Wärtsilä 34DF - Система автоматики

Унифицированная система управления Wärtsilä UNIC это встроенная модульная система автоматики. Система UNIC С3 используется для двигателей с системой электронного впрыска топлива и имеет аппаратно реализованный интерфейс функций управления и программируемый шинный интерфейс АПС и контроля параметров.

Система управления UNIC C3

Обмен сигналами между модулями осуществляется по межмодульной информационной шине, построенной на протоколе CAN. CAN – это шина обмена данными, специально разработанная для компактных локальных сетей, в которых очень важны быстрая передача данных и безопасность.

Шина CAN и подача энергии на каждом модуле имеет физическое дублирование на двигателе, что обеспечивает полное резервирование.

Сигналы управления к/от внешних систем подключаются к клеммам в главной панели на двигателе.

Обмен данными с системой АПС и контроля параметров осуществляется через ТСР-соединение шины Modbus с внешними системами.

Краткое объяснение назначения модулей, применяемых в системе:

MCM - Главный блок управления (ГБУ) Служит для управления важнейшими функциями (пуск/остановка и частота вращения/нагрузка) двигателя.

ESM - Блок защиты двигателя отрабатывает основные функции защиты, например автоматическую остановку по забросу оборотов и низкому давлению смазочного масла (БЗД) Блок защиты взаимодействует с устройствами автоматической остановки и резервными КИП.

LCP - Местная панель управления (МПУ). Содержит кнопки для местного управления двигателем, а также ЖК-панель с индикацией важнейших параметров двигателя.

LDU - Блок местного дисплея (БМД). Выводит с помощью нескольких меню все замеры и расчеты, а также обеспечивает индикацию статуса двигателя и регистрацию событий. Также оборудован портом для подключения внешних систем через шину Modbus.

PDM - Блок распределения питания (БРП). Обеспечивает предохранители, распределение питания, мониторинг сбоев заземления и фильтрацию электромагнитных помех в системе. Для этого блока предусмотрены два фидера питания с полным резервированием 24 В постоянного тока. Блок подает питание на все модули, датчики и элементы управления.

IOM - Модуль ввода/вывода (МВВ). Управляет КИП и органами управления по месту их расположения на двигателе.

CCM - Модуль управления цилиндрами. Управление впрыском топлива, а также местные измерения в цилиндрах, где он установлен.

Перечисленное выше оборудование предварительно подключено к двигателю. Уровень защиты IP54.

Внешнее оборудование

Блок питания

Два дублирующих питающих преобразователя/изолятора установлены в стальном шкафу и крепятся к переборке. Уровень защиты IP44.

Местные средства управления и индикации

В МПУ сосредоточены следующие оперативные функции:

• Местный пуск
• Местная остановка
• Местный аварийный селектор частоты вращения (механическая установка):
• Режим нормальный/аварийный
• Уменьшение/увеличение частоты вращения
• Местная аварийная остановка
• Местный сброс данных по автоматической остановке
• Местный селектор режимов с положениями: продувка, блокировка, местный и дистанционный

Положение селектора:

• Местный: Пуск и остановка двигателя возможны только с местной панели управления.
• Дистанционный: Возможны только дистанционный пуск и остановка двигателя.
• Блокировка: Штатный запуск двигателя невозможен

В МПУ имеются следующие резервные функции индикации:

• Частота вращения двигателя
• Частота вращения ГТН
• Счетчик наработки
• Давление смазочного масла
• Температура воды ВТ контура

Блок местного дисплея выводит с помощью нескольких меню все замеры и расчеты, а также обеспечивает индикацию статуса двигателя и регистрацию событий.

Система безопасности двигателя

Система безопасности двигателя основана на жестко монтированных проводах с дублирующими устройствами по критическим функциям безопасности. Модуль безопасности выполняет базовые функции безопасности как, например, защиту по забросам оборотов. Модуль также служит интерфейсом между устройствами отключения на двигателе и остальной системой управления.

