Wyższa Szkoła Morska w Szczecinie






Zakład Automatyki Okrętowej

Praca kontrolana z przedmiotu:

Automatyka okrętowa

•

OPISAC METODE DOBORU NASTAW CIAGLYCH
REGULATOROW P ,PI,PID NA PODSAWIE
IDENTYFIKACJICHARAKTERYSTYKI SKOKOWEJ
OBIEKTU WIELOIMERCYJNEGO.OBLICZYC
NASTAWY TYCH REGULATOROW GDY PARAMETRY
OBIEKTU SA; k0=10 , r=30sec, T=2 min

•

BUDOWA I WLASNOSCI NOWOCZESNYCH
REGULATOROW MIKROPROCESOROWYCH

•

OPISAC METODY,SRODKI TECHNICZNE I ZASADE
DZIALANIA UKLADOW POMIAROWYCH SKLADU
GAZU[CO,NOx]

•

OMOWIC RODZAJE PRACY I REALIZOWANE W NICH
FUNKCJE UKLADU STEROWANIA ELEKTROWNIA
ZAUTOMATYZOWANA TYPU "

NORCONTROL"

Pracę wykonał

..........................

IV Mz

Szczecin 2001

1. Opisać metodę doboru nastaw ciągłych regulatorów P, PI i PID na
podstawie

identyfikacji

charakterystyki

skokowej

obiektu

wieloinercyjnego.

Obliczyć

nastawy

tych

regulatorów,

gdy

parametry obiektu są: k

0

=10,

ττττ

=30 sec, T=2 min.

Metoda identyfikacji jest wykorzystywana w regulatorach w procesie adaptacji czyli

ciągłym lub okresowym nastrajaniu parametrów regulatora. Metoda odpowiedzi skokowej polega

na tym, że operator podaje amplitudę skoku jednostkowego oraz przewidywany czas obserwacji

odpowiedzi, w ciągu którego odpowiedź powinna się ustalić (jest więc konieczna pewna wiedza

a priori o obiekcie sterowania). Następnie regulatorw wprowadza sygnał skokowy i rejestruje

określoną liczbę (np.: 100) wartości odpowiedzi. Po upływie podanego czasu wyznaczane są

parametry przybliżonej transmitancji o postaci:

τ

τ

s

s

e

sT

k

e

s

R

−

−

+

1

lub

gdzie:

0

max

,

)

(

y

y

k

y

dt

dy

R

o

∆

∆

=

∆

=

a parametry

τ

i T określane są według przyjętych zasad (np.: z wykresu). Po dokonaniu

identyfikacji obiektu i określeniu podstawowych parametrów wyznacza się parametry regulatora

po przyjęciu założonego kryterium jakości regulacji. Wadą tej metody jest konieczność

wyznaczania charakterystyki skokowej obiektu. Dla podanych wartości:

k

0

=10,

τ

=30 s,

T=2 min=120 s

możemy wyznaczyć nastawy regulatora.

zakładamy regulację według kryterium:

przeregulowanie

ξ

=20%, i czas ustelania tr=min.

Dla regulatora P mamy nastawę:

k

p

=0,7 / [k

0

(

τ

/ T)] = 0,7 / (10 * 0,25)= 0,7 / 2,5 = 0,28

Dla regulatora PI mamy nastawy:

k

p

=0,7 / [k

0

(

τ

/ T)] = 0,7 / (10 * 0,25)= 0,7 / 2,5 = 0,28

T

i

=

τ

+ 0,3T = 30 + 0,3 * 120 = 30 + 36 = 66 s

Dla regulatora PID mamy nastawy:

k

p

=1,2 / [k

0

(

τ

/ T)] = 1,2 / (10 * 0,25)= 1,2 / 2,5 = 0.48

T

i

= 2,0

τ

= 2,0 * 30 = 60 s

T

d

= 0,4

τ

= 0,4 * 30 = 12 s

2. Budowa i własności nowoczesnych regulatorów
mikroprocesorowych

Na rynku dostępnych jest wiele typów regulatorów opartych o techniki

mikroprocesorowe. Regulatory te mogą pełnic bardzo różne funkcje, przy bardzo wielu często z
możliwością ustawiania trybu pracy i algorytmu regulacji. Regulatory często wyposażone są w
wyświetlacze LED lub ciekłokrystaliczne. Ponadto bardzo często regulatory te mają możliwość
dopasowania do potrzeb użytkownika nawet wyglądu panelu kontrolnego poprzez możliwość
jego zmiany. Inną cechą regulatorów tego typu jest często duża liczba wejść i wyść sygnałowych
oraz wyjścia z sygnałami alarmowymi.

