LABORATORIUM AUTOMATYZACJI SYSTEMÓW ENERGETYCZNYCH STATKU

Nr 9: Automatyzacja elektrowni okrętowej

Laboratorium automatyzacji systemów energetycznych 2

Nr 9: Automatyzacja elektrowni okrętowej

Główne wymagania stawiane systemowi energetycznemu statku to niezawodność

i dyspozycyjność zasilania. System ten ma decydujące znaczenie dla pracy innych systemów (np. nawigacyjnego, ładunkowego) i wpływa znacząco na bezpieczeństwo załogi oraz statku. Szczególnie ważna jest więc prawidłowa praca elektrowni okrętowej, odpowiedzialnej za stałość i stabilność zasilania. Proces wytwarzania energii elektrycznej może być sterowany ręcznie lub automatycznie. W przypadku sterowania ręcznego istnieje niebezpieczeństwo błędnej obsługi, dlatego dąży się do pełnej automatyzacji systemu wytwarzania energii elektrycznej. Podstawowe zalety układów automatyki odpowiedzialnych za system zasilania są następujące:

• Bezpieczeństwo Układy wytwarzania energii elektrycznej muszą być projektowane w sposób

zapewniający ciągłe zasilanie odbiorników. W tym celu stosuje się m. in. automatyczny start i załączenie na sieć generatorów po wystąpieniu black-out’u, odłączenie mniej ważnych odbiorników w przypadku przeciążenia elektrowni (układ Meyera), uruchomienie kolejnych zespołów w celu uzyskania wystarczającej rezerwy mocy itd. Dąży się także do jak najszybszego przywrócenia zasilania w przypadku zaniku napięcia (black-out). Jednocześnie odbiorniki o szczególnym znaczeniu dla bezpieczeństwa statku powinny być zasilane z awaryjnych źródeł energii.

• Zabezpieczenie elektrowni przed błędną obsługą i uszkodzeniami Zabezpieczenie elektrowni przed błędną obsługą uzyskuje się poprzez

uniemożliwienie dokonania nieprawidłowych operacji ruchowych. W tym celu stosuje się odpowiednie układy zabezpieczające. Aby zminimalizować skutki uszkodzeń, system projektuje się w sposób umożliwiający natychmiastowe odłączenie od sieci uszkodzonych obwodów.

• Ekonomiczność zasilania Ważne dla ekonomiczności zasilania na statku jest oszczędne wytwarzanie i

użytkowanie energii elektrycznej. Zespoły prądotwórcze powinny pracować przy minimalnym nakładzie pracy, polegającym na pozostawieniu uruchomionych jedynie tych zespołów, które są niezbędne do pokrycia zapotrzebowania na energię. Układy automatyki muszą umożliwiać pracę alternatywnych źródeł energii, takich jak prądnice wałowe lub turbogeneratory. Systemy automatyki powinny także zapewniać równomierne zużycie zespołów w celu obniżenia kosztów remontowych.

W elektrowni okrętowej, pracującej w pełni automatycznie, automatyzuje się następujące funkcje: - rozruch i zatrzymanie zespołu, - synchronizację, - regulację prędkości obrotowej i częstotliwości, - optymalny rozdział mocy czynnej na pracujące zespoły, - regulację napięcia wraz z równoczesnym rozdziałem mocy biernej na zespoły, - analizę stanu obciążenia i doboru liczby zespołów do pracy z uwzględnieniem

możliwości automatycznego wyłączania mniej ważnych odbiorników, - załączanie odbiorników dużej mocy,

Ćwiczenie nr 9: Automatyzacja elektrowni okrętowej

3

- analizę sytuacji awaryjnej poprzez układy logiczne, umożliwiającą szybką lokalizację uszkodzenia i ewentualne zastosowanie środków zaradczych.

Pełen zakres automatyzacji przedstawiony powyżej nie zawsze jest stosowany.

Spotyka się różne poziomy automatyzacji elektrowni w zależności od skomplikowania systemu i wymagań stawianych elektrowni. Na współczesnych statkach coraz częściej zastosowanie znajdują specjalizowane układy automatyki. Urządzeniom tym stawia się wysokie wymagania ze względu na warunki i czynniki środowiska pracy. Wykonanie systemów automatyki jest często jednostkowe i przeznaczone dla konkretnego statku. Jednak podstawowe założenia automatycznej pracy elektrowni pozostają te same. Wśród firm specjalizujących się w budowie tego typu układów wymienić można: KONSGBERG NORCONTROL, AEG, ABB, SIEMENS.