Основные характеристики:

• Конструкция предусматривает дублирование источника питания, входов по частоте вращения и управления остановочным соленоидом
• Модуль определяет сбой на датчиках, соленоидах или обрыв проводов
• Состояние или обнаруженный сбой отображается светодиодами
• Модуль имеет цифровые выходы состояния
• Модуль осуществляет фиксирование состояния по автоматической остановке и функцию сброса данных
• Модуль подает сигнал оповещения об автоматической остановке
• Модуль предусматривает функцию игнорирования сигнала автоматической остановки (конфигурация зависит от типа установки)
• Модуль имеет аналоговые выходы по частоте вращения двигателя и ГТН
• Реле частоты вращения можно настраивать

Блок питания

Блок питания поставляется с каждым двигателем для отдельной установки. Блок питания подает постоянный ток на электросистему на двигателе и обеспечивает изоляцию от других систем, работающих на постоянном токе на судне. Шкаф блока питания рассчитан на установку на переборке судна. Уровень защиты IP44, макс. температура окружающей среды 50°C.

Блок питания имеет дублирующие преобразователи мощности, каждый преобразователь рассчитан на 100% нагрузку. Как минимум один из двух источников должен быть подсоединен к источнику бесперебойного питания. Блок питания подает на оборудование напряжение 2 x 24 В и 2 х 110 В постоянного тока.

Питание от судовой системы:

• Питание 1: 230 В переменного тока/ ок. 1500 Вт
• Питание 2: 230 В переменного тока/ ок. 1500 Вт

Прокладка кабелей и обзор системы

Функции

Режимы работы двигателя

Дополнительно система управления и безопасности или система обнаружения отключения электропитания может принудительно перевести двигатель в режим работы в резервном режиме (подача только дизельного топлива).

Возможно переводить работающий двигатель из режима работы на газе в режим работы на дизельном топливе. При работе до определенного предела нагрузки двигатель можно переводить из работы на дизельном топливе в режим работы на газе. В определенных ситуациях срабатывания АПС двигатель автоматически переводится из режима работы на газе в режим работы на дизельном топливе (отключение подачи газа). Запрос работы в режиме на дизельном топливе всегда блокирует запрос работы на газовом топливе.

Система управления и безопасности принудительно переводит двигатель в режим работы в резервном режиме (независимо от выбора режим оператором) в двух случаях:

• Обнаружен сбой в системе запального топлива (отключение запального топлива)
• Двигатель запускается при активном сигнале отсутствия электропитания (сигнал с внешней системы)

Пуск

Блокировка пуска

Пуск блокируется по следующим функциям:

• Остановочный рычаг в положении «Стоп»
• Валоповоротное устройство в зацеплении
• Низкое предварительное давление масла (игнорируется при высоком входном сигнале по отсутствию электропитания, а также в пределах 30 минут при падении давления ниже уставки на 0,5 бар)
• Активирован сигнал остановки двигателя (остановка системой безопасности, аварийная остановка, нормальный останов)
• Активирована внешняя блокировка пуска
• Низкое напряжение привода (игнорируется при высоком входном сигнале по отсутствию электропитания)
• Низкое напряжение главного модуля управления
• Низкое напряжение модуля управления цилиндрами
• Нет вентиляции выхлопных газов
• Выбран режим работы на тяжелом топливе или температура топлива > 70°С (только режим работы на газе)
• Отсечной клапан наддувочного воздуха закрыт (опцион)

Пуск в режиме работы на газе

Если двигатель готов к пуску в режиме работы на газе, то активируются сигналы «двигатель готов к работе на газе» (ни один сигнал отключения газа не активен) и «двигатель готов к пуску» (ни один из сигналов блокировки пуска не активен). В режиме работы на газе автоматически осуществляются следующие функции:

• Производится тестирование на утечку газа в газоклапанном блоке (ГКБ)
• Активируется пусковой воздух
• Подключается впрыск запального топлива и активируется система контроля давления запального топлива
• Производится отключение пускового воздуха
• Производится тестирование сгорания топлива
• Подается газ и частота вращения двигателя поднимается до номинальной

Режим пуска прерывается, если при осуществлении последовательности пуска были обнаружены сбои. Последовательность пуска завершается приблизительно через 1,5 мин.

Пуск в режиме работы на дизельном топливе

При пуске в режиме работы на дизельном топливе (ДТ) проверка ГКБ не производится. Производится проверка сгорания запального топлива, чтобы обеспечить правильный впрыск запального топлива для дальнейшего перехода в режим работы на газе. Последовательность пуска завершается приблизительно через 1 мин.

