УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ И КОНТРОЛЯ АВТОНОМНЫМИ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯМИ

Полезная модель относится к системам управления двумя и более функциями, в частности к управлению определенными типами электроагрегатов для определенных целей и может быть использовано для управления и контроля дизельными электроагрегатами, дизельными автономными электростанциями и газовыми мотор-генераторами.
Известны устройства управления и контроля автономными электростанциями, содержащие аналоговую часть, центральный процессор, контроллер ввода/вывода и индикации, поле индикации, коммутационные цепи (см. Информационно справочное издание «Новости электротехники» №4(10) за 2001 г.,стр 26 и Информационно справочное издание «Новости электротехники» №3(3) за 2000 г.,стр 24).
Наиболее близким по технической сущности является устройство управления и контроля автономными электростанциями, содержащее аналоговую часть, центральный процессор, контроллер ввода/вывода и индикации, поле индикации, коммутационные цепи (см. Информационно справочное издание «Новости электротехники» №4(10) за 2001 г., стр 26)
Общими недостатками известных устройств управления и контроля автономными электростанциями является невысокая точность измерения параметров и низкая надежность при эксплуатации. В известных устройствах не предусмотрена связь с другими устройствами и персональным компьютером, отсутствуют функции управления питанием для блокировки случайных отключений питания при запущенном агрегате, а также отсутствует возможность
непосредственно управлять исполнительными механизмами агрегата без применения внешних коммутационных устройств.
В основу полезной модели положена задача создания устройства управления и контроля автономными электростанциями простой конструкции с небольшими габаритами, высокой точностью измерения параметров, надежностью и простотой в эксплуатации.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве управления и контроля автономными электростанциями содержащее аналоговую часть, центральный процессор, контроллер ввода/вывода и индикации, поле индикации, коммутационные цепи, согласно полезной модели оно снабжено приемопередатчиком для связи с персональным компьютером, устройством цифровой индикации измеряемых параметров и системой управления питанием, а контроллер ввода/вывода и индикации выполнен на кристалле программируемой логической интегральной схемы, коммутационные цепи выполнены моноблочными с гальванической развязкой и повышенной выходной мощностью, центральный процессор снабжен встроенным аналого-цифровым преобразователем.
Сущность полезной модели поясняется функциональной схемой предлагаемого устройства управления и контроля
Устройство управления и контроля автономными электростанциями содержит аналоговую часть 1, центральный процессор 2, контроллер ввода/вывода и индикации 3, поле индикации 4, коммутационные цепи 5, приемопередатчик 6 для связи с персональным компьютером, устройство цифровой индикации измеряемых параметров 7 и систему управления питанием 8. Контроллер ввода/вывода и индикации 3 выполнен на кристалле программируемой логической интегральной схемы.
Коммутационные цепи выполнены моноблочными с гальванической развязкой и повышенной выходной мощностью. Центральный процессор 2 снабжен встроенным аналого-цифровым преобразователем 9.
Устройство управления и контроля автономными электростанциями, например, при управлении дизельной электрической установкой (ДЭУ) работает следующим образом.
Устройство имеет два основных режима работы:
- режим автоматического управления;
- режим ручного управления;
Режим автоматического управления.
В режиме автоматического управления осуществляется контроль напряжения резервируемой сети. При нормальном напряжении сети выдается команда на включение контактора сети (сигнал УПРАВЛЕНИЕ КОНТАКТОРОМ СЕТИ).
