Тренажер суднової електроенергетичної системи

Реферат: Тренажер суднової електроенергетичної системи містить джерела електричної енергії, генераторні агрегати якої електрично пов'язані з судновими споживачами електроенергії, один з яких виконаний у вигляді кінематично пов'язаних електродвигуна гребного вала, навантажувального генератора імітатора гребного гвинта з блоками управління і контролю обертання гребного вала, та пов'язані з робочим місцем викладача. Додатково містить систему розподілу електроенергії, керований компенсатор реактивної потужності, блок регулювання якості електроенергії суднової електростанції, дворівневу систему управління судновою електроенергетичною системою, систему дистанційного управління і контролю режимних параметрів обладнання тренажерного комплексу та забезпечення управління навчальним процесом, яка комунікаційною мережею пов'язана з робочим місцем викладача, яке пов'язане з усіма елементами тренажера комунікаційною мережею, а гребний електродвигун, імітатор гребного гвинта та їх блоки керування виконані у вигляді електромеханічного модуля. UA 99959 U (12) UA 99959 U UA 99959 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель, що заявляється, належить до області навчальних пристроїв, і може бути використана як для навчання, так і для перевірки компетентності суднових фахівців з несення вахти та обслуговування, в тому числі моделювання аварійних режимів і нештатних ситуацій, сучасних електроенергетичних систем. З існуючого рівня техніки, який належить до розглянутої області, найбільш близьким за сукупністю ознак до корисної моделі, що заявляється, є тренажер суднової електроенергетичної системи, що містить джерела електричної енергії електроенергетичної системи, що складаються з блока керування судновою електростанцією, виконаною у вигляді імітатора, електрично пов'язаних з двома паралельно під'єднаними генераторними агрегатами, електрично пов'язаними з судновими споживачами електроенергії, причому один з генераторних агрегатів пов'язаний з блоком споживача, другий генераторний агрегат електрично пов'язаний з блоком гребного електродвигуна, виконаного у вигляді імітатора, пов'язаного з гребним гвинтом, виконаним у вигляді імітатора, на валу якого знаходиться блок тахогенератора, який підключений до блока управління гребного електродвигуна, який пов'язаний одним каналом з робочим місцем викладача, двома іншими каналами пов'язаний з другим генераторним агрегатом і гребним електродвигуном, який пов'язаний двома каналами з робочим місцем викладача, що в свою чергу також з'єднане по двох каналах з блоком тахогенератора і другим генераторним агрегатом, і по одному каналу з'єднаний з блоком управління гребного гвинта і самим гребним гвинтом, блоком керування судновою електростанцією, причому генераторний агрегат, який пов'язаний із споживачем, пов'язаний також з робочим місцем викладача, а блок споживача пов'язаний з каналом електропостачання блока гребного електродвигуна, причому додатковий вихід блока гребного гвинта з'єднаний з імітатором судна, один з виходів якого пов'язаний з додатковим входом блока гребного гвинта, а інший вихід з блоком покажчика швидкості ходу судна, при цьому робоче місце викладача електрично пов'язано з усіма елементами тренажера (Патент РФ № 2006957 МКИ: G09B 9/06, публ. 1994 p.). Корисна модель, що заявляється, збігається з відомим тренажером суднової електроенергетичної системи за наступною сукупністю суттєвих ознак: включає джерела електричної енергії суднової електроенергетичної системи, генераторні агрегати, що електрично пов'язані з судновими споживачами електроенергії, один з яких виконаний у вигляді кінематично пов'язаних електродвигуна гребного вала, навантажувального генератора імітатора гребного гвинта з блоками управління і контролю обертання гребного вала, та пов'язані з робочим місцем викладача. Однак відомий тренажер суднової електроенергетичної системи не забезпечує технічного результату корисної моделі, що заявляється, що обумовлено його конструкцією, а саме містить тільки імітатор суднової електростанції, а споживач представлений тільки імітатором гребного електродвигуна, тобто представляє тільки частину електроенергетичної системи судна, внаслідок чого має вузькі дидактичні можливості, і не забезпечує якісну підготовку та перевірку компетентності фахівців з типових експлуатаційних режимів роботи електроенергетичної системи судна і не дозволяє моделювати аварійні режими і нештатні ситуації електроенергетичної системи судна. Задача, на вирішення якої спрямована корисна модель, полягає в удосконаленні тренажера суднової електроенергетичної системи, шляхом зміни його конструкції, а саме введення додаткових систем та блоків, і нових взаємозв'язків між його