Пуск в режиме отсутствия электропитания

Когда активирован сигнал отсутствия электропитания, двигатель будет запущен в режиме отсутствия электропитания (резервном режиме работы). В этом случае пуск осуществляется так же, как пуск двигателя, работающего на обычном дизельном топливе, т.е. после получения сигнала «пуск» двигатель запустится и наберет обороты до номинальных, используя только обычную систему подачи дизельного топлива. Сигнал отсутствия электропитания отключает некоторые блокировки пуска, чтобы дать возможность запуска двигателя как можно скорее. Все проверки, касающиеся газа и запального топлива, в данном режиме не производятся. Поэтому невозможно переключиться из данного режима в режим работы на газе или на дизельном топливе, пока не будут осуществлены соответствующие меры по безопасности касательно системы подачи газа и запального топлива. Это осуществляется путем остановки двигателя и его пуска в режиме работы на дизельном или газовом топливе.

После того, как ситуация отключения электропитания устранена (т.е, после того, как первый двигатель запущен в режиме отсутствия электропитания, затем подключен к распределительному щиту, нагружен и, соответственно, сигнал отсутствия электропитания устранен), можно запускать другие двигатели, а далее двигатель, работающий в режиме отсутствия электропитания можно остановить и запустить в режиме работы на газе или ДТ.

Управление переходом из режимов работы на газовом/дизельном топливе

Переход из режима работы на газе в режим работы на ДТ

Переход из режима работы на газе в режим работы га ДТ производится при любой нагрузке в течение 1 секунды. Переход может производится тремя способами: вручную, системой управления двигателем или системой газовой безопасности (блокировка режима работы на газе).

Переход из режима работы на ДТ в режим работы на газе

Переход из режима на ДТ в режим работы на газе производится при нагрузке двигателя ниже 80%, если отсутствуют сигналы на отключение газа, на отключение запального топлива и двигатель не был запущен в режиме отсутствия электропитания (в котором исключается проверка сгорания).

Не рекомендуется переход на газовое топливо при низких нагрузках, как это показано на рисунке 14.7.

Переход на газовое топливо обычно занимает около 2 минут, чтобы свести к минимуму возможность повреждения системы подачи газа.

Двигатель может работать в режиме отсутствия электропитания, если он был запущен по активному входному сигналу отключения электропитания или если произошло отключение подачи запального топлива. Переход в режим работы на газе может быть произведен только после проверки сгорания топлива, что возможно только при повторном пуске двигателя.

Проверка утечки газа в ГКБ производится автоматически перед каждым переходом на газовое топливо.

Что необходимо учитывать при выборе топлива

При выборе режима работы или перед тем, как произвести переход между режимами, оператор должен учесть следующее:

• Для предотвращения перегрузки системы подачи газа переход в режим работы на газе производится только одного двигателя единовременно.
• При работе на газе нагрузка двигателя должна быть достаточно выше нижнего предела, при котором производится автоматический переход в режим работы на ДТ, чтобы избежать переключения на ДТ.
• При пуске в режиме газового топлива нескольких двигателей необходимо поддерживать уровень нагрузки, чтобы при подключении к линии дополнительного двигателя не произошло падение нагрузки ниже установленного уровня автоматического переключения на ДТ.
• Перед тем, как подать команду на переход в режим работы на газе, система управления электропитанием или оператор должны обеспечить, чтобы при переходе другие двигателя имели достаточный «вращающийся резерв». Это необходимо потому, что перед переходом, возможно, понадобится понизить нагрузку двигателя до уровня ниже верхнего предела перехода.
• Если нагрузка двигателя в пределах, допустимых для перехода, двигатель можно переключить на другое топливо без снятия нагрузки.
• При переходе на другое топливо необходимо избежать пуска или остановки мощных потребителей электричества.

Остановка, автоматическое отключение и аварийная остановка

Режим остановки

Перед остановкой двигателя система управления сначала должна постепенно снять нагрузку с двигателя (если двигатель под нагрузкой), а затем отключить выключатель генератора и отправить сигнал остановки на двигатель.

