轮机工程专业电气自动化综合实验设计分析

轮机工程专业电气自动化综合实验设计分析

张家凌

山东省烟台市烟台打捞局，山东省烟台市264000

摘要：针对轮机工程电气自动化教学的现状,就在轮机综合实验室实践教学中如何开展电气自动化综合实验做了一些尝试和探索。实践证明,综合实验加深了学生对轮机自动化系统的总体认识,提高了学生综合分析问题的能力。

关键词：轮机工程；船舶电气自动化；综合实验

根据STCW78/95公约的要求,国家海事局要求轮机员必须经过有关船舶电气自动化知识和基本技能培训后才能持证上岗;要求在校学生必须经过电气自动化部分实操考核后才能参加海事局组织的适任证书理论考试,可见轮机工程技术人员掌握船舶电气自动化技能的重要性。另一方面,船舶轮机自动化水平日益提高也对承担轮机自动化系统使用、维护和管理的轮机员提出了更高要求。而电气自动化实验教学是培养学生基本技能的有效手段,其效果的好坏直接影响学生的综合素质,因此,如何改进实验教学方法和教学内容,以适应当前船舶轮机自动化发展水平显得尤为重要。

1、轮机工程电气自动化实验教学现状

目前,轮机工程专业电气自动化实验教学中,“轮机自动化基础”“微机原理”“船舶电气设备及系统”“船舶电气设备管理与工艺和轮机自动化”等课程的实验内容单一,仅限于验证某一个结论,如控制系统稳定性分析、主机遥控转速控制及负荷限制和柴油机冷却水温度调节实验,或是单一的基本操作和训练,如自动化仪表调校、电站准同步并车和巡回检测与报警系统操作实验。这些实验独立性强,学生很难建立起船舶轮机自动化系统的整体概念,这势必会造成毕业生一时难以适应现代高度自动化的船舶轮机管理工作。若能依据相关电气自动化课程的综合知识,结合轮机工程专业特点,按现代船舶自动化机舱值班规程和管理标准进行管理操作实践,设计电气自动化的综合性实验,一定能使学生更好地巩固所学理论知识,适应当前高度发展的轮机自动化设备。武汉理工大学由交通运输部专项建设经费和“211工程”建设子项目“船舶柴油机数字化监测、诊断与控制系统研制”资助,研制建造了轮机综合实验室,为开设轮机工程专业电气自动化综合实验提供了平台。

2、轮机工程专业电气自动化综合实验设计

2.1轮机综合实验室系统组成

轮机综合实验室依据《钢质海船入级与建造规范》并采用与实船基本相似原则设计和建造,主要包括船舶主推进系统、柴油机数字化监测与诊断系统、船舶辅助机械系统、主机遥控系统、轴带发电机及全自动化电站和机舱CANBUS现场总线集中监控系统,各系统的主要技术性能如下。

(1)船舶主推进系统。综合实验室主推进系统如图1,由镇江船用柴油机厂按引进技术制造的ZJMD-MANB&W6L16/24柴油主机、高弹性联轴器、德国ZF带PTO输出齿轮箱、水力测功器组成。具有进行备车程序操作、船舶柴油机负荷和推进特性试验、故障模拟(如单缸停油)和气缸压力示功图测量与分析功能。

(2)轴带发电机及全自动化电站。实验室设有60KW主发电机2台、应急发电机和轴带发电机各1台。主配电盘7屏,应急配电盘2屏。电站具有手动、半自动、自动并车等操作方式;故障自动切换、重载询问、分级卸载功能;综合保护功能,如短路、过载、欠压、失压、逆功率及机械故障、自动控制装置中内部故障等;发电机与应急发电机及岸电的连锁功能;系统配备1台水电阻和电抗器,作为电站的有功和无功负荷。针对主机和发电机调速特性不一致,采用了微机控制和PPU并车控制技术,实现了轴带发电机与主发电机的并联运行。

(3)船舶辅助机械系统。实验室配置了AL2FA-LAVAL(PU100型)滑油分油机和南京绿洲机器厂生产(KYDH204SD—23型)燃油分油机各一台,设置空压机2台,舱底压载水消防系统、舱底水油水分离器和通风系统各一套。

