Судовые энергетические установки (СЭУ) представляют собой совокупность отдельных механизмов, систем и устройств, связанных между собой и управляемых человеком в процессе эксплуатации. Функции управления СЭУ включают в себя:
- запуск и остановку;
- изменение режимов работы;
- поддержание с заданной точностью параметров установленного режима работы;
- распознавание и предотвращение аварийных состояний.
Для выполнения функций управления необходимо контролировать отклонения процессов преобразования энергии от требуемых условий и параметры самих процессов, непрерывно обрабатывая поступающую информацию. Результатом анализа отклонений являются регулирующие воздействия на процессы преобразования энергии, ее интенсивности или перераспределения. Перечисленные операции, выполняются в строго заданной последовательности определенным набором технических средств. Совокупность предписаний, определяющих последовательность, содержание и условия выполнения операций, для обеспечения требуемого энергетического процесса, называют алгоритмом управления, а устройство взаимосвязанных технических средств для реализации алгоритма управления без участия человека - автоматической системой. Различают два вида автоматических систем: система автоматического управления (САУ) и система автоматического регулирования (САР).
Система автоматического управления обеспечивает без участия человека автоматический запуск объекта, целенаправленное протекание теплоэнергетического или технологического процесса и его прекращение при определенных условиях.
Если система управления предусматривает участие человека на каком-либо этапе функционирования объекта управления, то ее называют автоматизированной системой управления (АСУ).
Система автоматического регулирования предназначена для поддержания в объекте управления некоторых величин либо постоянными, либо изменяющимися по определенным зависимостям, при изменяющихся внешних условиях.
САР предназначенные для поддержания только одной величины в заданных пределах, получили название автоматических регуляторов.
В любом случае автоматизированная СЭУ состоит из объекта управления (ОУ) и системы управления средствами автоматизации, их нельзя рассматривать отдельно друг от друга.
Объект управления - это отдельные главные и вспомогательные механизмы, устройства и системы или их совокупность, в которых протекает энергетический процесс.
В зависимости от характера выполняемых функций различают следующие виды средств автоматизации:
- системы дистанционного автоматизированного или программного управления;
- системы автоматической защиты и блокировки;
- системы автоматического контроля и сигнализации.
Системы дистанционного управления (СДУ) позволяют оператору на расстоянии включать и выключать отдельные механизмы, системы, части установки или установку в целом, менять режимы работы.
Системой дистанционно-автоматизированного управления (ДАУ) называют систему, в которой человек-оператор лишь задает нужный режим с пульта управления, а все промежуточные операции управления осуществляются автоматически по заданному алгоритму.
Системы автоматической защиты и блокировки обеспечивают:
- автоматическое предотвращение аварийных ситуаций путем остановки механизмов при достижении контролируемыми величинами установленных предельных значений;
- блокировку возможной неверной последовательности переключений, способных привести к аварии, например, нельзя среверсировать дизель без соответствующей команды машинного телеграфа;
- включение резервных технические средства, например, при падении давления охлаждающей воды работающего главного дизеля включаются резервные электронасосы.
Применение таких систем повышает надежность установки и упрощает ее обслуживание.
Системы автоматического контроля и сигнализации поддерживают информационное обеспечение, путем измерения текущих значений контролируемых величин (давления, температуры, уровни и т. п.), объективно характеризующих ход процесса, сравнение их с допустимыми значениями и выработке на их основе необходимых управляющих воздействий на объект. Для наблюдения за абсолютным значением контролируемых величин в состав систем автоматизированного контроля входят различные показывающие приборы, обегающие устройства, последовательно подключающие эти приборы к разным датчикам, устройства регистрации текущих значений контролируемых величин. Система автоматической сигнализации является частью системы автоматизированного контроля.