Poniżej zaprezentowano przykładowe regulatory mikroprocesorowe PID typu TROL

9090, 8120 oraz 8130. Podano podstawowe dane techniczne, co pozwoli zobrazować zakres
funkcji jakie mogą realizować nowoczesne regulatory mikroprocesorowe.

MIKROPROCESOROWE REGULATORY

PID TROL 9090, 8120, 8130

automatyczny dobór nastaw PID

wej

ś

cie wybierane przez u

ż

ytkownika

skalowane wej

ś

cie 4 - 20 mA

nastawiana pr

ę

dko

ść

wzrostu temperatury

wyj

ś

cie regulacyjne 4

÷

20 mA (opcja)

dwa wyj

ś

cia steruj

ą

ce, współpraca z siłownikiem (reg. trójstawna - TROL

8130)

wyj

ś

cie transmisyjne: RS 485 lub 4

÷

20 mA (opcja - TROL 8120/8130)

programowany, pojedynczy lub podwójny alarm (TROL 8120/8130)

instrukcja

obsługi:

TROL

9090

TROL

8120

TROL

8130

Opis

TROL 9090 oraz TROL 8120 i TROL 8130 należą do nowej generacji regulatorów, w której zastosowano

technologię SMD. Produkcja jest całkowicie autpmatyczna, a poszczególne urządzenia są sprawdzane i
konfigurowane komputerowo. Oprogramowanie regulatorów dopracowywano przez wiele lat. Odznacza się ono
logiczną strukturą i dużą odpornością na zkłócenia. Przy użyciu komendy SEL użytkownik ma możliwość
zdecydowania, które z parametrów będą dostępne na drugim poziomie menu.
Regulatory posiadają 4 - cyfrowy wyświetlacz z dowolnie ustawionym przecinkiem. Mogą pracować z liniowymi
wejściami napięciowymi lub prądowymi, a po dodaniu jednego modułu z wyjściem regulacyjnym 4...20 mA.
Dzięki takim możliwościom są to jedne z najwszechstronniejszych regulatorów.
Podwójne wyjścia alarmowe mogą być zaprogramowane niezależnie jako prosty / sekwencyjny alarm wielkości
mierzonej, odchyłki lub zakresu. TROL 8130 z dodatkowym wyjściem sterującym (OUT 2) może być stosowany
w najbardziej skomplikowanych procesach, w których występuje zarówno grzanie i chłodzenie.

Dane techniczne

ś

Termoelement

typ J, K, T, E, B, R, S, N

Termometr oporowy

Pt 100 (DIN 43760 / BS 1904)

Liniowe

- 10

÷

+ 60 mV

Zakres

wybierany przez u

ż

ytkownika (tabela 4)

Dokładno

ść

zgodnie z tabel

ą

(punkt 4)

Kompensacja zimnego
zł

ą

cza

0.1

°

C /

°

C, w typowym otoczeniu

Ochrona przed
przerwaniem czujnika

tryb ochrony konfigurowany

Rezystancja zewn

ę

trzna

100 W max

Tłumienie sygnału

60 dB

Tłumienie sygnału

120 dB

współbie

ż

nego

Cz

ę

stotliwo

ść

próbkowania

3 razy / s

Zakres proporcjonalno

ś

ci

0 - 100 % zakresu

Czas całkowania

0 - 3600 s

Czas ró

ż

niczkowania

0 - 1000 s

Nachylenie krzywej grzania

0 - 2000

°

C / h

Czas przerwy /
przebywania

0 - 3600 min

ON - OFF

z ustawian

ą

histerez

ą

(0 - 20 % zakresu)

Czas cyklu

0 - 120 s

Działania regulacyjne

bezpo

ś

rednie (chłodzenie) i rewersyjne

(grzanie)

