ФАУ «25-й ГосНИИ химмотологии Министерства обороны РФ» является головным научным учреждением в вооруженных силах Российской Федерации, где проводятся исследования в области химмотологии и координируются работы по созданию, допуску к производству и применению в технике топлива, смазочных материалов, специальных жидкостей и технических нефтепродуктов.
В последние годы в институте ведутся работы по восстановлению лабораторно-испытательной базы и методов испытаний, предназначенных, в том числе, для оценки качества горюче-смазочных материалов. Много сил и средств тратится на разработку новых стендов, не уступающих западным аналогам. Об одном таком уникальном стенде далее пойдет речь.
Испытательный стенд
На проведение работ по модернизации испытательного стенда ИМ-1, предназначенного для оценки эксплуатационных (моющих, противоизносных и антикоррозийных) свойств моторных масел по ГОСТ 20303 и их классификации по ГОСТ 17479.1 был проведен тендер, который выиграла компания «ДриМер». Специалистам компании предстояло выполнить большой объем работ:
- разработать систему дистанционного управления оборудованием;
- смонтировать новые инженерные системы нагрева-охлаждения двигателя с автоматическим управлением;
- установить новую воздушную систему на базе винтового компрессора с автоматическим управлением;
- разработать и смонтировать новую систему автоматического регулирования работы двигателя (частоты вращения и нагрузки);
- разработать и смонтировать систему аварийной остановки двигателя.
Подготовительный этап
На начальном этапе было демонтировано устаревшее оборудование и выполнены подготовительные работы:
- демонтаж и ремонт нагрузочного устройства;
- демонтаж системы подачи топлива;
- заменены силовые кабели низкого напряжения нагрузочного устройства;
- заменены коммуникации системы сбора и выброса отработавших газов;
- проведена диагностика основных узлов и агрегатов нагрузочного устройства;
- обновлены машины постоянного тока;
- заменен штатный датчик оборотов на инкрементный датчик EH3-01VN6943.
Много времени было затрачено на капитальный ремонт двигателя (1Ч8,5/11). Пришлось изготовить новую моторную раму, произвести дефектацию основных узлов и агрегатов. Для управления топливным насосом высокого давления был установлен сервопривод.
После того, как закупили, изготовили и отремонтировали запасные части, инженерами была выполнена наиболее ответственная часть проекта:
- разработана и смонтирована новая система питания двигателя;
- разработано и смонтировано весовое устройство для измерения крутящего момента на основе тензометрического датчика с модулем ввода сигналов ОВЕН МВ110-224.1ТД и вторичного прибора DTA9696V1;
- разработана новая система для управления динамометрическим тормозом и мотор-генератором на базе тиристорных преобразователей для управления скоростью и моментом вращения на базе DVP-SV с цепями защиты и управления;
- установлен новый шкаф управления моторным стендом.
Средства автоматизации
В системе автоматизации в основном используются устройства ОВЕН и штатные управляющие компоненты Дельта.
Основной функционал обеспечивает программируемый контроллер ОВЕН ПЛК100:
- опрашивает универсальные ПИДрегуляторы по интерфейсу RS-485 (протокол Modbus);
- выполняет роль шлюза (опрашивает DVP-SV, через COM-порт по интерфейсу Ethernet передает данные в сеть);
- служит модулем расширения дискретных входов/выходов (релейный выход);
- управляет насосом закачки топлива в бак;
- управляет производительностью водяного насоса в системе охлаждения с использованием частотного преобразователя (RS-485) по протоколу Modbus;
- управляет ТЭНами нагрева масла и входящего воздуха при помощи блока управления ОВЕН БУСТ2 с использованием модуля МУ110-6У.
Мониторинг состояния электрической сети осуществляется с помощью универсальных мультиметров: одного трехфазного ОВЕН МЭ110-220.3М и двух однофазных МЭ110-224.1М. Эти модули позволяют не только следить за состоянием электрической сети, но и обеспечивают безопасное отключение оборудования в случае перегрузки или пропадания одной из фаз. Кроме этого, с их помощью оценивается расход электроэнергии при проведении научно-исследовательских работ.
В силовом шкафу управления установлен программируемый контроллер DVP-SV, который управляет динамометрическим тормозом и мощностью двигателя с помощью блока управления ASD-B2-0421-B и сервопривода ECMA-C20604ES, который регулирует производительность топливного насоса высокого давления.
Пульт управления стендом
Автоматизированная система управления стендом разработана на базе программного обеспечения Simp-Light с поддержкой Modbus, которое обеспечивает измерение, визуализацию, индикацию и архивирование всех технологических параметров (рис. 1).
