В отличие от автоматического регулирования, задачей которого является непрерывное поддержание регулируемого параметра, автоматическое управление обеспечивает выполнение операций по управлению механизмами, агрегатами и системами в определенной последовательности и по заданной программе.
К числу простейших и автоматизированных устройств относится система автоматического пополнения топливом расходных цистерн (рис. 148). В цистерне 1 находится чувствительный элемент — поплавковое реле уровня 2. Шток поплавка воздействует на микровыключатель, расположенный в корпусе реле.
При понижении уровня топлива до нижнего заданного предела контакты микровыключателя замыкаются и ток управления замыкает контакты магнитного пускателя 3. Топливоперекачивающий насос 4 начинает подкачку топлива в расходную цистерну. По достижении верхнего заданного уровня контакты микровыключателя размыкаются и магнитный пускатель останавливает насос. При работе насоса на щите ЦПУ горит сигнальная лампа.
В рассмотренной схеме включение и выключение насоса происходят по достижении двух заданных значений уровня топлива в цистерне: верхнего и нижнего. В автоматизированных системах сжатого воздуха управление компрессорами осуществляется по значениям верхнего и нижнего заданных давлений воздуха. Автоматическое управление может производиться по заданным значениям частоты вращения, температуры, перепада давлений и т. д. Наряду с физическими величинами управляющим параметром может быть время или промежуток времени.
При автоматизации ряда операций управление производится по нескольким параметрам. Например, автоматический пуск дизеля может осуществляться только тогда, когда давления пускового воздуха и смазочного масла достигнут заданных значений и будет выключено валоповоротное устройство. Автоматический выход дизеля на режим полного хода производится по программе разогрева, согласно которой постепенное увеличение подачи топлива происходит по истечении заданного промежутка времени.
В современных системах автоматического управления применяются логические элементы, выполняющие логические функции. Так, элемент «И» выдает управляющий сигнал только в случае достижения всеми контролируемыми параметрами заданного значения. Элемент «ИЛИ» выдает такой сигнал по достижении заданного значения одним из контролируемых параметров. Элемент «НЕ», наоборот, прекращает выдачу управляющего сигнала, если контролируемый параметр достиг заданного значения. В логических схемах применяется» ряд других элементов: реле времени, «память», сумматоры, делители» дифференцирующие и интегрирующие устройства и т. п. По роду применяемой энергии логические элементы могут быть пневматическими, гидравлическими, электрическими, электронными и т. д.
Для дизель-генераторов применяются три степени автоматизации:
- первая степень — дизель-генератор оборудуется регуляторами частоты вращения, температуры масла и воды и снабжается минималь¬ным количеством контрольно-измерительных приборов;
- вторая степень, кроме предусмотренного выше, включает в себя автоматический или дистанционный запуск и выход дизеля под нагрузку, контроль за его работой и защиту при наступлении аварийного состояния, автоматическую и дистанционную остановку дизеля и подготовку к новому пуску. Сохраняется необходимость периодического обслуживания дизеля;
- третья степень — работа дизель-генератора должна обеспечиваться без обслуживающего персонала в течение 150 ч и более. Все операции» включая поддержание двигателя в режиме «горячей» готовности, производятся автоматически.
Автоматизация главного дизеля осуществляется за счет дистанционного управления им с ЦПУ или мостика и автоматической работы всех обслуживающих двигатель механизмов и устройств.
Дистанционное управление может быть неавтоматизированным или автоматизированным.
- При неавтоматизированном дистанционном управлении (ДУ) все операции по выводу дизеля на заданный режим производятся обслуживающим персоналом в определенной последовательности и через определенные промежутки времени.
- Дистанционное автоматизированное управление (ДАУ) позволяет устанавливать требуемый режим дизеля рукояткой машинного телеграфа. Все операции по выполнению заданного режима (пуск, управление, реверс, остановка) осуществляются автоматически по соответствующей программе.
Применение ДАУ главным двигателем и автоматизация вспомогательных механизмов, устройств и систем дают возможность осуществлять комплексную автоматизацию судовой дизельной установки и обеспечивать безвахтенное обслуживание машинного отделения на стоянке и безвахтенное или с одним вахтенным в ЦПУ — на ходу судна.
Дистанционное управление двигателем ЗД12 (12ЧСП 15/18) нереверсивным, с реверс-редукторной передачей. Изменение частоты вращения двигателя достигается изменением затяга пружины всережимного регулятора, а изменение направления вращения гребного вала — изменением положения нажимного диска реверс-редуктора. Среднее положение нажимного диска соответствует холостому ходу.
Система ДУ гидравлическая. Дистанционный запуск двигателя осуществляется с помощью электростартера.