При отклонении напряжения резервируемой сети более чем на +15%, -20%, на время более чем заданное соответствующей уставкой (по умолчанию 7 с) осуществляется автоматический запуск ДЭУ по следующему алгоритму:
- предпусковая подготовка с включением индикатора ПРЕДПУСКОВАЯ ПОДГОТОВКА и выдачей сигнала включения ПРЕДПУСКОВАЯ ПОДГОТОВКА на время, заданное уставкой (по умолчанию 10 с);
- контроль на нормальное давление масла в системе ДЭУ. По окончании заданного времени, если предпусковая подготовка с маслопрокачкой, и переход на включение стартера, если
- давление в норме или предпусковая подготовка со свечами (выбор режима предпусковая подготовка осуществляется соответствующей уставкой при этом по умолчанию устанавливается режим со свечами);
- включение индикаторов НЕТ ПУСКА, АВАРИЙНОЕ ДАВЛЕНИЕ МАСЛА, АВАРИЙНОЕ СТОН-УСТРОЙСТВО и сигналов РАБОЧЕЕ СТОН-УСТРОЙСТВО, АВАРИЙНОЕ СТОН-УСТРОЙСТВО с запретом последующих попыток пуска в случае неудавшейся предпусковой подготовки;
- снятие сигналов РАБОЧЕЕ СТОН-УСТРОЙСТВО, АВАРИЙНОЕ СТОН-УСТРОЙСТВО и включение сигнала УПРАВЛЕНИЕ РЕЙКОЙ ТОПЛИВНОГО НАСОСА для вывода рейки топливного насоса в номинальное положение на время, заданное соответствующей уставкой (по умолчанию 10 с) по истечении времени заданного на работу аварийного стоп-устройства (по умолчанию 3 с);
- включение стартера сигналом ВКЛЮЧЕНИЕ СТАРТЕРА с одновременным включением индикатора СТАРТЕР на время заданное соответствующей уставкой (по умолчанию 5 с) в случае удавшейся предпусковой подготовки;
- ожидание раскрутки ДЭУ до 400 об/мин в течение заданного времени, снятие сигнала включения стартера и выключение индикатора СТАРТЕР при их достижении;
- снятие сигнала ВКЛЮЧЕНИЕ СТАРТЕРА, выключение индикатора СТАРТЕР и включение сигнала РАБОЧЕЕ СТОН-УСТРОЙСТВО и индикаторов НЕТ ПУСКА, НИЗКИЕ ОБОРОТЫ с уменьшением счетчика попыток пуска на единицу в случае, если в заданное время раскрутка до 400 об/мин не состоялась;
- проверка на отсутствие оборотов двигателя и давления масла в системе ДЭУ, со снятием сигнала РАБОЧЕЕ СТОН-УСТРОЙСТВО и переходом на вывод рейки в номинал в случае их отсутствия, либо включением индикаторов;
- АВАРИЙНОЕ СТОН-УСТРОЙСТВО, НЕТ ОСТАНОВА и выдачей сигнала АВАРИЙНОЕ СТОН-УСТРОЙСТВО в случае наличия хотя бы одного из указанных параметров по истечении времени заданного на работу рабочего стоп-устройства;
- снятие сигнала ВКЛЮЧЕНИЕ СТАРТЕРА, выключение индикатора СТАРТЕР и ожидание разгона ДЭУ до 1500 об/мин в течение времени заданного соответствующей уставкой (по умолчанию 3 с) в случае достижения двигателем ДЭУ 400 об/мин в течение заданного времени;
- переход на перекрытие топливоподачи с включением индикаторов НЕТ ПУСКА, НИЗКИЕ ОБОРОТЫ и уменьшением счетчика попыток пуска на 1 если по истечении заданного времени обороты двигателя ДЭУ ниже 1500 об/мин;
- ожидание нормального давления масла в системе ДЭУ в течение времени, заданного соответствующей уставкой (по умолчанию 3 с) при достижении 1500 об/мин в течение заданного времени и при его отсутствии переход на аварийное перекрытие топливоподачи, как в случае отсутствия давления при предпусковой подготовки с маслопрокачкой и установление запрета на повторный пуск;
- при оборотах ДЭУ не ниже 1500 об/мин и нормальном давлении масла пуск считается состоявшимся;
- при неудавшемся пуске после вывода рейки топливного насоса в номинал происходит повторная попытка пуска по указанному выше алгоритму за исключением случаев, когда пуск не состоялся
- из-за низкого давления масла или лимит попыток пуска (по умолчанию 3) исчерпан.
В режиме автоматического управления при наличии напряжения сети предусмотрена возможность запуска ДЭУ кнопкой ПУСК по описанному выше алгоритму за исключением повторной попытки пуска. При неудавшемся запуске от кнопки ПУСК повторная попытка запуска производится вручную повторным нажатием кнопки после вывода рейки топливного насоса в номинал.
В случае автоматического пуска (по отсутствию напряжения сети) при нагреве охлаждающей жидкости двигателя ДЭУ до 35°С происходит переключение нагрузки с сети на генератор (выключение сигнала УПРАВЛЕНИЕ КОНТАКТОРОМ СЕТИ и индикатора СЕТЬ, включение сигнала УПРАВЛЕНИЕ КОНТАКТОРОМ ГЕНЕРАТОРА и индикатора ГЕНЕРАТОР). В случае запуска ДЭУ от кнопки ПУСК прием нагрузки происходит только после пропадания напряжения резервируемой сети (с соответствующей задержкой).