В зависимости от алгоритма управления АСУ подразделяют на:
- стабилизирующие;
- программные;
- следящие;
Алгоритм работы стабилизирующей автоматической системы предписывает поддерживать контролируемую величину постоянной или не выходящей за определенный диапазон, независимо от времени: К стабилизирующим системам относят автоматические системы поддержания уровня и давления пара в барабане котла, давлений в различных судовых системах.
Алгоритм работы программной автоматической системы предполагает изменение управляемой величины по заранее заданному во времени закону или в зависимости от изменения другой величины. Примером служит программа ввода-вывода главного двигателя в маневровый режим, или система регулирования давления воздуха, подаваемого в топку котла. При этом управляемая величина -давление воздуха - изменяется в первом случае по времени, во-втором- в зависимости от количества топлива, подаваемого к форсункам.
С помощью следящей автоматической системы управляемую величину изменяют в зависимости от поступающего на вход системы задающего воздействия, произвольно меняющегося во времени. Название системы подразумевает, что управляемая величина должна непрерывно следить за задающим воздействием. Следящие автоматические системы широко используют в системах ДАУ главных двигателей и в системах ДУ различной арматурой.
Комплексные системы управления (КСУ) являются высшей ступенью в иерархии АСУ, связывают в единое целое системы автоматизированного контроля и управления, освобождают человека от многих рутинных операций воздействия на СЭУ и позволяют отказаться от постоянной вахты в машинном отделении. Для выполнения этих операций в КСУ задействованы управляющие компьютеры.
Задача управления в ее простейшей форме заключается в обеспечении заданного режима работы ОУ путем поддержания постоянной или изменяющейся по определенному закону некоторой физической величины, называемой регулируемым параметром. Для контроля значения регулируемого параметра устанавливают контрольно-измерительные приборы.
На ОУ влияет ряд факторов: изменение нагрузки, возникновение дисбаланса между подводом и отводом вещества или энергии, воздействие внешних условий, изменение которых вызывает отклонение режима работы ОУ от нормального, т. е. оказывает на него возмущающее воздействие, и в конечном итоге приводит к отклонению регулируемого параметра. Процесс управления заключается в компенсации влияния возмущающих воздействий на значение регулируемого параметра введением управляющего воздействия, восстанавливающего заданный режим.
Функциональные схемы различных автоматических систем дают возможность уяснить, какие функции выполняют основные элементы системы. Стрелками на схемах показывают воздействие одного элемента на другой. По принципиальным схемам можно понять принцип действия той или иной системы.
В приведенной на рис. 22.1. замкнутой схеме автоматического управления роль оператора по поддержанию заданного режима выполняет автоматический регулятор. Он воспринимает сигналы об отклонении регулируемого параметра и преобразует его в управляющее воздействие на ОУ. Для перестройки регулятора на поддержание различных режимов (значений регулируемого параметра) служит задающее воздействие, формируемое оператором, в соответствии с внешней информацией и информацией о процессе. При несовпадении значения регулируемого параметра с заданным (их разность называют рассогласованием) автоматический регулятор оказывает управляющее воздействие на ОУ до тех пор, пока последний не будет выведен на заданный режим. Таким образом, в замкнутых САР на вход регулятора поступают две величины: задающее воздействие и выходная величина объекта - регулируемый параметр (регулируемая величина). Регулятором же осуществляется обратная связь (ОС) - соединение выхода объекта с его входом. При этом воздействие по замкнутой цепи передается только в одном определенном направлении. Замкнутые САР называются также системами с обратной связью или системами регулирования по отклонению. Имеются также системы регулирования по нагрузке (разомкнутые системы), в которых регулятор реагирует только на один вид возмущения - изменение нагрузки. Такие САР называют системами регулирования по возмущению. В разомкнутых системах отсутствует обратное воздействие регулируемого параметра на регулирующее или задающее воздействие, т.е. система не имеет обратной связи. В комбинированных САР, имеющих два чувствительных элемента, в одну систему объединяются САР по отклонению и САР по возмущению.
Литература
Судовой механик: Справочник. Том 3 - Фока А.А. (2016)