(4)集中监控系统。基于CANBUS船舶机舱集中监控系统实现了机舱各单元设备的分布智能化控制,所有现场数据通过CANBUS采集至中央计算机。能实现实验室主推进装置、电站和其他辅助机械的重要参数进行测量、控制、越限报警、记录和图形显示等功能,满足《钢质海船入级与建造规范》中提出的MCC级要求。机舱集中监控系统原理如图1。

2.2轮机综合实验室建设的指导思想

轮机综合实验室建设的指导思想是:开设电气自动化综合实验项目,使学生了解现代船舶电气和轮机自动化先进技术,建立船舶轮机自动化系统整体概念,掌握电气自动化系统操作、故障分析和诊断技能,提高轮机管理学生现代船舶管理水平。在这一思想指导下,设计的电气自动化综合实验应具有内容综合性,即实验的内容并不仅仅针对某一门课,而是针对轮机工程电气自动化系列课程的综合知识运用;理论联系实际,学生所学的书本理论知识与综合实验室实际现场和生产实际相联系；启发性教学,教学过程中引导学生分析和归纳问题；能力培养,应注重强调轮机工程对电气自动化设备使用、维护、管理能力的培养。

2.3电气自动化综合实验内容设计

(1)空压机电动机磁力起动,空气压力双位控制,压力开关设定值调整实验。认识三相异步电动机磁力起动箱,熟悉双位控制线路,学习压力开关压力设定上限和下限值的调整方法。

(2)自动化电站管理和操作实验。认识船舶自动化电站的组成及功能,掌握船舶自动化电站的工作原理和操作技术、柴油发电机的备车,手动启动、停止、合闸、分闸、并车等操作;掌握自动化电站发电机的自动启动、自动合闸、自动调载、自动解列、自动停机、重载询问等功能;掌握电网短路、发电机过载等典型故障现象及排除方法。

(3)主推进操纵控制实验。掌握柴油机电子调速系统和主机遥控系统的组成工作原理,发送转速信号的方法及对该信号的测定和调整方法,快加速、中加速和慢加速加速速率的调整,了解正常操纵、应急操纵、取消限制、操纵方式转换的操作方法和主机动作过程,掌握分析和排除遥控操纵系统故障的方法。

(4)PLC在船舶机舱控制系统中的应用实验。结合电站应急发电机自动控制、分油机自动控制和主机遥控,了解PLC在船舶机舱控制系统中的应用。认识PLC电源模块、CPU、信号模块、功能模块、输入输出接口模块、通信处理器模块结构和功能。

(5)现场总线集中监控系统和报警系统实验。了解CANBUS现场总线技术的船舶机舱监控系统总体结构及各组成单元。掌握报警上下限调整及操作验证、操作远程起停水泵、空压机等设备;掌握测量参数表格显示、系统工作状态显示、报表显示、报警消声消闪操作,掌握通道状态及报警查询、数据记录及打印、实时趋势图、历史趋势图显示等自动化机舱基本操作。

上述五项实验,以主机遥控、机舱集中监测与报警、船舶电站自动化三大系统为核心,全面涵盖了现代船舶轮机自动化系统和电气控制技术的多种手段,实验内容既相对独立又有机结合。特别是通过第五项实验,可以熟悉自动化机舱的值班操作管理规程,能全面培养学生轮机电气自动化综合分析问题和解决问题的能力。

3、结语

电气自动化综合实验交叉融合了轮机工程专业电气自动化多门课程的综合知识,开展综合性实验教学效果明显:有利于学生同时掌握多项实验操作技术,培养学生综合能力;有利于学生用理论联系实际的思想和方法,系统地学习和掌握知识,提高学生的学习兴趣和实验教学效率;有利于学生广泛思考,增强解决轮机工程实际问题的能力。通过实验,学生加深了对轮机自动化系统的总体认识,提高了综合分析问题的能力。但是,如何将柴油主机、辅机和动力装置等课程实验与电气自动化实验综合,进一步发挥轮机综合实验室在实践教学中的作用,还值得进一步研究。

参考文献:

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