При манипуляции контакторами после отключения любого из них устанавливается трехсекундная временная задержка, в течение которой запрещена выдача сигналов на включение обоих контакторов.
Для поддержания ДЭУ в режиме готовности к принятию нагрузки (горячий резерв) предусмотрена выдача сигнала УПРАВЛЕНИЕ ТЕПЛОЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЕМ ГОРЯЧЕГО РЕЗЕРВА при падении температуры охлаждающей жидкости двигателя ДЭУ ниже 30°С и снятие этого сигнала при температуре охлаждающей жидкости более 50°С.
В таблице 5 приведены аварийные ситуации, контролируемые изделием при состоявшемся пуске ДЭУ.
При возникновении аварий 1-8 (см. Таблицу 1) происходит останов ДЭУ (с соответствующей задержкой) по алгоритму рабочего
останова с включением соответствующего индикатора и запретом последующего пуска.
При возникновении аварий 9, 10 (см. Таблицу 1) происходит останов ДЭУ по алгоритму аварийного останова с включением соответствующего индикатора и запретом последующего пуска.
При возникновении аварии 11 (см. Таблицу 1) останов не инициируется, включается только индикатор.
Таблица 1
№ аварии
Авария
Критерий
Индикатор
Задержка срабатывания*, с
1
Перегрев масла
срабатывание аварийного датчика
ПЕРЕГРЕВ МАСЛА
10
2
Перегрев ОЖ
температура. >105°С
ПЕРЕГРЕВ ОЖ
10
3
Низкие обороты
частота генератора <45 Гц
НИЗКИЕ ОБОРОТЫ
Нет
4
Короткое замыкание
ток в любой из фаз >3 номиналов
КЗ
3
5
Перегрузка
ток в любой из фаз >1.25 номинала
ПЕРЕГРУЗКА
20
6
Перегрузка
ток в любой из фаз >1.1 номинала
ПЕРЕГРУЗКА
3600
7
Пониженное напряжение
выходное напряжение генератора <340 В
ПОНИЖЕННОЕ НАПРЯЖЕНИЕ
10
8
Повышенное напряжение
выходное напряжение генератора >460 В
ПОВЫШЕННОЕ НАПРЯЖЕНИЕ
10
9
Разнос
частота генератора >60 Гц
РАЗНОС
Нет
10
Аварийное давление масла
срабатывание аварийного датчика
АВАРИЙНОЕ ДАВЛЕНИЕ МАСЛА
Нет
11
Нет топлива
уровень топлива в баке ДЭУ <10%
НЕТ ТОПЛИВА
Нет
* Временная задержка может быть изменена (изменением соответствующей уставки). В таблице указаны значения уставок устанавливаемых по умолчанию.
При восстановлении напряжения резервируемой сети с соответствующей задержкой (по умолчанию 7 с) или при возникновении аварий 1-8 (см. Таблицу 1), а так же при нажатии кнопки СТОП происходит останов ДЭУ по алгоритму рабочего останова;
- снятие нагрузки с генератора (выключение сигнала УПРАВЛЕНИЕ КОНТАКТОРОМ ГЕНЕРАТОРА и индикатора ГЕНЕРАТОР);
- переключение нагрузки на сеть (если останов по восстановлению сети иначе нагрузка не переключается), включением сигнала УПРАВЛЕНИЕ КОНТАКТОРОМ СЕТИ и индикатора СЕТЬ;
- включение индикатора ОСТАНОВ и таймера холостого хода (по умолчанию 3 мин.);
- включение сигнала РАБОЧЕЕ СТОП-УСТРОЙСТВО и таймера ожидания работы рабочего стоп-устройства (по умолчанию 10 с) по истечении заданного времени;
- контроль наличия частоты на выходе генератора и давления масла в системе ДЭУ по истечении заданного времени;
- при отсутствии частоты и давления останов считается состоявшимся и рейка топливного насоса выводится в номинал (сигнал УПРАВЛЕНИЕ РЕЙКОЙ ТОПЛИВНОГО НАСОСА) в течение времени, заданного соответствующей уставкой;
- при наличии любого из указанных параметров по истечении заданного времени включаются индикаторы НЕТ ОСТАНОВА, АВАРИЙНОЕ СТОП-УСТРОЙСТВО и устанавливается сигнал АВАРИЙНОЕ СТОП-УСТРОЙСТВО;
- рейка топливного насоса выводится в номинальное положение, сигналы АВАРИЙНОЕ СТОП-УСТРОЙСТВО и РАБОЧЕЕ СТОП-УСТРОЙСТВО снимаются по истечении заданного времени работы аварийного стоп-устройства.
