Севмашвтуз, 2004.

Министерство науки и образования Российской Федерации Филиал Санкт-Петербургского государственного морского технического университета СЕВМАШВТУЗ Кафедра «Океанотехника и энергетические установки» В.А.Стенин АВТОМАТИКА СПЕЦИАЛЬНЫХ СИСТЕМ Конспект лекций. Часть 2 Северодвинск 2004 УДК 629.12 Стенин Валерий Александрович Автоматика специальных систем Конспект лекций. Часть 2. Северодвинск: РИО Севмашвтуза, 2004, 67 с. Подготовлено кафедрой: «Океанотехника и энергетические установки» Ответственный редактор доцент Стенин В.А. Рецензенты: Маковеев И.В., ведущий инженер ПО ГУП «СМП» Пешков В.Г., старший преподаватель Пособие посвящено вопросам автоматизации основных общесудовых систем: санитарных, противопожарных, трюмных, креново-дифферентных, грузовых систем, а также некоторым системам управления энергетических установок. Излагаются регулирования и управления регулирования, приводятся парокотельных требования судовыми к и дизельных схемам автоматического системами. Рассматриваются структурные и принципиальные способы схемы управления регулирования. Предназначено для студентов специальности 140200, 141200. ISBN 5-7723-0286-8 судовых © Севмашвтуз, 2004 и СОДЕРЖАНИЕ Введение 4 Глава 2.Автоматизация судовых систем 5 2.1. Системы водоснабжения 5 2.2. Фановые системы 8 2.3. Тревожная пожарная сигнализация 9 2.4. Автоматизация систем пожаротушения 11 2.5. Балластные и креново-дифферентные системы 22 2.6. Системы осушения 24 2.7. Централизация управления и контроля общесудовых систем 25 Глава 3.Централизованное управление судовыми системами 30 3.1. Управление арматурой и механизмами. Сигнализация их 30 состояния 3.2. Управление трюмными и балластными системами 45 3.3. Управление системами различного назначения 59 Список литературы 67 Введение Ежегодно морской флот страны пополняется автоматизированными судами. Все современные суда снабжаются системами автоматики, обеспечивающими управление судовыми энергетическими установками, электроэнергетическими и судовыми системами. Автоматизация позволяет сократить численность команды за счет снижения трудозатрат на управление и обслуживание, улучшить условия труда судовой команды, повысить эффективность использования судовых технических средств, снизить стоимость транспортных перевозок. Автоматика современных судов не ограничивается системами автоматизации главными судовыми и вспомогательными энергетическими установками. Большое значение в последнее время приобретает автоматизация судовых систем, включающая применение как отдельных регуляторов и локальных устройств управления, так и развитие систем дистанционного автоматизированного управления судовыми системами. Настоящее пособие посвящено рассмотрению вопросов автоматизации судовых систем и энергетических установок. Материал пособия изложен в соответствии с трудами известных ученых и специалистов в области теории и практики автоматизации СЭУ и систем: Шифрин М.Ш., Нелепин Р.А., Беляев И.Г., Печененко В.И., Хряпченков А.С., Дунин В.М. и др.[1...12]. 2.АВТОМАТИЗАЦИЯ СУДОВЫХ СИСТЕМ 2.1.Системы водоснабжения К общесудовым системам водоснабжения относятся: системы питьевой, мытьевой (холодной и горячей) и санитарной забортной воды. Автоматизированными процессами в этих системах являются подача питьевой и мытьевой воды потребителям, а также регулирование температуры горячей воды. Для автоматизации подачи воды потребителям в санитарных системах устанавливают гидрофор или пневмоцистерну, которая частично заполнена водой, а частично - сжатым воздухом. Подключающиеся к раздаточному трубопроводу потребители получают воду, вытесняемую из пневмоцистерны сжатым воздухом. Когда давление воздуха снижается до заданного минимального значения, следует включить подкачивающий насос и наполнять пневмоцистерну до тех пор, пока давление воздуха в ней не возрастет до заданного максимального значения. После этого насос отключается, а вода к потребителям вновь подается давлением сжатого воздуха. Если количество воздуха в пневмоцистерне остается неизменным, то заданному диапазону давлений соответствует вполне определенный диапазон изменения уровня воды в ней. При наличии пневмоцистерны автоматизация подачи воды к потребителям сводится к автоматическим пускам и остановкам подкачивающего насоса при достижении предельных давлений воздуха в пневмоцистерне. В качестве датчика давления для автоматического пополнения пневмоцистерн на судах отечественной постройки чаще всего используются реле давления типа РДК-57. В системе с паровым водоподогревателем регулирование температуры горячей воды производится путем изменения количества греющего пара, подаваемого в подогреватель. Датчик регулятора температуры устанавливается на выходе из цистерны горячей воды, а его регулирующий клапан - на входе греющего пара. Иногда при разработке системы горячей мытьевой воды конструкторы допускают ошибку, исключая подогреватель из схемы цир куляции, т.е. предусматривая подключение нагнетательной магистрали циркуляционного насоса к входному патрубку цистерны горячей воды, а не к входу в нагреватель. Такое подключение приводит к тому, что при малых расходах горячей воды регулирование ее ^ ^ температуры оказывается неэффективным. Хотя л Рис. 2.1. Схема регулятора температуры типа РПД. п о с и г н а л у д а т ч и к а п р о и с х о д и т у в е л и ч е н и е подачи греющего пара, а температура воды в подогревателе сильно повышается, эта вода поступает в цистерну в небольших количествах и потому мало влияет на температуру воды, циркулирующей в системе. Поэтому подогреватель следует включать так, как это показано на рис.2.2. Наличие запасной цистерны в значительной степени облегчает задачу регулирования температуры горячей мытьевой воды и позволяет применять для этой цели регуляторы как прямого, так и непрямого действия. К тому же в данной системе к качеству регулирования предъявляются относительно невысокие требования. Статическая ошибка регулирования может достигать 10 - 12° С (обычно температуру горячей мытьевой воды поддерживают в пределах от 60 до 70° С). Вид и продолжительность переходного процесса также не являются лимитирующими характеристиками. Рис.2.2. Схема системы санитарной мытьевой воды: ПЦ - пневмоцистерна; ПВ - подогреватель мытьевой воды; ЦГВ - цистерна горячей мытьевой воды; НМВ - насос мытьевой воды; ЦН - циркуляционный насос горячей мытьевой воды; К - невозвратный клапан; Д - датчик регулятора температуры; РК - регулирующий клапан. Этим требованиям удовлетворяют, например, регуляторы тем пературы типа РПД и РПДЖ, хотя во многих других судовых системах их применять не рекомендуется из-за нечувствительности и нестабильной динамической характеристики. Принцип действия регуляторов РПД и РПДЖ заключается в следующем (рис.2.1.). Чувствительный элемент 6, выполненный в виде термобаллона и приблизительно на 2/3 заполненный низкокипящей жидкостью, устанавливается в той точке, где необходимо контролировать температуру. Если происходит, например, повышение контролируемой температуры, давление насыщенных паров рабочей жидкости в термобаллоне возрастает. Это давление по капиллярной трубке 5, передается в полость I исполнительного механизма и, преодолевая сопротивление пружины 3, сжимает сильфон 4. Шток 1 опускается вниз и открытие регулирующих клапанов 7 уменьшается, в результате чего уменьшается подача греющего пара в подогреватель. При снижении контролируемой температуры действие регулятора протекает в противоположном направлении. Параметры регулятора выбраны таким образом, что полный ход регулирующих клапанов происходит при изменении регулируемой температуры на 10° С (например, от 60 до 70° С, от 70 до 80° С и т.д.). В зависимости от пределов регулирования завод-изготовитель заполняет термосистему той или иной низкокипящей жидкостью, поэтому при заказе регулятора нужно оговаривать пределы регулирования, а при установке его проверять их по табличке, укрепленной на корпусе исполнительного меха¬ низма. В процессе эксплуатации можно отрегулировать уставку на небольшую величину при помощи гайки 2, т.е. путем изменения предварительного натяга пружины 3. Регулирующие клапаны регулятора РПД изготовляются на условное давление 10 кГ/см и условный проход 1", 1,5" и 2". Погружаемая часть термобаллона имеет длину 320 мм, диаметр 22 мм. Длина капилляра 3 м (этой длиной определяется максимальное расстояние между чувствительным элементом и регулирующим органом). Регулятор температуры типа РПДЖ работает по такому же принципу, но в отличие от регулятора РПД имеет жидкостное наполнение термосистемы. В связи с этим его конструкция дополнена компенсационным устройством, предохраняющим термосистему от разрушения при повышении температуры выше допустимой. Регуляторы РПДЖ выпускаются с регулирующими кла¬ панами трех типоразмеров: условный проход 15, 25 и 40 мм (соответствующие обозначения: РПДЖ-15, РПДЖ-25 и РПДЖ-40). Диапазон регулируемой температуры для регуляторов РПДЖ-15 составляет 8°С, а для регуляторов РПДЖ-25 и РПДЖ-40 10° С. Длина капилляра составляет 2,5 м. Из регуляторов температуры непрямого действия наиболее подходящими в данном случае являются электрические регуляторы, осуществляющие двухпозиционное регулирование, поскольку при их использовании получается простейшая схема. При достижении заданного предельного значения температуры датчик переключает контакты и подает импульс на регулирующий электромагнитный клапан, установленный на трубопроводе греющего пара. В зависимости от значения регулируемой температуры происходит либо открытие, либо закрытие клапана. 2.2. Фановые системы В фановых системах объектом автоматизации является операция по удалению грязных вод из фекальных цистерн. Удаление грязных вод производится при помощи фекальных насосов, водоструйных эжекторов или путем продувки цистерн сжатым воздухом. В состав системы автоматического удаления грязных вод входят датчики уровня, установленные в фекальной цистерне, и пусковые устройства фекального насоса или насоса водоструйного эжектора. При использовании сжатого воздуха в качестве исполнительных устройств применяются электромагнитные клапаны. Принципиальные схемы систем приведены на рис.2.3. В схемах с фекальным насосом (рис.2.3 а) или с водоструйным эжектором (рис.2.3 б) при достижении в фекальной цистерне 2 верхнего предельного уровня реле 3 подает импульс на пуск насоса 5, а когда уровень грязных вод снизится до нижнего предела, реле 1 останавливает насос. В схеме с применением сжатого воздуха верхнее реле уровня 3 подает импульсы на электромагнитные клапаны 9: клапан на трубопроводе 10 подачи сжатого воздуха открывается, а клапан на трубопроводе 11, сообщающем цистерну с атмосферой, закрывается. В фекальную цистерну начинает поступать сжатый воздух. Рис. 2.3. Схемы автоматического удаления грязных вод из цистерны: а - фекальным насосом; б - водоструйным эжектором; в - сжатым воздухом. 1 - датчик нижнего уровня; 2 - фекальная цистерна; 3 датчик верхнего уровня; 4 - пускатель электродвигателя насоса; 5 - насос; 6 - захлопка; 7 - водоструйный эжектор; 8 - щит управления; 9 - электромагнитные клапаны; 10 - трубопровод сжатого воздуха; 11 - трубопровод сообщения с атмосферой; 12 трубопровод стока вод в фекальную цистерну. Под действием давления в цистерне захлопка 6 на трубопроводе 12 стока грязных вод в цистерну закрывается, а на трубопроводе слива грязных вод за борт открывается. После удаления грязных вод реле 1 нижнего уровня отключает электромагнитные клапаны. Клапан на трубопроводе 10 закрывается, а на трубопроводе 11 откры¬ вается. (В схеме рекомендуется предусмотреть реле времени, которое обеспечи¬ вало бы открытие клапана на трубопроводе 11 через некоторое время после закрытия клапана на трубопроводе 10, чтобы воздух с испарениями грязных вод не выходил в трубопровод). Захлопки 6 возвращаются в исходное со¬ стояние под действием своих противовесов. Верхний датчик 3 принято устанавливать на уровне, соответствующем приблизительно 90% емкости цистерн. Нижний датчик 1 устанавливается в как можно более низкой точке, чтобы опорожнение цистерны было возможно полнее. Кроме этих двух датчиков, рекомендуется устанавливать еще один датчик уровня, который вырабатывал бы аварийный сигнал при достижении верхнего предельно допустимого уровня. 2.3. Тревожная пожарная сигнализация Действующие «Правила противопожарного оборудования и снабжения морских судов» требуют обязательного наличия систем автоматической пожарной тревожной сигнализации на определенных типах судов. Этими системами должны быть оборудованы жилые и служебные, а также грузовые помещения всех пассажирских судов валовой вместимостью более 1000 рег. т, грузовые трюмы сухогрузных судов, насосные отделения и коффердамы нефтеналивных судов. Естественно, автоматическую пожарную сигнализацию целесообразно применять и для всех других судов и судовых помещений, не оговоренных в «Правилах» в качестве обязательных. Элементами автоматической системы тревожной пожарной сигнализации являются: 1) датчики-извещатели, которые устанавливаются в контролируемых помещениях и в случае возникновения пожара вырабатывают соответствующие импульсы; 2) аппаратура сигнализации, которая воспринимает импульсы и преобразует их в сигналы оповещения. Обычно аппаратуру располагают на специальном пульте в ходовой рубке. При наличии на судне дистанционного или автоматического управления системами пожаротушения аппаратуру управления ими располагают на этом же пульте; 3) аппаратура питания системы сигнализации и линий связи. В соответствии с «Правилами противопожарного оборудования и снабжения морских судов» автоматические системы сигнализации должны получать питание не менее чем от двух источников. Кроме того, рекомендуется все датчики и приемную сигнальную аппаратуру заземлять на корпус судна, что обеспечивает передачу сигналов при повреждениях линий связи. В качестве параметров, свидетельствующих о возникновении пожара, используется температура воздуха и наличие дыма в помещении. В зависимости от того, какой из этих параметров выбран в качестве контролируемого, различают температурные и дымовые извещатели. Температурные извещатели подразделяются на максимальные, дифференциальные и максимально-дифференциальные. Максимальные температурные извещатели реагируют на величину температуры воздуха в помещении: при повышении температуры до определенного заданного значения они переключают электрические контакты и тем самым вырабатывают сигнальный импульс. Дифференциальные температурные извещатели реагируют на определенную скорость нарастания температуры. Если эта скорость превзойдена, датчик вырабатывает импульс, поступающий в цепь сигнализации. При более низких скоростях импульс не вырабатывается. Максимально-дифференциальные температурные извещатели сочетают в себе принцип действия и максимальных, и дифференциальных извещателей. Они срабатывают как при слишком высокой скорости нарастания температуры (независимо от ее абсолютного значения), так и при достижении определенного предела температуры (хотя ее нарастание происходило и с небольшой скоростью). Максимально-дифференциальные извещатели являются относительно сложными устройствами. На судах они используются крайне редко. Из других двух типов извещателей более предпочтительным на первый взгляд является дифференциальный извещатель: срабатывая при определенной скорости нарастания температуры, он может подать сигнал о возникновении пожара раньше, чем будет достигнута предельная температура в районе, где установлен извещатель. Однако следует помнить, что каждому типу извещателей присущи свои особенности, преимущества и недостатки. Сообразуясь с этим нужно выбрать область применения того или иного типа извещателя. Например, дифференциальные извещатели непригодны для помещений, где возможны резкие колебания температуры, так как здесь могут иметь место ложные срабатывания. Дифференциальные извещатели устанавливают в помещениях со сравнительно постоянной или плавно изменяющейся температурой. Опасная скорость нарастания температуры обычно принимается в пределах 5 -10 град/мин. При уставке извещателя на меньшую скорость увеличивается возможность ложных срабатываний. В помещениях, где возможны резкие колебания температуры, устанавливают максимальные температурные извещатели. Их уставка должна быть на 10...20°С выше максимально возможной температуры данного помещения. Температурные извещатели контролируют температуру в помещении главным образом благодаря наличию конвекции воздуха. Передача тепла излучением играет значительно меньшую роль. Поэтому температурные извещатели устанавливают на потолке помещения, чтобы они омывались восходящим потоком более теплого воздуха. Не следует устанавливать извещатели вблизи нагревательных приборов. Для изготовления температурных извещателей используют как ртутные и биметаллические термоконтакторы, так и полупроводниковые термосопротивления. 