Napi

ę

cie

90 - 264 V AC. 50 / 60 Hz

Pobór mocy

mniej ni

ż

5 VA

Temperatura pracy,
wilgotno

ść

- 10 ... + 50

°

C, 0 - 90 % (bez kondensacji)

Izolacja

20 MW (500 V DC)

Przebicie

AC 2000 V, 50 / 60 Hz, 1 min

Wibracje

10 - 55 Hz, amplituda 1mm

Uderzenia

200 m / s2 (20 g)

Waga, wymiary

170g 48

×

48

×

94mm(9090); 240g (8120); 260g

(8130); 96

×

8

×

80 mm

Obudowa

Poly - carbonat

Zakresy i dokładno

ść

wej

ść

Nr

Czujnik

Typ wej

ś

cia

Zakres

Dokładno

ść

0

J

Ż

elazo - konstantan

- 50 ... 999

°

C

±

2

°

C

1

K

chromel - alumen

- 50 ... 1370

°

C

±

2

°

C

2

T

mied

ź

- konstantan

- 270 ... 400

°

C

±

2

°

C

3

E

chromel - konstantan

- 50 ... 750

°

C

±

2

°

C

4

B

Pt 30 % RH / Pt 6 % RH

300 ... 1800

°

C

±

3

°

C

5

R

Pt 13 % RH / Pt

0 ... 1750

°

C

±

2

°

C

6

S

Pt 10 % RH / Pt

0 ... 1750

°

C

±

2

°

C

7

N

Nicrosil - NiSik

- 50 ... 1300

°

C

±

2

°

C

8

RTD

Pt 100 W (DIN)

- 200 ... 400

°

C

±

0.4

°

C

9

RTD

Pt 100 W (JIS)

- 200 ... 400

°

C

±

0.4

°

C

10

liniowe

- 10 mV...60 mV

- 1999 ... 9999

°

C

±

0.05 %

Schemat poł

ą

cze

ń

TROL 9090

TROL 8120, 8130

Jak widać regulatory mikroprocesorowe mają bardzo wszechstronne zastosowania. Także

w technice okrętowej coraz częściej można spotkać regulatory mikroprocesorowe, czy nawet

komputerowe. Regulatory te mogą pełnic funkcje np.: regulacji temperatury, czy lepkości paliwa.

Poniżej zaprezentowano właściwości przykładowego regulatora mikroprocesorowego systemu

kontroli lepkości paliwa Viscochief firmy Alfa-Laval.

W celu zapewnienia właściwego rozpylenia i rozdrobnienia paliwa po dokonaniu jego

wtrysku, konieczna jest regulacja lepkości paliwa. Współczesne elektroniczne układy regulacji

lepkości paliwa składają się z następujących elementów:

•

czujnika lepkości (kapilara pomiarowa),

•

elektroniczny przetwornik ciśnienia (najczęściej na sygnał standardowy 4-20mA),

•

regulator lepkości,

•

wskaźnik lepkości kinematycznej (sygnał podawany z przetwornika różnicy ciśnień),

•

rejestrator sygnału pomiarowego,

•

układ zasilania.

Nowoczesne regulatory poza głównym przeznaczeniem charakteryzują się dodatkowymi

funkcjami alarmowo – kontrolnymi, informując obsługę o stanach krytycznych np.: regulator

VCU-160 firmy Alfa-Laval posiada następujące funkcje alarmowe:

A.

Grupa pierwsza – alarmy funkcjonalne:

•

wysoka temperatura,

•

mała lepkość,

•

uszkodzenie zasilania,

•

uszkodzenie komunikacji z komputerem,

•

błąd przesyłu sygnałów z czujników (Pt 100, EVT-10C),

•

stop awaryjny,

•

uszkodzenie komputera,

B.