Новый компьютеризированный пульт (фото 1) состоит из встроенного промышленного компьютера, ручных органов управления, тахометра и девяти регуляторов, на которых отображаются температура, давление и обороты двигателя. Сбор данных с контрольно-измерительных приборов и ПЛК осуществляется по протоколу Modbus.
Программное обеспечение SimpLight позволяет представлять автоматически сформированные протоколы испытаний в графическом виде или в открытом формате (.odf) согласно ГОСТ Р ИСО/МЭК 26300-2010.
Система наддува двигателя
Система наддува двигателя 1Ч8,5/11 состоит из винтового компрессора и двух ресиверов – основного и рабочего. Давление в ресиверах измеряется преобразователями избыточного давления ОВЕН ПД100-ДИ. Подогрев входящего в двигатель воздуха осуществляется встроенными в рабочий ресивер нагревательными элементами. После внесения конструкторских изменений в штатную систему управления компрессора стало возможным дистанционно включать/отключать компрессор, управлять порогом срабатывания и отслеживать его состояние посредством штатных датчиков. Управление компрессором также осуществляет контроллер ПЛК100.
Топливная система
Изготовленная топливная система состоит из бака (200 л) с расположенным внутри датчиком уровня, блоком замера топлива и насосом для заполнения бака. Управляет процессом подачи топлива программируемый контроллер ПЛК100. После наполнения бака до максимального уровня ПЛК100 блокирует работу насоса. Далее топливо самотеком поступает в замерное устройство с оптическими датчиками, которые контролируют степень заполнения мерного сосуда топливом. При достижении максимального уровня электромагнитный клапан перекрывает поступление топлива из бака, и топливо самотеком поступает в двигатель. Время истечения тарированного объема топлива замеряется секундомером контроллера. При достижении минимального уровня ПЛК100 вновь подает напряжение на клапан, и цикл повторяется.
Система охлаждения
Для охлаждения двигателя была изготовлена замкнутая система охлаждения, которая состоит из двух контуров – наружного и внутреннего. Наружный контур состоит из насоса и радиатора. Производительность насоса задается частотным преобразователем, которым в свою очередь управляет ПИД-регулятор ПЛК100. Радиатор с двумя воздушными вентиляторами установлен на улице. Команды на включение/отключение вентиляторов подаются с ПЛК100 через твердотельные реле. С помощью разработанной системы охлаждения температурный режим двигателя регулируется с точность до 0,5 0 С.
Нагрузочное устройство
Нагрузочное устройство включает в себя балансирный динамометр постоянного тока с весовым устройством для измерения крутящего момента на основе тензометрического датчика. Устройство на базе DVP-SV управляет обмотками возбуждения динамометрического тормоза и генератора в «преобразователе Леонардо». Благодаря специально разработанному алгоритму обеспечивается:
- плавный пуск и останов двигателя;
- режим холодной прокрутки во всем рабочем диапазоне двигателя;
- поддержание заданных оборотов во всем диапазоне крутящего момента с точностью ± 5 мин.
Система аварийной остановки
Аварийное отключение двигателя обеспечивается двумя независимыми системами – жесткой и программируемой. Основное их отличие заключено в способе контроля предельно допустимых значений.
Программируемая аварийная система является двухуровневой с предупредительным и аварийным срабатыванием. Система обеспечивает контроль 16-и каналов и отслеживает нахождение измеряемой величины в заданных пределах. При выходе контролируемого параметра за допустимые пределы сначала выдается предупреждение, требующее вмешательства оператора. При отсутствии реакции происходит безусловное прекращение эксперимента и плавное или аварийное (в зависимости от уставки) отключение двигателя.
Жесткая система обеспечивает аварийный останов двигателя независимо от работоспособности тормозного устройства. Критериями срабатывания этой системы служат: отключение питания, обрыв соединения между динамометрическим тормозом и двигателем, превышение предельно допустимых оборотов двигателя. Жесткая система срабатывает при отказе программируемой.
Результат
Компания «ДриМер» выполнила в полном объеме работы по созданию универсального стенда с современной системой дистанционного управления из серийно выпускающихся компонентов. Автоматизированная система позволяет управлять:
- динамометрическим тормозом;
- мощностью двигателя;
- температурным режимом двигателя;
- производительностью компрессора;
- блоком замера топлива.
На компьютере ведется запись всех необходимых параметров работы установки. В нештатной ситуации обеспечивается аварийное отключение стенда.
Новый стенд универсален, ремонтопригоден и имеет возможности расширения и переоснащения.
Получить дополнительную информацию можно по тел.: 8 (903) 187-81-83, по адресу: licc@bk.ru, а также на сайте www.drimer.pro