2.4. Автоматизация систем пожаротушения Системы водотушения. Эти системы используются для тушения пожаров во внутренних помещениях и на открытых палубах. Для тушения горящего электрооборудования, пожаров в грузовых трюмах сухогрузных судов, грузовых танках наливных судов и т.п. системы водотушения не используются, так как в этих случаях они малоэффективны. Из автоматизированных систем водотушения на судах наиболее распространена спринклерная система. Свое название система получила от применяемых в ней спринклеров - распыляющих насадков с легкоплавким замком, который при достижении опасной температуры (например, 70...80 С) разрушается и открывает выход воде из пожарной магистрали. Спринклеры располагаются в различных точках помещения так, чтобы выходящие из них струи распыленной воды воздействовали на предметы и места, наиболее опасные в пожарном отношении (койки, стенные шкафы, дере¬ вянные переборки и другие элементы и устройства). Конструкция спринклера показано на рис. 2.4. Штуцер 4 ввернут в патрубок пожарного трубопровода. В 1 - оправа клапана; штуцере имеется диафрагма 2 с проходным отверстием. Отверстие закрыто стеклянным клапаном 3 с металлической оправкой 1. Клапан удерживается 5 - колба; 6 -рама; 7„ стеклянной колбой 8, внутри которой находится 0 Р и с . 2 . 4 . 2 - С п р и н к д и а ф р а г м а ; к л а п а н 4 - л е р 3 . - ш т у ц е р ; r розетка. 0 _ низкокипящая жидкость. Колба расположена в раме 6. Рама имеет на конце распыливающую розетку 7. Колба с низкокипящей жидкостью является термочувствительным элементом спринклера. Когда температура окружающего воздуха повышается до значения, опасного в пожарном отношении, давление насыщенных паров низкокипящей жидкости возрастает настолько, что разрушает стеклянную колбу 5 и клапан 3 открывается. Вода из пожарного трубопровода проходит через отверстие в диафрагме 2 и, попадая на розетку 7, распыляется. Устройство надежно в эксплуатации и не вскрывается при качке и вибрации. Недостатками этого спринклера являются хрупкость стеклянной колбы, а также некоторое отличие в температурах срабатывания даже для одной партии. Поэтому при установке в одном помещении нескольких спринклеров может получиться так, что какая-то их часть срабатывает с некоторым запаздыванием или даже вовсе не срабатывает. Спринклеры, у которых вместо стеклянной колбы с низкокипящей жидкостью применены замки из легкоплавких металлов и сплавов, не так чувствительны к случайным ударам и сотрясениям, но зато обладают большей тепловой инерционностью - время срабатывания спринклера с легкоплавким замком составляет 0,5...1,5 мин. Кроме того, легкоплавкие замки обычно выполняются из химически активных металлов и их сплавов, которые легко подвергаются коррозии. Спринклерная система для надежности действия, как правило, снабжается водой от двух независимых участков магистрали водотушения. Эти участки должны быть постоянно заполнены водой под давлением, чтобы тотчас после срабатывания спринклеров вода начала поступать к очагам пожара. Чтобы для поддержания давления в магистрали водотушения не потребовалась непрерывная работа пожарного насоса, систему обычно оборудуют напорной пневмогидравлической цистерной, точно так же, как это делают в санитарных системах водоснабжения. Пневмогидравлическая цистерна, находясь постоянно под давлением, будет снабжать пожарные рожки, спринклеры и другие потребители системы, а также компенсировать возможные утечки до тех пор, пока давление в ней не понизится до определенного минимального значения. Затем срабатывает реле минимального давления, которое включает пожарный насос. Насос пополняет цистерну и после срабатывания реле максимального давления останавливается. Кроме пневмогидравлической цистерны и автоматического пуска и остановки пожарного насоса, в спринклерной системе необходимо предусматривать исполнительную сигнализацию о срабатывании той или иной группы спринклеров. Для этой цели применяются контрольно-импульсные клапаны и электроводяные сигнализаторы. Контрольно-импульсный клапан (рис.2.5) устанавливается на входе в трубопровод спринклерной системы, питающий группу спринклеров в данном помещении или нескольких помещениях. В состоянии готовности системы трубопроводы 1 и 5 заполнены водой под одним и тем же давлением и клапан 11 находится на своем гнезде. Клапан 11 перекрывает не только основной канал для прохода воды к спринклерам, но и канал 14 небольшого сечения, сообщающийся при помощи импульсного трубопровода 9 с электроводяным сигнализатором 6. Таким образом, в нормальных условиях к сигнализатору вода не поступает. Если в трубопроводе спринклерной системы имеют место небольшие утечки, то они компенсируются водой, проходящей по каналу 13 через невозвратный клапан 12, так что контрольно-импульсный клапан 11 остается закрытым. Когда же начинает работать какой-либо спринклер или вся группа спринклеров, давление воды в трубопроводе 1 сразу же резко падает, что приводит к открытию клапана 11. Поток воды устремляется к работающим спринклерам. Одновременно открывается и канал 14, по которому вода проходит к электроводяному сигнализатору. Возникает сигнал о срабатывании спринклеров. Клинкет 2 служит для перекрытия спринклерного трубопровода при ремонтах и проверках системы, а также после срабатывания спринклеров, когда очаг пожара уже потушен. В рабочем положении клинкет должен быть постоянно открыт. Проверку исправности сигнализации осуществляют путем открытия запорного клапана 7 на сливном трубопроводе 10. Рис.2.5. Контрольно-импульсный клапан: 1 - пожарный трубопровод; 2 - клинкет; 3 и 4 - манометры; 5 - трубопровод спринклерной системы; 6 - электроводяной сигнализатор; 7 и 8 - запорные клапаны; 9 - импульсный трубопровод; 10 - сливная труба; 11 - тарелка клапана; 12 - невозвратный клапан; 13 и 14 - каналы. Электроводяной сигнализатор (рис.4.6) представляет собой реле давления сильфонного типа. По импульсному трубопроводу вода от контрольноимпульсного клапана поступает в полость 1 и сжимает сильфон 1, преодолевая усилие пружины 2. Шток 3 поднимается вверх и перемещает подвижный контакт 4 по направлению к неподвижному контакту 5. При определенном давлении происходит замыкание контактов, благодаря чему на сигнальном пульте загорается лампа или включается звуковой сигнал. Настройка сигнализатора на то или иное давление осуществляется при помощи втулки 6. Это устройство разработано специально для систем водотушения. Однако вместо них вполне можно устанавливать любые другие реле давления, серийно изготовляемые промышленностью (например, комбинированные реле типа КР) с соответствующими пределами сраба¬ Рис. 4.6 Электроводяной сигнализатор. тывания. 1 - сильфон; 2 - пружина; 3 - шток; 4 Вообще говоря, объем автоматиза¬ подвижный контакт; 5 - неподвижный контакт; ции спринклерной системы можно было 6 - регулировочная втулка. бы дополнить дистанционным управле- нием клапанов на питающей магистрали для ее перекрытия после ликвидации пожара. Для этого следовало бы вместо клинкетов 2 с ручным управлением (рис.2.6) установить клинкеты или клапаны с гидравлическим или пневмати¬ ческим сервомотором. Однако применение дистанционного управления в дан¬ ном случае нецелесообразно, так как места ликвидированного пожара осма¬ триваются членами судового экипажа, которые могут перекрыть клинкеты или клапаны вручную. Другие системы водотушения (с пожарными стволами, рожками, дренчерные системы), а также системы орошения оборудуются средствами автоматизации в меньшем объеме. В этих системах также целесообразно предусматривать пневмогидравлическую цистерну с автоматизацией пускаостановки пожарного насоса. Кроме того, следует применять дистанционное управление клапанами на пожарных трубопроводах подачи воды к той или иной группе помещений. Пульт дистанционного управления располагается в рулевой рубке рядом с пультом пожарной сигнализации. Те участки магистрали водотушения, которые расположены на открытой палубе, в холодное время года должны быть свободны от воды. Однако их следует заполнять сжатым воздухом под давлением, равным давлению воды в пожарной магистрали, а в месте входа магистрали в отапливаемое помещение установить невозвратные клапаны. В этом случае устройства, расположенные в других надстройках, рубках и помещениях полубака, будут действовать так же, как если бы наружные участки магистрали были заполнены водой. Если в каком-либо помещении применена спринклерная система и она срабатывает, то вначале из трубопровода выходит заполнявший его воздух, после чего открывается невозвратный клапан и к спринклерам начинает поступать вода. Системы парогазового тушения. Принцип действия этих систем основан на снижении содержания кислорода в зоне очага горения. Для этой цели чаще всего используются: водяной пар (в системах паротушения), углекислый газ (в системах углекислотного тушения), различные соединения углеводородов с галогенами, которые при хранении в закрытом резервуаре находятся в жидком состоянии, а при подаче к очагу пожара превращаются в пар (системы жидкостного тушения) и др. Системы парогазового тушения должны быть выполнены таким образом, чтобы снижение концентрации кислорода в помещении, где возник очаг пожара, происходило достаточно быстро. Помещение должно быть герметизировано. Ввиду низкого содержания кислорода нахождение людей без специальных костюмов в этом помещении недопустимо. Поэтому необходимо системы парогазового тушения оборудовать средствами автоматического и ди¬ станционного управления. Системы паротушения применяются в грузовых трюмах сухогрузных и наливных судов, топливных и масляных цистернах, насосных отделениях танкеров, малярных, фонарных и др. Расчетный расход подачи насыщенного пара принимается 1,33 кг/час на каждый кубометр объема охраняемых помещений, а для грузовых танков наливных судов - не менее 2,65 кг/час на кубометр. Ввиду того, что на сухогрузных дизельных судах вспомогательный котел обычно имеет небольшую паропроизводительность, применение систем паротушения на этих судах ограничено топливным и масляными цистернами и некоторыми подсобными помещениями машинного отделения. Здесь автоматизация системы паротушения сводится к дистанционному управлению клапанами на паропроводах системы, которое целесообразно осуществлять с центрального поста управления машинного отделения. На судах с паросиловыми установками, где система паротушения применяется также для тушения пожаров в грузовых трюмах и в помещениях полубака, может быть применено как дистанционное управление клапанами на паропроводах системы из рулевой рубки, так и автоматическое управление ими по импульсу термоизвещателей, установленных в контролируемых помещениях. В грузовых танках наливных судов применение термоизвещателей, содержащих электрические элементы, недопустимо, и потому здесь приходится ограничиваться дистанционным управлением. Диаметр трубопроводов системы паротушения обычно не превышает 40 мм. На таких трубопроводах целесообразнее всего устанавливать клапаны с электромагнитным приводом, серийно выпускаемые промышленностью. Такие клапаны удобно использовать и для дистанционного и для автоматического управления. В последнем случае следует предусматривать сигнализацию об открытии клапанов, например, контрольно-импульсные клапаны. Системы углекислотного тушения применяются в грузовых трюмах сухогрузных и наливных судов, котельных и машинных отделениях, топливных цистернах, фонарных, малярных и других помещениях, где находятся легко воспламеняющиеся вещества. Углекислый газ как средство борьбы с пожаром имеет то преимущество, что не портит грузы и оборудование и пригоден для тушения пожаров легко воспламеняющихся веществ, волокнистых материалов, а также электрического оборудования, находящегося под напряжением. Углекислый газ на судне хранится в стандартных баллонах емкостью 40 л, которые объединяются в батареи, предназначенные для обслу¬ живания помещений различной кубатуры. Выходные головки баллонов снабжены предохранительными мембранами из латуни или оловянистой бронзы. При чрезмерном повышении давления в баллоне мембрана разрушается и углекислый газ выходит в атмосферу, не попадая в трубопроводы системы, по которым он мог бы пройти в обслуживаемые помещения. Наибольшее распространение получила конструкция головки баллона, показанная на рис.2.7. Углекислый газ по сифонной трубке 7, которая на 5 - 10 мм не доходит до дна баллона, подводится под клапан 6. Дальнейший проход газа перекрыт. Для подачи углекислого газа в трубопроводы системы необходимо повернуть пусковой рычаг 3. Рычаг воздействует на нажимной винт 4, который поднимается вверх и освобождает клапан. Под воздействием пружины 5 и давления газа клапан 6 поднимается вверх и углекислый газ поступает в трубопроводы системы. В случае чрезмерного возрастания давления газа в баллоне сила давления разрушает предохранительную мембрану 2 и, сдвинув влево сигнальный поршень 1, выходит через свисток в атмосферу. Клапан 6 при этом остается плотно закрытым, так как для его произвольного открытия требуется значительно большее усилие, чем для разрушения предохранительной мембраны. Свисток извещает о выходе газа. При объединении нескольких бал лонов в батарею устанавливают один общий свисток для всей батареи. О том, в каком именно баллоне произошел выпуск газа, узнают по красному хвостовику сигнального поршня, вышедшему из своего гнезда. На трубопроводе к свистку можно установить электроконтактный манометр, при помощи которого сигнал неисправности будет продублирован на пульте пожарной сигнализации путем включения сигнальной лампы или табло. Целесообразный объем автоматизации систем углекислотного тушения сводится к применению дистанционного или автоматического управления запорными клапанами на баллонах и трубопроводах системы, а также сигнализации о выходе углекислого газа из баллонов, поступлении углекислого газа в те или иные участки трубопровода системы и предупредительной сигнализации в тех контролируемых помещениях, где к моменту подачи угле¬ кислого газа могут находиться люди. Дистанционное открытие клапанов на баллонах углекислого газа обычно осуществляется при помощи пневматических поршневых сервомоторов, причем один сервомотор может осуществлять открытие всей батареи баллонов, для чего клапаны на баллонах должны быть соединены между собой при помощи простейшей механической связи. Такие же сервомоторы могут быть применены и для управления запорными клапанами на трубопроводах системы. Если пост управления системой углекислотного тушения расположен в непосредственной близости от помещения, в котором находятся баллоны с углекислым газом, то клапаны на трубопроводах системы можно расположить непосредственно на пульте, не оборудуя их сервомоторами дистанционного управления (рис.2.8). Станция углекислотного тушения в данном примере имеет четыре батареи, в Рис.2.7. Головка углекислотного каждую из которых может входить одинаковое или различное количество баллона. баллонов 1 с углекислым газом. Станция 1 сигнальный поршень; 2 обслуживает машинное отделение и четыре предохранительная мембрана; 3 - пусковой грузовых трюма. Все баллоны одной рычаг; 4 - нажимной винт; 5 - пружина; 6 батареи подключены к одному двухседельный клапан; 7 сифонная трубка. трубопроводу, на выходе из которого установлен невозвратный клапан 8. Трубопроводы всех батарей объединяются в один общий трубопровод, по которому углекислый газ подводится к посту управления 2. Пройдя главный стопорный клапан 6, углекислый газ направляется к раздаточным клапанам 4 и 5. В помещении, где находятся люди, перед подачей углекислого газа должен быть подан предупредительный сигнал «Газы». Для этой цели клапан 4 обычно снабжают скобой или стопором, при снятии которого происходит замыкание контактов в цепи предупредительной сигнализации. Открытие баллонов производится при помощи пневматических сервомоторов 7, воздух к которым подается с поста управления путем открытия соответствующих клапанов на воздушных трубопроводах. Сжатый воздух для управления системой углекислотного тушения обычно хранится в специальных баллонах 3, которые находятся также в помещении станции. Давление воздуха в баллонах 15 - 20 кГ/см . Следует предусматривать возможность пополнения воздушных баллонов из судовой сети сжатого воздуха. Рис. 2.8. Принципиальная схема системы углекислотного тушения. Для сигнализации о подаче углекислого газа в то или иное помещение на раздаточных трубопроводах необходимо установить реле давления. При прохождении газа по данному трубопроводу в нем появляется давление, реле давления замкнет свой контакт и включит сигнальную лампу. Щит сигнализации располагают на посту управления системой. Если станция углекислотного тушения расположена таким образом, что невозможно обеспечить быстрый и легкий доступ к ней с командного мостика, то пост управления станцией следует располагать непосредственно на командном мостике. В этом случае должно быть применено дистанционное управление клапанами не только на баллонах, но и на раздаточных трубопроводах системы. Чтобы не прокладывать на командный мостик воздушных трубок, подающих воздух к управляющим сервомоторам, и тем самым не увеличивать продолжительность срабатывания системы, в некоторых случаях оказывается целесообразным применение электромагнитных клапанов, которые устанавливаются на воздушных трубках подачи воздуха к сервомоторам. Количество дистанционно управляемых клапанов существенно уменьшается, если отказаться от общего трубопровода системы и каждую бата¬ рею баллонов «закрепить» за определенной группой помещений или за данными помещениями, т.