarni pokretai brodskih generatora moraju, zbog zahtjeva za stabilnim naponom odnosno frekvencijom, odravati (u doputenim granicama) stalan tj. nominalni broj okretaja pri svim optereenjima generatora (od praznog hoda do punog optereenja). Od najvanijih karakteristika dizelskog motora kao pogonskog stroja generatora, svakako je regulaciona karakteristika, koja pokazuje ovisnost broja okretaja motora o momentu odnosno optereenju (u ovom sluaju elektrini generator s prikljuenim troilima). Slika 2.31 prikazuje idealnu karakteristiku ovisnosti brzine vrtnje motora n

Dizelski motor kao primarni pokreta generatora

M o otpornom momentu M.

Slika 2.31 Regulacijska karakteristika dizelskog motora

Obino su brzokretni 4-taktni dizelski motori primarni pokretai generatora. Oni u ovakvim sluajevima koriste jednoreimske regulatore brzine vrtnje. Definira se stupanj neosjetljivosti (rezolucija) regulatora kao:

' ''M M

M

n nn

+

=

gdje je: ' ''

2M M

Mn nn += ; 'Mn i

''Mn - minimalni i maksimalni broj okretaja motora koji

odgovaraju porastu odnosno padu optereenja od nominalne vrijednosti nM , kod kojih zapoinje djelovanje regulatora. Tipini opseg namjetanja broja okretaja motora je u granicama od 10 % od nominalnog Mnn , a tonost stabilizacije broja okretaja u granicama od 0,5 % od postavljenog u tom podruju.

Kao brodski generatori danas se najee koriste trofazni bezkontaktni sinkroni generatori snaga tipino do 1 MW. Slika 2.32 prikazuje strukturnu shemu gneneratora proizvodnje "Rade Konar".

BRODSKI GENERATORI

Prednost bezkontaktnih u odnosu na klasine generatore s kliznim kolutima proizlazi prvenstveno iz njihove konstrukcije. Oni snagu potrebnu za napajanje uzbudnog kruga generatora dobivaju iz pomonog sinkronog generatora (izmjeninog uzbudnika), koji se nalazi na zajednikoj osovini s glavnim generatorom. Napon i struja koji se induciraju u izmjeninom uzbudniku, ispravljaju se odgovarajuim neupravljivim (diode) ili upravljivim (tiristori) poluvodikim komponentama i napajuju uzbudni (armaturni) namot glavnog generatora. Poto je ispravlja - usmjeriva smjeten na osovinu zajedno s izmjeninim uzbudnikom (vidi sl. 2.32) i 2.33 i skupa s njim rotira, omogueno je elektrino povezivanje armature uzbudnika, usmjerivaa i namota uzbude generatora bez kliznih prstenova (bezkontaktno), ime se bitno poveava pogonska sigurnost sustava i pojednostavljuje odravanje.


49

Slika 2.32 Elektrina shema brodskog sinkronog trofaznog generatora "Konar"

Slika 2.33 Princip regulacije sinkronog trofaznog generatora


50

Uinkovit nain za poboljanje dinamike i statike stabilnosti samouzbudnih sinkronih generatora je strujno kompaundiranje (pomou strujnog transformatora, ispravljaa i uzbudnog namota uzbudnika), te primjena automatske regulacije napona. Paralelan rad s drugim generatorima u mrei, te raspodjela optereenja omoguuje se, uvoenjem u regulator, dodatnog signala razmjernog struji generatora (pomou strujnog transformatora Tr2Osnovni parametri koji karakteriziraju rad sinkronih generatora su: napon generatora, frekvencija, snaga (struja generatora), struja uzbude, sposobnost sinkronizacije na mreu, ukljuivanja i paralelnog rada.

).

Stabilizacija napona generatora je automatska, a opseg udeavanja je u granicama 5 % nazivnog napona generatora. Tonost stabilizacije napona od praznog hoda do punog optereenja sinkronog generatora, uz cos = 0,5 do 0,8, iznosi tipino 1 % od nominalnog napona. Tonost stabilizacije frekvencije generatora je u granicama 0,5 % (stabilizacija broja okretaja pogonskog motora).