Grupa druga – alarmy w przebiegu procesu regulacji paliwa:

•

wysoka temperatura,

•

niska temperatura,

•

wysoka lepkość,

•

mała lepkość,

•

błąd przesyłu sygnałów z czujników (Pt 100, EVT-10C),

Współczesne elektroniczne regulatory lepkości charakteryzują się takimi cechami jak:

•

duża niezawodność,

•

duża dokładność działania np. regulator Viscontrol

±

1,5 %,

•

duży zakres lepkości 0-25 cSt, 0-50 cSt,

•

wmontowane funkcje alarmowe

•

możliwość ustawienia rodzaju paliwa HFO/MDO – np.: w regulatorze VCU-160,

•

możliwość ręcznego sterowania zaworem,

•

wiele użytecznych funkcji,

•

możliwość rejestracji zmian lepkości na taśmie – wiskozygraf,

•

sygnalizacja trybu pracy,

•

możliwość wskazań aktualnej lepkości – wskażnik,

•

dodatkowe czujniki – np.: czujniki temperatury paliwa Pt 100,

•

łatwa obsługa.

Regulator lepkości VISCONTROL:

System regulacji lepkości VISCONTROL (sys. 3) jest stosowany na nowoczesnych

statkach. W skład systemu wchodzi przetwornik lepkości, regulator oraz zawór regulacyjny lub

elektryczny układ grzejny. Pomiar lepkości odbywa się na zasadzie pomiaru spadku ciśnienia na

kapilarze pomiarowej. Przetwornik ten zamienia różnicę ciśnień na elektryczny sygnał

standardowy 4 – 20 mA, lub w wersji pneumatycznej, na sygnał ciśnienia 0,2 – 1 bara. Jest on

porównywany z zadaną wartością lepkości , w wyniku czego powstaje sygnał błędu. W

wykonaniu elektronicznym steruje on mocą grzejną dostarczaną do grzania paliwa lub zaworem

regulacyjnym. W przypadku sterowania pozycją zaworu proces regulacji jest prowadzony przez

regulator trójstawny przez zawór, którego czas otwarcia lub zamknięcia zawiera się w przedziale

85 – 140 s. W przypadku zastosowania grzania elektrycznego sygnał wyjściowy regulatora jest

ciągły (4 – 20 mA) i steruje wykonawczym układem tyrystorowym. W tym przypadku stosuje się

też grzanie częścią mocy.

Rys. 1. Płyta czołowa regulatora VISCONTROL z wyjściem ciągłym. 1-pokrętło wartości zadanej, 2-miernik
lepkości, 3-nastawa zakresu proporcjonalności, 4-nastawnik czasu całkowania, 5-ustawianie alarmu, 6-sygnalizacja
włączenia, 7-sygnalizacja alarmu, 8-nastawa czasu różniczkowania, 9-potencjometr kasowania dla pracy ręcznej /
automatycznej, 10-przycisk auto/man – w pozycji man sygnał wyjściowy regulatora jest ustawiony przez zadajnik 1
(przełącznik praca automatyczna / ręczna)

Rys. 2. Płyta czołowa regulatora trójstawnego. 1-pokrętło wartości zadanej, 2-wskażnik lepkości, 3-nastawa
zakresu proporcjonalności, 4-nastawa czasu całkowania, 5-ustawienie alarmu, 6-sygnalizacja włączenia,
7-sygnalizacja alarmu, 8-sygnalizacja otwarcia zaworu, 9-przycisk otwierania zaworu, 10-przycisk zamykania
zaworu, 9-10-zatrzymanie zaworu / przełączenie do pracy automatycznej, 11-sygnalizacjazamknięcia (zamykania)
zaworu.

Rys. 3. System sterowania lepkością Viscochief

1. Opisać meody, środki techniczne i zasadę działania układów
pomiarowych składu gazu (CO, NO

x

)

Jednym z produktów procesu spalania, który jest zmianą energii chemicznej paliwa na

energię cieplna są spaliny. Skład ich zależy od rodzaju paliwa i warunków w jakich było

prowadzone spalanie. W skład spalin wchodzi szereg gazów: CO

2

, CO, O

2

, SO

2

, NO

x

i

ewentualnie niespalone H

2

, CH

4

oraz inne związki w ilościach śladowych. Pobierane dla analizy

próbki spalin muszą być reprezentatywne, ponieważ wyniki analizy rzutują na wielkość straty

wylotowej lub niezupełnego spalania oraz poziom emisji substancji toksycznych. Na rysunku 1

pokazano przybliżony bilans chemiczny silnika okrętowego.