Дистанционное управление двигателем (рис. 149) может осуществляться с одного из пультов: в рулевой рубке (ПУ-2) или в кабине мотористов (ПУ-1). Переключение постов производится с помощью переключателя 10 в кабине мотористов. На каждом пульте размещены головки управления реверсом 1 и частотой вращения двигателя 2, сообщенные с бачком командного масла 3. В сервомоторе 8, перемещающем нажимной диск реверс-редуктора, используется масло от двигателя давлением 6—8 бар, подводимое от циркуляционной системы смазки через невозвратный клапан 7. Аккумулятор 5 обеспечивает срабатывание сервомотора реверс-редуктора при остановленном двигателе.
При необходимости увеличить частоту вращения рукоятку головки 2 поворачивают так, чтобы поршень, связанный с рукояткой, опускался. При этом давление в трубопроводе повышается и поршень сервомотора 6 через систему тяг увеличивает затяг пружины регулятора. Снижают частоту вращения поворотом рукоятки 2 в обратном направлении. Под воздействием пружины сервомотора 6 поршень перемещается влево, и затяг пружины регулятора ослабляется.
Реверс осуществляется поворотом в нужном направлении рукоятки головки 1, один из поршней которой опускается, а другой поднимается. Давление под опускающимся поршнем увеличивается, и соответствующий золотник распределителя 9 опускается. Масло из двигателя через каналы, сообщенные опущенным золотником, поступает в соответствующую полость сервомотора 8 и передвигает его поршень, что приводит к сцеплению нажимного диска реверс-редуктора с диском нужного хода. Противоположная полость сервомотора через находящийся в верхнем положении другой золотник сообщается с расходным баком 4. Для получения другого хода рукоятку головки реверса поворачивают в обратном направлении.
При положении рукоятки головки реверса в среднем положении оба золотника распределителя 9 подняты вверх и обе полости сервомотора 8 сообщены с расходным баком. Поршень сервомотора устанавливается в среднем положении, и нажимной диск занимает положение холостого хода.
Дистанционное автоматизированное управление двигателем 8ДР 30/50-4, Пуск двигателей 8ДР 30/50-4 осуществляется сжатым воздухом давлением до 30 бар, реверс — поворотом барабана воздухораспределителя. Изменение частоты вращения производится путем затяга пружины регулятора P13M-3KE, который воздействует на тягу топливных насосов.
Пневматическая система дистанционного автоматизированного управления позволяет изменять режим работы двигателя путем перестановки рукоятки на пульте управления в заданное положение без промежуточных установок и выдержки времени. Все операции по выводу двигателя на заданный режим (реверс, пуск, управление частотой вращения, остановка) осуществляются автоматически. Для пуска и реверса используется сжатый воздух давлением от 12 до 30 бар, для управления частотой вращения — давлением 4 ± 0,2 бар.
Схема ДАУ двигателя 8ДР 30/50-4 изображена на рис. 150. Для перехода с ручного управления на дистанционное открывают краны 30, рукоятку местного поста 34 устанавливают в положение «Дистанционное управление», переключатель «Пост—Пульт» 9 — в положение «Пульт». Рукоятка 14 пульта должна находиться в положении «Стоп».
После открытия вентиля пускового баллона воздух давлением 30 бар поступит через фильтр 25 к следующим закрытым узлам: на дизеле — к дистанционному клапану 26, нагрузочному клапану 11, к промежуточным клапанам 6; на пульте — к клапану 19 с фиксатором, к промежуточным клапанам 31. Прошедший через редуктор 28 воздух давлением 4 ± 0,2 бар будет находиться у закрытого пневмозадатчика 21. Перед пуском при помощи управляющего клапана 24 открывают дистанционный клапан 26, и воздух давлением 30 бар поступит к закрытому главному пусковому клапану 8.
Пуск «Вперед» осуществляется поворотом рукоятки 14 от себя в положение требуемого скоростного режима. Выступ планки шайбы 18 сойдет с рычага клапана с фиксатором 19 и освободит защелку последнего. После этого шайба 20 откроет клапан 19 и он зафиксируется в открытом состоянии защелкой. К этому моменту распределительный золотник 17 будет установлен в положение «Вперед».
Воздух через клапан 19 с фиксатором пройдет:
- к разгрузочному золотнику реле времени 23, подготавливая его к работе;
- через золотник 17 к промежуточному клапану «Вперед» 31 и откроет его. Здесь воздух будет усилен.
От промежуточного клапана 31 воздух пройдет через золотник блокировки местного поста 32 и поступит:
- к сервомотору воздухораспределителя 35, поворачивая его барабан в положение «Вперед»;
- через переключатель 9 к промежуточному клапану «Вперед» 6.
Разгрузка от давления неработающей полости сервомотора воздухораспределителя 35 осуществляется через соответствующее отверстие в корпусе промежуточных клапанов 31.
