УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРНЫМ АГРЕГАТОМ

Полезная модель относится к системам контроля и управления дизель-генераторными агрегатами (ДГА).
Известно устройство управления электроагрегатом, включающим газопоршневой двигатель и электрический генератор. Устройство содержит пульт дистанционного управления, панель управления и индикации, регулятор скорости микропроцессорный, первые два входа которого подключены, соответственно, к первому входу устройства, панель приборов, блок реле и трансформаторов измерительных; также содержится программируемый контроллер, состоящий из модуля центрального процессора с флэш-памятью и подключенных к системной шине VME четырех модулей дискретного ввода и четырех модулей дискретного вывода, RU 2218587 С2.
Данное устройство имеет весьма сложную конструкцию, обусловленную спецификой управления электроагрегатом с газопоршневым двигателем с системой утилизации тепла.
Известно устройство управления дизель-генераторным агрегатом (ДГА), содержащим дизельный двигатель и генератор электроэнергии. Устройство (система) включает датчики состояния ДГА, которые размещаются в ДГА: аналоговые датчики параметров напряжения ДГА и давления масла в картере двигателя ДГА, а также дискретный датчик давления масла в картере двигателя ДГА и дискретный датчик срабатывания автоматического выключателя генератора ДГА. Аналоговые датчики снимают количественную информацию о текущем значении
параметра, дискретные датчики дают качественную информацию о состоянии объекта: нормальное (в заданных пределах), предаварийное (приближающееся к аварийному) и аварийное. Аналоговый датчик параметров напряжения снимает информацию о величине фазного и линейного напряжения, его частоте, величине тока и порядке чередования фаз. Устройство также включает контроллер, монитор, блок звуковой индикации и блок световой индикации. Контроллер соединен с внешней сетью электропитания; входы контроллера соединены с выходами: аналогового датчика параметров напряжения, аналогового датчика давления масла в картере двигателя ДГА, дискретного датчика срабатывания автоматического выключателя ДГА. Выходы контроллера соединены со входами: стартера двигателя ДГА, монитора, блока звуковой сигнализации, блока световой индикации, см. «ТЕХПРОЕКТ» Шкаф управления дизель-генератороной установкой ШУ ДГУ; http://www.texpro.com.ua/shudgu.html. Техническое описание ШУ-ДГУ-8-1, Украина, Запорожье, 26.07.2007 (копия ссылки прилагается).
Данное техническое решение принято за прототип настоящей полезной модели.
Недостатком прототипа является то обстоятельство, что управление дизель-генераторной установкой осуществляется без учета температуры и уровня охлаждающей жидкости, а также уровня топлива в топливном баке двигателя ДГА.
Это ведет к возможному останову ДГА из-за отсутствия топлива, а также к перегреву или даже выходу из строя двигателя при утечке охлаждающей жидкости.
Задачей настоящей полезной модели является предотвращение останова ДГА вследствие израсходования или утечки топлива, а также предотвращения перегрева двигателя ДГА в результате утечки охлаждающей жидкости.
Согласно полезной модели устройство управления дизель-генераторным агрегатом (ДГА), включающим дизельный двигатель со стартером и устройством управления подачей топлива к двигателю, и электрический генератор, содержащее контроллер, монитор, блок звуковой сигнализации, блок световой индикации, аналоговый датчик напряжения генератора ДГА, аналоговый датчик давления масла в картере двигателя ДГА, дискретный датчик давления масла в картере двигателя ДГА и дискретный датчик срабатывания автоматического выключателя генератора ДГА, при этом первый вход контроллера соединен с внешней сетью электропитания, выход аналогового датчика напряжения соединен со вторым входом контроллера, выход аналогового датчика давления масла в картере двигателя ДГА соединен с третьим входом контроллера, выход дискретного датчика давления масла в картере двигателя ДГА соединен с четвертым входом контроллера, выход дискретного датчика срабатывания автоматического выключателя ДГА соединен с пятым входом контроллера, а выходы контроллера соединены: первый - со входом стартера двигателя, второй - со входом устройства управления подачей топлива к двигателю ДГА, третий - со входом монитора, четвертый - со входом блока звуковой сигнализации, пятый - с первым входом блока световой индикации дополнительно содержит размещенные в ДГА аналоговый датчик температуры охлаждающей жидкости двигателя ДГА, дискретный датчик температуры охлаждающей жидкости двигателя ДГА, дискретный датчик уровня охлаждающей жидкости двигателя ДГА, аналоговый датчик уровня топлива в топливном баке двигателя ДГА и дискретный датчик уровня топлива в топливном баке двигателя ДГА, при этом выход аналогового датчика температуры охлаждающей жидкости двигателя ДГА соединен с шестым входом контроллера, выход дискретного датчика температуры охлаждающей жидкости двигателя ДГА соединен с седьмым входом контроллера, выход дискретного датчика уровня охлаждающей жидкости двигателя ДГА соединен с восьмым
входом контроллера, выход аналогового датчика уровня топлива в топливном баке двигателя ДГА соединен с девятым входом контроллера, а выход дискретного датчика уровня топлива в топливном баке двигателя ДГА соединен с десятым входом контроллера; устройство управления дизель-генераторным агрегатом может быть снабжено экстренным кнопочным выключателем ДГА, первый выход которого соединен со входом устройства управления подачей топлива к двигателю ДГА, а второй его выход соединен со вторым входом блока световой индикации; устройство управления ДГА может быть снабжено также блоком сопряжения контроллера с персональным компьютером, при этом первый вход блока сопряжения контроллера с персональным компьютером соединен с шестым выходом контроллера, первый его выход соединен с одиннадцатым входом контроллера, а второй вход и второй выход блока сопряжения контроллера с персональным компьютером соединены с персональным компьютером.