Rasklopne ploe

Glavna rasklopna ploa (GRP) element je brodske elektrine centrale i slui za razvod elektrine energije posrednim i grupnim ploama ili neposredno troilima. Troila spojena na GRP se grupiraju u odreena polja ili sekcije polja prema namjeni i vanosti. Elementi i ureaji koji se ugrauju u rasklopne ploe mogu se razvrstati u ove osnovne skupine: - komutacijske

-

(sklopke, preklopke, automatske sklopke, itd.), koji slue za ukljuivanje, iskljuivanje, preklapanje i prekopavanje strujnih elektrinih krugova, zatitne

-

(osigurai, releji, automati i sl.), koji slue za zatitu od preoptereenja, kratkih spojeva, prenapona, povratne snage itd.), mjerne

- (ampermetri, voltmetri, frekvencmetri, om-metri, kW-metri, itd.),

regulacijske-

(potenciometri, reostati, regulatori i dr.), signalne

Na slici 2.34 prikazan je prednji izgled jedne GRP sa etiri polja (polje prikljuka na kopno i tri generatorska polja s razvodima na troila).

(sijalice, LED diode, zvonca, sirene itd.), koji signaliziraju stanje komutacijskih ureaja, preoptereenja, iskljuenja zbog kvarova u mrei, neispravnosti strujnih krugova i sl.


51

Slika 2.34 Prednji izgled jedne GRP s etiri polja

U okviru rasklopnih ploa, direktno su integrirane neke od funkcija upravljanja BEC, kao to su selektivna zatita, i rezervni modovi upravljanja (runo upravljanje), te osnovne funkcije nadzora rada generatora. Rasklopni sustav se realizira u vie cjelina s paralelnim i razdijeljenim sabirnicama, koje se meusobno povezuju i u sluaju ispada jedne cjeline, vana troila se napajaju preko druge grane. U sluaju prekida osnovnog napajanja, automatski se aktivira rezervna agregatna jedinica (generator za nudu), koja preuzima napajanje posebno vanih troila kao to su: navigacijski sustav, kormilarski sustav, protupoarne i drenane pumpe, dojavni alarmni sustav i dr. Ukljuenje troila ne smije prouzroiti prekid napajanja elektrinom energijom (BLACK OUT). U sluaju preoptereenja, sustav zatite mora iskljuiti manje vana troila prije nego se aktivira sustav selektivne zatite generatora. A. UPRAVLJANJE POGONSKOG STROJA GENERATORA - DM Pod upravljanjem dizel motora kao primarnog pokretaa generatora EE podrazumijeva se, u uem smislu, proces automatskog upuivanja, programskog voenja u nominalni reim, automatske regulacije brzine vrtnje i automatskog zaustavljnja. Upuivanje dizel motora obavlja se uputnim zrakom, kojeg osigurava sluba startnog - uputnog zraka. Tlak zraka mora biti vei od donje definirane granine vrijednosti. Slika 2.35 pokazuje opi dijagram toka procedure automatskog upuivanja dizel motora.


52

Slika 2.35 Opi dijagram procedure automatskog upuivanja dizel motora Znaenje skraenica na dijagramu: BS - broj pokuaja upuivanja, BSMAX - maksimalni doputeni broj pokuaja, Mn - stvarni broj okretaja motora, minn - minimalan broj okretaja dovoljan za uspjeno upuivanje. Nakon uspjenog upuivanja dizel motora slijedi faza njegovog programskog voenja u nominalni broj okretaja (koji odgovara frekvenciji od 50 Hz). Programsko voenje motora ostvaruje se inkrementalnim poveavanjem brzine vrtnje uz tekue provjeravanje vrijednosti parametara relevantnih za ispravan i siguran rad motora (uvjeti trenutnog stanja). Gradijent promjene brzine nije konstantan, ve ovisi o iznosu trenutne brzine i vei je u poetnim segmentima voenja. Slika 2.36 ilustrira princip programskog voenja motora u nominalni reim, dok slika 2.37 dijagram odgovarajui dijagram toka programa.

Slika 2.36 Princip programskog voenja motora u nominalni reim


53

Nakon dovoenja motora u nominalni reim, slijedi program regulacije njegove brzine vrtnje uz pomo automatskog regulatora.