е. предусмотреть подачу углекислого газа к данному помещению от определенной батареи. Причем батарей должно быть столько, сколько обслуживаемых помещений, а размеры каждой из них должны соответствовать кубатуре помещений. Необходимость в дистанционно управляемых раздаточных клапанах исчезает: подача углекислого газа в по¬ мещения осуществляется непосредственно открытием клапанов на баллонах. Г — ^ Рис.2.9. Схема станции системы СЖБ. На случай аварии в системе должны быть предусмотрены трубопроводы подачи углекислого газа в данное помещение от других батарей (клапанами, имеющими ручное управление). В нормальном положении эти клапаны должны быть закрыты. Управление системой углекислотного тушения может быть автоматическое. Для этого необходимо составить такую схему, в которой импульсы от термоизвещателей поступают не только в цепь пожарной сигнализации, но и в цепь управления, открывая электромагнитные клапаны на соответствующих трубопроводах. Подача углекислого газа в небольшие помещения и емкости (фонарная, топливный бункер и т. п.) обычно осуществляется от одиночных баллонов автоматически, по импульсу от термоизвещателя. Системы жидкостного тушения применяются для грузовых танков и насосных отделений наливных судов, топливных цистерн, а также для грузовых трюмов сухогрузного судна. В качестве огнегасящего средства используется смесь из 73% бромистого этила и 27% тетрафтордибромэтана или из 70% бромистого этила и 30% бромистого метилена (по весу). Системы с приме нением этих смесей известны под названием систем СЖБ. Иногда применяются и другие смеси (например, смесь бромистого этила и углекислого газа). Системы жидкостного тушения применяются для грузовых танков и насосных отделений наливных судов, топливных цистерн, а также для грузовых трюмов сухогрузного судна. В качестве огнегасящего средства используется смесь из 73% бромистого этила и 27% тетрафтордибромэтана или из 70% бромистого этила и 30% бромистого метилена (по весу). Системы с приме нением этих смесей известны под названием систем СЖБ. Иногда применяются и другие смеси (например, смесь бромистого этила и углекислого газа). По сравнению с системой углекислотного тушения система СЖБ имеет то преимущество, что огнегасящая жидкость хранится при низком давлении, в то время как расчетное давление углекислотной системы составляет 125 ати. Это в значительной мере снижает возможность потерь жидкости при наличии неплотностей. Кроме того, жидкость СЖБ по своим огнегасящим качествам значительно превосходит углекислоту: для тушения пожара нефтепродуктов, например, требуется 0,67 кг/мин углекислоты на каждый кубометр объема емкости, а жидкости СЖБ - всего 0,215 кг/мин. Жидкость СЖБ хранится в специальных баллонах и подается к месту очага пожара при помощи сжатого воздуха. Управление этим процессом может быть дистанционным или автоматическим, для чего на трубопроводах системы устанавливаются электромагнитные клапаны, питание к которым подается соответственно либо при помощи тумблеров на посту управления, либо непосредственно от термоизвещателей в контролируемых помещениях. Схема станции СЖБ с электромагнитными клапанами приведена на рис.2.9. Огнегасящая жидкость находится в баллоне 11, а сжатый воздух, необходимый для работы системы - в баллоне 1. При возникновении пожара или опасном повышении температуры в каком-либо из контролируемых помещений (если управление системой автоматическое) импульс от термоизвещателя поступает на обмотки электромагнитных клапанов 4 и 10 и на обмотку соответствующего клапана 6-9 раздаточной магистрали. Электро- магнитные клапаны открываются. Клапан 2 всегда находится в открытом положении (закрыт только при ремонте). Таким образом, воздух из баллона 1 проходит через редукционный клапан 3, где его давление снижается до 5 - 10 ати, в баллон 11 и вытесняет огнегасящую жидкость в сифонную трубку 12 - в раздаточную магистраль. При дистанционном управлении те же операции выполняются путем переключения соответствующих тумблеров на посту управления системой. По окончании работы системы вручную открывают клапан 5 и продувают магистраль сжатым воздухом. В нормальном положении клапан 5 закрыт. Системы пенотушения. Эти системы используются для борьбы с пожарами в грузовых танках и насосных отделениях танкеров, топливных цистернах, машинных отделениях дизельных судов. Действие этих систем основано на изоляции горящего вещества от кислорода воздуха при помощи специально приготовленной пены. В зависимости от способа получения различают химическую и воздушно-механическую пену. Химическую пену получают в результате реакции специально подобранных щелочных и кислотных соединений в присутствии стабилизаторов, которые интенсифи цируют процесс пенообразования и способствуют образованию устойчивой мелкоячеистой структуры пены. Воздушно-механическая пена получается в результате механического смешения пенообразователя с водой и воздухом. Химические реакции здесь не протекают. Пенообразователи имеют вид жидкостей специального состава. На судах применяется главным образом воздушно-механическая пена. Ее приготовление осуществляется на станциях воздушно-механического пенотушения. Схема станции может быть различной в зависимости от расположения, количества и размеров охраняемых помещений и емкостей. Если система пенотушения предназначена для борьбы с пожарами в топливных цистернах, станцию можно расположить вблизи от этих цистерн и весь процесс приготовления пены осуществлять непосредственно на станции. Но если система пенотушения предназначена для обслуживания грузовых танков и насосных отделений танкера, приготовлять пену следует непосредственно на входе в танк или в насосное отделение. В этих случаях на станции осуществляют смешение пенообразователя с водой. Эта смесь по магистральному трубопроводу подается к танкам, где на входе установлены воздушно-пенные стволы, в которых смесь воды и пенообразователя обильно насыщается атмосферным воздухом и образует пену, поступающую в танк. Автоматизация систем пенотушения заключается в автоматизации работы пожарного насоса (путем применения пневмогидравлической цистерны с двумя реле давления), а также в дистанционном управлении работой станции и клапанами на магистральном трубопроводе системы. Поскольку в грузовых танках наливных судов установка обычных электрических термоизвещателей не допускается, то создание полностью автоматического управления системой пенотушения на этих судах потребовало бы разработки специальных термосигнализаторов, в которых отсутствуют электрические элементы. В настоящее время таких сигнализаторов нет. Схема станции воздушно-механического пенотушения танкера показана на рис.2.10. Пенообразователь находится в резервуаре 6. Для его подачи в магистральный трубопровод 12 используют воду из системы водотушения, которая по трубопроводу 1 поступает к дистанционно управляемой задвижке 2. В качестве привода задвижки может быть применен электродвигатель или сервомотор (пневматический или гидравлический). При открытии задвижки 2 часть воды по трубопроводу 3 поступает в верхнюю часть резервуара 6 и вытесняет пенообразователь по сифонной трубе 8 в трубопровод 9. На выходе из этого трубопровода пенообразователь смешивается с основным потоком воды, проходящим мимо резервуара, затем идет в магистральный трубопровод 12 и дальше - к воздушно-пенным стволам. Необходимый состав смеси обеспечивается выбором соотношения сечений насадки 10, дозирующей подачу пенообразователя, и сопла 11, дозирующего подачу воды. Клапаны 4 и 7 находятся в открытом положении, их закрывают лишь при ремонте. Чтобы смешение пенообразователя с водой не происходило в самом резервуаре 6, вода здесь отделена от пенообразователя слоем буферной жидкости, имеющей удельный вес 1,02 г/см и плавающей на поверхности пенообразователя. Толщина буферного слоя обычно составляет 40 - 60 мм. Кроме того, в верхней части резервуара б установлена решетка 5, равномерно распределяющая поток воды по сечению резервуара. Дистанционное управление клапанами на раздаточных трубопроводах (на входе в воздушно-пенные стволы) обычно осуществляется при помощи пневматических приводов с применением сжатого воздуха давлением 3 - 5 бар. Устройство клапана с пневматическим приводом показано на рис.4.11. При подаче управляющего воздуха через штуцер 7 в верхнюю полость сервомотора поршень 4 перемещается вниз и своим штоком 3 открывает клапан 7, преодолевая усилие пружины 8. Смесь пенообразователя с водой проходит к воздушно-пенному стволу, где происходит образование пены. По окончании действия системы подача воздуха прекращается и клапан 1 под воздействием пружины 8 поднимается вверх, пока не сядет уплотнительным кольцом 2 на седло. Поршень 4 возвращается в исходное верхнее положение. Для ручного открытия клапана предусмотрен маховичок 5, при вращении которого по часовой стрелке Рис.2.11. Дистанционно управля шпиндель 6 перемещается вниз и емый клапан с пневмоприводом. открывает клапан. 2.5.Балластные и креново-дифферентные системы Балластные системы предназначены для возможности изменения крена, дифферента и осадки судна, чтобы тем самым улучшить его остойчивость и управляемость. При помощи балластной системы устраняют или уменьшают крен и дифферент, которые могут возникнуть в процессе погрузки или выгрузки груза, в результате расходования запасов топлива и т.п. Осадку судна приходится изменять, например, когда судно идет порожнем; малая осадка ухудшает остойчивость и управляемость судна, особенно в условиях штормовой погоды. Прием балласта в специальные балластные танки позволяет увеличить осадку, в результате чего остойчивость и управляемость улучшаются. Балластная система состоит из балластных цистерн, расположенных в различных местах корпуса судна, соединительных трубопроводов с необходимой арматурой и насосов. В состав балластной системы входят также днищевые и бортовые кингстоны для приема балласта и выводные трубопроводы для слива балластных вод за борт. Балластные танки стремятся расположить возможно ниже, что способствует повышению остойчивости судна и облегчает наполнение танков (при расположении танков ниже ватерлинии они могут быть наполнены самотеком). Количество днищевых и бортовых отверстий стремятся сделать минимальным. Если специальные балластные системы отсутствуют, их функции на наливных судах выполняют грузовые танки вместе с грузовыми трубопроводами и грузовыми или зачистными насосами. На этих судах приходится предусматривать очистку сливаемых за борт балластных вод от нефтепродуктов. Кроме того, такие судна должны быть оборудованы средствами для очистки грузовых танков перед приемом груза высокой кондиции. На ледоколах и на некоторых типах судов, предназначенных для плавания во льдах, вместо обычной балластной системы предусматриваются специальные креновая и дифферентная системы, которые являются важным средством управления при плавании во льдах. Проходя по льдам, ледокольное судно должно непрерывно изменять дифферент, чтобы вначале, «задрав» нос, «въезжать» на льдину, а затем, опуская нос, обломить ее своей тяжестью. При помощи креновой системы производится раскачивание судна, предотвращающее от сжатия льдов. Не останавливаясь на специальных креновых и дифферентных системах ледокольных судов, рассмотрим вопрос об автоматизации обычных балластных систем на морских сухогрузных судах (рис.2.12). Сам по себе рабочий процесс балластной системы несложен: при появлении нежелательного крена или дифферента необходимо наполнить соответствующие танки таким количеством балласта, чтобы крен был ликвидирован, а дифферент принял бы заданное значение. Для полной автоматизации этого процесса необходимо предусмотреть датчики крена и дифферента (или датчики осадки судна в носу, корме и по бортам в средней части судна), датчики уровня в балластных танках, средства автоматического пуска балластных насосов и автоматического управления клинкетными задвижками и клапанами на балластном трубопроводе. Эти же элементы позволяют автоматизировать и прием балласта балластной системой, предназначенный для увеличения осадки судна. Разработка такого устройства, которое автоматически, без вмешательства судоводителя, определяло бы саму необходимость приема балласта и минимально потребное его количество, была бы слишком сложной и практически малоцелесообразной. Поэтому правильнее будет сохранить участие судоводителя в процессе приема балласта. Конечно, это участие можно свести к минимуму: нажатие пусковой кнопки и задание требуемой осадки. Остальные операции могут быть полностью автоматизированы. В настоящее время схемы автоматизации балластной системы еще не Рис. 2.12. Принципиальная схема балластной системы. НБЦ - носовая балластная цистерна; К.БЦ - кормовая балластная цистерна; ЛББЦ - балластная цистерна левого борта: ПББЦ - балластная цистерна правого борта; БН - балластный насос; П пускатель балластного насоса; КС - кингстон; ШК - 4НК - нагнетательные клапаны (или клинкетные задвижки); 1ВК - 4ВК - всасывающие клапаны (или клинкетные задвижки); СНК - сливной невозвратный клапан; НПО - носовой датчик осадки судна; КДО - кормовой датчик осадки судна; ЛБДО и ПБДО - бортовые датчики осадки судна левого и правого борта; 1ДУ - 4ДУ - датчики уровня в балластных цистернах; ЩУ - щит управления. получили широкого применения на морских транспортных судах. Объясняется это тем, что балластная система относится к числу редко используемых. Ее использование носит эпизодический характер. Прежде всего - при выгрузке или погрузке, и то лишь в тех случаях, если по каким-либо причинам не удалось добиться равномерного размещения груза и судно получило заметный крен или дифферент. Несколько чаще балластная система используется для увеличения осадки при пробеге судна порожнем - в условиях штормовой погоды. 2.6. Системы осушения При автоматизации судовых систем осушения может быть предусмотрено выполнение следующих операций (рис.2.13): а) сигнализация о достижении предельного уровня в сточных колодцах; б) автоматическое удаление льяльных вод; в) автоматизация работы сепаратора льяльных (трюмных) вод. Систему сигнализации обычно выполняют из электрических элементов: датчики уровня, установленные в сточных колодцах, имеют в своем составе переключатели или иные контактные устройства, которые при достижении предельного уровня производят включение сигнальных средств - световых табло, звонка или ревуна. Кроме общих требований, предъявляемых к судовым автоматическим устройствам, применяемые датчики уровня должны удовлетворять следующим специфическим требованиям: - конструкция датчика не должна предусматривать для монтажа наличие горловин или штуцеров в боковых стенках или в днище резервуара, поскольку сточные колодцы расположены, как правило, в двойном дне; - наружные детали датчика не должны коррозировать в морской воде, наличие которой в льяльных водах практически неизбежно. Рис. 2.13. Схема автоматизации системы осушения танкера: МО - машинное отделение; РО - румпельное отделение; ОН - осушительный насос; 1СК 6СК - сточные колодцы; 1ГК - 7ГК - управляющие клапаны с гидравлическим приводом; 1ЭК - 7ЭК - электромагнитные клапаны; 1ДУ - 6ДУ - датчики уровня в сточных колодцах; А подвод воды из пневмоцистерны забортной воды. 2.7.