Воздух, прошедший сервомотор воздухораспределителя 35, проходит через переключатель 9 к торцу золотника блокировки неправильных реверсов 1, отжимает его золотник-распределитель до сцепления с шариковой муфтой распределительного вала двигателя и проходит к автомату пуска 36.
После автомата пуска 36 воздух поступает:
- на зарядку реле времени 23, заполняя баллон 27 (с этого момента начинается отсчет времени, в течение которого заданный маневр должен быть выполнен); баллон соединен с каналом реле времени;
- через переключатель 9 к золотнику промежуточных клапанов 6. Усиленный в нем сигнал проходит золотник 7 блокировки валоповоротного устройства, подходит к главному пусковому клапану 8 и открывает его.
После открытия главного пускового клапана 8 ранее подведенный к нему через клапан 26 воздух поступает:
- к пусковым клапанам 10 рабочих цилиндров;
- к воздухораспределителю 35, откуда воздух в соответствии с порядком работы цилиндров поступает к управляющим поршенькам пусковых клапанов 10, поочередно открывая их, и коленчатый вал начинает разворачиваться на воздухе;
- к сервомотору ограничения подачи топлива 3.
Воздух, ранее подошедший к промежуточному клапану «Вперед» 6, открывает его, и усиленный сигнал поступает к золотнику блокировки неправильных реверсов 1. Если вал двигателя начал вращаться на передний ход, то, пройдя золотник 1, воздух поступит на отжатие защелки сервомотора 2 выключения топливных насосов 38 и к промежуточному клапану 39. Если направление вращения вала двигателя не соответствует заданному, то после золотника 1 воздух поступит под поршень сервомотора выключения топливных насосов 2, и двигатель на топливо не перейдет.
При установке требуемого скоростного режима работы двигателя рукояткой 14 через шайбу 22 (шайба частоты вращения) воздействуют на пневмозадатчик 21, устанавливая этим определенное давление воздуха, поступающего на позиционер 5. За счет давления масла, создаваемого насосом регулятора 4, позиционер 5 изменяет затяг пружины регулятора частоты вращения 4 в соответствии с сигналом от пневмозадатчика 21. Регулятор 4 включает топливные насосы, и в цилиндры дизеля начинает подаваться топливо. Величина подачи топлива при пуске ограничивается выдвинутым упором сервомотора 3 и составляет примерно 45—50% номинальной.
Когда коленчатый вал разовьет 90—100 об/мин, грузы автомата пуска 36 поднимут золотник. В результате этого прекратится подача воздуха к управляющему поршеньку главного пускового клапана 8 и на зарядку реле времени 23 и одновременно откроется проход воздуха к промежуточному клапану 39. Главный пусковой клапан закроется, и подача воздуха в цилиндры дизеля прекратится.
От золотника блокировки неправильных реверсов 1 воздух проходит через открытый клапан 39 и шариковый клапан 29 к золотнику промежуточных клапанов 31 и к поршню управляющего золотника 16. От золотника промежуточных клапанов 31 усиленный сигнал пройдет через управляющий золотник 16 на отжатие защелки клапана с фиксатором 19.
После закрытия клапана 19 начнется разгрузка полости над разгрузочным золотником реле времени 23 и трубопровода от клапана 19 через золотник 17 до поршенька промежуточного клапана «Вперед» 31.
После снятия давления над разгрузочным золотником реле времени 23 пружина поднимет золотник и откроется разгрузочное отверстие, сообщающее реле и его баллон 27 с атмосферой.
Снятие давления под поршеньком промежуточного клапана «Вперед» 31 приведет к закрытию клапана и к разгрузке от воздуха всех трубопроводов и узлов системы.
Воздух из-под поршня сервомотора ограничения подачи топлива 3 будет стравливаться через разгрузочное отверстие в корпусе главного пускового клапана 8. Благодаря дросселю, расположенному между сервомотором 3 и главным пусковым клапаном 8, стравливание воздуха происходит постепенно, что не допускает быстрого увеличения подачи топлива.
Если вал дизеля не развивает требуемую для пуска частоту вращения, то через установленное время (7—10 с) срабатывает реле времени 23, и воздух от реле через шариковый клапан 29 поступает к золотнику промежуточных клапанов 31 и на отжатие поршня управляющего золотника 16 вниз. От золотника промежуточных клапанов 31 усиленный сигнал через золотник 16 поступает на отжатие защелки клапана с фиксатором 19, и клапан закроется. В результате этого система будет разгружена от воздуха аналогично тому, как это происходит при удавшемся пуске двигателя.
При отказе в выполнении маневра рукоятку 14 пульта необходимо перевести в положение «Стоп» и повторить команду.