Slika 2.37 Dijagram toka programskog voenja motora u zadani reim

Slika 2.38 Dijagram toka programskog zaustavljanja motora


54

Tijekom odvijanja programa regulacije brzine vrtnje, stalno se ispituju uvjeti za zaustavljanje motora (prekoraenje graninih vrijednosti kritinih parametara, pojava greke, kvara i sl.) i ako je neki od njih ispunjen prelazi se na programsko zaustavljanje (slika 2.38). Jednako vrijedi i za sluaj da je postavljen indikator (status) zahtjeva za zaustavljanje motora. Procedura zaustavljanja motora se obavlja prema unaprijed definiranom algoritmu, da se izbjegnu neeljene posljedice. to se tie automatskog upravljanja slubama motora, odnosno njihovim elementima (pumpe, ventili, kompresori i dr.), koriste se programske sekvence za automatsko startanje, nadzor i dijagnostiku stanja, te dojavu kvarova, kao i automatsko ukljuivanje / iskljuivanje stand-by elemenata. Za regulaciju temperature u sustavima hlaenja i podmazivanja motora koriste se uglavnom elektroniki PID regulatori i tropoloajni regulacijski ventili. Konkretne izvedbe slubi motora i njihova integracija u D-G kompleks, odreuju i pripadnu programsku podrku. B. UPRAVLJANJE GENERATORSKIM PODSUSTAVOM Preostale, osnovne funkcije upravljanja D-G kompleksa bit e opisane uz prepostavku decentraliziranog naina upravljanja radom D-G jedinica.

Problem sinkronizacije i ukljuivanja u paralelni rad vie D-G jedinica u okviru BEC primarne brodske mree, rjeava se sustavom pojedinane sinkronizacije i stabilizacije frekvencija agregatnih jedinica.

B.1 Automatska sinkronizacija generatora i ukljuivanje u paralelni rad na mrei

Osnovni uvjet za sinkronizaciju generatora i ukljuivanje u paralelni rad na mreu su izjednaenost napona mree MU i generatora GU , priblina izjednaenost frekvencija mree Mf i generatora Gf (slika 2.39a), te izjednaenost faza napona mree i generatora u trenutku prikljuivanja na mreu. Izjednaavanje napona mree i generatora obavlja se automatski, regulacijom (promjenom) samouzbude generatora. Izjednaavanje i stabilizacija frekvencije G Mf f , te izjednaavanje faza napona postiu se promjenom brzine vrtnje pogonskog stroja, neposrednim djelovanjem na regulator broja okretaja dizel motora (slika 2.39b). Rjeenje problema sinkronizacije i ukljuivanja generatora u paralelni rad uz primjenu mikroelektronikog sustava upravljanja zahtijeva definiranje algoritama za:

odreivanje frekvencije mree i generatora, izjednaavanje i stabilizaciju frekvencija ( G Mf f ), izjednaavanje faza napona generatora i mree, te ubacivanje generatorske sklopke (GS).

B.1.1 Odreivanje frekvencije Mf i Gf S obzirom na veliku brzinu rada mikroelektronikih sustava i ralativnu sporost D-G procesa (dovoljna zalihost vremena), pogodan nain za odreivanje frekvencija mree i generatora u procesu sinkronizacije jest primjena programljivih vremenskih brojila (standardni elementi svakog procesorskog sustava) i odgovarajuih prekida programa (interrupt routine). Ovi programi se aktiviraju preko zasebnih linija za prekid programa (Interrupt Request Line - IRQ). Vremenski trenutak zahtjeva za prekid odreuje detektor nule i faze mjernog signala MU i GU , na nain da se pri svakom prolazu napona kroz nulu u pozitivnom smjeru, generira signal zahtjeva za prekid. Takva dva uzastopna prekida (jedan za start i drugi za zaustavljanje programljivih vremenskih brojila) dovoljna su da se odredi frekvencija mjernog signala ( Mf i Gf ). Tonost odreivanja frekvencija ovisi o duljini - veliini (broju bita) programljivih vremenskih brojila i frekvenciji


55

upravljakih impulsa (ona mora biti to vea). Za mjerne kanale ija je donja granina frekvencija df , period upravljakih impulsa je:

1/( 2 )nim dT f= gdje je n - broj bita (duljina) programljivih brojila. Pomou programa i dodatnog hardvera, mogue je istu liniju koristiti za vie mjernih kanala (vremensko multipleksiranje). B.1.2 Izjednaavanje frekvencija generatora i mree ( G Mf f ) Jedan od uvjeta za prikljuenje generatora na mreu jest da mu frekvencija bude to blie frekvenciji mree (tipina razlika frekvencija 0,1 0,5f Hz . to su frekvencije generatora i mree blie, prikljuenje je meke. One ne smiju biti jednake, jer tada fazna razlika ostaje konstantna i ne mogu se osigurati nuni uvjeti za prikljuenje. Prvi korak u postupku sinkronizacije, nakon priblinog izjednaavanja amplituda napona generatora i mree, jest dovoenje razlike frekvencija u odreeno podruje definirano maksimalnim i minimalnim doputenim granicama za ulazak u sinkronizaciju (slika 2.39a). To se ostvaruje inkrementalnim djelovanjem na regulator DM, poveavajui odnosno sniavajui broj okretaja motora, a time i frekvenciju generatora sve dok se razlika ne dovede u definirana podruja za sinkronizaciju. Slika 2.39b ilustrira dijagram toka programa. B.1.3 Izjednaavanje faza - sinkronizacija i ubacivanje GS Nakon to su frekvencije mree i generatora priblino izjednaene ( G Mf f ), programski se odreuje vrijeme izjednaenja faza napona GU i MU ( sint ) i vremenski trenutak ubacivanja - ukljuivanja generatorske sklopke GS ( 0GSt ) uzimajui u obzir poznato vrijeme kanjenja GS ( GST ). Vremensko kanjenje ukljuivanja GS kree se za brodske generatore tipino izmeu 50 i 300 ms, a moe biti i krae. Slika 2.40 ilustrira postupak uz pretpostavku da je frekvencija generatora manja od frekvencije mree ( G Mf f< ). Vremena 0Gt + i 0mt + na dijagramu predstavljaju vremenske trenutke prolaza kroz nulu, u pozitivnom smjeru, napona generatora i mree.

sint oznaava vremenski trenutak prvog izjednaenja faza napona generatora GU i napona mree MU .

Iz dijagrama je vidljivo da oba napona od trenutka prolaza kroz nulu do trenutka izjednaenja faza

sint prelaze jednak fazni kut ( t = ), pa vrijedi: sin2 ( )G G mGf t t = + sin2m mf t =


56

Slika 2.39 Programsko dovoenje frekvencije generatora za sinkronizaciju na mreu

Slika 2.40 Postupak sinkronizacije generatora na mreu


57

Iz uvjeta G m = , dobije se vrijeme potrebno za ulazak u sinkronizaciju napona generatora GU i napona mree MU :

sinG mG

m G

f Ttf f

=

ili uz supstituciju, 1/G Gf T= i 1/m mf T= dobije se:

sin ;m mGG m

T TtT T

= za G m

f f<

sinm mG

m G

T TtT T

= za m G

f f<

Ovo vrijeme se, u najnepovoljnijim sluajevima (za tipino doputene razlike frekvencija od 0,1 do 0,5 Hz), kree u granicama od 10 do 2 s, pa se javljaju tekoe u mjerenju ovako "dugakog" vremena u odnosu na periode napona GU i mU ( 20 ms) i signale takta koji se koriste u raunalima. Pogreka u odreivanju ovog vremena ima za posljedicu pojavu naponskih razlika na kontaktima (stezaljkama) GS u trenutku prikljuivanja na mreu, te moguih velikih struja izjednaenja, odnosno elektrinih i mehanikih udara na generatoru. C. PRAENJE I RASPODJELA OPTEREENJA GENERATORA U cilju uveanja uinkovitosti rada D-G procesa i ravnomjerne optereenosti generatorskih jedinica u paralelnom radu, permanentno se prati ukupno optereenje BEC i pojedinano svake aktivne jedinice, obavlja se raspodjela optereenja, ukljuivanje ili iskljuivanje pojedinih jedinica za sluaj preoptereenosti, odnosno zalihosti. Definira se koeficijent optereenja p mree kao odnos snage svih aktivnih generatora prema ukupno instaliranoj snazi mree (suma snaga svih generatora):

1

1

m

aii

p n

nii

P

P =

=

=

Na slici 2.41a prikazan je dijagram ovisnosti koeficijenta optereenja p o broju ukljuenih D-G jedinica u paralelnom radu i ukupnom aktivnom optereenju BEC. Definiraju se gornje ( pg ) i donje ( pd ) granine vrijednosti ovog koeficijenta, ije prekoraenje automatski (s vremenskom odgodom ili bez nje) povlai ukljuenje, odnosno iskljuenje, neke od D-G jedinica. U sluaju preoptereenja ukljuuje se dodatna jedinica s odreenom vremenskom odgodom, ako je

pgm pm pk < < , gdje pk predstavlja kritini koeficijent optereenja mree (tipino 1,1 odnosno 110 %). Ako trenutno optereenje prijee kritinu granicu pk , dodatna generatorska jedinica se ukljuuje bez odgode.