Централизация управления и контроля общесудовых систем Автоматизация судовых систем позволяет в значительной степени уменьшить трудозатраты судового экипажа по их обслуживанию. Тем не менее за судовым экипажем сохраняются определенные функции по контролю за работой судовых систем. Чтобы сократить эти функции, необходимо применять централизацию контроля. Под централизацией контроля понимают сосредоточение контрольно-измерительной аппаратуры и устройств аварийнопредупредительной сигнализации на центральном пульте контроля. Находясь у этого пульта, вахтенный может одновременно наблюдать за состоянием большого количества механизмов и систем без необходимости поочередно обходить эти механизмы, расположенные в разных местах. Наряду с обслуживанием механизмов и агрегатов судовой силовой установки машинной команде вменяется в обязанность техническое обслуживание судовых систем. В последнее время управление и контроль работой механизмов силовой установки стремятся сосредоточить на центральном посту управления силовой установкой (ЦПУ СУ). На судах с комплексно автоматизированными силовыми установками ЦПУ СУ, как правило, располагают в специальном теплозвукоизолированном помещении, в которое подается кондиционированный воздух. При этом на ЦПУ СУ сосредотачивают средства контроля и управления механизмами в таком объеме, чтобы вахтенный не имел необходимости покидать пост для выполнения функций по управлению и контролю работой механизмов. В сочетании с комплексом средств автоматического управления и регулирования ряда непрерывных и периодически повторяющихся процессов централизация контроля и управления позволяет уменьшить численность вахты в машинном отделении до минимума ( 1 - 2 человека), а следовательно, и сократить штат судового экипажа. Отсюда следует, что аппаратура управления и контроля работой автоматизированных общесудовых систем также должна быть расположена на центральном посту управления силовой установкой. Образование в машинном отделении отдельного центрального поста управления общесудовыми системами потребовало бы увеличения численности вахты. Однако следует иметь в виду, что общесудовые системы имеют различное назначение. И если одни из них находятся в полном распоряжении машинной команды (система кондиционирования воздуха, санитарные системы водоснабжения и др.), то другими (балластной, креново-дифферентной или пожарной) должен управлять судоводитель, а машинной команде поручается лишь техническое обслуживание этих систем, обеспечение их постоянной готовности к действию. На старых судах, где эти системы были неавтоматизированы, судоводитель был вынужден вводить их в действие путем передачи соответствующих распоряжений машинной команде. Применение средств автоматизации и дистанционного управления позволяет передать управление этими системами судоводителю. Поэтому органы управления системой и та аппаратура, которая дает необходимую для управления инфор мацию, должны быть расположены на пульте в ходовом мостике, а аппаратура, доставляющая информацию о техническом состоянии системы, - в ЦПУ СУ. Рассмотрим объем средств дистанционного управления и сигнализации по общесудовым системам, который целесообразно расположить на ЦПУ СУ. Система кондиционирования воздуха. Минимальный объем ав томатизации должен предусматривать регулирование температуры и влажности воздуха. При расширенном объеме автоматизации осуществляется также регулирование давления воздуха в распределительных магистралях и индивидуальное регулирование температуры воздуха в каждом судовом помещении. За регулированием во всех этих контурах следят обитатели помещений. Однако на пассажирских судах могут быть применены сигнализа торы о слишком высокой и низкой температуре и влажности воздуха на выходе из центральных агрегатов или в контрольных помещениях. Сигналы от этих датчиков следует выводить на ЦПУ СУ. На транспортных судах такая сигнализация является излишней. Ручное управление в системах кондиционирования воздуха сохраняется для изменения степени рециркуляции воздуха и перехода с летнего режима работы на зимний или наоборот. Эти операции выполняются очень редко, и потому применять для них дистанционное или автоматическое управление нецелесообразно. На всех типах судов желательно предусматривать исполнительную сигнализацию о работе центральных агрегатов, которая давала бы тревожный сигнал в случае произвольной остановки вентилятора. Этот сигнал следует подавать на ЦПУ СУ. Таким образом, по системе кондиционирования воздуха дистанционное управление отсутствует, а контроль может осуществляться в следующей форме: 1) сигнализация о произвольной остановке вентиляторов центральных агрегатов; 2) сигнализация о слишком высокой и низкой температуре кондиционированного воздуха (только на пассажирских судах); 3) сигнализация о слишком высокой или низкой влажности кондиционированного воздуха (только на пассажирских судах). Перечисленные сигналы подаются только на ЦПУ СУ. Системы отопления. Работа систем отопления находится под непосредственным контролем обитателей тех помещений, где отопление предусмотрено. Операции по включению или отключению всей системы или отдельных ее участков производятся очень редко. Поэтому системы отопления не нуждаются в применении средств дистанционного управления и контроля. Санитарные системы водоснабжения. Пополнение пневмоцистерн автоматизировано и обычно эта автоматика работает очень надежно. Тем не менее, на комплексно автоматизированных судах с сокращенным экипажем можно рекомендовать применение сигнализации о нарушениях в работе системы. Однако эта сигнализация должна получать импульсы только о снижении давления в пневмоцистерне ниже заданного минимального значения. Сигнал выводится на ЦПУ СУ. В тех случаях, когда в пневмоцистернах установлены датчики уровня, то вырабатываемые ими сигнальные импульсы также передаются на ЦПУ СУ. Температура горячей мытьевой воды регулируется автоматически. Особой надобности в контроле работой регулятора нет. Однако в тех случаях, когда надежность регулятора или нагревателя вызывает сомнения, можно предусмотреть подачу на ЦПУ СУ сигнала о слишком высокой температуре мытьевой воды. Таким образом, по санитарным системам водоснабжения дистанционное управление отсутствует, а контроль может осуществляться по следующим пунктам: 1) сигнализация о снижении давления в пневмоцистернах ниже минимального значения; 2) сигнализация о предельных уровнях воды в пневмоцистернах; 3) сигнализация о чрезмерно высокой температуре горячей мытьевой воды. Все сигналы подаются только на ЦПУ СУ. Фановые системы. Как отмечалось, операции по удалению грязных вод из фекальных цистерн могут быть автоматизированы либо частично, либо полностью. В первом случае на ЦПУ СУ располагают сигнализацию о достижении верхнего уровня и о достижении максимально допустимого уровня в фекальных цистернах, а также кнопку дистанционного пуска фекального насоса (или подачи сжатого воздуха в фекальные цистерны). Остановка насоса осуществляется автоматически при достижении нижнего уровня. При полной автоматизации фановой системы осуществляется автоматическая остановка и пуск фекального насоса. В этом случае достаточно вывести сигнал о ма ксимально допустимом уровне. Кроме того, необходимо предусмотреть тумблер отключения схемы автоматики с сигналом о том, что схема отключена. Дистанционный пуск фекального насоса целесообразно оставить. Таким образом, по фановым системам должна быть предусмотрена: 1) сигнализация о максимально допустимом уровне в фекальных цистернах; 2) сигнализация о верхнем уровне в фекальных цистернах (для частично автоматизированных систем); 3) дистанционный пуск фекальных насосов (или подача сжатого воздуха в фекальные цистерны); 4) тумблер и сигнализация об отключении автоматики (для полностью автоматизированных систем). Вся перечисленная аппаратура располагается только на ЦПУ СУ. Противопожарные системы. Пульт тревожной пожарной сигнализации располагается в рулевой рубке. Рядом с ним располагается пульт дистанционного управления системами пожаротушения, на котором должны быть также расположены устройства исполнительной сигнализации о срабатывании средств пожаротушения. Часть тревожной пожарной сигнализации и дистанционного управления средствами пожаротушения целесообразно продублировать также и на ЦПУ СУ (которая относится к машинному и котельному отделениям). Кроме того, на ЦПУ СУ следует предусмотреть сигнализацию о технических неисправностях в работе противоположных систем: 1) сигнал об исчезновении питания на пульте пожарной тревожной сигнализации; 2) сигнал о падении давления в пожарной магистрали ниже определенного значения; 3) сигнал об отсутствии давления в магистрали паротушения; 4) сигнал о падении давления в баллонах углекислотного тушения; 5) сигнал о низком уровне в цистернах с пенообразователем. Здесь же должны быть расположены кнопки дистанционного пуска и остановки пожарных насосов с исполнительной сигнализацией о работе насосов. Балластные и креново-дифферентные системы. Дистанционное управление и исполнительная сигнализация этих систем располагаются на ходовом мостике. На ЦПУ СУ можно ограничиться лишь исполнительной сигнализацией о работе балластных систем. Системы осушения. Как уже указывалось, при автоматизации систем осушения автоматическими устройствами следует оборудовать лишь те сточные колодцы, наполнение которых происходит достаточно интенсивно. В некоторых случаях можно обойтись без автоматизации системы осушения, даже если судно работает с сокращенной вахтой в машинном отделении. Для этого следует увеличить объем сточных колодцев, так чтобы можно было предусматривать их осушение один раз в сутки, независимо от степени заполнения. Однако сигнализация о достижении предельного уровня в сточных колодцах при этом должна быть сохранена, чтобы в случае необычно интенсивного заполнения колодцев по каким-либо причинам вахтенный мог принять соответствующие меры. Сигнализация о заполнении сточных колодцев выводится на ЦПУ СУ. Автоматизация грузовых операций на танкерах. Системы дистанционного или автоматического управления грузовыми операциями на танкерах и сопутствующие им системы дистанционного контроля уровня груза в танках занимают особое место. Они располагаются в специально создаваемом для этого центральном пульте управления грузовыми операциями (ЦПУ ГО), который обычно находится над насосным отделением танкера. Вахта в ЦПУ ГО выставляется только на период проведения грузовых операций. На этой вахте находится помповый машинист (донкерман) или грузовой помощник капитана, либо оба эти лица одновременно, которые и осуществляют все необходимые операции по погрузке или выгрузке танкера. Системы автоматизации грузовых операций на танкерах занимают особое положение еще и потому, что они, как правило, не входят в комплекс средств автоматизации силовой установки. З.ЦЕНТРАЛИЗОВАННОЕ УПРАВЛЕНИЕ СУДОВЫМИ СИСТЕМАМИ 3.1. Управление арматурой и механизмами. Сигнализация их состояния Рассматривая в настоящем параграфе алгоритмы управления арматурой и механизмами судовых систем, представленные в виде функциональных схем, будем раскрывать только ту их часть, которая обеспечивает решение задач по управлению каждым исполнительным механизмом (ИМ) в отдельности. Логическое устройство, обеспечивающее взаимодействие нескольких ИМ, будем показывать в виде функционального узла с соответствующими входами и выходами. Функциональные схемы управления ИМ с двухпозиционными манипуляторами показаны на рис.3.1 (А - с одним командным сигналом; Б - с двумя командными сигналами). К общим устройствам и элементам, входящим в рассматриваемую и все подобные ей схемы, относятся: 1 - устройство выдачи командного сигнала (орган управления). В качестве такого устройства применяют пакетные переключатели (ключи), тумблеры, кнопки и т.д. На схемах органы управления (ОУ) изображены в виде контактов. 2 логическое устройство (ЛУ), обеспечивающее алгоритм взаимодействия нескольких ИМ в процессе выполнения технологической операции. Сигналы а и б означают обмен информацией между подобными устройствами разных ИМ. 3 - триггер (Т). Этот элемент занимает одно из двух устойчивых состояний при поступлении на него одного из двух входных сигналов и сохраняет это состояние при исчезновении входного сигнала, т.е. выполняет функции элемента памяти. Состояние элемента изменяется при поступлении другого входного сигнала. Поступление сигнала д приводит к появлению сигнала г, который сохраняется после снятия сигнала д. Поступление на вход триггера сигнала в снимает сигнал г. 4 - выходные устройства (ВУ), чаще всего выполняющие функции усиления (усиление электрического сигнала по напряжению и току или пневматического сигнала по давлению и расходу). В некоторых случаях выходные устройства выполняют также функции преобразователей пневмоэлектрических, электрогидравлических и т.д. В схеме А сигнал от органа управления 1 проходит логическую обработку в устройстве 2 и поступает на выходное устройство 4, которое обеспечивает питанием электромагнит распределителя рабочей среды привода арматуры. При подаче питания на электромагнит арматура открывается, а при снятии питания распределитель переключается и арматура закрывается. Рис.3.1. Схемы управления ИМ с двухпозиционными манипуляторами Отметим особенности этой схемы. Выходное устройство не имеет памяти, следовательно, для удержания арматуры в открытом состоянии требуется постоянное поддержание командного сигнала. При исчезновении командного сигнала арматура переходит в закрытое положение. Эта схема применима в тех случаях, когда закрытие арматуры от аварийного исчезновения командного сигнала не приводит к аварийному состоянию судовых систем. Иногда при аварийном исчезновении командного сигнала закрытие арматуры крайне необходимо. В таком случае целесообразна именно данная схема управления. Рассмотренная и подобные ей схемы в зависимости от конкретных решений по управлению и средствам реализации могут быть более простыми. В них могут отсутствовать те или иные функциональные устройства. Например, при прямом дистанционном электрическом управлении органом управления коммутируется непосредственно цепь питания электромагнита; в этом случае функциональные устройства 2 и 4 будут отсутствовать. Принцип действия схемы Б заключается в следующем. От органа управления 1 через логическое устройство 2 на триггер 3 поступает сигнал д, при этом выходное устройство 4 подает питание на электромагнит, обеспечивающий открытие арматуры. Для закрытия арматуры подается другой командный сигнал (сигнал в), который переводит триггер 3 в противоположное устойчивое состояние. При этом сигнал на его выходе исчезнет, электромагнит обесточится и арматура перейдет в закрытое состояние. Рассматриваемая схема несколько сложнее предыдущей и имеет принципиальное отличие от нее, которое заключается прежде всего в том, что введенный в схему элемент памяти позволяет командный сигнал подавать кратковременно. Исчезновение командного сигнала не переводит арматуру в другое состояние; открытие и закрытие ее осуществляется только командными сигналами. Таким образом, отказ в цепи управления до элемента памяти не нарушает протекание уже заданной технологической операции. Указанные свойства и определяют область применения рассмотренной схемы. Схемы управления арматурой с трехпозиционными манипуляторами (ТПМ) приведены на рис.3.2 и 3.3. В схеме А на рис.3.2 (с двумя командными сигналами) сигнал на открытие арматуры поступает от органа управления 7 через логическое устройство 2 на элемент б, выполняющий логическую функцию "Запрет". При отсутствии запрещающего сигнала командный сигнал поступает на выходное устройство 5, подающее питание на электромагнит, обеспечивая этим открытие арматуры. После полного выполнения команды, т.