1 OPIS ZAPROJEKTOWANEGO MODELU ELEKTROWNI OKRĘTOWEJ

Układ elektrowni został oparty na dwóch generatorach głównych, każdy o mocy znamionowej 1000 kW. Zastosowanie dwóch generatorów (zamiast pierwotnie planowanych trzech) spowodowało zmniejszenie złożoności programu napisanego dla sterownika. Odpowiada on za główne funkcje automatyzacji, obsługi i sterowania elektrownią okrętową. Zbudowany układ jest wystarczający do celów związanych z zapoznaniem się z podstawami sterowania i obsługi elektrowni. Ograniczenie liczby generatorów pozwoliło na wierniejsze odwzorowanie takich funkcji, jak: - załączanie i wyłączanie zespołów prądotwórczych, - synchronizacja automatyczna i ręczna, - sterowanie obciążeniem wraz z wyborem metody rozdziału mocy (symetryczna i

asymetryczna), - stany awaryjne spowodowane błędną obsługą, - symulacja wyłączania odbiorników mniej ważnych (układ Meyera) wraz z

ręcznym załączaniem wyłącznika Meyera, - załączanie ciężkich odbiorów w zależności od dostępnej rezerwy mocy

elektrowni, - analiza stanu obciążenia i doboru liczby zespołów do pracy.

System elektroenergetyczny przedstawia pierwsze z głównych okien (Diagram of Electric Distribution System). Odwzorowano na nim graficznie rozdzielnice główną i awaryjną, poprzez które odbywa się rozdział energii elektrycznej. Rozdzielnica główna (ang. main switchboard) składa się z dwóch sekcji szyn zbiorczych. Rozwiązanie takie jest często spotykane na statkach. Wpływa znacząco na uelastycznienie pracy systemu, w razie awarii umożliwia odłączenie jednej z sekcji szyn i dokonanie prac remontowych bez konieczności przerywania pracy elektrowni. Rozdzielnica awaryjna (ang. emergency switchboard) zasila odbiorniki niezbędne do funkcjonowania statku i w razie awarii jest zasilana z generatora awaryjnego. Obie

Laboratorium automatyzacji systemów energetycznych 4

rozdzielnice posiadają zespoły transformatorów obniżających napięcie z 380V na 220V w celu zasilenia odbiorników na niższe napięcia. Razem z rozdzielnicami zamodelowano wszystkie zespoły prądotwórcze (dwa generatory główne i generator awaryjny) wraz z opisującymi je parametrami. Przedstawiono także ciężkie odbiory: ster strumieniowy dziobowy (bowthruster) i ster strumieniowy rufowy (sternthruster). Poza tym pokazano symbolicznie odbiory mniej ważne (ang. nonessential consumers) razem z wyłącznikiem symulującym zadziałanie układu Meyera. Dobrane elementy graficzne umożliwiają obserwację procesów zachodzących podczas pracy elektrowni. Wszystkie czynności związane z obsługą i sterowaniem są wizualizowane w celu łatwiejszego zrozumienia procesu uruchomienia i pracy elektrowni.

