F.A.Q. по контролерам PPM-3

[Jackson]

1. Как работает функция запуска/остановки генераторов по нагрузке и как её настроить?
2. Как преобразовать импульсные команды "ПУСК/СТОП ДГ" в продолжительную команду "ДГ РАБОТА"?
3. Как преобразовать кратковременный сигнал "пуск мощного потребителя разрешён" в продолжительный?

[Jackson]

Функция запуска/остановки генераторов при изменении нагрузки (load depended start/stop) работает только в режиме АВТО.

[+] общие принципы функции пуск/стоп по нагрузке

Параметр 8882 определяет алгоритм, по которому работает эта функция. Параметр 8882 имеет два возможных значения: "проценты" и "величина".
Если в 8882 выбрать значение "проценты", то старт/стоп работает по фактической нагрузке генераторов, это традиционный принцип которому много лет: нагрузили генераторы до определённого порога, например 80% - запустили ещё один генератор. Нагрузка генераторов снизилась до определённого порога - останавливаем один из генераторов. И так далее. Цель работы алгоритма - не допустить перегрузку генераторов.
Если в 8882 выбрать значение "величина", то алгоритм пуск/стоп выполняется не по фактической загрузке генераторов, а по резерву мощности на шинах. Контроллер PPM постоянно вычисляет резерв по простой формуле: сумма номиналов мощностей работающих генераторов минус сумма нагрузок всех генераторов. Т.е. например работают три генератора по 200 кВт, каждый загружен на 120 кВт - резерв мощности получается (200+200+200)-(120+120+120) = 240 кВт. Т.е. резерв мощности - это величина нагрузки, которую ещё можно подключить на шины не перегрузив работающие генераторы. На ГРЩ иногда даже выводят эти два измерительных прибора: "общая нагрузка" и "резерв мощности" - РРМ эти величины постоянно вычисляет и отображает, но можно их выдать например по 4-20 мА на аналоговый выход или по цифровому интерфейсу. Цель работы алгоритма - обеспечить резерв мощности на шинах, достаточный для включения предусмотренных потребителей.

Важное замечание: в расчёте резерва мощности участвуют только те генераторы, которые находятся в режиме АВТО (потому что только эти генераторы PPM может запускать и останавливать). Соответственно, предположим у Вас работают два генератора в АВТО, ещё два остановлены и тоже находятся в АВТО Один из них генераторов переводим в ПОЛУ-АВТО - резерв мощности уменьшается на номинал этого генератора (т.к. один генератор выпадает из расчёта) и если резерв станет меньше заданного то произойдёт запуск резервного генератора, несмотря на то что мощности и так достаточно. Это не недостаток, а просто особенность. Например таким образом можно косвенно обеспечить маневровый режим не выводя эту команду отдельно: тот генератор что стоит в ПОЛУ-АВТО будет всегда работать в дополнение к тем, которые нужны по фактической нагрузке и работают в АВТО. И, что немаловажно, это особенность только алгоритма пуск/стоп по резерву мощности - если Вы работаете по процентам (по фактической загрузке генераторов) то при переводе одного генератора в ПОЛУ-АВТО пуска резерва не будет т.к. РРМ в этом случае не оперирует с резервом мощности в этом случае, хотя и вычисляет его.

[+] настройка пуск/стоп по фактической нагрузке генераторов

Например, требуется пуск резервного генератора при загрузке работающих на 80% и последующий останов резервного генератора при снижении нагрузки:

1. Параметр 8882 - выбрать "проценты". Это означает что старт/стоп происходит по фактической нагрузке, уставки задаются в процентах от номинальной мощности генератора
2. Параметр 8015 - выбрать "включено". Это означает что для старт/стоп работает первая (основная) группа настроек (параметры 8001...8014).
3. Параметр 8003 - установить "80%". Это значение мощности работающих генераторов, при достижении которого будет произведён запуск следующего ДГ.
4. Параметр 8004 - установить выдержку времени на запуск следующего ДГ. Это время, в течение которого должна удерживаться мощность, заданная в параметре 8003 для того, чтобы произошёл запуск следующего ДГ. Запуск резервного ДГ будет только если мощность всех ДГ будет превышать уставку 8003 в течение времени, заданного в 8004. Т.е. если время в 8004 10 секунд, то когда мощность работающих ДГ превысит 80%, начнётся отсчёт таймера 8004, но, предположим, через 9 секунд мощность одного из генераторов упала до 75% - таймер обнулится, запуска резервного ДГ не произойдёт. Обычно время запуска задают 10-30 секунд, но для каждого типа судов это время может быть своё (настраивается по месту исходя из работы судовых потребителей). Рекомендуется начать с 10 секунд.
5. Параметр 8013 - задаёт мощность, которая должна остаться на генераторах после того, как будет остановлен один из них. Начать рекомендуется с величины 60%.
6. Параметр 8014 - выдержка времени на остановку ДГ. Т.е. это время, в течение которого должно соблюдаться условие в параметре 8013. Типовое значение от 30 до 120 секунд, чаще всего встречается 60 секунд (1 минута)