Rys. 1. Typowy poziom emisyjności okrętowego silnika wolnoobrotowego B&W serii MC

Jednym z podstawowych czynników określających ekonomiczność procesu spalania jest

ilość doprowadzonego powietrza, którą można wyznaczyć przez analizę składu spalin. Kontrolę

spalania zwykle ogranicza się do oznaczenia zawartości CO

2

, O

2

i CO w spalinach oraz do

określenia współczynnika nadmiaru powietrza

λ

.

Analizę składu spalin przeprowadza sie za pomocą aparatów ręcznych lub

automatycznych. Powszechnie stosowanymi do oznaczeń laboratoryjnych są ręczne aparaty

nazywane chemicznymi aparatami Orsata. Metodę oznaczania składu chemicznego tą metodą

opisuje norma PN-73/C-04759-01. Aparaty automatyczne mogą być samoczynnymi

analizatorami chemicznymi lub urządzeniami, w których wykorzystano różnice w łasności

fizykochemicznych oznaczanych składników badanych spalin. Wyposażenie analizatorów w

dodatkowe urządzenia rejestrujące, a także obecnie w układy mikroprocesorowe, umożliwia

prowadzenie ciągłej rejestracji i analizy kontrolowanych wielkości składu oraz sterowanie

procesami spalania.

Znajomość chemicznego składu spalin umożliwia określenie dwóch strat związanych z

procesem spalania i świadczących o jego jakości. Są to mianowicie:

1

strata niezupełnego spalania

2

strata odlotowa

Do wyznaczenia powyższych strat należy dokonać pomiaru temperatur T

s

i T

o

, wykonać

analizę spalin oraz analizę paliwa dla określenia odpowiednich wartości ilościowych składników.

Analiza paliwa wymaga przy tym rozbudowanego laboratorium chemicznego, w którym

podstawowym przyrządem powinien byc chromatograf gazowy (zwłaszcza przy pracach

badawczych). Często poprzestaje się z braku podobnego wyposażenia na danych dotyczących

paliw podawanych przez ich wytwórców.

Do analizy spalin można też używać praktycznie wszystkich typów analizatorów.

Obecnie do analizy spalin używa się także uproszczonych chromatografów, dających przy

mniejszej dokładności szybki wynik (np.: analizator ARAS, działający w sposób ciągły na

zasadzie absorbcji promieniowania podczerwonego o określonej długości fali). Skład spalin jest

ważnym kryterium klasyfikacyjnym ze względu na ochronę środowiska. Analiza spalin poza

składem spalin pozwala też na określenie współczynnika nadmiaru powietrza przy spalaniu

λ

.

Wartość ta z kolei wpływa na najwyższą temperaturę obiegu silnika, a zatem przez kształt

wykresu termodynamicznego obiegu teoretycznego również na sprawniość teoretyczną

η

.

Pośród wielu metod analizy składu spalin jest matoda analizy składu gazów przy

zastosowaniu chromatografii gazowej. Metoda ta opisana jest w normie BN-83/0541-12 – w

zastosowaniu dla paliw gazu ziemnego oraz BN-70/0543-12 – dla gazu koksowniczego.

Analogicznie można badać spaliny lub inne gazy. Analiza może być wykonana za pomocą

prostego chromatografu gazowego, pracującego z pojedynczą kolumną, wyposażonego w

detektor przewodnościowo-cieplny. Opisana w normach metoda jest przeznaczona do oznaczania

m.in. tlenków węgla CO oraz CO

2

. Przykład układu pomiarowego CO pokazano na rysunku 2.

Rys. 2. Układ pomiarowy CO z chromatografem gazowym; 1 – dozownik spalin, 2 – kolumna chromatografu, 3

– detektor CO, 4 – wzmacniacz i rejestrator, 5 – kontrola i regulacja temperatury

Połączenie aparatu Orsata z chromatografem Janaka jest znane jako Orsatochromatograf.

Urządzenie to jest opisane w PN-73/C-04759-03. Rozróżnia się dwie metody pomiaru składu

chemicznego gazu Orsatochromatografem:

a)

dla gazów zawierających dwutlenek węgla i tlen (np.: spaliny silnikowe), wykorzystując

zespoły aparatu Orsata i chromatografu;

b)

dla gazów nie zawierających dwutlenku węglai tlenu , wykorzystując tylko zespół

chromatografu.