Po uruchomieniu aplikacji system elektroenergetyczny jest pozbawiony zasilania. Dzięki temu pierwszą czynnością, jaką należy wykonać, jest załączenie jednego z generatorów do sieci. Najpierw uruchamiamy zespół prądotwórczy (pojawia się napięcie i częstotliwość w polu generatora), a następnie załączamy wybrany generator bezpośrednio na szyny bez synchronizacji z siecią. Po załączeniu prądnica zostaje obciążona mocą o wartości 550 kW. Stanowi to 55% mocy znamionowej prądnicy i symbolizuje przyjętą wartość średnią obciążenia podczas pracy elektrowni. Załączony generator zapewnia zasilanie podstawowe systemu elektroenergetycznego. W przypadku błędnej obsługi elektrowni spowodowanej np. nieprawidłową synchronizacją, przeciążeniem generatorów lub zatrzymaniem głównych zespołów prądotwórczych, następuje black-out i przejście z zasilania podstawowego na zasilanie awaryjne. Zostaje automatycznie uruchomiony zespół awaryjny, zapewniający zasilanie istotnych dla statku odbiorników poprzez awaryjną rozdzielnicę. Zasilanie podstawowe jest przywracane automatycznie, jeżeli jeden z generatorów pracuje w trybie stand-by. W przeciwnym razie występuje konieczność dokonania ręcznego uruchomienia zespołu i załączenia na szyny. Po załączeniu prądnicy pojawia się napięcie na szynach rozdzielnicy głównej, jednocześnie następuje samoczynne odłączenie generatora awaryjnego, a po czasie zwłoki wynoszącym 2 sek. przejęcie obciążenia z rozdzielnicy awaryjnej. Wystąpi na niej chwilowy zanik napięcia (2 sek.), który nie powoduje znacznego zakłócenia w zasilaniu i pracy odbiorników. Uruchomienie kolejnego zespołu prądotwórczego i załączenie na sieć wiąże się z koniecznością dokonania synchronizacji. Zazwyczaj stosuje się synchronizację automatyczną ze wzglądu na pewność działania i eliminację możliwości wystąpieniu błędu przy nieprawidłowej synchronizacji ręcznej. Aplikacja umożliwia dokonanie synchronizacji za pomocą obu metod, dzięki temu możliwe jest przećwiczenie kolejnych czynności wykonywanych przy załączaniu generatora na sieć elektroenergetyczną. Obie metody są realizowane z poziomu okna Synchronization, na którym zamieszczono wszystkie elementy niezbędne do przeprowadzenia prawidłowej synchronizacji. Należy jedynie pamiętać, że synchronizacja automatyczna jest symulowana przez program i kończy się zawsze powodzeniem. Natomiast, aby dokonać prawidłowej synchronizacji ręcznej, wymagane jest spełnienie dwóch warunków, takich jak: ustawienie prawidłowej częstotliwości synchronizowanego generatora oraz dokonanie synchronizacji przy prawidłowym przesunięciu fazowym pomiędzy wektorami napięć. Zakłada się, że napięcia skuteczne zespołu prądotwórczego i sieci, są jednakowe. Szczegółowy opis poszczególnych kroków synchronizowania zespołu prądotwórczego z siecią zamieszczono w dalszej części rozdziału.

Ćwiczenie nr 9: Automatyzacja elektrowni okrętowej

5

Model elektrowni umożliwia także badanie wpływu na stopień obciążenia i obserwowanie związanych z nim zmian zachodzących w pracy elektrowni. Przy przekroczeniu wartości 85% mocy znamionowej pracującego zespołu, następuje załączenie kolejnego zespołu, jeśli został uprzednio ustawiony w tryb stand-by. Załączenie następuje po czasie 5 sek. (wstępne przesmarowanie). Gdyby jednak została przekroczona wartość 100% mocy znamionowej, załączenie kolejnego zespołu następuje po czasie 1 sek. Zwiększanie obciążenia i przekroczenie wartości 115% powoduje zadziałanie układu Meyera (podstawowe zabezpieczenie generatorów przed przeciążeniem), który symuluje odłączanie odbiorników mniej ważnych i obniżenie obciążenia do poziomu poniżej mocy znamionowej pracujących zespołów. Dalsze zwiększanie obciążenia i przekroczenie wartości 130% mocy znamionowej wiąże się z wystąpieniem black-out’u i odłączeniem generatorów głównych od sieci. Ustawienie jednego z generatorów w stanie stand-by załącza go do pracy przy przekroczeniu wartości 85% mocy znamionowej, natomiast odłączenie (ze względów eksploatacyjnych i ekonomicznych) występuje przy spadku obciążenia każdego z generatorów poniżej wartości 35%. Następuje ono po czasie 10 sek. – opóźnienie stopu. W rzeczywistości czas ten wynosi od 1 do 30 min., jednak dla celów dydaktycznych przyjęto krótszy okres. W elektrowni zastosowano także dwa sposoby rozdziału mocy pomiędzy dwa pracujące zespoły: asymetryczny i symetryczny. Domyślnie jest zawsze ustawiony symetryczny rozdział obciążenia. Charakteryzuje się jednakowym stopniem obciążenia każdego z generatorów. Wybór asymetrycznego rozdziału mocy dokonujemy poprzez ustawienie przełącznika Load Sharing w odpowiedniej pozycji i ustawienie drugiego zespołu w pozycji stand-by. Przy wyborze asymetrycznego obciążenia, pierwszy zespół będzie się obciążał w sposób ciągły mocą 85% mocy znamionowej zespołu, natomiast drugi pozostałą mocą, jednak nie mniejszą niż 30% mocy znamionowej zespołu. W sytuacji spadku obciążenia w sieci poniżej 30% mocy znamionowej drugiego zespołu, obciążenie drugiego zespołu pozostaje stałe na poziomie 30%, a zmniejszane jest obciążenie pierwszego zespołu poniżej 85% o wartość różnicy tego obciążenia. Opisane powyżej czynności dokonujemy z poziomu okna Power Management System, a do obserwacji przebiegów czasowych ilustrujących sposób obciążenia zespołów możemy użyć trendów umieszczonych w oknie Trends. W celu urzeczywistnienia modelu elektrowni okrętowej zastosowano dodatkowo obsługę załączania dużych odbiorów. Włączenie ich do pracy wiąże się ze znacznym wzrostem obciążenia elektrowni. Z tego względu stosuje się szereg funkcji mających za zadanie umożliwienie załączenia odbiorów bez spowodowania przeciążenia pracujących prądnic. Stworzony model elektrowni okrętowej umożliwia uruchamianie steru strumieniowego dziobowego (bowthruster) i rufowego (sternthruster). Każdy z nich charakteryzuje się mocą rzędu 250 kW. Żądanie uruchomienia odbioru jest wysyłane z poziomu okna Power Management System przy pomocy odpowiednich przycisków. Następnie, w zależności od stopnia obciążenia elektrowni, następuje bezpośrednie załączenie odbioru lub wykonanie odpowiednich procedur umożliwiających start sterów strumieniowych. Natychmiastowe załączenie dużego odbioru do pracy jest możliwe, gdy istnieje dostateczna rezerwa mocy. W przeciwnym, razie zostaje uruchomiony kolejny zespół w celu zwiększenia rezerwy lub, gdy dostateczna rezerwa mocy nie jest możliwa do pokrycia mocą dysponowanych zespołów, następuje wyłączenie odbiorów mniej ważnych (układ Meyera). Odłączenie odbiorów mniej ważnych powoduje spadek