е. когда запорный орган арматуры достигнет крайнего открытого положения, от сигнализатора положения арматуры на элемент запрета 6 поступит сигнал г. При этом выходной сигнал элемента 6 исчезнет и выходное устройство 5 обеспечит электромагнит, золотник - переключатель манипулятора установится в среднее (нейтральное) положение, а арматура останется в заданном (открытом) положении. Для закрытия арматуры подается сигнал от органа управления 1 или от другого положения того же органа управления. Дальнейшее прохождение сигнала аналогично описанному выше для случая открытия арматуры. Основной особенностью схемы является наличие в ней обратных связей. После выполнения поступившей команды на открытие или закрытие арматуры сигнализатор положения выдает сигнал г или в, поступающий соответственно на элементы 6 или 3, обеспечивая этим запрещение дальнейшего прохождения команды на соответствующий электромагнит. Командный сигнал в данном случае может быть любой длительности, но не меньше времени срабатывания арматуры. Длительность подачи сигнала органом управления (или сигнала от датчика) особой роли не играет. Важно лишь, чтобы две противоположные команды на открытие и закрытие не поступали одновременно. Отключение командного сигнала после его выполнения обеспечивает снятие рабочего давления с привода арматуры, что позволяет увеличить его моторесурс. Рассмотренную схему применяют, если в случае отказа в канале управления перевод арматуры в другое положение осуществляется органом управления или аварийным специальным сигналом, а также когда арматура должна оставаться в заданном положении. Ее недостатком является то, что сигнализатор положения включен в схему управления, это снижает ее надежность. Если отказ сигнализатора положения выражается в исчезновении выходного сигнала, это не приводит к потере управления (пропадает лишь автоматическое снятие питания с электромагнитов). Отказ в виде выдачи ложного сигнала приводит к потере управления арматурой по одному или двум каналам, в зависимости от того, один или оба сигнала (г и в) поступают ложно. т. 8У ЗУ пгпп СП Рис. 3.2. Схемы управления ИМ с ТПМ Рис. 3.3. Схема управления арматурой с ТПМ с использованием короткого командного сигнала В схеме Б на рис.3.2 (с одним командным сигналом) для открытия арматуры сигнал подается органом управления 1 через устройство 2 и элемент 7 на выходное устройство 6. Этот же командный сигнал после устройства 2 поступает также на элемент 3 (логический элемент НЕ), поэтому на элемент 4 и выходное устройство 5 сигнал в это время не поступает. Для закрытия арматуры снимается сигнал от органа управления 1. Следовательно, с выхода элемента 3 сигнал поступает на элемент 4 и затем на выходное устройство 5, обеспечивая закрытие арматуры. Элемент 3 исключает возможность одновременного поступления команд на электромагниты О и 3. Обратные связи (сигналы в и г ) функционируют так же, как в предыдущей схеме. Таким образом, в рассмотренной схеме поступление сигнала от устройства 1 означает открытие арматуры, а снятие сигнала - закрытие. Для удержания арматуры в открытом положении поступающий от устройства 1 командный сигнал должен поддерживаться постоянно. Аварийное исчезновение командного сигнала в устройстве 1 или в устройстве логического управления 2 обеспечивающем взаимодействие ряда ИМ, приводит к закрытию арматуры. Указанная особенность и определяет возможную область применения данной схемы. По выполняемым функциям арматура с трехпозиционным манипулятором, управление которой выполнено в соответствии со схемой Б (рис3.2) практически не отличается от арматуры с двухпозиционным манипулятором, управляемой по схеме А (рис.3.1), однако сама арматура обладает разными характеристиками, поэтому эти схемы не исключают друг друга. Одна из схем, в которой ради повышения надежности исключены из управления сигнализаторы положения арматуры, показана на рис.3.3. Прохождение командного сигнала в устройствах 1 и 2 аналогично рассмотренному выше. Сигналы необходимой длительности на управление арматурой формируются элементами 3, 4 и 5, 6. Поступивший от устройства 2 сигнал е через элемент 5 проходит на выходное устройство, обеспечивающее открытие арматуры. Одновременно сигнал е поступает на элемент задержки 6. Через некоторое время, определяемое настройкой элемента 6, на его выходе появляется сигнал д, который поступает на другой вход элемента 5 и тем самым запрещает прохождение через него сигнала е. В канале управления закрытием арматуры прохождение сигнала в запрещается сигналом г. Повторная посылка команды осуществляется снятием сигнала устройством 1 и посылкой его вновь. В данной схеме, как и в предыдущих, одновременное поступление противоположных команд на открытие и закрытие недопустимо. Эта схема может применяться в тех случаях, когда от автоматических устройств или органов управления поступают сигналы, длительность которых больше времени срабатывания арматуры. Длительность сигнала, определяющего время нахождения электромагнита под током, зависит от времени срабатывания арматуры. Сигнал должен сниматься, когда привод арматуры дойдет до крайнего положения. Вопрос усложняется тем, что время срабатывания арматуры зависит от большого числа факторов и поэтому даже для арматуры с гидроприводами колеблется в очень широких пределах - от одной-двух до нескольких десятков секунд. Такой широкий диапазон разброса времени срабатывания арматуры вынуждает проектировать элементы задержки 3 и 6, рассчитанные на время срабатывания в несколько десятков секунд, а это является трудной задачей. К тому же нестабильность времени срабатывания арматуры не позволяет гарантировать, что электромагнит будет обесточен после полного срабатывания арматуры, как это выполняется в схемах с обратной связью (см. рис.3.2). Из-за указанного недостатка схема (рис.3.3) находит ограниченное применение. Функциональные схемы управления механизмами судовых систем (насосами, вентиляторами и т.д.) показаны на рис.3.4, 3.5, 3.6. Все схемы предусматривают кратковременное поступление сигналов на входные элементы исполнительных механизмов. Во-первых, это необходимо для обесточивания входных реле пусковой аппаратуры механизмов. Обесточивание позволяет экономить моторесурс элементов, снижает потребляемую системой мощность и соответственно уменьшает мощность теплового рассеивания. При одновременном выполнении большого числа функционально взаимосвязанных операций уменьшение длительно потребляемой мощности может достигать существенной величины. Вовторых, только кратковременное поступление команды на пуск обеспечивает нормальное срабатывание тепловой защиты, встроенной в магнитные пускатели механизмов. Если же команда на пуск сохраняется длительно, то возврат теплового реле в исходное состояние (через несколько десятков секунд) приведет к повторному запуску механизма, что является нежелательным. Повторный пуск механизма до выявления причин его аварийной остановки может привести к тяжелым последствиям. Схема на рис.3.4 построена с использованием обратных связей. Элементы 3, 6 и 7 в каналах пуска и остановки обеспечивают поступление на исполнительные механизмы командных сигналов только на период срабатывания. Это осуществляется следующим образом. Сигнал на пуск от органа управления 1 через логическое устройство 2 и элемент запрета 6 поступает на выходное устройство 5, которое подает питание на пусковое реле магнитного пускателя. Как только механизм выходит на заданный режим, сигнал о его работе через элемент памяти 7 поступает на вход элемента б, обеспечивая этим снятие командного сигнала, поступающего на элемент 5. Независимо от длительности поступления командного сигнала г пусковое рыле магнитного пускателя будет находиться под током только в течение времени запуска механизма. Исчезновение командного сигнала г и повторное его поступление не приводит к повторному срабатыванию пускового реле. При аварийной остановке механизма по защите, встроенной в магнитный пускатель и, следовательно, при исчезновении сигнала в обратной связи командный сигнал не проходит на запуск механизма, так как запрещающий сигнал на входе элемента 6 сохраняется элементом памяти 7. Для повторного запуска механизма схема должна быть приведена в соответствие с состоянием механизма, т.е. посылается команда стоп (при этом снимается команда пуск). Сигналом д команды стоп стирается память элемента 7. Теперь снятие сигнала а и поступление сигнала г приведет к запуску механизма. Таким образом, схема исключает повторный неконтролируемый запуск при поступлении командных сигналов от автоматических устройств. При аварийной остановке механизма по защите повторный запуск возможен только по команде оператора. Рис.3.4. Рнс. 3.5 Рнс. З.б. Рнс. 3.4. Схем а управления механизмами с использованием обратных связей Рнс. 3.5. Схем а управления механизмами с использованием элементов задержки Рнс.3.6.Схема управления механизмами с использованием одного командного сигнала от органа управления Прохождение сигнала в канале остановки ясно та схемы. Элемент запрета i и сигнал обратной связи 5 обеспечивают снятие командного сигнала на остановку механизма, поступающего на выходное устройство 4. Особенности рассмотренной схемы: сигналы от органов управления могут быть любой длительности: при аварийной остановке механизма исключен автоматический повторный запуск: использование в схеме сигнализатора работы механизма снижает надежность управления: сложность реализации используемых в схеме элементов памяти ограничивает область ее применения: одновременное аварийное поступченне сигналов пуск и стоп при работе механизма приводит к его остановке. случае засветится сигнальная лампа. На рис.3.5 приведена схема управления механизмами, обеспечивающая поступление на ИМ кратковременных сигналов, формирование которых осуществляется без использования обратных связей. Сигнал г через элемент запрета 3 поступает на ВУ, обеспечивая этим запуск механизма. Одновременно с этим сигнал г поступает на элемент задержки 4. Через некоторое время, определяемое настройкой элемента задержки, сигнал в с выхода элемента 4 поступает на вход элемента 3, запрещая прохождение через него командного сигнала г и снимая тем самым команду с ИМ. Время задержки прохождения сигнала в элементе 4 в данном случае может быть невелико. Оно должно несколько превышать время срабатывания контактора магнитного пускателя. Время задержки с запасом принимается 3 - 5 с. Прохождение сигналов в элементах канала остановки аналогично рассмотренному, с той лишь разницей, что команда здесь формируется сигналами а, б и элементами 7, 2. Применение рассмотренной схемы позволяет использовать кратковременные и длительные командные сигналы. Запуск механизмов при аварийной остановке возможен только повторной посылкой команды, т.е. исключен неконтролируемый повторный запуск при длительном поступлении командного сигнала. Схема управления механизмами, в которой предусматривается посылка от командного органа только одного сигнала на включение, показана на рис. 5.6. При отсутствии команды на включение (схема А с общим элементом задержки) сигнал а отсутствует, а сигналы б и в от инверторов 2 и 3 поступают на соответствующие входы элементов 4 и 5. На выходах элементов 4 и 5 сигналов нет, т.к. на входе элемента 5 нет сигнала а, а на элемент 4 поступает запрещающий сигнал б. При посылке команды на пуск сигнал а поступает на вход элемента 5 и, следовательно, проходит на включение В У, обеспечивающего запуск механизма. Выходное устройство в канале остановки остается отключенным, т.к. исчезновение сигнала в не изменяет состояние элемента 4. Сигнал г на выходе элемента задержки 1 появится на 3 - 5 с позже входного сигнала а. Поступление сигнала г на вход элемента 3 приводит к исчезновению сигнала б. Следовательно, исчезнет сигнал и на выходе элемента 5, а ВУ снимет пусковой сигнал с ИМ. Элемент 4 при исчезновении сигнала б своего состояния не изменит. Таким образом, элемент задержки 7, инвертор 3 и элемент 5 при поступлении сигнала а обеспечивают формирование кратковременного сигнала на запуск механизма. Снятие сигнала а приводит к появлению на выходе инвертора 2 сигнала <?, который проходит на В У и выключает механизм, т.к. запрещающий сигнал б в это время отсутствует. В данном случае подразумевается, что элемент задержки 1 имеет двухстороннюю проводимость. В пневматических системах этот элемент реализуется дросселем. Поэтому сигнал г исчезает не сразу после снятия сигнала а, а по истечении некоторого времени, определяемого настройкой элемента. Время снятия сигнала г примерно равно времени его нарастания. После исчезновения сигнала г появится сигнал б, который запретит прохождение сигнала в, тем самым обесточивая входной элемент пусковой аппаратуры. Таким образом, команда на остановку поступает непродолжительное время, определяемое элементом задержки. В электрических системах управления, когда в элементе задержки сигнал проходит в одном направлении, каналы пуска и остановки выполняются автономными, как это показано в схеме Б (рис. 5.6), с самостоятельными элементами задержки. Схема В - с обратной связью - отличается от предыдущей лишь тем, что для снятия сигнала, поступающего на остановку, используется обратная связь от сигнализатора работы механизма. Как только снимается командный сигнал а, за инвертором 1 появляется сигнал б. В это время на элементе 2 присутствует сигнал обратной связи в, поэтому сигнал б проходит на остановку. После исполнения магнитным пускателем команды механизм начинает останавливаться, снимает сигнал в, характеризующий рабочее состояние механизма, и, следовательно, снимается сигнал за элементом 2, т.е. входное реле магнитного пускателя обесточивается. Особенности рассмотренных схем: - в схемах используется по одному командному сигналу, появление которого означает включение механизма, а его снятие - остановку; - аварийное исчезновение командного сигнала приводит к остановке механизма; - для повторного запуска механизма, в случае его аварийной остановки, командный сигнал от органа управления должен быть снят и послан вторично. В функциональных схемах управления разрабатывают также (как составную часть) схемы сигнализации состояния отдельных исполнительных механизмов, обобщенной информации о состоянии групп ИМ, значений контролируемых параметров технологических процессов, а также схемы соответствующей обработки этой информации с целью приведения к виду, удобному для принятия решений оператором. Состояние ИМ представляют в виде световых (мнемознаков и табло) и звуковых сигналов. В качестве первичных устройств контроля состояния ИМ применяют сигнализаторы конечных положений запорных органов арматуры и сигнализаторы работы механизмов. Сигнализируемые положения запорного органа, их количество, а также последующая обработка информации перед ее предъявлением оператору выбираются поразному. Рис. 3.7. Схемы однознаковой сигнализации положения арматуры Рассмотрим несколько схем сигнализации состояния арматуры и механизмов, а также присущие этим схемам достоинства и недостатки. На рис. 3.7 приведены схемы индивидуальной однознаковой сигнализации положения запорного органа арматуры, т.