елементами, що дозволить проводити навчання і перевірку компетентності фахівців, моделювати аварійні режими і нештатні ситуації в необхідному обсязі. Поставлена задача вирішується в тренажері суднової електроенергетичної системи, яка включає джерела електричної енергії суднової електроенергетичної системи, генераторні агрегати якої електрично пов'язані з судновими споживачами електроенергії, один з яких виконаний у вигляді кінематично пов'язаних електродвигуна гребного вала, навантажувального генератора імітатора гребного гвинта з блоками управління та контролю обертання гребного вала, які пов'язані з робочим місцем викладача, тим, що відповідно до предмета корисної моделі, він додатково містить систему розподілу електроенергії, керований компенсатор реактивної потужності, блок регулювання якості електроенергії суднової електростанції, дворівневу систему управління суднової електроенергетичної системи, систему дистанційного управління і контролю режимних параметрів обладнання тренажерного комплексу та забезпечення управління навчальним процесом, яка комунікаційною мережею пов'язана з робочим місцем викладача, яке пов'язане з усіма елементами тренажера комунікаційною мережею, а гребний електродвигун, імітатор гребного гвинта та їх блоки керування виконані у вигляді електромеханічного модуля, при цьому система розподілу електроенергії пов'язана, по 1 UA 99959 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 одній лінії, за допомогою автоматичних генераторних вимикачів з усіма генераторними агрегатами суднової електростанції, а по другій лінії, на пряму або через перемикаючі пристрої з електромеханічним модулем та іншими споживачами, а також з керованим компенсатором реактивної потужності і блоком регулювання якості електроенергії суднової електростанції, при цьому всі елементи тренажерного комплексу пов'язані з дворівневою системою керування судновою електроенергетичною системою комунікаційною мережею, а її верхній рівень пов'язаний комунікаційною мережею з системою дистанційного управління і контролю режимних параметрів обладнання тренажерного комплексу та забезпечення управління навчальним процесом. Корисна модель, що заявляється, забезпечує технічний результат, який полягає у забезпеченні підготовки та перевірки компетентності фахівців з експлуатації суднових електроенергетичних систем, в тому числі можливості моделювання аварійних режимів і нештатних ситуацій в типових експлуатаційних режимах суднової електроенергетичної установки. Додатковий технічний результат, який полягає в розширенні дидактичних можливостей тренажера, забезпечується тим, що він додатково містить робочі місця слухачів, які пов'язані комп'ютерною мережею з робочим місцем викладача. Додатковий технічний результат, який полягає в розширенні дидактичних можливостей тренажера, забезпечується тим, що він додатково містить керовані силові суднові механізми. Тренажер суднової електроенергетичної системи, який заявляється, пояснюється кресленням, де наведена функціональна схема тренажера. Тренажер суднової електроенергетичної системи містить: - джерела електричної енергії (ДЕЕ) суднової (автономної або з відбором потужності від головної силової енергетичної установки) електроенергетичної системи (у тому числі високовольтні); - система розподілу електроенергії (СРЕ), до складу якої входить головний (ГРЩ), аварійний (АРЩ), вторинні електророзподільні щити і електророзподільний щит живлення з берега (від берегових мереж); - суднові споживачі електроенергії (ССЕЕ) у вигляді електромеханічних модулів або у вигляді керованих силових споживачів окремих (наприклад, відповідальних) суднових механізмів, систем (наприклад, головного двигуна, баластно-осушувальної, пожежної тощо), вантажних комплексів, технічне виконання яких може бути також на базі електромеханічних модулів; - дворівнева система управління судновою електроенергетичною системою (СУСЕЕС); - система дистанційного управління і контролю режимних параметрів обладнання тренажерного комплексу, а також забезпечення (управління) навчального процесу (SCADА); - аварійно-попереджувальна сигналізація (АПС), включаючи пожежну сигналізацію; - комунікаційна мережа (KM) (комунікаційні шини) з відповідною апаратною технічною реалізацією і підтримкою відповідного протоколу обміну інформацією між елементами цієї керуючої мережі; - інформаційна (комп'ютерна) мережа з виходом в Інтернет (ІМ). Тренажер суднової електроенергетичної системи, який заявляється, містить джерела електричної енергії (ДЕЕ) суднової (автономної або з відбором потужності від головної силової енергетичної установки) електроенергетичної системи, яка складається з генераторних агрегатів (ГА) 1-2 з приводом від дизелів, парових турбін, газових турбін (в перспективі ГА