При возникновении аварий 9, 10 (см. Таблицу 1) или нажатии кнопки АВАРИЙНЫЙ ОСТАНОВ происходит останов ДЭУ по алгоритму аварийного останова:
- снятие нагрузки с генератора;
- включение аварийного стоп-устройства, рабочего стоп-устройства и индикатора АВАРИЙНОЕ СТОН-УСТРОЙСТВО;
- вывод рейки топливного насоса в номинал по истечении времени работы аварийного стоп-устройства.
При возникновении любой аварийной ситуации за исключением аварии 11 (см. Таблицу 1) блокируется возможность принятия генератором нагрузки, а также любая попытка запуска ДЭУ. Кроме того, при возникновении аварий 5-7 (см. Таблицу 1) блокируется не только принятие нагрузки генератором, но и переключение нагрузки на резервируемую сеть. Блокировка снимается кнопкой СБРОС.
При нажатии кнопки СБРОС происходит сброс всех параметров, таймеров, аварийных индикаторов в начальное состояние, происходит разблокирование пуска ДЭУ. Кнопка СБРОС активна только в случае полной остановки ДЭУ при выведенной в номинал рейки топливного насоса. В других случаях нажатие на кнопку СБРОС не оказывает влияния на работу ДЭУ.
Существует две особенности ручного управления ДЭУ в автоматическом режиме:
- при нажатии кнопки ПУСК в автоматическом режиме останов ДЭУ при восстановлении напряжения резервируемой сети не инициируется. В этом случае останов происходит только при нажатии кнопок СТОП или АВАРИЙНЫЙ ОСТАНОВ, или возникновении аварии;
- при нажатии кнопки СТОП в автоматическом режиме блокируется запуск ДЭУ при отсутствии напряжения резервируемой сети. Запуск ДЭУ в этом случае возможен нажатием кнопки ПУСК или после деблокирования автоматического запуска нажатием кнопки СБРОС.
Режим ручного управления.
Алгоритм работы изделия в ручном режиме управления имеет четыре отличия от режима автоматического управления:
- пуск ДЭУ осуществляется только кнопкой ПУСК независимо от наличия напряжения резервируемой сети;
- переключение нагрузки возможно только по сигналу переключателя СЕТЬ/ГЕНЕРАТОР;
- переключение нагрузки на генератор осуществляется при любой температуре охлаждающей жидкости;
- останов осуществляется только по кнопкам СТОП,
АВАРИЙНЫЙ ОСТАНОВ либо при возникновении аварии. Алгоритмы пуска, рабочего и аварийного останова те же, что и в режиме автоматического управления.
Как в ручном, так и в автоматическом режимах работы предлагаемое устройство осуществляет управление собственным электропитанием. При включении сигнала ПИТАНИЕ с выключателя ПИТАНИЕ изделие осуществляет самоподхват питания. После этого выключение питания возможно только при выключении двигателя ДЭУ и выведенной в номинал рейке топливного насоса. Если в любой другой ситуации переключатель питания переведен в положение ВЫКЛ., это эквивалентно нажатию кнопки СТОП.Изделие отрабатывает рабочий останов, выводит рейку в номинал и отключает питание. Данная функция предусмотрена для блокировки потери управления ДЭУ в случае несанкционированного отключения питания.
Предлагаемое устройство управления и контроля автономными электростанциями имеет простую конструкцию с небольшими габаритами, высокую точность измерения параметров, надежность и несложно в эксплуатации. В предлагаемом устройстве предусмотрена связь с другими устройствами и персональным компьютером, имеются блокировки случайных отключений питания при запущенном агрегате и возможность непосредственно управлять исполнительными механизмами агрегата без применения внешних коммутационных устройств.