58

a) b)

Slika 2.41 Ukljuivanje/ iskljuivanje i raspodjela optereenja generatora

Zahtjevu za poveanjem energije na mrei (ukljuivanje novih troila), prethodi uvijek analiza da li se on moe ispuniti trenutno aktivnim D-G jedinicama ili se zbog mogueg prekoraenja definiranog graninog koeficijenta optereenja mora ukljuiti dodatna jedinica. Troila velikih snaga prikljuuju se na mreu kontrolirano uz prethodnu provjeru zalihosti elektrine energije, s ciljem sprjeavanja naglih optereenja i moguih ispada mree (prekid napajanja). U sluaju smanjivanja optereenja na mrei, provodi se analiza mogunosti iskljuenja iz rada jedne od aktivnih D-G jedinica, s time da se preostale aktivne jedinice ne opterete iznad definirane gornje granice ( pm pgm < ). Trend analizom optereenja mree i pravilnim vremenskim odgodama, mogue je izbjei esta ukljuivanja i iskljuivanja D-G jedinica. Nakon ukljuivanja generatora u paralelni rad u mrei, obavlja se raspodjela optereenja izmeu ve aktivnih generatora i tek prikljuenog generatora. Slika 2.41b ilustrira princip simetrine raspodjele optereenja izmeu dva generatora (isti princip vrijedi za n generatora), uz pretpostavku linearne ovisnosti izmeu brzine vrtnje DM (frekvencije generatora) i optereenja. Regulacijska karakteristika 2r generatora koji se nalazi u praznom hodu (toka A) i ukljuuje se u paralelni rad, ukazuje na trend pada frekvencije zbog optereivanja, dok regulacijska karakteristika 1r aktivnog generatora pokazuje analogno porast frekvencije pri njegovom rastereivanju od punog optereenja (toka B). Zbog toga je nuno, u fazi preraspodjele optereenja (Load Sharing), djelovati na regulatore DM poveavajui, odnosno smanjujui, njihove brzine vrtnje sve do momenta izjednaenja optereenja i stabilizacije frekvencije u odabranoj radnoj toki (toka C). Tipina promjena frekvencije za promjenu optereenja od praznog hoda do punog optereenja generatora iznosi (3 - 5) % od nominalne vrijednosti frekvencije 0f . Proces regulacija optereenja - stabilizacija frekvencije provodi se naizmjenino da bi se sprijeila vea odstupanja frekvencije zbog promjena optereenja. S obzirom na relativno velika kanjenja odziva cijelog sustava na zadane regulacijske pobude i nemogunost vrlo precizne regulacije brzine vrtnje DM, nuno je da se proces regulacije optereenja i stabilizacije frekvencije, koliko god je to mogue, optimira uvoenjem mrtvih zona i zona vremenske neosjetljivosti. U tu svrhu se definiraju: konstanta neosjetljivosti raspodjele optereenja PNR (tipino 5%), konstanta neosjetljivosti na odstupanje frekvencije NOFf (tipino 0,1 Hz) i vremenska konstanta KT kanjenja odziva sustava (tipino par sekundi).


59

D. ZATITA GENERATORA Selektivna zatita generatora provodi se prvenstveno s ciljem zatite generatora od oteenja. Za generatore u paralelnom radu, ona se u temelju svodi na:

zatitu od preoptereenja, zatitu od kratkog spoja, zatitu od minimalnog napona, zatitu od povratne snage.