е. когда для каждого информационного сигнала используется один знак индикации (световое табло, мнемознак или сигнальная лампа). В схемах используется только один сигнал (открытого или закрытого положения арматуры). Схема рис. 537а отражает типичную дистанционную сигнализацию, когда используются сигнализаторы с электрическим выходом, а мощность выходного сигнала достаточна для засветки лампы. В противном случае сигнализатором просто коммутируется цепь питания сигнальной лампы. Схема рис. 3.76 отличается от схемы а лишь тем, что в цепь сигнализации введено ВУ, выполняющее функцию усиления или преобразования или и то и другое. При применении пневматических сигнализаторов в качестве ВУ используется пневмоэлектрический преобразователь. Обе схемы дают достоверную информацию об открытии арматуры засветкой сигнальной лампы. Закрытое положение арматуры сигнализируется погашенной лампой (точнее, сигнальная лампа гаснет, как только датчик положения арматуры отходит от уровня, соответствующего полному открытию). На рис. 3.7г зона а хода h соответствует открытому положению запорного органа (сигнальная лампа горит), а зона б - промежуточному и закрытому положениям (лампа погашена). Предполагается, что запорный орган, отойдя от открытого положения, обязательно придет в положение, соответствующее закрытому положению арматуры. Но это справедливо только в том случае, если не принимать во внимание возможность отказа арматуры. В действительности при длительной эксплуатации арматуры без местного обслуживания вероятность ее безотказной работы недостаточно высока (р= 0,6^0,8). А это значит, что достоверность информации о закрытом положении арматуры также может оказаться недостаточно высокой. В схеме на рис. 3.7<? используется сигнал о закрытом положении, но на лампу сигнал поступает через инвертор. Необходимость ВУ определяется видом и параметрами сигнала. Как видно из схемы, при закрытом положении арматуры лампа погашена. Как только запорный орган арматуры отходит от закрытого положения, лампа загорается. Таким образом, открытое и промежуточное положения сигнализируются засветкой лампы (рис. 3.7д, зона а), а закрытое положение - погасанием лампы (зона б). В отличии от предыдущих схем здесь достоверной является информация о закрытом положении арматуры и по тем же причинам менее достоверной - об открытом положении. При исправной работе арматуры сигнализация по схеме рис. 3.7 в воспринимается оператором точно такой же, как и по схемам рис. 3.7а и 3.7 б, но эта информация различается качественно, что проявляется при неисправностях в арматуре. Оба типа схем равнозначны по объему представляемой информации, но в одном случае дается достоверная информация об открытом положении арматуры, а в другом - о закрытом. Исходя из этого, определяются и конкретные области применения этих схем. Каждый канал схем двухзнаковой сигнализации (рис. 3.8) ничем не отличается от рассмотренных выше. Но для каждого ИМ здесь предусматриваются два знака индикации, а для их засветки используются сигналы открытого и закрытого положений арматуры. В обеих схемах открытое положение арматуры сигнализируется засветкой лампы Л1 (на рис. 5.8<? зона а), а в промежуточном положении запорного органа и закрытом положении арматуры лампа Л1 погашена (зона б). Засветка лампы Л2 обозначает закрытие арматуры (зона г), а погасание этой лампы - промежуточное или открытое положение запорного органа (зона в). Если ход запорного органа обозначить через h, то открытому положению арматуры соответствует соотношение h > г + д, а закрытому h < г. Два знака индикации (Л1 и Л2) совместно дают полную информацию о состоянии арматуры: Л1 горит, Л2 погашена - арматура открыта; обе лампы погашены - запорный орган находится в промежуточном положении (на рис. 3.8 в зона д); Л1 погашена, Л2 горит - арматура закрыта. Однако полнота информации в данном случае обходится дорого. Для каждого ИМ предусматривается два канала сигнализации и два знака индикации. Кроме того, одна из двух ламп будет постоянно, т.к. арматура всегда находится в одном из двух состояний (открытом или закрытом). А это приводит к постоянному потреблению электроэнергии и к рассеиванию мощности в виде теплоты. Поэтому проектировщики иногда предусматривают отключение сигнальных ламп состояния арматуры. Подключение такой сигнализации осуществляется на время проведения технологической операции. Рассмотренные схемы сигнализации состояния арматуры применяются также для сигнализации состояния механизмов и предельных значений контролируемых параметров. Л1 лг Рис. 3.8. Схемы двухзнаковой сигнализации положения арматуры Стремление увеличить объем считываемой информации с одного знака индикации привело к созданию схемы, приведенной на рис. 5.9. При такой схеме сигнальной лампой представляется тот же объем информации, что и двумя знаками индикации в предыдущих схемах. Устройство 3 в данной схеме формирователь пульсирующего напряжения, обеспечивающего мигающую засветку сигнальной лампы. При открытом положении арматуры от сигнализатора положения поступает сигнал г. Сигнал б от инвертора 1 на засветку лампы не поступает, т.к. прохождение его запрещается сигналом г на элементе 2. На засветку поступает сигнал г через элемент 4, т.е. когда поступает сигнал об открытом положении арматуры, сигнальная лампа горит ровным светом. Как только запорный орган арматуры отойдет от открытого положения, сигнал г исчезнет, и на выходе элемента 2 появится сигнал в, обеспечивающий мигающую засветку сигнальной лампы (вместо исчезнувшей с сигналом г ровной засветки). Мигающая засветка сохранится до тех пор, пока арматура не придет в закрытое положение. С появлением сигнала а, характеризующего закрытое положение арматуры, исчезает сигнал б за инвертором 1 и лампа гаснет. Таким образом, при открытой арматуре сигнальная лампа горит ровным светом (зона - а хода h), в промежуточном положении запорного органа лампа мигает (зона б), при закрытии арматуры лампа гаснет (зона в). К достоинствам схемы относится полнота информации при одном знаке индикации, к недостаткам - многоэлементность и сложность аппаратурной реализации. Рис.3.9. Схема однознаковой сигнализации двух положений арматуры Рис. 3.10. Схема однознаковой обобщенной сигнализации состояния ИМ На рис. 3.10 показана схема однознаковой обобщенной сигнализации, позволяющая получать информацию о несоответствии состояния ИМ посланной команде. В рассмотренном случае для примера принято три ИМ, но схема принципиально не меняется для любого количества ИМ. Посылаемые на ИМ команды на открытие и закрытие поступают также и в схему сигнализации соответственно на элементы 4 и 1 (сигналы а и б). Один из командных сигналов а или б должен постоянно присутствовать, т.к. этим определяется, в каком состоянии должна находиться арматура. Рассмотрим принцип действия схемы. Примем за исходное состояние схемы закрытое положение арматуры, в этом случае в схему сигнализации поступает сигнал б. Сигналы закрытого положения арматуры суммируются, а через элемент 1 этот сигнал поступает на элемент 2, содержащий инвертор. Поэтому на выходе устройства 2 сигнала нет и, следовательно, лампа погашена. Для посылки команды на открытие арматуры командный орган переводится в другое положение, при этом сигнал б исчезает и появляется сигнал а. До тех пор, пока арматура не перейдет в новое положение, соответствующее посланной команде, на выходе элементов 1 и 4 сигналов не будет. Поэтому с инвертора 2 поступит сигнал на вход устройства 3 (формирователь пульсирующего напряжения), обеспечивая этим мигающую засветку сигнальной лампы. Мигание лампы будет продолжаться до тех пор, пока от сигнализаторов положения не поступят сигналы об открытии арматуры. Сигналы эти суммируются и через элемент 4 поступят на вход элемента 2. Вследствие этого мигание лампы прекращается, лампа гаснет. Аналогично работает схема, например, при переходе арматуры из открытого состояния в закрытое в соответствии с посылаемой командой. При использовании рассмотренной схемы сигнализации положение арматуры определяется по положению командного органа, а погашенная сигнальная лампа говорит о соответствии положения арматуры посланной команде. Если лампа мигает, то это означает, что одним или несколькими ИМ команда не выполнена. Во время выполнения команды, когда ИМ переходят из одного состояния в другое, лампа также мигает. По рассмотренной схеме может выполняться как обобщенная, так и индивидуальная сигнализация. Схема обеспечивает выполнение сигнализации по принципу темного пульта, т.к. сигнальная лампа горит только во время выполнения команды ИМ. Особенность схемы заключается в том, что для определения состояния ИМ надо обращаться не только к сигнальной лампе, но и к командному органу. Применение такой схемы целесообразно, когда ИМ участвуют только в одной технологической операции. Если же на ИМ посылаются команды от разных органов управления, то сигналы о его состоянии должны вводиться в соответствующие схемы обобщенной сигнализации. А это означает, что при посылке команды одним органом управления все лампы обобщенной сигнализации, где используются сигналы от этого ИМ, во время выполнения команды будут мигать. Аналогичным образом выполняется схема сигнализации аварийной остановки механизмов (рис. 3.11). Одновременно с посылкой команды на включение механизма в схему сигнализации посылается сигнал а. Если нет сигнала а и механизм не работает (нет сигнала б), то лампа погашена. Это говорит об остановке механизма по команде. При наличии сигнала б от сигнализатора работы механизма лампа будет гореть ровным светом, что означает: механизм работает и соответствует посланной команде а на включение. Из-за наличия на элементе 1 запрещающего сигнала б сигнал а на элементы схемы не проходит. В случае остановки механизма по защите сигнал а сохранится, а сигнал б будет отсутствовать. Вследствие этого ровная засветка лампы исчезает, снимается запрещающий сигнал с элемента 1 и сигнал а проходит на элемент 2 и затем устройство 3 (формирователь пульсирующего напряжения), обеспечивая этим мигающую засветку сигнальной лампы. Элемент задержки предназначен для исключения мигания лампы в период пуска механизма, т.к. команда на запуск (сигнал а) поступает раньше, чем сигнал б о работе механизма. Поэтому элемент задержки должен быть рассчитан на время, необходимое для выхода механизма на номинальный режим работы. Рис. 3.11. Схема сигнализации и остановки механизма. Рис. 3.12. Схема двухзнаковой сигнализации состояния ИМ. При применении сложных исполнительных механизмов (агрегатов, устройств) иногда требуется получить большой объем информации без увеличения числа знаков индикации. Одна из таких схем сигнализации показана на рис. 3.12. Схема обеспечивает представление информации о состоянии ИМ и соответствии этого состояния посланной команде. С этой целью в схеме предусмотрено использование сигналов а и б, означающих соответственно команды на пуск и остановку. Предусмотренные в схеме элементы 3 и 4 обеспечивают формирование пульсирующего напряжения для мигающей засветки сигнальных ламп. Назначение остальных элементов ясно из их условного обозначения. Представляемая схемой информация кодируется следующим образом. Когда послана команда на включение и механизм включился, то загорается ровным светом лампа Л1 (Л2 при этом погашена). Сигнал на засветку Л1 формируется элементом 5. Элементы 1,2 и 6 не имеют всех входных сигналов. Поэтому на их выходе сигналов нет. Если механизм не включился, то Л1 остается погашенной, а Л2 будет мигать. Сигнал на мигающую засветку в этом случае формируется элементами 2 и 3. Во время пуска механизма, с момента поступления сигнала а на включение до получения сигнала о запуске, обе лампы погашены. При остановке механизма работа схемы аналогична. Если поступил сигнал на остановку и механизм остановился, то Л2 будет гореть ровным светом. При невыполнении команды на остановку мигает Л1, что обеспечивается элементами 4 и 6. На период остановки механизма обе лампы будут погашены. Схема обеспечивает получение следующей информации: Л1 горит ровным светом - механизм работает, его состояние соответствует посланной команде а на включение; Л1 мигает - механизм работает, но его состояние не соответствует посланной команде б на включение; Л2 горит ровным светом - механизм не работает, его состояние соответствует посланной команде б на включение; Л2 мигает - механизм не работает, но его состояние не соответствует посланной команде а на включение; Л1 и Л2 не горят - период перехода механизма из одного состояния в другое. Схемы сигнализации состояния ИМ качественно различаются способом кодирования информации на выходе, достоверностью отображаемой информации, сложностью элементной и аппаратурной реализации. Целесообразность и возможность применения тех или иных схем сигнализации в процессе разработки системы управления диктуется конкретными требованиями к проектированию и типами исполнительных механизмов. Рассмотренные в настоящем параграфе схемы управления ИМ и сигнализации их состояния использовались при разработке систем управления судовыми системами морских транспортных судов. 3.2.Управление трюмными и балластными системами Трюмные и балластные системы предназначены: для удаления скапливающейся в трюмах, колодцах и льялах воды; приема балласта в балластные отсеки и топливно-балластные цистерны и удаления его за борт; откачки больших масс воды при аварийном затоплении отсеков; приема (удаления) воды в креновые и дифферентные отсеки с целью изменения положения судна; выполнения некоторых других операций, определяемых особенностями автоматизируемого судна. Рассмотрим алгоритм управления системой осушения теплохода. Упрощенная принципиальная схема системы осушения приведена на рис. 3.13, а функциональная схема управления этой системой - на рис.3.14. От других приехных клапанов Ш | Л . ВВалпастно-осушительную/ \ . _ ~ РЩ [п[ Л с 1 — • систыу Чъ 5аяластно-осу-' шительной систвии СД1 Н1 4 У « Й отстойную цистерну Рис. 3.13. Схема системы осушения теплохода. Система осушения выполнена по линейному принципу. Приемные клапаны системы самовозвратные с двухпозиционными манипуляторами (распределителями рабочей среды). Для простоты на схеме показана только часть приемных клапанов и не показано оборудование, которое не имеет прямого отношения к рассматриваемому вопросу. Во всех осушаемых колодцах установлены сигнализаторы верхнего СВУ и нижнего СНУ уровней. При заполненном колодце оба сигнализатора выдают сигналы, а при осушенном - не выдают. В случае частичного заполнения колодца сигнал будет выдавать только СНУ. В качестве сигнализатора работы насоса используется сигнализатор давления СД, установленный на напорном патрубке осушительного насоса H I . Сигнализатор давления выдает сигнал, когда измеряемое давление превышает заданную установку. Вся дистанционно управляемая арматура снабжена сигнализаторами положения СП открытого состояния запорного органа. Схема управления (рис. 3.14) обеспечивает автоматическое удаление воды при заполнении колодцев и льял. Все приемные клапаны управляются по одинаковой схеме (показана схема управления клапаном К4), а клапан К2 так же, как клапан К1. Дистанционное управление насосом осуществляется двумя переключателями: переключателем 773 производится выбор режима управления (дистанционный или автоматический), а переключателем 772 - посылка соответствующей команды на пуск 77 или остановку С. По мере заполнения любого из колодцев установленные в них сигнализаторы нижнего и верхнего уровней выдают сигналы, обеспечивая открытие соответствующих приемных клапанов. Сигналами от СВУ1 и СНУ1 посредством элементов 7 и 2 открывается клапан К4. Сигналы об открытии нескольких или хотя бы одного приемного клапана через элемент 3 поступают на открытие клапана КЗ, расположенного на всасывающей трубе насоса, а после исполнения команды клапаном КЗ сигнал от сигнализатора положения поступает на элемент 4 и далее на пуск насоса HI. Переключатель ПЗ в этом случае должен находиться в положении Авт., обеспечивая этим автоматическое включение насоса. Понижение уровня воды в сточном колодце приводит к снятию сигнала от СВУ1. Удержание приемного клапана в открытом положении обеспечивается поступлением сигнала на вход элемента 1 с выхода элемента 2.После полного осушения колодца сигнал от СНУ1 снимается и приемный клапан закрывается. Закрытие всех приемных клапанов, т.е. снятие входных сигналов с элемента 3, приводит к закрытию клапана КЗ, следовательно, останавливается и насос. Насос осушения льяльных вод может быть использован для откачки водяного балласта из топливно-балластных цистерн. Для этого предусмотрено дистанционное управление насосом от переключателей П2 и ПЗ, а также клапанами К1 и К2 от своего ключа каждый. В последнем случае переключатель ПЗ выбора вида управления насосом (дистанционное или автоматическое) должен быть установлен в положении Диет., а переключателем П2 осуществляется посылка соответствующей команды. Чтобы предотвратить работу насоса вхолостую после откачки воды из колодца или при срыве из-за превышения высоты всасывания, предусматривают его автоматическую остановку от сигнализатора давления СД1. Принцип действия защиты по давлению заключается в следующем. Сигнализатор СД1 выдает сигнал при повышении давления выше заданной уставки. Такое давление может быть после выхода насоса на номинальный режим работы. До пуска насоса давления нет, следовательно, нет и выходного сигнала от СД1. Поэтому поступающая на запуск насоса и одновременно на вход элемента 5 команда создает сигнал на выходе этого элемента. Но на инверсный вход элемента 6 этот сигнал не поступает, т.