Badanie składu chemicznego spalin opiera się również na metodach elektrochemicznych.

Najnowsze analizatory gazów np.: firmy IMR GmbH lub MSI Elektronik GmbH oparte są na

specjalnej konstrukcji przetworników elektrochemicznych, umożliwiają szybkie oznaczenie

najważniejszych składników i parametrów spalin, co pozwala na wykorzystanie ich w

automatyzacji procesu. Dla przykładu analizator IMR 3000P zaopatrzony jest w monitor oraz

drukarkę i może mieżyć stężenia O

2

, CO

2

, CO, SO

2

, NO

x

, NO

2

, H

2

S oraz temperaturę powietrza i

spalin, zawartość sadzy, a także wyznacza współczynnik nadmiaru powietrza oraz sprawność

spalania. Umożliwia także statystyczne opracowanie wyników w postaci wydruków i wykresów

oraz na transmisję danych do dalszego opracowania za pomocą komputerów klasy IBM PC.

Nowoczesny analizator spalin COMBILYZER pokazano na rysunku 3

Rys. 3. Nowoczesny mikroprocesorowy analizator spalin

COMBILYZER

COMBILYZER firmy AFRISO-EURO-DYNAMIKA ma następujące cechy:

1

Cyfrowy mikroprocesorowy przenośny analizator spalin wyposażony w bogate

oprogramowanie, idealny do kontroli średnich i dużych silników do pomiarów stężenia

CO w spalinach.

2

Obudowa z aluminium, do ustawiania na stole, wytrzymała, zwarta.

3

Wewnątrz obudowy zintegrowana drukarka igłowa na zwykły papier.

4

Duży wyświetlacz ciekłokrystaliczny wyświetla równocześnie cztery wielkości

pomiarowe. Dodatkowy wiersz informacyjny. Przejrzysta grafika z wykresami

słupkowymi.

5

Zintegrowana pamięć danych z 250 bloków pomiarowych. Wydruk danych zintegrowaną

drukarką lub przetwarzanie danych na PC.

6

Maksymalnie cztery ogniwa pomiarowe: O

2

, CO i wg wyboru NO/SO

2

/CO-40000.

Możliwe wprowadzenie programu fazy stałej dla zakresu pomiaru tej fazy.

COMBILYZER jest przenośnym mikroprocesorowym analizatorem spalin, wykonanym

według najnowocześniejszej technologii i konstrukcji, z wbudowaną drukarką igłową. W

wytrzymałej obudowie z aluminium są rozmieszczone sterowane mikroprocesorem układy

elektroniczne oraz maksymalnie cztery ogniwa pomiarowe. Wbudowana jest również pompka do

automatycznego przedmuchiwania ogniwa do pomiaru CO.

Wielkości mierzone Combilyzera: stężenia O

2

, CO i wg wyboru NO/SO

2

/CO-40000,

temperatura spalin, temperatura powietrza do spalania, ciąg, ciśnienie.

Wielkości obliczane Combilyzera: stężenie nierozrzedzonego CO, współczynnik

nadmiaru powietrza

λ

, stężenie CO

2

, sprawność, straty odlotowe qA.

Na przedniej stronie aparatu znajduje się wyświetlacz mający cztery wiersze pomiarowe i

dodatkowy wiersz informacyjny z funkcją pomocniczą i z wyświetlaniem wykresów. Przejrzysta,

wodoszczelna klawiatura zapewnia komfort obsługi. Programowalne przebiegi pomiarów można

wywołać specjalnymi klawiszami. Do integralnego wyposażenia należą również: drukarka

igłowa, pamięć 250 bloków wyników pomiarowych, akumulator zapewniający możliwość

działania aparatu do 20h i zasilacz sieciowy oraz inteligentny układ szybkiego ładowania

akumulatora.

Dostawa standardowa obejmuje: Combilyzer RGT 03 z drukarką i ładowarką,

uniwersalną sondę do spalin z zestawem do przygotowywania gazów badanych, czujnik

temperatury powietrza oraz walizkę transportową.

Straty: niezupełnego spalania i odlotowa można odnieść do jednostki czasu, mnożąc je

przez godzinowe zużycie paliwa B

e

, otrzymując strumienie strat ciepła.