Сразу после активации сигнала остановки в режиме работы на газе ГКБ отключает подачу газа и включает вентиляцию. На первом этапе торможения запальное топливо еще подается, чтобы обеспечить полное сгорание оставшегося газа.

Если двигатель был остановлен в режиме работы на газе или газ использовался в двигателе, газовая труба должна быть продут инертным газом. Также производится вентиляция выхлопной трубы, чтобы вывести весь несгоревший газ, если газ использовался в течение двух минут до остановки.

Режим автоматического отключения

Автоматическое отключение производится автоматически в ответ на сигналы измерительного оборудования.

В режиме автоматического отключения муфта/выключатель генератора размыкается немедленно без снятия нагрузки. Действия, производимые после автоматического отключения, те же, что и при штатной остановке двигателя.

Перед последующим запуском оператор должен произвести сброс сигнала режима автоматического отключения, а также исследовать причину остановки и устранить ее.

Режим аварийной остановки

Последовательность операций в аварийном режиме аналогична последовательности в режиме автоматического отключения, за исключением того, что впрыск запального топлива отключается сразу после поступления сигнала остановки.

Аварийная остановка это быстрый способ ручной остановки двигателя. После нажатия кнопки аварийной остановки кнопка автоматически фиксируется в нажатом положении, при этом активируется реле аварийной остановки.

Для возвращения к нормальному режиму работы необходимо отжать кнопку аварийной останови и произвести подтверждение всех аварийных сигналов.

Управление частотой вращения

Главные двигатели (механическая пропульсия)

Система электронного управления частотой вращения интегрирована в систему автоматики двигателя.

Дистанционная установка частоты вращения с системы управления пропульсивной установкой производится сигналом 4-20 мА. Возможен также выбор режима, где опорный сигнал по частоте вращения будет настраиваться сигналами увеличения/уменьшения.

Электронная система управления частотой вращения оперирует данными распределения нагрузки между параллельно работающими двигателями, управляет топливными ограничителями и множеством других функций (напр. «готов к зацеплению/расцеплению»). Однако в систему управления пропульсивной установки необходимо включить защиту по перегрузке и контроль уровня увеличения нагрузки в соответствии с разделом «Рабочие диапазоны».

Для установок с одним главным двигателем предусмотрен актуатор топливной рейки с резервным механико-гидравлическим регулятором. Механический резервный регулятор может также быть предусмотрен для судов с двумя валолиниями, где на каждый вал гребного винта предусмотрен один двигатель. Такое механическое резервирование не является опцией для установок с двумя двигателями, подсоединенными к одному и тому же редуктору.

Дизель-генераторные установки (ДГУ)

Система электронного управления частоты вращения интегрирована в систему автоматики двигателя.

Распределение нагрузки может основываться на стандартных статических характеристиках, или может осуществляться независимо узлами регулировки частоты вращения без статизма. Последний способ регулировки относится обычно к изохронному типу распределения нагрузки. При изохронном распределении нагрузки нет необходимости балансировки нагрузки, настройки частоты или контроля нагружения/разгружения генератора на внешней системе управления.

В системе регулировки по статизму каждый узел управления частотой увеличивает свою внутреннюю опорную частоту, если узел определил увеличение нагрузки на генераторе. Уменьшение частоты в электросети с большой нагрузкой в системе приводит к тому, что все генераторы пропорционально распределят между собой общую увеличенную нагрузку. Двигатели с одинаковым статизмом и опорной частотой распределят между собой нагрузку одинаково. Нагружение и разгружение генератора осуществляется настройкой опорной частоты каждого узла регулировки частоты вращения. Величина статизма стандартно 4%, т.е. разница в частоте между нулевой и максимальной нагрузками составляет 4%.

В изохронном режиме опорный сигнал частоты вращения остается неизменным, независимо от уровня нагрузки. Оба режима, изохронного распределения и статизма, являются стандартными в системах управления частотой вращения, т.е. возможно выбрать любой из двух. Если судно имеет несколько распределительных секций с прерывателями между секциями, то необходимо значение состояния каждого прерывателя для управления распределением нагрузки в изохронном режиме.