Laboratorium automatyzacji systemów energetycznych 6

obciążenia i uzyskanie odpowiedniej rezerwy mocy umożliwiającej załączenie wybranego odbioru do pracy. Zadziałanie układu Meyera możemy zaobserwować zarówno z poziomu okna Diagram of Electric Distribution System (odłączenie wyłącznika umożliwiającego zasilanie odbiorników mniej ważnych), jak i z poziomu okna Power Management System, gdzie umieszczono lampki sygnalizujące stan wyłącznika Meyera. W rzeczywistości stosuje się kilka grup odbiorników mniej ważnych i kolejne ich odłączanie, w przypadku utrzymującego się przeciążenia elektrowni. Każda z prądnic ma tyle przekaźników nadmiarowo zwłocznych, ile jest grup odbiorników. W razie przeciążenia działa najpierw przekaźnik nastawiony na najmniejszy prąd i najmniejszą zwłokę, powodując otwarcie wyłącznika samoczynnego grupy najmniej ważnych odbiorników. W ten sposób najważniejsze odbiorniki są zasilane do ostatniej chwili i pozbawione energii dopiero przy zaniku napięcia. W aplikacji wizualizacyjnej, ze względu na konieczność uniknięcia nadmiernego komplikowania układu, przedstawiono graficznie tylko jeden wyłącznik Mayera - symbolizuje on wyłączniki samoczynne kilku grup odbiorów mniej ważnych. Dlatego zadziałanie układu Meyera powoduje stopniowe obniżanie obciążenia, aż do chwili zlikwidowania przeciążenia prądnicy lub uzyskania dostatecznej rezerwy mocy wymaganej do załączenia ciężkiego odbioru. Ponowne przywrócenie zasilania dla odbiorów mniej ważnych dokonywane jest ręcznie za pomocą przycisku Reset (pole Meyer’s Unit Control w oknie Power Management System), który załącza wyłącznik samoczynny i umożliwia zasilenie odbiorów mniej ważnych. Należy pamiętać, że załączenie wyłącznika jest możliwe tylko wtedy, gdy obciążenie prądnic zmniejszono poniżej poziomu obciążenia znamionowego.