Iznos doputenog preoptereenja generatora i njegovo vremensko trajanje moraju se prilagoditi karakteristikama i dinamici D-G jedinica u paralelnom radu na mrei. Zatita od kratkog spoja mora djelovati, trenutno ili s vremenskom odgodom, pri najmanje dvostrukom iznosu nazivne struje ( 2G Gni i< ). Ova se izvodi odvojeno u svakoj fazi generatora. Zatita od minimalnog napona sprjeava prikljuenje generatora na mreu, sve dok se napon generatora ne ustali u vrijednosti najmanje 85% od nazivnog napona. Zatita generatora od povratne snage se mora prilagoditi karakteristikama DM kao pogonskog stroja. Zatita reagira kad iznos povratne snage dostigne vrijednost (8 - 15)% nazivne snage generatora. Sustav selektivne zatite generatora se najee izvodi relejima. Aktiviranje bilo kojeg njegovog elementa izaziva tekoe u radu BEC, ponekad i prekid napajanja. Zato se, pri projektiranju funkcija automatizacije BEC, moraju definirati takvi algoritmi rada koji e reagirati vremenski prije sustava selektivne zatite. Ovaj sustav mora jednako djelovati i u runom reimu upravljanja i zato obino predstavlja separatni dio (podsustav) ukupnog sustava automatizacije generatora. PRIORITET UKLJUENJA I ISKLJUENJA D-G JEDINICA Prioriteti ukljuenja i iskljuenja D-G jedinica definiraju se listama prioriteta na nain da je svaka upravljaka jedinica u stanju prepoznati organizaciju prioriteta na razini cijele BEC, kao i svoj poloaj u toj organizaciji. Ako se broj aktivnih D-G jedinica i dodijeljeni prioritet razlikuju za vie od jedan, eka se u petlji i prati da li e reagirati jedinica vieg prioriteta. Vrijeme ekanja razmjerno je prioritetnoj udaljenosti na listi ekanja. Prioriteti ukljuivanja D-G jedinica mogu se dodjeljivati i dinamiki, u tijeku rada ovisno o njihovom trenutnom stanju spremnosti i ispravnosti. Zahtjevi za ukljuenje ili iskljuenje D-G jedinica mimo dodijeljenog prioriteta zadaju se iskljuivo runo od strane posluitelja - operatera i tada se ne obavlja analiza prioriteta. KONTROLA ISPADA MREE Ukoliko se detektira pad frekvencije mree ispod odreene granice ili potpuni nestanak napona (Um = 0), aktivira se program za kontrolu ispada mree. U sluaju pada frekvencije sugerira se iskljuivanje manje vanih troila i ponovna raspodjela optereenja izmeu trenutno aktivnih generatora. Ako se na ovaj nain, i nakon R pokuaja, ne povea frekvencija mree iznad dozvoljene kritine granice, prelazi se na iskljuenje svih troila izuzev posebno vanih, signalizira alarmno stanje i ukljuuju rezervne D-G jedinice prema dodijeljenom prioritetu.


60

STRUKTURA I POVEZIVANJE ELEMENATA SU D-G JEDINICA Na slici 2.42 prikazana je jedna pogodna opa struktura i razmjetaj elemenata sustava upravljanja i nadzora D-G jedinicama u okviru BEC.

Slika 2.42 Struktura SU D-G jedinicama u okviru BEC

Kao to se iz slike vidi, svaka D-G jedinica ima identinu strukturu SU, iji temelj ine lokalne upravljake jedinice (LUJ). Na ovaj nain se pojednostavljuje odravanje sustava i umanjuje problem rezervnih dijelova. Oprema mjerenja, prethodne obrade signala i aktuacije, tj. izvrnog djelovanja smjeta se u strojarnici na samom objektu ili neposrednoj blizini (distribuirano po pogonu), dok se centralna jedinica (CJ) i pult upravljanja smjetaju u kontrolnu kabinu ili drugi prigodni prostor. Veza lokalnih upravljakih jedinica s procesima D-G jedinica ostvaruje se pomou mjernih prevornika i aktuatora, te lokalnih stanica (LS) u kojima se obavlja nuno pojaanje, oblikovanje signala, filtriranje, multipleksiranje i demultipleksiranje signala mjerenja i aktuacije. Komunikacija izmeu lokalnih upravljakih jedinica i centralne jedinice SU najee se ostvaruje serijskim komunikacijskim kanalom (RS 232, RS 422, RS 485, strujna petlja itd.), ime se znatno smanjuje opseg kabliranja, pojednostavljuje nadzor i odravanje komunikacijskog kanala. Osnovna komunikacija operatera sustava sa samim sustavom ostvaruje se preko glavnog pulta upravljanja u kontrolnoj kabini, s tim da je mogua i dopunska komunikacija primjenom pomonog pulta upravljanja i lokalnih signalizacijsko-upravljakih panela.

Brodsko automatsko upravljanje

Documents

Brodsko-automatsko-upravljanje