W statkowych systemach pomiaru składu spalin stosuje sie następujące metody pomiaru

tlenków węgla i azotu:

c)

NO

x

jest mierzony dwoma metodami, analizatorem chemioluminescencyjnym

(CLA) zalecanym dla certyfikacji i czujnikiem elektrochemicznym (ECS)

używanym w prawie wszystkich przenośnych przyrządach pomiarowych.

Analizator CLA może być podgrzany dla uniknięcia kondensacji NO

2

(razem z

podgrzaniem linii pobierania próbek). Jest to powszechna metoda analizy

spalin z silników wysokoprężnych. CLA mierzy tylko NO, lecz dzięki

wykorzystaniu przetwornika NO

2

na NO tlenki azotu NO

x

mogą być

zmierzone jako NO. Ogniwa chemiczne mierzą karzdy składnik indywidualnie

(NO, NO

2

). Na rysunku 4 pokazano system pomiaru zawartości tlenków azotu

w spalinach w wykonaniu morskim, pomiar opiera się na obserwacji reakcji

tlenków azotu z ozonem (z generatora ozonu), porcesy chemiczne zachodzą w

tzw. reaktorze.

Rys. 4. Okrętowy system pomiaru NOx; 1 – silnik główny, 2 – chłodnica spalin, 3 – odwadniacz, 4 – reaktor,

5 – fotoelement, 6 – wzmacniacz, 7 – wskaźnik NO

x

, 8 – generator ozonu, 9 - komin

e)

CO i CO

2

są często mierzone z wykorzystaniem technik podczerwieni (IR).

Ponieważ jest to metoda optyczna, analizator jest wrażliwy także na inne

składniki spalin. Tak więc opierając sie na ilości tych składników, musimy

skompensować ich pomiar. Używa się różnych ogniw dla uzyskania różnej

czułości. Generalnie metody te wykorzystuje sie w wielu rozwiązaniach

pomiarowych (m.in. analizatory automatyczne)

2. Omówić rodzaje pracy i realizowane w nich funkcje układu
sterowania elektrownią zautomatyzowaną typu NORCONTROL.

W elektrowni okrętowej złożonej z wielu zespołów prądotwórczych pracującej w pełni

automatycznie, automatyzacji podlegają następujące funkcje:

1)

przebiegu rozruchu i zatrzymania zespołu z operacjami pomocniczymi,

2)

synchronizacji prądnic,

3)

regulacji prędkości obrotowej i częstotliwości,

4)

optymalnego rozdziału mocy czynnej na pracujące zespoły wraz z ewentualną korektą

częstotliwości,

5)

regulacja napięcia z równomiernym rozdziałem mocy biernej na zespoły,

6)

analizy stanu obciążenia i doboru liczby zespołów do pracy z uwzględnieniem możliwości

automatycznego wyłączania odbiorników mniej ważnych, przy zapewnieniu określonej

wirującej rezerwy mocy,

7)

symulowania załączania odbiorów dużej mocy,

8)

systemu pomiarowo kontrolnego wraz z odpowiednim zabezpieczeniem po stronie

mechanicznej i elektrycznej,

9)

tzw. logicznego układu analizy sytuacji awaryjnej, umożliwiającego szybką lokalizację

uszkodzenia i ewentualne zastosowanie automatycznych środków zaradczych (np.:

logicznego systemu selektywnych zabezpieczeń elektrycznych wraz z samoczynnym

ponownym załączaniem)

Elektrownia zautomatyzowana typu NORCONTROL jest sterowana jednostkami GCU –

po jednej jednostce sterującej na każdy zespół prądotwórczy. Sterowanie automatyczne

obejmuje:

1)

Uruchamianie i zatrzymywanie agregatów w zależności od zapotrzebowania mocy.

•

sterowanie wstępnym przesmarowaniem silnika,

•

przełączanie paliwa,

•

sterowanie synchronizacją generatorów,

•

sterowanie załączaniem i wyłączaniem generatorów,

•

kontrola załączania odbiorów dużej mocy

2)

Realizacja symetrycznego rozdziału mocy.