2 WIZUALIZACJA MODELU W ŚRODOWISKU INTOUCH

Do zobrazowania wirtualnego modelu elektrowni okrętowej zastosowano aplikację wizualizacyjną InTouch firmy Wonderware®. Jest ona najszybszym i najłatwiejszym systemem tworzenia aplikacji HMI (ang. HMI-Human Machine Interfeace) w środowisku systemów Microsoft Windows oraz WindowsNT, pośredniczących pomiędzy człowiekiem a urządzeniem. InTouch wchodzi w skład zestawu oprogramowania dla przemysłu Wonderware FactorySuite™, a aplikacje InTouch wykorzystywane są do różnych zadań.

2.1 Opis interfejsu graficznego

Ze wzglądu na dydaktyczny charakter pracy, aplikacja wizualizacyjna została zaprojektowana w taki sposób, aby w prosty sposób przedstawić działanie i obsługę elektrowni okrętowej. Projekt wizualizacji został oparty na następujących głównych oknach:

Ćwiczenie nr 9: Automatyzacja elektrowni okrętowej

7

Diagram of Electric Distribution System

Rys. 9.1. Widok okna Diagram of Electric Distribution System

Okno Diagram of Electric Distribution System (rys. 9.1.) przedstawia ogólny

układ elektrowni okrętowej, składającej się z dwóch generatorów głównych G1 i G2. Zamodelowane zostały schematy rozdzielnicy głównej (main switchboard) oraz rozdzielnicy awaryjnej (emergency switchboard). Poza tym w oknie przedstawiono: - generator awaryjny (EG – emergency generator), - odbiory dużej mocy (bowthruster, sternthruster), - odbiory ważne (essential consumers) oraz odbiory mniej ważne (nonessential

consumers), - transformatory obniżające napięcie, - wyłączniki, - parametry generatorów.

Wyżej opisane okno pełni funkcję wizualizacyjną, można na nim obserwować działanie elektrowni, której obsługa dokonywana jest z poziomu pozostałych okien.

Laboratorium automatyzacji systemów energetycznych 8

Operation of Generators

Rys. 9.2. Widok okna Operation of Generators

Okno pokazane na rys. 9.2 przedstawia działanie zespołów prądotwórczych. Na

miernikach można obserwować następujące parametry: - moc czynną (kW), - moc bierną (kVar), - napięcie (V), - częstotliwość (Hz), - prąd (kA).

Poniżej znajdują się przyciski załączające/wyłączające zespół (start/stop). W

dolnej części znajdują się lampki sygnalizujące stan pracy danego generatora (state G1, state G2). Z prawej strony umieszczono przełącznik wyboru generatora będącego w stanie gotowości (stand-by selection).

Z poziomu okna przedstawionego na rys. 9.3 dokonuje się synchronizacji zespołów prądotwórczych z siecią. Do wyboru metody synchronizacji służy przełącznik synch. selector. Wyboru generatora synchronizowanego dokonujemy za pomocą przełącznika synchronization. Synchronizacja automatyczna następuje po wciśnięciu przycisku auto synch. Synchronizacja ręczna dokonywana jest za pomocą przycisku connect. Sterowanie częstotliwością przy synchronizacji ręcznej dokonujemy za pomocą przycisków speed adjustment. Zmiana przesunięcia fazowego pomiędzy wektorami napięć symulowana jest na synchronoskopie (synchronoscope). Przyciski connect/disconn służą do załączenia/wyłączenia generatora z szyn rozdzielnicy głównej.

Ćwiczenie nr 9: Automatyzacja elektrowni okrętowej

9

Synchronization

Rys. 9.3. Widok okna Synchronization

Laboratorium automatyzacji systemów energetycznych 10

Power Management System

Rys. 9.4. Widok okna Power Management System

Z poziomu okna Power Management System (rys. 9.4.) dokonywany jest rozdział

mocy. Na miernikach prezentowane jest obciążenie prądnic w % i w kW. Dodatkowy miernik służy do przedstawienia całkowitego obciążenia elektrowni (Total Power). Przyciski z pola Load Control służą do zwiększania i zmniejszania obciążenia elektrowni. Przełącznikiem Load Sharing dokonujemy wyboru jednej z metod obciążenia zespołów – asymetrycznej lub symetrycznej. Pole Heavy Consumers służy do załączania i wyłączania odbiorów dużej mocy (bowthruster i sternthruster). Z prawej strony umieszczono przełącznik wyboru generatora będącego w stanie gotowości (stand-by selection) oraz lampki sygnalizujące stan pracy poszczególnych generatorów (state G1, state G2). Poza tym w polu Meyer’s Unit Control umieszczono lampki sygnalizujące stan wyłącznika Meyera (Meyer’s Breaker) oraz przycisk umożliwiający ręczne załączenie tego wyłącznika po uprzednim zadziałaniu układu Meyera.