прямого перетворення теплової і хімічної енергії в електричну), валогенераторні установки (з урахуванням оборотності електричних машин валогенератори можуть забезпечувати аварійний хід судна, працюючи гребними електродвигунами за рахунок електричної енергії, одержуваної від інших ГА), за які використовуються комплектні ГА з дизель-генераторів (турбогенераторів або газотурбогенераторів) з локальними системами регулювання та керування 6-8, зазвичай застосовуються на суднах для зазначених цілей, наприклад ГА типу MAN 6L21/31 або D2866LX30, які пов'язані з судновими споживачами електроенергії (ССЕЕ) 12-14 та 15 через систему розподілу електроенергії (СРЕ), до складу якої входить головний (ГРЩ), аварійний (АРЩ), вторинні електророзподільні щити і електророзподільний щит живлення з берега (від берегових мереж) 10, генераторні автоматичні вимикачі з блоками контролю і управління 9, за допомогою яких електроенергія (генерується 1-3) надходить на шини 10, а також керованим компенсатором реактивної потужності і блоком регулювання якості електроенергії 16 суднової електростанції. ССЕЕ являють собою з одного боку електромеханічні модулі 12-14, які одержують живлення від окремого генератора (валогенератора) за допомогою (без підключення, наприклад, до шин 2 UA 99959 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 ГРЩ 10) дистанційного (ручного) перемикаючого пристрою 11 (наприклад, підрулюючий пристрій з гвинтом регульованого кроку живиться від валогенераторної установки 2) або безпосередньо від шин ГРЩ (АРЩ, вторинних електророзподільних щитів або електророзподільного щита живлення з берега 3) та включають силовий керований перетворювач 12, електродвигун 13, з'єднаний муфтою з навантажувальним генератором постійного струму 14 (або іншим електродвигуном, керованим від окремого перетворювача енергії), який в свою чергу підключений на кілька ступенів навантажувальних резисторів, алгоритм комутації яких реалізує типову характеристику навантаження реального суднового механізму і здійснюється відповідним мікроконтролером, а з іншого боку у вигляді керованих силових споживачів 15 окремих (наприклад, палубних, гребних) суднових механізмів, систем (наприклад, головного двигуна, баластно-осушувальної, пожежної тощо), вантажних комплексів, технічне виконання яких може бути також на базі електромеханічних модулів 12-14. Сукупність ДЕЕ і СРЕ називають судновою електричною станцією (СЕС), а сукупність електротехнічних пристроїв, об'єднаних процесом виробництва (ДЕЕ), розподілу (СРЕ) і перетворення електроенергії (12), призначених для живлення суднових приймачів (споживачів) електроенергії (13-14) називається судновою електроенергетичною системою (СЕЕС). Управління обладнанням СЕЕС тренажерного комплексу здійснюється дворівневою системою управління, що складається з локальних систем дистанційного автоматичного управління окремими ГА (дизель-генераторні, турбогенераторні, газотурбогенераторні, аварійні (стоянкові), валогенераторні (системи відбору потужності) установки і живлення з берега) 1-3 і системою автоматичного управління СЕС, як правило, у вигляді окремих електронних модулів (їх кількість відповідає кількості ГА та системи живлення з берега), що реалізуються, наприклад, на базі спеціалізованих програмованих логічних контролерів ПЛК (керуючий комплекс нижнього рівня управління) 6-8 окремими ГА та електропостачанням від берегових мереж, що забезпечують типові експлуатаційні режими роботи ГА, та керуючого комплексу верхнього рівня управління на базі програмованих логічних контролерів (ПЛК) 4, пристроїв введення-виведення та відображення інформації 5, що забезпечують координацію роботи локальних систем управління, а також зв'язок зі SCADA - системою дистанційного управління і контролю режимних параметрів обладнання тренажерного комплексу, забезпечення (управління) навчального процесу, і АПС - аварійно-попереджувальною сигналізацією, включаючи пожежну сигналізацію, за допомогою комунікаційної мережі КМ. При цьому SCADA реалізована, наприклад, на базі контролера Modicon M340 з модулями розширення та спеціалізованого програмного забезпечення SCADA Expert Vijeo Citect V7.40, встановленого на комп'ютерах викладача 18 (інструктора) та слухачів 19 (операторів), об'єднаних в інформаційну мережу ІМ з доступом до Інтернету 20, що надає можливість передачі управління тренажером в цілому або його локальними об'єктами кожному слухачеві, імітувати різні експлуатаційні ситуації, включаючи аварійні, контролювати і реєструвати дії оператора. Аварійно-попереджувальна сигналізація, включаючи пожежну сигналізацію (АПС) 21, здійснює моніторинг параметрів обладнання і засобів автоматики тренажерного комплексу, забезпечуючи звукову та світлову сигналізації при їх критичних