Заявителем не выявлены технические решения, тождественные заявленной полезной модели, что позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию «новизна».
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена блок-схема устройства.
Устройство управления дизель-генераторным агрегатом (ДГА) 1 содержит размещаемые в ДГА аналоговые датчики: датчик 2 параметров напряжения генератора ДГА, датчик 3 давления масла в картере двигателя ДГА, дискретный датчик 4 давления масла в картере двигателя ДГА и дискретный датчик 5 срабатывания автоматического выключателя генератора ДГА. Двигатель ДГА имеет стартер 12, а также устройство 13 управления подачей топлива к двигателю. Устройство управления ДГА содержит также контроллер 6, монитор 7, блок 8 звуковой сигнализации и блок 9 световой индикации. Первый вход контроллера 6 соединен с внешней сетью электропитания. Выход аналогового датчика 2 напряжения
соединен со вторым входом контроллера 6, выход аналогового датчика 3 соединен с третьим входом контроллера 6. Выход дискретного датчика 4 давления масла в картере двигателя ДГА соединен с четвертым входом контроллера 6, выход дискретного датчика 5 срабатывания автоматического выключателя ДГА соединен с пятым входом контроллера 6. Выходы контроллера соединены: первый - со входом стартера 12 двигателя ДГА, второй - со входом устройства 13 управления подачей топлива к двигателю ДГА, третий - со входом монитора 7, четвертый - со входом блока 8 звуковой сигнализации, пятый - со входом блока 9 световой индикации. Устройство управления ДГА содержит также размещенные в ДГА аналоговый датчик 14 температуры охлаждающей жидкости двигателя ДГА, дискретный датчик 15 температуры охлаждающей жидкости двигателя ДГА, дискретный датчик 16 уровня охлаждающей жидкости двигателя ДГА, аналоговый датчик 17 уровня топлива в топливном баке двигателя ДГА и дискретный датчик 18 уровня топлива в топливном баке двигателя ДГА. Выход аналогового датчика 14 температуры охлаждающей жидкости двигателя ДГА соединен с шестым входом контроллера 6, выход дискретного датчика 15 температуры охлаждающей жидкости двигателя ДГА соединен с седьмым входом контроллера 6. Выход дискретного датчика 16 уровня охлаждающей жидкости двигателя ДГА соединен с восьмым входом контроллера 6, выход аналогового датчика 17 уровня топлива в топливном баке двигателя ДГА соединен с девятым входом контроллера 6, а выход дискретного датчика 18 уровня топлива в топливном баке двигателя ДГА соединен с десятым входом контроллера 6.
Контроллер 6 представляет собой специализированное микропроцессорное устройство для формирования сигналов контроля и управления работой ДГА. Алгоритмы управления введены в память микропроцессора контроллера. Управляемые параметры можно программировать, изменяя их в процессе настройки совместной работы
устройства управления и ДГА. Контроллер в данном примере полезной модели построен на основе микропроцессора фирмы ATMEL семейства AVR. Питание контроллера осуществляется напряжением от аккумуляторной батареи, входящей в состав ДГА.
Блок 8 звуковой сигнализации представляет собой сирену с релейно-контактной схемой включения ее питания по сигналам контроллера 6 при возникновении предаварийных и аварийных ситуаций.
Блок 9 световой индикации содержит набор сигнальных ламп, управление электропитанием которых осуществляется релейно-контактной схемой по сигналам контроллера.
Устройство управления ДГА может быть снабжено кнопочным экстренным выключателем 10 ДГА, первый выход которого соединен со входом устройства 13 управления подачей топлива к двигателю ДГА, а второй его выход соединен со вторым входом блока 9 световой индикации.