Ćwiczenie nr 9: Automatyzacja elektrowni okrętowej

11

Trends

Rys. 9.5. Widok okna Trends

Okno Trends (rys. 9.5.) podzielone jest na dwie części. W górnej części zostało

umieszczone okno trendu przedstawiającego następujące wartości: - obciążenie pierwszego zespołu (Power G1), - obciążenie drugiego zespołu (Power G2), - obciążenie zespołu awaryjnego (Emergency Power), - obciążenie całkowite elektrowni (Total Power),

W dolnej części umieszczono okno trendu przedstawiającego wartości prądów dla obu głównych generatorów (Current G1 oraz Current G2). Sygnały w celu identyfikacji mają różne kolory. Rozpiętość czasowa trendów wynosi 5 minut co jest wystarczające aby zaobserwować przebiegi podczas ćwiczeń laboratoryjnych. Przebiegi te są szczególnie przydatne do obserwowania różnicy pomiędzy obciążeniem symetrycznym i asymetrycznym.

Do przełączania się pomiędzy oknami służy okno (pasek) Menu (rys. 9.6.). Znajduje się zawsze w dolnej części ekranu. Aktywowany przycisk uruchamia żądane okno.

Rys. 9.6. Widok okna Menu

Menu zawiera także przycisk Control Mode, którego wciśnięcie wyświetla okno

pokazane na rys. 9.7, umożliwiające wybór trybu sterowania elektrownią. Tryb auto – sterowanie z poziomu aplikacji wizualizacyjnej InTouch, tryb manual – sterowanie z poziomu pulpitu sterowniczego.

Laboratorium automatyzacji systemów energetycznych 12

Rys. 9.7. Przełącznik trybu sterowania

2.2 Pulpit sterowniczy

W celu zwiększenia elastyczności systemu sterowania elektrownią okrętową zastosowano dwie metody sterowania: - z poziomu aplikacji wizualizacyjnej InTouch, - z poziomu pulpitu sterowniczego.

Przełączanie pomiędzy tymi dwoma metodami jest wykonywane za pomocą

przełącznika Control Mode, który umieszczono na pasku menu w aplikacji InTouch. Widok pulpitu sterowniczego wraz z przypisanymi funkcjami przedstawiono na

rys. 9.9. Widoczne na nim elementy zostały podłączone do modułów sterownika SAIA PCD. Wykorzystany sterownik został wyposażony w jeden moduł wejść cyfrowych z 16 wejściami oraz w jeden moduł wyjść cyfrowych z 8 wyjściami. Wejścia zostały połączone z przyciskami i przełącznikami, natomiast wyjścia z lampkami sygnalizacyjnymi. Umieszczenie modułów w określonej przestrzeni adresowej definiuje przypisane wejściom i wyjściom adresy (rys. 9.8.). Sygnały wejściowe posiadają adresy od 0 do 15. Natomiast sygnały wyjściowe od 112 do 119, ze wzglądu na umieszczenie modułu wyjść w ostatniej przestrzeni adresowej.

Ćwiczenie nr 9: Automatyzacja elektrowni okrętowej

13

I 0 I 1I 2 I 3 I 5 I 6 I 7I 4

O 112 O 113O

114O 115 I 11 / I 10 I 9 / I 8

I 14 / I13

I 12 / I15

O 116 O 117 O 118 O 119

Rys. 9.8. Przypisanie adresów wej/wyj (I/O)