Реверс двигателя и пуск его в обратном направлении производятся рукояткой 14 пульта. Система ДАУ позволяет устанавливать рукоятку 14 в положение обратного хода, не дожидаясь остановки двигателя.
Если двигатель работает «Вперед» и рукоятку 14 переставить в положение «Назад», то при открытом дистанционном клапане 26 система ДАУ осуществит заданный маневр следующим образом.
Клапан 19 с фиксатором откроется и станет на защелку. Воздух через клапан 19 поступит к реле времени 23, подготавливая его к работе, и через золотник 17, находящийся теперь в положении «Назад», — к промежуточному клапану «Назад» 31. От клапана 31 усиленный сигнал поступит к сервомотору воздухораспределителя 35, поворачивая его барабан в положение «Назад», и к промежуточному клапану «Назад» 6.
Пройдя сервомотор воздухораспределителя 35, воздух поступает к торцу золотника блокировки неправильных реверсов 1 и сцепляет его с шариковой муфтой распределительного вала, после чего проходит к автомату пуска 36. Автомат пуска 36 направит его к промежуточному клапану 39.
От промежуточного клапана «Назад» 6 воздух поступает к золотнику блокировки неправильных реверсов 1. Так как вал двигателя вращается вперед, воздух пройдет к сервомотору 2 и поднимет его поршень, который зафиксируется защелкой. При подъеме поршня сервомотора 2 топливная тяга переместится в положение нулевой подачи. В результате этого частота вращения вала двигателя начнет уменьшаться.
Когда частота вращения вала снизится до 90—100 об/мин, золотник автомата пуска 36 переместится, закрывая доступ воздуха к промежуточному клапану 39 и направляя воздух на зарядку реле времени 23 и на открытие главного пускового клапана 8. Это приведет к торможению двигателя контр-воздухом, и его вал остановится.
Поступающий в цилиндры воздух начнет разворачивать вал двигателя в направлении «Назад». Золотник блокировки неправильных реверсов 1 прекратит подвод воздуха под поршень сервомотора 2 и направит воздух к клапану 39 и на отжатие защелки поршня сервомотора 2. Это освободит тягу топливных насосов, и в цилиндры начнет поступать топливо, подача которого будет ограничиваться в период пуска сервомотором 3.
Поступающий в цилиндры воздух начнет разворачивать вал двигателя в направлении «Назад». Золотник блокировки неправильных реверсов 1 прекратит подвод воздуха под поршень сервомотора 2 и направит воздух к клапану 39 и на отжатие защелки поршня сервомотора 2. Это освободит тягу топливных насосов, и в цилиндры начнет поступать топливо, подача которого будет ограничиваться в период пуска сервомотором 3.
Установленный в пульте управляющий золотник 16 необходим в случае, когда одновременно:
- повторяется команда на пуск с переходом через положение «Стоп» как в том же направлении, так и при реверсе;
- в момент движения рукоятки 14 на отмену команды до положения «Стоп» произошла отсечка автоматом пуска или сработало реле времени.
В обоих случаях в трубопроводе после шарикового клапана 29 будет давление воздуха. Если воздух пройдет на отжим защелки клапана с фиксатором 19, то клапан закроется и прекратится исполнение новой команды.
Чтобы этого не происходило, воздух на отжим защелки клапана 19 проходит через управляющий золотник 16, который отжимается кулачком 15 вниз при прохождении рукоятки 14 через положение «Стоп». При наличии давления воздуха над поршнем управляющего золотника 16, этот золотник становится на защелку и не пропускает воздух на отжим защелки клапана с фиксатором 19. После разгрузки от воздуха поршень перемещается вверх, отжимает защелку золотника 16, и золотник поднимается. Теперь отсечной воздух может пройти на отжим защелки клапана с фиксатором 19.
Остановка двигателя производится переводом рукоятки 14 пульта в положение «Стоп». При этом шайба 22 нажимает на ролик пневмозадатчика 21 своим наименьшим радиусом, и давление воздуха, подводимого к позиционеру 5, снизится до минимального значения, равного 1,5 ± 0,1 бар. Пружина позиционера 5 переместит золотник в крайнее положение, и доступ масла, осуществляющего силовое воздействие на затяг пружины регулятора 4, прекратится. Регулятор переместит тягу топливных насосов в положение нулевой подачи.
Автомат остановки 37 служит для выключения подачи топлива топливными насосами в случае повышения частоты вращения вала двигателя сверх предельно допустимого значения, что может произойти при выходе из строя регулятора 4.
В схеме предусмотрен золотник 12 блокировки машинного телеграфа 13, который предотвращает возможность пуска двигателя в направлении, не соответствующем положению ответной ручки машинного телеграфа при управлении с местного поста. Блокировочный золотник 33 предотвращает вращение двигателя на топливе в направлении, не соответствующем положению рукоятки 34 при управлении с местного поста.