3)

Realizacja asymetrycznego rozdziału mocy (jeden agregat pracuje na paliwie ciężkim przy

obciążeniu 80 %, drugi na paliwie lekkim przy obciążeniu 20 %, po pewnym czasie następuje

zamiana).

4)

Możliwość wykonania automatycznego startu zespołów w przypadku zaniku prądu.

5)

Możliwość uruchamiania i przełączania zespołów w pogotowiu w przypadku stanu

awaryjnego zespołu pracującego.

Na pulpicie GCU znajdują się diody LED informujące o:

•

alarmach,

•

blokadach,

•

black – out,

•

błędy (np.: uszkodzenie czujnika),

•

stanach jednostki (start, stop itp.),

•

odchylenia napięcia, częstotliwości i fazy.

System rozdziału mocy firmy NORCONTROL jest systemem kombinowanym tzn.:

zawiera rozwiązania elektrowni typu „black – out” oraz elektrowni z agregatami pracującymi

równolegle, jak również i inne zadania technologiczne.

Elektrownie w systemie „black out”. Są to elektrownie w których w przypadku wzrostu

obciążenia jednej z prądnic następuje automatyczne załączenie drugiego zespołu prądotwórczego

i załączenie go na szyny w celu przejęcia części obciążenia. Cechy tego rozwiązania to:

•

dopuszcza przerwę w dostawie energii elektrycznej,

•

przewiduje się samodzielną pracę zespołu prądotwórczego, którego moc powinna pokryć całe

zapotrzebowanie,

•

należy utrzymać w gotowości do pracy przynajmniej jeden agregat również dużej mocy,

który przy black oucie dostarczy energię,

•

elektrownia musi być wyposażona w programator selektywnego załączania odbiorów

ważnych,

•

czas podawania napięcia po black oucie jest mały z uwagi na niepotrzebną synchronizację (do

12-13 s, do 9 s na nowych statkach),

•

brak układów rozdziału mocy,

•

wprowadza się opóźnienie startu agregatu awaryjnego (ok. 15 s) na czas rozruchu agregatu

rezerwowego,

•

może być wyposażona w wyłącznik Mayera (odbiory mniej ważne),

•

niezbędna liczba zespołów – 3 (2-dużej mocy),

•

jest to najtańsze rozwiązanie

Elektrownie z prądnicami pracującymi równolegle. Są to elektrownie w których

nieustannie pracują dwie prądnice z których każda jest w stanie przejąć całkowite obciążenie w

przypadku awarii drugiej prądnicy. Cechy rozwiązania to:

•

nie dopuszcza do przerwy w dostarczaniu energii, bo w przypadku awarii pozostaje w pracy

jeden agregat,

•

układ bezwzględnie wymaga wyłącznika Mayera, aby nie przeciążyć pracującego agregatu,

•

trzeci agregat stanowi tzw. gorącą rezerwę

Funkcje i czynności przeprowadzane przez GCU zależnie od rodzaju pracy:

a)

Rozruch agregatu:

•

praca na paliwie lekkim,

•

nagrzewanie silnika (ok. 15 min) na paliwie lekkim,

•

przejście na paliwo mieszankowe przy przejęciu obciążenia (powyżej 40 %),- po włączeniu

do pracy jednego z agregatów pracuje on jeszcze przynajmniej 30 min (aby był dostatecznie

rozgrzany) przed przejęciem obciążenia,

b)

Praca w układzie „black – out”:

•

symetryczny rozkład mocy,

c)

Praca równoległa:

•

asymetryczny rozdział mocy,

•

zamiana obciążenia co 120 minut,

d)

Zakończenie pracy agregatu:

•

przejście na paliwo lekkie (praca przez ostatnie 5 min),

•

Przeprowadzenie przedmuchania

Włączenie do pracy agregatu będącego w gorącej rezerwie w przypadku:

•

Black – out – szybki rozruch ze zwiększaniem dawki do 40 %,

•

Zbyt mała rezerwa mocy – rozruch normalny na dawce około 20 % (znamionowa dawka

rozruchowa) ze spokojną synchronizacją i rozdziałem obciążenia,

•

Pojawienie się sygnałów alarmowych – rozruch normalny na dawce około 20 %

(znamionowa dawka rozruchowa) ze spokojną synchronizacją i rozdziałem obciążenia.