В чистом виде стоп при фиксированной мощности генераторов (чаще всего это 20%) в PPM не реализован, поскольку это бессмысленно для станций с количеством генераторов больше 2. Например, если (был бы) задан стоп при нагрузке генераторов 20%, то в электростанции из 4 ДГ все ДГ должны работать на нагрузке ниже 20% для того чтобы остановился хотя бы один из них - это означает что на самом деле из 4 генераторов можно спокойно остановить сразу три, и тогда мощность одного оставшегося станет меньше 80%, что допустимо. А если все 4 генератора будут работать на 22% то они так и будут продолжать работать, съедая моторесурс и топливо, хотя уже давно можно было бы остановить по крайней мере два из них, или даже три - единственный оставшийся останется при 88%, что тоже допустимо.
Поэтому такого алгоритма как стоп при фиксированной мощности каждого генератора в PPM нет, т.к. он неразумен с точки зрения выработки моторесурса и расхода топлива. Если необходимо поддерживать резерв мощности на шинах принудительно, то можно использовать функцию "Маневровый режим" (Secured mode) или применить для конкретных потребителей функции "Пуск по запросу" (Heavy Consumers Management).

Например с одного из заказов - сухогруз, три ДГ мощностью по 50 кВт - параметры старт/стоп по нагрузке заданы следующие:

1. Параметр 8882 - "проценты".
2. Параметр 8015 - "включено".
3. Параметр 8003 - 85%
4. Параметр 8004 - 10 секунд
5. Параметр 8013 - 68%
6. Параметр 8014 - 60 секунд

[+] настройка пуск/стоп с поддержанием резерва мощности на шинах

Пуск/стоп по резерву мощности - это более сложный в настройке алгоритм, т.к. настройка требует анализа таблицы нагрузок судна и наблюдения за работой судна в разных режимах - чтобы определить минимально достаточный и максимально допустимый резерв мощности.
Этот алгоритм взаимосвязан с алгоритмами пуска мощных потребителей по запросу, потому он и появился что в противном случае пуск/стоп по нагрузке выполнялся бы по нагрузке генератора в процентах, а пуск мощного потребителя выполняется, оперируя с мощностью конкретных потребителей в киловаттах - получается несоответствие размерностей. Для того алгоритм пуск/стоп по резерву мощности и появился, чтобы при комплексном управлении оперировать с одинаковыми величинами.

То есть, алгоритмы пуск/стоп по нагрузке и пуск мощного потребителя взаимосвязаны поскольку оперируют с одной и той же величиной - резерв мощности. Поэтому если на судне есть мощные потребители, пускаемые по запросу, то пуск/стоп лучше делать по резерву мощности, а не по процентам, иначе эти две функции будут работать несогласованно и будут лишние пуски и остановы генераторов, будет больше расходоваться топливо и моторесурс.

Также при настройке есть выбор между величинами, в которых измеряется резерв мощности: в КВт или КВА, то есть измерять резерв мощности можно по активной мощности или по полной. Измерение резерва мощности в КВА актуально если те потребители, которые могут включаться/выключаться на ходу - это мощные электроприводы с прямым пуском (или с пуском переключением звезда/треугольник) или силовые трансформаторы. Для таких потребителей нужно обеспечить резерв мощности, достаточный не только для работы, но и для их пуска (чтобы генераторы не просели по напряжению).

Если Вы обратите внимание на настройки мощных потребителей (8201-8204), то для каждого потребителя задаётся его номинальная мощность (8202) которую он потребляет в установившемся режиме, и резерв мощности (8201) который необходим для того чтобы этот потребитель пустить - необходимый резерв измеряется в КВА потому что пусковые токи электрических машин в основном реактивные и косинус фи низкий, из-за этого оперировать только активной мощностью неэффективно для того чтобы обеспечить пуст электрической машины.