відхиленнях, а комунікаційна мережа KM (комунікаційні шини) з відповідною апаратною технічною реалізацією та підтримкою певних протоколів забезпечує обмін інформацією між елементами цієї керуючої мережі. Запропонований тренажер суднової електроенергетичної системи працює наступним чином. У всіх приміщеннях тренажерного комплексу забезпечується заданий температурний режим, підтримуються заходи пожежної безпеки, а також необхідні експлуатаційні режимні умови для всього обладнання, що забезпечується аварійно-попереджувальною сигналізацією, включаючи пожежну сигналізацію (АПС) 21. Перед початком роботи тренажерного комплексу проводяться необхідні заходи з обслуговування та підготовки обладнання до експлуатації. Безпосередня робота тренажерного комплексу починається з включення слухачем (або викладачем) відповідного живлення від розподільних щитів силових ланцюгів, ланцюгів управління 10 та включаються блоки живлення окремих пристроїв тренажера. За допомогою перемикача режимів роботи СЕС - "ручний", "напівавтоматичний", "автоматичний" або "SCADА" - оператором вибирається необхідний за завданням викладача, наприклад "ручний". У відповідності із заздалегідь вибраним пріоритетом для кожного з основних дизель-генераторів 1 (пріоритети: "0", "1", "2", "3", "4", "5", причому нульовий пріоритет означає, що дане джерело електроенергії виведено з експлуатації), валогенератора 2, стоянкового ГА 1 або окремого енергопостачання від берегових мереж 3, здійснюється запуск цього ГА або здійснюється підключення до "берегових" мереж. Наприклад, пріоритет "1" вибраний для одного з дизельгенераторів 1. При натисканні кнопки "Start" на контролері дизеля цього дизель-генератора ГА запускається і працює в режимі холостого ходу без підключення на шини ГРЩ 10 приблизно 2-3 3 UA 99959 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 хвилини. Одночасно із запуском цього дизель-генератора в приміщенні дизель-генераторів включається відповідний вентилятор витяжної вентиляції та електропривод повітряної заслінки, які забезпечують необхідні умови для роботи. Якщо необхідно, за допомогою кнопок "більше" або "менше" і відповідного моторизованого потенціометра завдання можна регулювати напругу (ЕРС) та частоту синхронного генератора до необхідних значень, контролюючи ці параметри як по щитових приладах, так і за допомогою дисплея користувальницького інтерфейсу. Далі, відповідною кнопкою працюючий генератор 1 за допомогою генераторного автоматичного вимикача 9 підключається на шини ГРЩ 10, про що буде свідчити відповідна індикація (лампочки) як на лицьовій панелі генераторної секції, так і світлодіодна на дисплеї користувальницького інтерфейсу. Після підключення синхронного генератора (СГ) на шини ГРЩ 10 можна підключати споживачі. Для цього відповідною кнопкою (кнопками) на будь-якій з секцій споживачів підключається за допомогою дистанційно керованого автоматичного вимикача (вимикачів) і контактора (контакторів) потрібний електромеханічний модуль (модулі) 12-14. При завантаженні працюючого СГ близько (80-95 %) і необхідності подальшого збільшення навантаження електростанції необхідно запустити інший ГА 1, що стоїть у резерві. Наприклад, першим пріоритетом встановлений другий дизельгенератор. Його запуск в "ручному" режимі роботи СЕС здійснюється аналогічно описаному вище запуску першого дизель-генератора. Після роботи запущеного другого дизель-генератора в холостому режимі протягом 2-3 хвилин цей генератор можна підключати на шини ГРЩ 10, виконавши відповідні умови включення на паралель. Для цієї процедури на панелі синхронізації і управління відповідним перемикачем включається система синхронізації, а іншим перемикачем вибирається відповідний номер підключаючого генератора, параметри якого будуть відтворюватись на других шкалах щитових приладів цієї секції. Далі, за допомогою кнопок "більше" або "менше" і відповідного моторизованого потенціометра або на секції синхронізації та управління, або на секції СГ, можна регулювати напругу (ЕРС) і частоту синхронного генератора до потрібних значень за умовами синхронізації, контролюючи ці параметри, як на щитових приладах, так і по дисплею користувальницького інтерфейсу, а також за синхроноскопом. При виконанні умов синхронізації відповідною кнопкою на лицьовій частині секції першого СГ включається генераторний автоматичний вимикач 9 цього генератора і СГ підключається на шини ГРЩ паралельно першому СГ. Далі необхідно провести розподіл активної та реактивної потужності підключеного і працюючого генераторів наступним чином. Для того, щоб підключений генератор взяв на себе активну частину потужності, а працюючий - зняв з себе активну потужність необхідно збільшити момент приводного двигуна (дизеля) підключеного агрегату і зменшити