GEN. NR.1START/STOP

GEN. NR.1CONN/DISCONN

GEN. NR.2START/STOP

GEN. NR.2CONN/DISCONN

BOWTHRUSTERSTART/STOP

STERNTHRUSTERSTART/STOP

LOAD SHARINGASYM/SYM

SYNCHRONIZATIONG1/G2 ON/OFF

GEN. NR.1RUN

GEN. NR.1CONNECT

GEN. NR.2RUN

GEN. NR.2CONNECT

SYNCH. SELECTORAUTO/MANUAL

SPEED ADJUST.-/+

LOAD CONTROL-/+

AUTO RESETSYNCH. MEYER

BOWTHRUSERRUN

STERNTHRUSTERRUN

EMERGENCYPOWER

ALARM

Rys. 9.9. Widok pulpitu sterowniczego

Laboratorium automatyzacji systemów energetycznych 14

3 SKŁAD URZĄDZEŃ WYKORZYSTANYCH W ĆWICZENIU

Na całość projektu składają się dwie stacje operatorski (nadrzędna i podrzędna), sterownik PLC oraz pulpit sterowniczy (rys. 9.8.). Najistotniejsze od strony funkcjonalności systemu jest połączenie pomiędzy sterownikiem i stacją nadrzędną na której aktywna jest główna aplikacja wizualizacyjna wraz z programem komunikacyjnym MODBUS. Podczas działania programu zachodzi ciągła wymiana informacji pomiędzy sterownikiem i stacją nadrzędną (Master). Z kolei dla stacji podrzędnej (Slave) źródłem informacji jest aplikacja MS Excel uruchomiona na stacji nadrzędnej.

Komunikacja pomiędzy sterownikiem a komputerem odbywa się za pomocą łącza szeregowego RS-232C. Komunikacja po złączu szeregowym musi być także kontrolowana przez odpowiedni program (protokół), który ustala parametry transmisji. W projekcie wykorzystano protokół MODBUS, którego nieskomplikowana konfiguracja umożliwia komunikację pomiędzy sterownikiem, a aplikacją wizualizacyjną.

Wymiana danych pomiędzy stacjami operatorskimi odbywa się za pośrednictwem lokalnej sieci LAN (ang. Local Area Network).

PLC PULPIT

STEROWNICZY

Stacja Master Stacja Slave

Wyj ścia cyfrowe

Wejścia cyfrowe

Komunikacja MODBUS (łącze RS-232C)

Sieć LAN

Rys. 9.10. Konfiguracja urządzeń

Ćwiczenie nr 9: Automatyzacja elektrowni okrętowej

15

4 URUCHOMIENIE APLIKACJI

Przed rozpoczęciem ćwiczenia należy upewnić się czy sterownik PLC jest zasilony i nie świeci się dioda ERROR widoczna na sterowniku. Ponadto należy sprawdzić czy zostały podłączone łącza komunikacyjne.

W celu poprawnego działania aplikacji po włączeniu komputera uruchamiamy programy w następującej kolejności:

1. Uruchom bibliotekę projektów (Projects Library) 2. Wybierz i otwórz projekt o nazwie ELEKTROW 3. Prześlij programu do sterownika (menu Project/Build, F2) 4. Uruchom program Modbus w celu zrealizowania komunikacji sterownika

z InTouch'em 5. Uruchom InToucha i otwórz aplikację o nazwie elektrownia okrętowa 6. Zaznacz wszystkie okna i potwierdź naciskając ,,OK.” 7. Uruchom program WindowViewer wciskając przycisk ,,Runtime!”

znajdujący się w prawym górnym rogu ekranu. Opcjonalnie istnieje możliwość uruchomienia drugiej aplikacji InTouch na

kolejnym stanowisku, pozwala to na wygodniejsze obserwowanie procesów zachodzących podczas działania modelu elektrowni okrętowej. W tym celu należy dodatkowo uruchomić następujące programy:

1. Microsoft Excel i otworzyć plik o nazwie elektrownia.xls (ścieżka dostępu C:\Moje dokumenty\elektrownia.xls)

2. Na stanowisku obok uruchomić InToucha i otworzyć aplikację o nazwie elektrownia okrętowa1

3. Zaznaczyć wszystkie okna i potwierdzić naciskając ,,OK.” 4. Uruchomić program WindowViewer wciskając przycisk ,,Runtime!”

znajdujący się w prawym górnym rogu ekranu. PYTANIA KONTROLNE: 1. Omówić asymetryczne obciążanie generatorów. 2. Omówić symetryczne obciążanie generatorów. 3.. Omówić zasadę zachowania stałej rezerwy mocy. 4. Omówić zasadę zachowania bezwzględnej rezerwy mocy. 5. Omówić zasadę działania układu Meyera. 6. Omówić algorytm sterowania obciążeniem elektrowni okrętowej. 7. Wymienić warunki konieczne do prawidłowej synchronizacji ręcznej generatora. 8. Omówić zasadę działania układu zarządzania mocą. 9. Omówić proces przejścia na zasilanie awaryjne.