к. в его цепи стоит элемент задержки 7. Этим обеспечивается прохождение командного сигнала через элемент 6 и схему пуска насоса. Насос включается, и после выхода его на номинальный режим работы от СД1 поступает сигнал на инверсный вход элемента 5, а это означает, что на выходе этого элемента сигнал исчезает и состояние элемента 6 не меняется. Элемент задержки 7 должен быть настроен на время, превышающее время выхода насоса на номинальный режим работы. Если через заданное время от сигнализатора СД1 не поступает сигнал, то это означает, что по каким-то причинам насос или не включился, или не обеспечивает требуемого давления на выходе. В этом случае с выхода элемента 7 поступает сигнал на инверсный вход элемента 6 и команда на включение насоса снимается. Таким же образом поступает команда на остановку насоса, если давление на нагнетании падает из-за срыва на всасывании или при полном осушении колодца. Причем команда от сигнализатора СД1 на остановку насоса после окончания осушения дублирует команду на остановку от сигнализатора открытого положения клапана КЗ. Схемой предусматривается размещаемая на пульте индивидуальная однознаковая сигнализация открытого положения клапанов, верхнего уровня в колодцах, обобщенная звуковая сигнализация от СБУ (звонок) и сигнализация об остановке насоса при срыве давления или невыполнении команды на запуск (сигнал Л7). Отсутствие сигнала Л1 при дистанционном или автоматическом включении свидетельствует об исправной работе насоса. К достоинствам рассмотренной схемы следует отнести ее простоту при полной автоматизации управления (клапаны с ручным управлением, расположенные в МО, подготавливаются заранее). Вместе с тем схеме присущи и недостатки. Использование в управлении всех сигнализаторов положения существенно снижает надежность управления. Например, отказ сигнализатора положения клапана КЗ приводит к отказу автоматического управления насосом при осушении всех колодцев. Кроме того, происходит частое включение осушительного насоса, т.к. при получении сигнала от СВУ открывается только приемный клапан данного колодца. Прекращается операция осушения сигналом от СНУ этого колодца. Те колодцы, где уровень воды несколько не дошел до СВУ, на осушение не подключаются. Но через некоторое время, как только уровень в одном из них поднимается до СВУ, включение системы осушения повторится. Общее число включений насоса за сутки (п ) будет велико. Оно определяется выражением вт = п — К п 5 ВКЛ a где п - число осушаемых колодцев; а - среднее время заполнения колодца, ч. Приведенная на рис. 3.15 функциональная схема управления системой осушения существенно отличается от рассмотренной выше (см. рис. 3.14). Принципиальная схема системы проста и представляет собой основную линейную магистраль, проходящую через осушаемые отсеки судна, на магистрали имеются отростки с приемными клапанами КЗ, К4 и два осушительных насоса с отливными клапанами К1 и К2 для откачки воды за борт. Отливные и приемные клапаны управляются трехпозиционными манипуляторами (т. е. после исполнения команды клапаны остаются в заданном положении независимо от состояния командного сигнала). Формирование команд для автоматического управления и сигнализации состояния оборудования выполнено с помощью установленных в системе сигнализаторов верхнего и нижнего уровней в осушаемых колодцах СВУ1, СВУ2 и СНУ1,СНУ2, сигнализаторов работы насосов СРН1 и СРН2 и сигнализаторов положения отливных и приемных клапанов С77.СВУ выдают сигнал при наличии воды в месте установки, с СНУ - при отсутствии воды. Принцип действия сигнализаторов работы насосов основан на измерении расхода в напорном патрубке насоса. Сигнал выдается, когда производительность близка к номинальной. Поэтому сигнал о работе насоса может быть получен после открытия необходимой для выполнения задаваемой операции арматуры и достижения насосом соответствующей производительности, определяемой его характеристикой. Сигнал о работе насоса является обобщенной сигнализацией о правильной работе всего технологического тракта. Управление осуществляется двумя переключателями. Один из них предназначен для выбора групп осушаемых помещений (П1) и другой для управления насосными установками и клапанами (на схеме П2 для насосной установки Н1, установка Н2 управляется аналогично от самостоятельного переключателя). Перевод переключателя П1 из нейтрального положения 1 в одно из положений 2,3 или 4 выбора группы к помещений для осушения и переключателя П2 в положение пуск - П обеспечивает формирование команд на открытие соответствующих приемных клапанов, кингстона и пуск насоса. Операция осушения начинается по сигналу верхнего уровня воды в трюме. Команда от ключей поступает одновременно на открытие всех приемных клапанов выбранной группы, но открываются только те клапаны, у которых сборные колодцы заполнены хотя бы частично. Если колодец полностью осушен, т.е. СНУ выдает сигнал, то команда на открытие не пойдет, т.к. сигнал от СНУ (например, СНУ1) поступает на инверсный вход элемента запрета в канале прохождения команды на открытие (см. элемент 1). Управление кингстоном дистанционное. п с V V у От ключа упраЛятия I timopo/n насосе» Сигналы„0"всех 'приемных клапаной Шпалы „3"всвх проемных клапанов •\На управление ']бторым наскок •Ш .От устройства защиты нехани,Ч8СК0& части, насоса Рис. 3.15. Схема управления системой осушения с резервированием насосов Пуск насоса осуществляется суммарным сигналом об открытом состоянии хотя бы одного из приемных клапанов, открытом состоянии кингстона и команды от переключателя (элемент V). Закрытие приемных клапанов производится автоматически по сигналам соответствующих СНУ или дистанционно от переключателя управления насосной установкой (элемент 11). Остановка насоса происходит по суммарному сигналу закрытия всех приемных клапанов (элемент 111). Возможна дистанционная остановка насоса, а также поступление команды на остановку по срабатыванию защиты (элемент 1V). Таким образом, в данной схеме при запуске насосной установки сначала открываются приемный осушительный и отливной клапаны, а затем включается насос. Такой порядок включения оборудования наиболее целесообразен при использовании поршневых осушительных насосов (трюмных помп), когда работа насоса на закрытую задвижку без специальных перепускных устройств недопустима. Использование подобной схемы возможно также при запуске центробежных насосов малой производительности. В схеме предусмотрены индивидуальная сигнализация верхнего и нижнего уровней в сточных колодцах, индивидуальная сигнализация об открытом и закрытом положениях клапанов и сигнализация работы насоса по расходу в напорном патрубке. Световая сигнализация верхнего уровня сопровождается обобщенной предупредительной звуковой сигнализацией. Рассмотренная схема позволяет значительно сократить общее количество включений насосной установки. Это достигается тем, что при включении осушения полностью заполненного сточного колодца одновременно автоматически "подсушиваются" все частично заполненные колодцы выбранной группы помещений. Общее количество включений насоса за сутки для осушения одной группы помещений определяется временем заполнения наиболее часто осушаемого колодца и может быть представлено выражением _ 24 п вкл ~ а •> где а - среднее время заполнения колодца, ч. Рассмотрим функциональную схему управления балластноосушительной системой морских грузовых судов. Балластно-осушительная система по назначению подразделяется на составные части: -систему приема (откачки) больших масс воды в балластные цисттерны; -систему осушения (откачки) малых количеств воды (зачистки трюмов). Из рис. 3.16 видно, что система состоит из главных балластной 2 и осушительной 1 магистралей и насосных установок (3-приемник забортной воды), причем и балластные и осушительный насосы путем соответствующего переключению клапанов могут работать как на одну, так и на другую магистраль. Вся арматура, расположенная в МО у насосов, управляется, как правило, вручную. На всех приемных отростках установлено самовозвратная дистанционно управляемая арматура с двухпозиционными манипуляторами и сигнализаторами положения. Для предотвращения переполнения цистерн при балластировке в них устанавливают СВУ. Автоматизация осушения машинного отделения осуществляется с помощью СВУ1, установленного в осушительном колодце. На напорных патрубках насосов установлены СД, выдающие сигнал при р<0,5 • 10 Па (0,5 кгс/см ). Все сигнализаторы уровня выдают сигнал при наличии воды в месте их установки. Включение насосных установок сигнализируется замыканием контакта контактора магнитного пускателя. Приемные клапаны системы управляются дистанционно, как показано на рис. 3.17, по схеме управления клапанами К1 от переключателя П1. 5 Рис. 3.16. Схема балластно-осушительной системы морского грузового судна. Для предотвращения ошибочной откачки топлива вместо балласта и исключения возможности обводнения топлива при балластировке в системе предусмотрена блокировка открытия клапанов топливнобалластных цистерн. На схеме показан типовой канал управления клапаном К2 от переключателя П2, блокировка осуществляется от переключателя П3. У балластных насосов имеются специальные переключатели для перевода их на местное или дистанционное управление. Эти переключатели устанавливают вблизи магнитных пускателей (на схеме П6). Дистанционное управление насосом Н1 осуществляется переключателем П4, при этом переключатель П6 должен стоять в положении Дист., в этом случае обеспечивается прохождение команд в каналах пуска и остановки управления насосом. Для предотвращения работы насоса Н1 вхолостую при срыве на всасывании или окончании откачки воды предусмотрена его автоматическая остановка от сигнализатора падения давления СД1 в напорном патрубке насоса. 0"'<К0? (Ь о Рис 3.17. Схема управления балластно-осушительной системой морского грузового судна. Чтобы исключить прохождение кратковременного ложного сигнала на остановку и обеспечить выход насоса на номинальный режим при его запуске сигнал от СД1 суммируется с сигналом о включении МП и затем проходит через элемент задержки времени. Время настройки элемента задержки должно быть таким, чтобы до прохождения от него сигнала на управление насос создавал рабочее давление, тем самым снимая сигнал от сигнализатора СД1. Управление балластным насосом Н2 (см. рис.3.16) осуществляется по такой же схеме. Осушительный насос 773 управляется как дистанционно от переключателя 775, так и автоматически. При автоматическом осушении включение насоса 773 производится от СВУЗ, а остановка - по сигналу по СДЗ после полного осушения колодца. На пульт управления выведена индивидуальная сигнализация об открытом положении клапанов и включенном состоянии магнитных пускателей, а также предупредительная индивидуальная световая и обобщенная звуковая сигнализация о верхних уровнях в цистернах (мигающая засветка, выполняемая элементом 7) и поступлении сигналов на остановку насосов 777 и 772 от сигнализаторов соответственно СД1 и СД2. Сигнал от СДЗ на остановку насоса 773 по срыву давления в данном случае не является аварийным, поэтому от него не выводится предупредительная сигнализация. Рассмотрим управление водоотливной системой, построенной по линейному принципу. Упрощенная принципиальная схема такой системы приведена на рис. 3.18, а ее функциональная схема управления - на рис. 3.19. Рис. 3.18. Схема системы водоотлива с резервированием насосов. Система водоотлива состоит из магистрали, проходящей через все обслуживаемые отсеки. С помощью разобщительных клапанов, устанавливаемых на водонепроницаемых переборках, магистраль делится на два или несколько участков. Насосные установки взаимно резервируются, поэтому каждый насос должен обеспечивать откачку воды из любого отсека судна. Кроме этого, в состав системы входят приемные клапаны (по числу отсеков) и клапаны на напорной и всасывающих магистралях непосредственно у насосов. Все клапаны управляются гидроприводами с трехпозиционными манипуляторами. В системе установлены СВУ и СНУ (в отсеках), сигнализаторы работы насосов СРН и сигнализаторы положения арматуры СП. Разобщительный клапан К5 управляется дистанционно от переключателя 777. Приемные клапаны (К1 и др.) управляются дистанционно от переключателей 772 и 773. Переключателем 773 осуществляется выбор приемного клапана обслуживаемого помещения, а переключателем 772 посылается необходимая команда на открытие или закрытие выбранного клапана. Кроме того, на закрытие приемных клапанов поступают автоматические команды из схем управления насосами (элементы 7 и 77). Рис. 3.19. Схема управления системой водоотлива с резервированием насосов. Водоотливные насосные установки 777 и 772 вместе с клапанами на их всасывающих и напорных патрубках управляются каждый от своего переключателя. Схемы управления насосами одинаковы. Переключатель 174 управления насосной установкой имеет четыре фиксированные положения: в положении 7 посылается команда на остановку насоса и закрытие арматуры; в положении 2 осуществляется разрешение на прохождение команд от СНУ на автоматическое закрытие клапанов и остановку насоса; положение 3 - нейтральное, команды в этом положении переключателя не посылаются; в положении 4 посылается команда на открытие арматуры и пуск насоса. Схема обеспечивает следующий порядок включения оборудования при запуске насоса. Посылаемая переключателем П4 в положении 4 команда поступает через элемент VII на открытие клапана К2. После открытия клапана К2 сигнал от СП поступает на элемент III, суммируется с сигналом от переключателя и поступает на включение насоса. Одновременно от СП клапана К2 сигнал поступает на элемент VII (обеспечивая этим снятие команды на открытие) и на элемент задержки времени VI, который формирует команду на открытие клапана КЗ, т.е. вначале открывается всасывающий клапан насоса, затем включается насос при закрытом напорном клапане и уже потом открывается напорный клапан. Такая последовательность открытия арматуры и включения насоса позволяет обеспечить минимальный пусковой ток приводного электродвигателя. После запуска установки переключатель П4 надо установить в положение 2, обеспечивая этим разрешение прохождения команд от СНУ на автоматическую остановку насоса (элемент IV) и закрытие арматуры (элементы II и V). Возможно и дистанционное выключение системы, при этом от переключателя П4 в положении 1 командный сигнал поступает непосредственно на закрытие клапанов К2 и КЗ, остановку насоса и закрытие приемного клапана. Таким образом, схема обеспечивает: - раздельное дистанционное управление приемными клапанами, дистанционное закрытие приемных клапанов вместе с дистанционной остановкой насоса и автоматическое закрытие приемных клапанов по сигналам от СНУ в отсеках; - раздельное дистанционное включение программы запуска насосных установок и раздельную дистанционную остановку, а также автоматическую остановку насоса и закрытие арматуры после окончания откачки воды по сигналам СНУ и остановку насоса по защите; - дистанционное управление разобщительными клапанами. Информация о состоянии ИМ представлена в виде двухзнаковой индикации положения запорного органа арматуры, верхних и нижних уровней воды в отсеках и режима работы насосов. В качестве СРН принят прибор, основанный на измерении расхода за насосом. Этот сигнал несет обобщенную информацию, т.