момент працюючого агрегату, що виконується відповідними кнопками "більше", "менше" і відповідними моторизованими потенціометрами для регулювання частоти обертання агрегатів. Для того, щоб підключений генератор взяв на себе реактивну частину потужності, а працюючий - зняв з себе реактивну потужність необхідно збільшити струм збудження підключеного агрегату і зменшити струм збудження працюючого агрегату, що виконується відповідними кнопками "більше", "менше" і відповідними моторизованими потенціометрами для регулювання збудження СГ. Після завершення процедури розподілу активної і реактивної потужностей між паралельно працюючими генераторами можна в будь-якій послідовності підключати нові споживачі електроенергії 12-14 або 15. У процесі роботи дизель-генераторних агрегатів проводиться моніторинг режимних параметрів цих агрегатів та СЕС, а також допоміжних ланцюгів керування і сигналізації з допомогою спеціалізованих локальних ПЛК 6-8, АПС 21, а також блоками контролю і управління генераторних автоматичних вимикачів 9. При виникненні аварійних відхилень цих режимних параметрів проводиться спрацьовування відповідних діючих захистів, звукової і візуальної сигналізації 21. Якщо за умовами завдання для слухачів вимагається подальше збільшення кількості споживачів, які підключаються і при рівні завантаженості працюючих ГА близько 80-90 % можна запускати наступний резервний ГА і т. д. При виникненні перевантаження працюючих ГА проводиться відключення "другорядних споживачів". При аварійних режимах всіх основних ГА (або нульовому пріоритеті основних ГА) проводиться автоматичний запуск і підключення на шини АРЩ аварійного дизель-генератора 1 з подальшим підключенням споживачів АРЩ за аналогічним способом, що розглядався вище. В "автоматичному" режимі роботи СЕЕС всі її експлуатаційні штатні і нештатні режими забезпечуються автоматично, без участі людини (режим безвахтового обслуговування). В режимі СЕС "SCADA" всі зазначені режими - "ручний", "напівавтоматичний", "автоматичний" - здійснюються оператором (операторами) або викладачем з його (їх) ПК робочих місць 18 або 19 за допомогою комунікаційної та інформаційної мереж (KM і ІМ) через 4 UA 99959 U 5 керуючий комплекс верхнього рівня управління на базі програмуючого логічного контролера (ПЛК) 4 та пристрою вводу-виводу і відображення інформації 5. Таким чином слухачі отримують адекватну реальній роботу СЕЕС в типових експлуатаційних і аварійних режимах, а також відповідні навички з її обслуговування та експлуатації. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 20 25 30 1. Тренажер суднової електроенергетичної системи, що містить джерела електричної енергії, генераторні агрегати якої електрично пов'язані з судновими споживачами електроенергії, один з яких виконаний у вигляді кінематично пов'язаних електродвигуна гребного вала, навантажувального генератора імітатора гребного гвинта з блоками управління і контролю обертання гребного вала, та пов'язані з робочим місцем викладача, який відрізняється тим, що він додатково містить систему розподілу електроенергії, керований компенсатор реактивної потужності, блок регулювання якості електроенергії суднової електростанції, дворівневу систему управління судновою електроенергетичною системою, систему дистанційного управління і контролю режимних параметрів обладнання тренажерного комплексу та забезпечення управління навчальним процесом, яка комунікаційною мережею пов'язана з робочим місцем викладача, яке пов'язане з усіма елементами тренажера комунікаційною мережею, а гребний електродвигун, імітатор гребного гвинта та їх блоки керування виконані у вигляді електромеханічного модуля, при цьому система розподілу електроенергії пов'язана, по одній лінії, за допомогою генераторних автоматичних вимикачів з усіма генераторними агрегатами суднової електростанції, а по другій лінії, на пряму або через перемикаючі пристрої з електромеханічним модулем та іншими споживачами, а також з керованим компенсатором реактивної потужності і блоком регулювання якості електроенергії суднової електростанції, при цьому всі елементи тренажерного комплексу пов'язані з дворівневою системою управління судновою електроенергетичною системою комунікаційною мережею, а її верхній рівень пов'язаний комунікаційною мережею з системою дистанційного управління і контролю режимних параметрів обладнання тренажерного комплексу та забезпечення управління навчальним процесом. 2. Тренажер за п. 1, який відрізняється тим, що він додатково містить місця слухачів, які пов'язані комп'ютерною мережею з робочим місцем викладача. 3. Тренажер за п. 1, який відрізняється тим, що споживач додатково містить керовані силові суднові механізми. 5 UA 99959 U Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6