Кроме того, устройство управления ДГА может быть снабжено блоком 11 сопряжения контроллера 6 с персональным компьютером, при этом первый вход блока 11 сопряжения контроллера 6 с персональным компьютером соединен с шестым выходом контроллера 6, а его первый выход соединен с одиннадцатым входом контроллера 6, при этом второй вход и второй выход блока 11 сопряжения контроллера 6 с персональным компьютером соединены с персональным компьютером. В данном примере блок сопряжения контроллера с персональным компьютером представляет собой стандартный последовательный интерфейс CAN «ISO 11898-24V» параметров ДГА.
Устройство управления ДГА обеспечивает выполнение следующих функций:
- автоматический пуск, дальнейшую работу и останов ДГА при работе в режиме дистанционного управления;
- ручное управление запуском и остановом ДГА при работе в режиме ручного управления;
- формирование электрического сигнала работы ДГА при успешном запуске ДГА;
- формирование электрического сигнала готовности ДГА к приему нагрузки после окончания прогрева двигателя ДГА и отсутствии аварийных сигналов;
- формирование электрического сигнала общей аварии ДГА;
- формирование электрического сигнала об остатке топлива на 2 часа работы ДГА;
- аварийную защиту ДГА (путем его останова) с сигнализацией причины аварийного состояния при возникновении следующих событий:
1) недопустимое повышение температуры охлаждающей жидкости;
2) падение давления масла в картере ДГА;
3) низкий уровень топлива;
4) несостоявшийся пуск ДГА;
5) неисправность контроллера;
6) отключение автоматического выключателя ДГА;
7) уход напряжения/частоты и оборотов вращения ДГА за заданные пределы;
8) внешняя авария (пожар);
9) перегрузка генератора по току.
При возникновении любой вышеперечисленной аварии на блоке 9 световой индикации загорается лампа «Аварийный останов» и в блоке 8 звуковой сигнализации звучит сигнал сирены, а при авариях п.п.1...6 загорается также и соответствующая аварийная лампа;
- предаварийную сигнализацию (включается звуковая сигнализация на блоке 8, и соответствующие аварийные лампы на блоке 9 горят в импульсном режиме) при возникновении следующих событий:
1) предаварийный уровень топлива в топливном баке ДГА;
2) предаварийная температура охлаждающей жидкости;
3) предаварийное давление масла в картере ДГА;
- сигнализацию состояний:
1) работа ДГА;
2) наличие напряжения в цепи питания подогревателя охлаждающей жидкости;
3) нажатие кнопки «Аварийный стоп»;
4) несостоявшийся останов ДГА после закрытия топливного клапана, при этом мигает лампа «Аварийный останов» и включена звуковая сигнализация;
- индикацию параметров:
1) напряжение генератора;
2) частота напряжения генератора;
3) ток генератора;
4) количество моточасов работы ДГА;
- разрешение или запрет на отключение автоматического выключателя генератора при аварии ДГА;
- возможность изменения (перепрограммирования) уставок автоматики и мониторинга по последовательному интерфейсу CAN «ISO 11898-24V» параметров ДГА;
- автоматическую подзарядку аккумуляторной батареи за счет энергии сети.
Устройство управления ДГА работает следующим образом.
В зависимости от положения переключателя режимов работы устройство управления ДГА может функционировать в трех режимах:
- ручное управление - переключатель режимов работы находится в положении «РУЧН»;
- дистанционное управление - переключатель режимов работы находится в положении «ДИСТ»;
- режим блокировки устройства управления ДГА - переключатель режимов работы находится в положении «ОТКЛ».
Запуск ДГА может быть осуществлен в режиме ручного или дистанционного управления.
В режиме ручного управления переключатель режимов работы устанавливается в положение «РУЧН», после чего контроллер 6 выполняет программу запуска ДГА.
В режиме дистанционного управления переключатель режимов работы устанавливается в положение «ДИСТ». Выполнение программы запуска ДГА в этом режиме осуществляется контроллером 6 при отсутствии напряжения внешней сети электропитания (или при наличии сигнала с пульта дистанционного управления - на чертеже не показан) в следующей последовательности:
- при исчезновении напряжения внешней сети электропитания после истечения времени задержки старта ДГА, определяемого программируемой уставкой, контроллер 6 выдает сигнал в устройство 13 на подачу топлива в двигатель ДГА;
- подается сигнал на запуск стартера 12 двигателя ДГА.