АПС и сигналы параметров системы

Количество датчиков и сигналов параметров может отличаться в зависимости от типа установки. Реальная конфигурация сигналов и уровней срабатывания аварийно-предупредительных сигналов (АПС) описана в конкретной документации по конкретному проекту, поставляемая для всех контрактных проектов.

Потребители энергии

Стартеры двигателя и насосы с электроприводом

Сепараторы, подогреватели, компрессоры и узлы подачи топлива поставляются стандартно как предварительно собранные узлы вместе с необходимыми стартерами. Валоповоротное устройство и различные насосы с электроприводом требуют специальные стартеры.

Стартеры электрических насосов подбираются в соответствии с параметрами насоса и электромотора.

Стартеры электромотора не являются частью поставляемой системы автоматики, но могут быть поставлены в качестве опциона.

Валоповоротное устройство двигателя (9N15)

Возможно медленное проворачивание коленвала для технического обслуживания при помощи валоповоротного устройства. Стартер электромотора должен быть рассчитан на реверсивное управление электромотором. Параметры электромотора приведены в таблице ниже.

Насос предварительной прокачки

Насос предварительной прокачки маслом должен постоянно работать после остановки двигателя. Насос должен запускаться после остановки двигателя и останавливаться после его пуска. Система автоматики управляет автоматическим пуском/остановкой насоса через стартер электромотора.

Рекомендуется предусмотреть резервное питание от аварийного источника питания. Дизель-генераторы, используемые в качестве основного источника выработки энергии, должны запускаться в условиях отключения электропитания с помощью аккумулируемой энергии. В зависимости от конструкции и классификационных норм, возможно использование аварийного генератора.

При расчетах для стартера насоса предварительной прокачки можно использовать приведенные ниже значения. При другом напряжении значения могут несколько отличаться.

Блок вентиляции выхлопного газа

Блок вентиляции выхлопных газов специально разрабатывается для каждого двигателя и состоит из электрического вентилятора, реле протока и дроссельной заслонки. Дополнительную информацию см. в разделе «Система выхлопных газов».

Газоклапанный блок (ГКБ)

Блок газовых клапанов (БГК) разрабатывается конкретно для двигателя и служит для контроля подачи газа на двигатель. ГКБ оборудован встроенной системой управления. Дополнительную информацию см. в разделе «Топливная система».

Резервный насос, смазочное масло (если установлен) (2P04)

Система управления двигателя запускает насос автоматически через стартер, если давление масла падает ниже установленной величины при работающем двигателе. Для этого на двигателе установлен специальный датчик.

Насос не должен работать при остановленном двигателе, а также не может быть использован в качестве насоса предварительной прокачки маслом. Также он не должен работать параллельно с главным насосом, если главный насос в порядке.

Резервный насос, ВТ контур охлаждения (если установлен) (4P03)

Система автоматики двигателя запускает данный насос автоматически через стартер, если давление охлаждающей жидкости падает ниже установленной величины при работающем двигателе. Для этого на двигателе установлен специальный датчик.

Резервный насос, НТ контур охлаждения (если установлен) (4P05)

Система автоматики двигателя запускает данный насос автоматически через стартер, если давление охлаждающей жидкости падает ниже установленной величины при работающем двигателе. Для этого на двигателе установлен специальный датчик.

Циркуляционный насос подогревателя (4P04)

Если главный насос охлаждающей жидкости (ВТ контур) приводится от двигателя, то насос подогревателя должен запускаться после остановки двигателя (для обеспечения циркуляции через двигатель в горячем состоянии) и должен останавливаться после пуска двигателя. Система автоматики управляет автоматическим пуском/остановкой насоса через стартер электромотора.

Насосы забортной воды (4P11)

Насосы можно останавливать, когда все двигатели остановлены при условии, что нет необходимости в охлаждении другого оборудования в данной схеме.

Сепаратор смазочного масла (2N01)

Постоянно находится в работе.

Блок топливоподготовки (1N01)

Постоянно находится в работе.

Литература

Двухтопливные двигатели WÄRTSILÄ 34DF проектное руководство

• Двигатели WinGD типа RT-FLEX / X с электронным управлением
• Двигатели MAN-B&W типа МЕ с электронным управлением
• Классификация и маркировка двигателей
• Подготовка, пуск и обслуживание парового котла
• Подготовка к пуску и пуск холодильной установки