к. получение его означает, что вся арматура выбранного технологического тракта открылась, насос включился и вышел на номинальный режим работы. Надежность управления насосом несколько снижается из-за использования в схеме СП клапана К2. Вместе с тем именно такая схема обеспечивает устойчивую работу насоса (исключает возможность срыва на всасывании) при запуске. Управление креновой системой рассмотрим на примере функциональной схемы управления креновой системой морского грузового судна. Принципиальная схема системы (рис.5.20) включает две цистерны - левого 1 и правого борта 2, две магистрали, соединяющие креновые цистерны, запорные клапаны К1 - К4 на магистралях, управляемые трехпозиционными манипуляторами, и центробежный насос Н1. Обе цистерны снабжены сигнализаторами верхнего уровня (СВУ1 и СВУ2), выдающими сигнал при наличии воды в месте их установки. Переключением клапанов обеспечивается возможность перекачки воды нереверсивным насосом из цистерны 1 на правый борт и из цистерны 2 на левый борт. Все клапаны снабжены СП запорного органа. Рис. 3.20. Схема креновой системы морского грузового судна. Управление операциями перекачки воды (рис. 3.21) принято из двух мест: из ЦПУ с помощью переключателя П1 и из диспетчерского поста посредством переключателя П2. Для обеспечения дистанционного автоматического управления насосом переключатель П3 выбора способа управления насосом, расположенный вблизи магнитного пускателя, должен быть установлен в положение Дист. Переключатели П1 и П2 обеспечивают одинаковое управление; в положениях 1 и 2 посылаются команды соответственно на включение и отключение операции перекачки воды на левый борт, а в положениях 5 и 4 - на включение и отключение операции перекачки воды на правый борт. При посылке команды на включение операции (например, для перекачки из цистерны 2 в цистерну1 - см. рис. 5.20) обеспечивается определенный порядок включения оборудования. Сначала открывается клапан К3 на всасывании насоса, а после его открытия сигнал от СП поступает на пуск насоса и открытие клапана К1. Так как в цепи управления открытием клапана К1 предусмотрен элемент задержки времени, то клапан начнет открываться по истечении некоторого времени. За этот период произойдет выход насоса на номинальный режим, т.е. включение насоса будет происходить при полностью открытом клапане на всасывании и закрытом клапане на напорном патрубке. Принятый порядок включения обеспечивает устойчивую работу насоса при запуске минимальный пусковой ток электродвигателя. Заполнение любой из цистерн до срабатывания СВУ приводит автоматической остановке насоса. Дистанционная остановка насоса закрытие арматуры производятся посылкой команд от переключателей положениях 2 и 4 (см. рис. 3.21). О" 1 Z 3 4 5 V VV V V о П1 t 2 3 4 5 VV V V V 00/72 6 <ь <&^<& & Рис. 3.21. Схема управления креновой системой морского грузового судна. и к и в В схеме предусмотрен вывод сигнализации ЦПУ (верхний ряд сигнальных ламп) и в диспетчерский пост (нижний ряд сигнальных ламп). От СВУ кроме световой предусмотрена еще обобщенная звуковая сигнализация. В каждом посту установлены также сигнальные лампы Л1 и Л2, которые показывают, производится ли управление системой из другого поста. Если управление не производится, переключатели П1 и П2 находятся в среднем положении (положение 3), а посылаемые от них сигналы поступают на инверторы (элементы НЕ), поэтому лампы Л1 и Л2 не горят. Если в одном из постов переключатель выводится из среднего положения (посылается команда на включение), то в другом посту в этом случае засветится сигнальная лампа. З.З.Управление системами различного назначения В настоящем параграфе рассматривается управление системами сжатого воздуха, гидравлики, охлаждения судового оборудования, а также приема и перекачки топлива. Предусматриваемые на судах системы сжатого воздуха предназначены для обеспечения рабочей средой всевозможных пневматических приводов арматуры, устройств, инструмента, а также используются для пуска дизелей, продувания донной и бортовой арматуры и т.д. Системы сжатого воздуха состоят из компрессоров, баллонов для хранения воздуха и трубопроводов с арматурой. Гидравлические приводы арматуры и устройства получают питание от системы гидравлики, состоящей из насосных установок (насосов, пневмогидроаккумуляторов), распределительных коллекторов, сливного бака, трубопроводов и арматуры. Из вспомогательных систем, обслуживающих энергетическое оборудование, следует назвать систему охлаждения, предназначенную для подачи охлаждающей воды к аппаратам, электрическим машинам, приборам и другому оборудованию. От исправной работы системы охлаждения зависит надежность функционирования оборудования. Упрощенная принципиальная схема системы гидравлики танкера (рис.3.22) состоит из двух насосов, двух пневмогидроаккумуляторов 1,трубопроводов и арматуры. Один насос и один пневмогидроаккумулятор являются резервными, этим обеспечивается бесперебойная подача масла к гидроприводам при неисправности основного насоса системы гидравлики. Предусматриваемые в системе гидравлики пневмогидроаккумуляторы позволяют более рационально использовать моторесурс насосов. При небольших расходах масла насос может быть выключен из системы, а требуемые давление и расход жидкости обеспечиваются за счет разрядки пневмогидроаккумулятора. После разрядки пневмогидроаккумулятора насос включается и, если в данный момент расход на гидроприводы меньше производительности насоса, то происходит подзарядка пневмогидроаккумулятора. Для автоматизации управления и получения информации о состоянии установок на пневмогидроаккумуляторах установлены сигнализаторы положения поршней СВУ1,СВУ2 и СНУ1,СНУ2 и сигнализатор давления масла СД1 в напорной магистрали. Из славного бака. Рис.3.22 Схема насосного узла системы гидравлики танкера. СВУ выдают сигнал ,когда поршень приходит в верхнее положение, т.е. если пневмогидроаккумулятор полностью заполнен маслом, а СНУ - при отсутствии масла в нем (поршень находится в нижнем положении).Сигнализатор СД1 выдает сигнал, когда давление в магистрали превышает рабочее значение. На схеме рис.3.23 показано управление одним насосом. Управление другим насосом осуществляется по такой же схеме. Схема предусматривает автоматическое и дистанционное управление насосом. Дистанционное управление осуществляется переключателем П2. Прохождение команд на входные элементы МП обеспечивается только в том случае, если переключатель выбора вида управления Ш установлен в положении Диет. В автоматическом режиме работы пуск и остановка насосов системы гидравлики осуществляются сигнализаторами конечного положения поршней пневмогидроаккумуляторов. Переключатель Ш в этом случае необходимо установить в положение Авт. Включение насоса происходит от СНУ 1,когда пневмогидроаккумулятор разряжен, выключается насос после его зарядки. На пульт управления выведена световая сигнализация о включенном состоянии насоса и повышении давления в системе гидравлики выше предельно допустимого значения. Сигнализация о повышении давления сопровождается звуковым сигналом. Для сигнализации о включении насоса используются контакт контактора магнитного пускателя. Давление в системе измеряется дистанционными манометрами, показывающие приборы которых также расположены на пульте. Принципиальная схема системы воздуха низкого давления (ВНД) (рис.3.24) состоит из баллонов 1 для хранения сжатого воздуха ,компрессора Kpl для нагнетания воздуха в баллоны через редуктор и соответствующей запорной арматуры. Предусмотрена также возможность заполнения баллонов ВНД от системы воздуха высокого давления (ВВД) с понижением давления посредством редуктора. Клапаны К1 и К2 управляются трехпозиционными манипуляторами. Рис.3.23 Схема управления насосами системы гидравлики танкера. Автоматизация управления осуществляется с помощью сигнализаторов давления. Сигнализатор СД1 выдает сигнал, если давление воздуха в баллонах ниже 7 10 Па (7 кгс/см),а сигнализатор СД2-если давление выше 1 10 Па (10 кгс/см ). Клапаны снабжены сигнализаторами конечного положения. Рис.3.24. Схема системы воздуха низкого давления. Компрессор ВНД имеет локальную систему управления, обеспечивающую пуск, остановку, защиту и другие режимы работы. Клапан К2 подачи воздуха из системы ВВД имеет только дистанционное управление переключателем П2 (рис.3.25). Набивка баллонов компрессором ВНД может производиться как в режиме автоматической работы по сигналам от СД1 и СД2,так и при дистанционном управлении с помощью переключателя Ш . Автоматическое управление может осуществляться только в том случае, когда переключатель Ш установлен в среднее (нейтральное ) положение. 0 О" 3 шз (g) (g) Рис.3.25 Схема управления системой воздуха низкого давления. На пульте управления предусмотрена сигнализация об открытом положении запорных клапанов и состоянии компрессорной установки. При нормальном режиме работы компрессора одно табло засвечивается ровным светом. В случае отклонения каких-то параметров от нормы загорается второе (предупредительное) табло. Об аварийной остановке компрессора сигнализирует мигающая подсветка второго табло. На рис.3.26 и 3.27 показаны упрощенная принципиальная схема системы охлаждения судового оборудования и схемы управления этой системой. Холодильные машины ХМ-1 и ХМ-2,имеющие в своем составе нагнетатели (насосы), работают на общую напорную магистраль, снабжающую потребителей охлаждающей водой. Количество установок может быть различным в зависимости от требуемой холодопроизводительности.. Рис.3.26. Схема системы охлаждения судовых механизмов: ХМ1 и ХМ2 -холодильные машины;1 -магистраль охлажденной воды;2приемная магистраль. Рис.3.27. Схема управления системой охлаждения судовых механизмов. Возврат воды от потребителей осуществляется общей приемной магистралью. В нормальном режиме работы напорная и приемная магистрали разобщены клапанами на участки и каждая установка работает автономно на свою группу потребителей. В случае выхода из строя какойлибо установки потребители этой группы могут быть подключены для обслуживания соседней установкой. Приводы арматуры управляются трехпозиционными манипуляторами. Арматура снабжена сигнализаторами открытого положения. Управление системой заключается в проведении типовых операций по вводу в действие и выводу из действия холодильных машин, а также открытию и закрытию разобщительных клапанов на напорной и приемной магистралях. Каждая установка управляется от самостоятельного переключателя. На схеме показано управление установкой ХМ2.Чтобы не допустить работу электроприводов при отключении охлаждающей воды, одновременно с выводом установки из действия посылается команда на выключение всех электроприводов данной группы. Выключение электроприводов осуществляется по сигналу об аварийной остановке ХМ2 и дистанционно. Управление разобщительными клапанами на напорной и сливной магистралях выполнено по адресно-избирательному принципу. Переключателем ПЗ выбираются нужные для данной технологической схемы клапаны, а команда на открытие или закрытие посылается переключателем П2.На пульт управления выведена обобщенная световая сигнализация от функционально взаимосвязанных при выполнении технологических операций клапанов магистралей пресной воды. Клапаны имеют также местную сигнализацию на щитах, расположенных в отсеках. Световая сигнализация об аварийной работе установки сопровождается звуковым сигналом. Одна из применяемых на морских судах систем приема и перекачки топлива показана на рис.3.28. Для простоты на принципиальной схеме показано только то оборудование, которое участвует в выполняемых системой технологических операциях, связанных с приемом и перекачкой топлива. По этой причине на схеме не показаны фильтры, сепараторы, контрольно-измерительные приборы и др. Прием топлива осуществляется через клапаны К1 и К2 в запасные цистерны 1,2 и З.Из любой запасной цистерны топливо может перекачиваться в расходные цистерны 5 и 6 любым из насосов Н2 и НЗ или при одновременной работе этих насосов. Эти же насосы обеспечивают также перекачку топлива из одной запасной цистерны в другую. Перекачка топлива в расходную цистерну 4 осуществляется насосом H I из запасной цистерны 3 и насосом Н2 и НЗ из любой запасной цистерны. Перечисленные технологические операции по приему и перекачке топлива слагаются из более простых типовых операций, связанных с пуском и остановкой насосов, переключением дистанционно управляемой и ручной арматуры и т.д. Поэтому схема дистанционного и автоматического управления (рис. 1.14) также состоит из типовых узлов. Автоматизация управления и контроль уровня выполнены с помощью сигнализаторов. Сигнализаторы верхнего (рис.3.28) уровня в запасных (СВУ1,СВУ2 и СВУЗ) и расходных (СВУ4,СВУ5 и СВУ6)цистернах выдают сигнал, когда уровень топлива поднимается выше места установки сигнализатора. Сигнализаторы нижнего уровня в расходных цистернах (СНУ1, СНУ2 и СНУЗ) и среднего уровня (ССУ1,ССУ2 и ССУЗ) выдают сигнал, если уровень топлива опускается ниже места установки сигнализатора. Дистанционно управляемые клапаны снабжены сигнализаторами положения. Схема (рис.3.29) предусматривает дистанционное и автоматическое управление клапанами приема топлива в запасные цистерны. Переключателем Ш посылается команда на открытие или закрытие, а переключателем П2 подключается к управлению нужный клапан. cm / .а ССУ1 .а СНУ1 СВУ5 .а ССУ2 .а СНУ2 Прием топлива с ц берегаПрием | г - | г—л топлива „ / La с берега д ССУЗ^ BVK ь о у < > СНУЗ 1 С8УЗ Н 1 43- j-t^i—в —tfO- Рис.3.28. Схема системы приема и перекачки топлива: 1-запасная цистерна №1; 2-запасная цистерна №2; 3-запасная цистерна №3; 4-расходная цистерна №1; 5-расходная цистерна №3; 6-расходная цистерна №2. Для предотвращения переполнения запасных цистерн сигналы от СВУ1, СВУ2 и СВУЗ поступают на автоматическое закрытие приемных клапанов. Благодаря элементам задержки времени сигналы от СВУ проходят кратковременно. Минимальная длительность сигнала выбирается такой, чтобы обеспечить полное закрытие арматуры. Следовательно, элемент задержки должен быть настроен на время, несколько превышающее время срабатывания арматуры. Схема позволяет при необходимости осуществлять повторное открытие клапана. Автоматическое управление закрытием выполняется только для того премного клапана, выбор которого осуществлен переключателем П2. На схеме показано управление насосом Н2.Управление другими насосами выполняется аналогично. Схема предусматривает дистанционное насосом с помощью переключателя ПЗ и автоматическое управление от сигнализаторов уровня топлива в расходных цистернах. Переключателем П4 выбирается требуемый режим управления(дистанционный или автоматический). Рис.3.28. Схема управления системой приема и перекачки топлива. Команды на автоматическое управление проходят только в том случае, когда переключатель П4 установлен в положение Авт. Режим автоматического управления осуществляется только при работе каждого насоса на свою расходную цистерну. Использование насосов в других технологических операциях производится при дистанционном управлении. На пульте управления представлена индивидуальная световая сигнализация об открытом положении приемных клапанов и уровне топлива в запасных и расходных цистернах. Световая сигнализация нижнего аварийного уровня топлива в расходных цистернах сопровождается звуковым сигналом. Список литературы I . Беляев И.Г. Автоматизация СПЭУ. М.:Транспорт,1991.-368с 2.Волков Д.И. Судовые паровые котлы. Л.:Судостроение,1988.-136с. 3.Вирьянский З. Я. Проектирование логических устройств судовой автоматики. Л.: Судостроение, 1979. 357с. 4.Зброжек В.В. Автоматика судовых систем. Л.: Судостроение, 1962.147с. 5. Левин М.И.Автоматизация судовых дизельных установок. управление судовыми Л.:Судостроение,1969.-465с. 6. Нелепин Р. А. Автоматическое энергетическими установками. Л.: Судостроение, 1986.- 198с. 7. Печененко В. И. Основы автоматики и комплексная автоматизация судовых паротурбинных установок. М.: Транспорт, 1983.- 267с. 8. Полищук Н.Н. Автоматическое регулирование судовых вспомогательных котлов. М.: Транспорт, 1966. -152с. 9. Федорко П.П. Автоматизация судовых систем. Л.: Судостроение, 1967.-170 с. 10. Хряпченков А.С. Судовые вспомогательные и утилизационные котлы. Л.:Судостроение,1988.- 296с. I I . Централизованное управление судовыми системами / В. М. Дунин и др. Л.: Судостроение, 1976.- 272с. 12.Шифрин Проектирование М. Ш., Новопашенный автоматических систем В. Н., Кадыров управления паротурбинными установками. Л.: Судостроение, 1974. - 482с. Ю. М. судовыми Стенин Валерий Александрович Автоматика специальных систем Конспект лекций. Часть 2. Редактор Давыдов М.М. Корректор Давыдов М.М. Компьютерный набор и верстка Давыдов М.М. Лицензия: Код 221, Серия ИД №01734 от 11.05.2000 г. Сдано в производство 25.04.04 Подписано в печать Формат 60x84/16. Бумага типографская. Заказ № Усл. печ. л. 3 Тираж 50 экз. Темплан 2004 г. Изд. № Редакционно - издательский отдел Севмашвтуза 164504, г. Северодвинск, ул. Воронина 6

Севмашвтуз, 2004.

Related documents

Products

Support

Севмашвтуз, 2004.

Related documents

Add this document to collection(s)

Add this document to saved

Suggest us how to improve StudyLib