Отключение стартера 12 производится либо после успешного старта ДГА, что определяется достижением частоты вращения вала двигателя ДГА величины уставки «Частота вращения отключения стартера», либо после окончания времени работы стартера 12, которое определяется уставкой «Длительность работы стартера». Если отключение произошло в результате окончания времени работы стартера 12 и старт не состоялся, выполняются следующие операции:
- в памяти контроллера 6 регистрируется попытка неудачного старта;
- снимается сигнал подачи топлива в двигатель;
- после окончания времени, определяемого уставкой «Длительность паузы между попытками старта», автоматически производится следующая попытка старта;
- число попыток старта определяется уставкой «Количество попыток автоматического старта до выдачи сигнала "АВАРИЯ"»; если после их выполнения старт не состоялся, включаются аварийные лампы на блоке 9 световой индикации: «Аварийный останов» и «Несостоявшийся пуск», а также включается сирена на блоке 8 звуковой сигнализации.
После состоявшегося старта ДГА включается сигнальная лампа на блоке 9: «Двигатель работает». После прогрева двигателя и при отсутствии аварийных внутренних или внешних сигналов ДГА готов к приему нагрузки.
При работе на нагрузку контроллер 6 выполняет постоянный контроль параметров ДГА при его работе и параметров генерируемой энергии в соответствии с уставками. При выходе параметров ДГА или параметров генерируемой энергии за пределы запрограммированных уставок контроллер 6 выполняет формирование внутренних аварийных сигналов.
По любому внутреннему аварийному сигналу из формируемых в процессе работы контроллера 6 последний выдает команду на останов ДГА, включаются звуковой сигнал аварии на блоке 8 и сигнальная лампа аварии на блоке 9. Сброс звукового сигнала осуществляется кнопкой «СБРОС» на лицевой панели устройства управления ДГА. Сброс аварийной ситуации осуществляется после устранения аварии также нажатием кнопки «СБРОС»;
Контроль состояния аналоговых входов устройства управления ДГА с выдачей внутренних сигналов предаварийного состояния (в соответствии с программируемыми уставками):
1) «Предаварийный уровень топлива»;
2) «Предаварийное давление масла»;
3) «Предаварийная температура».
При появлении внутреннего сигнала «Предаварийное состояние» включается звуковая сигнализация на блоке 8 и лампа «Аварийный останов» на блоке 9, а соответствующая аварийная лампа на блоке 9 работает в импульсном режиме с периодом 1 сек. (0,5 сек. - горение, 0,5 сек. - пауза). Команда на останов ДГА не поступает. Сброс звукового сигнала осуществляется кнопкой «СБРОС».
Останов ДГА осуществляется в штатном или аварийном порядке.
В штатном порядке останов может выполняться в режимах ручного или дистанционного управления. В режиме ручного управления останов производится путем перевода переключателя режимов работы в положение «ОТКЛ». В режиме дистанционного управления останов производится при появлении напряжения питания внешней электросети (или сигнала на останов с пульта дистанционного управления).
В аварийном порядке останов может осуществляться:
- по любому внутреннему аварийному сигналу из формируемых в процессе работы контроллера 6;
- по дискретному входу «Внешняя авария (пожар)», имеющемуся в контроллере 6 (на чертеже не показан);
- нажатием кнопочного экстренного выключателя 10 ДГА.
Экстренный кнопочный выключатель 10 ДГА предназначен для немедленного останова ДГА при возникновении непредвиденной ситуации, угрожающей жизни или состоянию здоровья людей, либо могущей повлечь за собой опасность выхода из строя ДГА или ее составных частей. Контакты экстренного выключателя ДГА находятся в цепи управления исполнительного органа устройства управления 13 подачей топлива (электромагнитного клапана или привода топливной рейки), перекрывающего поступление топлива в двигатель при нажатии кнопки выключателя 10. Кнопка самоблокируется в нажатом состоянии, при этом на блоке 9 горит сигнальная лампа «Нажата кнопка "Аварийный останов"». Для обеспечения возможности запуска ДГА в дальнейшем
кнопочный экстренный выключатель 10 необходимо разблокировать вручную.
Блок 11 сопряжения контроллера с персональным компьютером обеспечивает возможность программирования уставок автоматики и мониторинг параметров ДГА.
Заявленная полезная модель благодаря реализации ее признаков обеспечивает достижение важных технических результатов:
- предотвращение останова ДГА вследствие израсходования или утечки топлива;
- предотвращение перегрева двигателя ДГА вследствие утечки охлаждающей жидкости;
- обеспечение возможности немедленного останова ДГА при внезапном возникновении ситуации, угрожающей здоровью и жизни людей или выходу ДГА из строя;
- обеспечение дистанционного перепрограммирования уставок автоматики и контроля параметров ДГА.
Для реализации полезной модели использованы известные элементы, материалы и заводское оборудование. Данное обстоятельство, по мнению заявителя, свидетельствует о соответствии настоящего технического решения критерию «промышленная применимость».