Например, для электростанции с тремя генераторами по 100 кВт, настройки можно, для начала, сделать следующими:

1. Параметр 8882 - выбрать "величина". Это означает что старт/стоп происходит по резерву мощности, уставки задаются в киловаттах или киловольтамперах
2. Параметр 8881 - выбрать КВт. Если нет уверенности, необходимо ли учитывать большие пусковые токи - начать лучше без их учёта. В процессе опробывания будет видно, не стОит ли перейти на расчёт резерва мощности в КВА.
3. Параметр 8015 - выбрать "включено". Это означает что для старт/стоп работает первая (основная) группа настроек (параметры 8001...8014).
4. Параметр 8001 - установить "20 КВт". Это означает что при одном работающем генераторе, запуск резервного произойдет при нагрузке работающего равной 80 кВт, то есть 80% от номинала. В дальнейшем эта уставка может быть скорректирована
5. Параметр 8004 - установить выдержку времени на запуск следующего ДГ. Это время, в течение которого должна фиксироваться нехватка резерва мощности, порог которой задан в параметре 8001, для того, чтобы произошёл запуск следующего ДГ. Рекомендуется начать с 10 секунд.
6. Параметр 8011 - задаёт резерв мощности, который должен обеспечиваться на шинах после того, как будет остановлен один из генераторов. Например, начать можно с величины 40 кВт. Это означает, что при двух работающих генераторах мощностью по 100 кВт, один из них будет остановлен при нагрузке по 30 кВт (30%) на каждый генератор, и при остановке одного из них нагрузка оставшегося составит 100-40=60 кВт (60% от его номинала). В дальнейшем при опробывании это значение может быть скорректировано.
7. Параметр 8014 - выдержка времени на остановку ДГ. Т.е. это время, в течение которого должен фиксироваться избыточный резерв мощности. Типовое значение от 30 до 120 секунд, чаще всего встречается 60 секунд (1 минута)

[Jackson]

Обычно судовые ДГ для запуска и остановки с ГРЩ управляются кратковременными импульсными командами "ПУСК" и "СТОП" в виде беспотенциальных НО контактов. Но некоторые судовые дизель-генераторы поставляются с такой системой управления, которая требует для управления запуском и остановкой продолжительную команду "РАБОТА ДГ" в виде НО-контакта: контакт должен замкнуться для того чтобы запустить ДГ, контакт должен разомкнуться чтобы остановить ДГ.

Наличие такого типа сигнала на запуск является прямым нарушением Правил Морского Регистра, а именно п.2.1.13 раздела 2 "Конструкция систем автоматизации" части XV "Автоматизация" (том 2, страница 675).

Системы автоматизации должны быть выполнены по принципу выхода управляемого процесса в безопасную сторону.

Обрыв цепи подачи такой команды при работающем ДГ вызовет остановку ДГ с включенным выключателем генератора, а это грозит обесточиванием всего судна без возможности выполнить автоматический запуск резервного ДГ в худшем случае.

В контроллере PPM есть релейный выход, работающий как раз по такому алгоритму, он называется "RUN-Coil". Однако применить его в морском ГРЩ для этой цели можно только в том случае, когда PPM-3 является единственным средством управления генератором, а PPM таким единственным средством являться не может согласно п.2.3.4. раздела 2 "Конструкция систем автоматизации" части XV "Автоматизация".

Механизмы и установки, для которых предусмотрен автоматический или дистанционный пуск, на местных постах управления должны иметь средства для отключения автоматического или дистанционного управления.
В случае неисправности автоматического или дистанционного управления должна сохраняться возможность местного управления.

Вывод: схемотехническое решение для такого управления существует, но применять его на судах запрещено.

[Jackson]

В соответствии с международными правилами, контроллер PPM выдает сигнал "разрешение на пуск мощного потребителя" (HC Acknowledge) в виде кратковременного (примерно 1 сек) замыкания НО-контакта. Некоторые мощные потребители (подруливающие устройства, лебедки, насосы и т.д.) рассчитаны на то, что сигнал разрешения пуска для них не импульсный, а непрерывный, то есть замкнут всё время, пока работа потребителя разрешена. Преобразовать выходной сигнал контроллера PPM с кратковременного в длительный штатными средствами PPM нет возможности, так как это противоречит большинству международных морских правил классификационных обществ, поэтому, при необходимости, такое преобразование должно делаться сторонними средствами и как правило на стороне управляемого потребителя. На крайний случай, по согласованию с Регистром, такие преобразования можно сделать и в ГРЩ.

В этом примере при получении запроса на пуск МП (МП - мощный потребитель), PPM проделав необходимые вычисления и операции, выдаёт кратковременный сигнал "пуск МП разрешён". Этот выходной сигнал "подхватывается" контактом реле K1 и, таким образом, катушка реле K1 остаётся втянутой с момента выдачи разрешения на пуск МП и до тех пор пока не будет снят запрос на пуск МП. В схему мощного потребителя отправляется второй нормально открытый контакт реле К1.
Нумерация входов и выходов в примере указана произвольная - входы и выходы для управления мощным потребителем могут быть назначены любыми с помощью настроек контроллера PPM.

Фактическое состояние МП (включён или выключен) контролируется отдельным дискретным входом, который подавать на вход контроллера нужно обязательно (см. описание алгоритма пуска мощного потребителя по запросу).