Специализированные компьютерные системы комплексной автоматизации морских судов

Размещено на http://www.allbest.ru/

СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ КОМПЬЮТЕРНЫЕ СИСТЕМЫ КОМПЛЕКСНОЙ АВТОМАТИЗАЦИИ МОРСКИХ СУДОВ

Введение

Необходимым условием создания современной морской техники является интеграция систем управления и оборудования в единый взаимосвязанный функционально-технологический комплекс. Основой для этого должны стать современные технологии создания интегрированных информационно-управляющих комплексов, объединяющих функции судовождения и динамического позиционирования, систем управления главными и вспомогательными энергетическими установками, техническими средствами судов, грузовыми операциями и другим оборудованием судов.

Интеграция информационно-управляющих комплексов и систем управления в единый взаимосвязанный функциональный технологический комплекс позволяет обеспечить:

? поставку систем управления со сдачей «Интегрированного комплекса» и последующим гарантийным и сервисным обслуживанием в процессе эксплуатации судов;

? снижение общей стоимости оборудования и систем управления в составе интегрированного комплекса по сравнению с раздельной поставкой отдельных видов судового электрооборудования, распределительных устройств, средств связи и навигации, пультов управления и систем дистанционного автоматизированного управления техническими средствами и технологическими процессами судов;

? сопряжение интерфейсов, оптимальное согласование параметров и режимов работы оборудования и технических средств и за счет этого повышение надежности работы оборудования, снижение количества отказов и сокращение простоев судна, связанных с ремонтом оборудования;

? снижение эксплуатационных расходов, сохранение ресурса и увеличение срока службы оборудования и судна в целом;

? повышение безопасности, надежности и комфортности управления судном и его оборудованием при одновременном снижении численности личного экипажа.

Задачи, решаемые АСУ ТП

Круг задач, решаемых АСУ ТП судна, чрезвычайно широк и разнообразен. Состав конкретной АСУ ТП определяется, прежде всего, типом и целевым назначением судна, классом его автоматизации и специальными требованиями заказчика (в т. ч. необходимость соответствия требованиям определенных классификационных обществ и международным морским конвенциям).

Задачи решаемые АСУ ТП

1. АСУ навигации и судовождения.

1.1 Навигационное обеспечение:

- определение координат судна;

- спутниковая навигационная обстановка;

- определение и контроль курса и скорости судна;

- отображение электронной карты.

1.2 Судовождение.

1.2.1 Оптимальное управление движением судна (авторулевой, непосредственное управление главным двигателем (ГД) и винтом регулируемого шага (ВРШ).

1.2.2 Маневрирование на безопасное расхождение и безопасный проход в узкостях.

1.2.3 Автоматизированная швартовка.

1.2.4 Оптимальное швартование судна.

1.2.5 Управление сигнально-отличительными огнями и средствами звуковой сигнализации

2. АСУ радио связи.

2.1 Обеспечение радиосвязи в диапазонах ДВ, СВ, КВ.

2.2 Обеспечение радиосвязи в УКВ диапазоне.

2.3 Обеспечение спутниковой связи.

2.4 Оперативная связь с АСУ «Морфлот».

2.5 Аварийная радиосвязь.

2.6 Обеспечение внутрисудовой связи.

3. АСУ техническими средствами (АСУ ТС).

3.1 Подсистема управления энергетическими процессами МО и общесудовыми системами.

3.1.1 Управление ГД и ВРШ и их диагностика.

3.1.2 Управление электроэнергетической установкой.

3.1.3 Управление вспомогательными механизмами.

3.1.4 Управление автономным оборудованием (котлоагрегатами, опреснительной установкой, компрессором и т.п.).

3.1.5 Управление общесудовыми системами.

3.2 Подсистема динамической стабилизации.

3.2.1 Стабилизация по курсу.

3.2.2 Стабилизация в точке.

3.2.3 Стабилизация по траектории.

3.3 Подсистема обеспечения безопасности судна.

3.3.1 Контроль посадки и остойчивости.

3.3.2 Контроль прочности корпуса и непотопляемости.

3.3.3 Умерение качки.

3.3.4 Пожарная сигнализация.

3.3.5 Сигнализация о наличии воды в помещениях.

3.3.6 Управление средствами борьбы за живучесть судна.

3.4 Аварийно-предупредительная сигнализация (АПС).

3.4.1 АПС в постах управления, жилых и общественных помещениях, в машинном отделении.

3.4.2 Обеспечение вызова вахтенного.

компьютерный управление автоматизация аргус



1. Структура интегрированных компьютерных систем автоматизации

Интегрированные комплексы, обеспечивают комплексную автоматизацию судов, при которой оборудование, технические средства, средства связи, навигации и судовождения, локальные системы и системы дистанционного автоматизированного управления техническими средствами и технологическими процессами объединяются в единый функционально

взаимосвязанный технологический комплекс. При этом обеспечивается оптимальная согласованность параметров и режимов работы оборудования и технических средств, сокращается объем аппаратуры управления и повышается надежность и качество управления. Вместе с тем обеспечиваются все функции управления судном, оборудованием, техническими средствами и технологическими процессами в соответствии с требованиями Морского Регистра Судоходства.

В интегрированных комплексах применяются единые технические и конструктивные решения, используется единая унифицированная элементная база, стандартизируются и упрощаются процессы информационного обмена данными между системами, приборами и оборудованием судна.

Интегрированные АСУ ТП, обеспечивают автоматизацию процессов управления:

? судовождением с обеспечением безопасности движения судов;

? динамическим позиционированием судов;

? дизельными и электрическими гребными установками с винто-рулевыми колонками (ВРК) и винтами регулируемого шага (ВРШ);

? электроэнергетическими системами судов;

? вспомогательными механизмами и системами, обслуживающими ЭУ;

? распределением электроэнергии между потребителями и обеспечения потребителей стабильным и качественным электропитанием;

? техническими средствами и системами: обитаемости и жизнеобеспечения; борьбы с пожаром и за живучесть судна; борьбы с пожарами на других судах и буровых платформах;

грузовых и балластных систем; обеспечения экологической чистоты и экологической безопасности эксплуатации судна;

? административно-хозяйственной деятельностью.

В состав АСУ ТП, входят:

? Интегрированный навигационный комплекс (ИНК)

? Интегрированная система управления движением и/или динамическим позиционированием (ИСУД и ДП).

? Интегрированная система управления электроэнергетической установкой, техническими

средствами, грузовыми операциями и аварийно-предупредительной сигнализации (ИСУ ТС).

ИНТЕГРИРОВАННАЯ КОМПЬЮТЕРНАЯ СИСТЕМА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ МАШИННОГО ОТДЕЛЕНИЯ МОРСКИХ СУДОВ

ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ

Системы автоматизации машинного отделения, как правило, имеют двухуровневую структуру.

На верхнем уровне, расположенном на ходовом мостике, автоматизируются функции контроля и регулирования основных рабочих величин. Прежде всего это централизация контроля величин, диагностирование и прогнозирование состояния оборудования, интегральная оценка работы энергетической установки и оперативное управление главными двигателями путем воздействия на устройства нижнего уровня.

На нижнем уровне осуществляются функции управления, контроля состояния и аварийно-предупредительной сигнализации о неисправностях механического и электрического оборудования машинного отделения.

К задачам, решаемым на нижнем уровне, относятся:

- контроль состояния и сигнализация о неисправностях главных двигателей;

- формирование управляющего сигнала для защиты главных двигателей путем снижения частоты вращения или остановки при неисправности;

- автоматическое управление системами главных двигателей с включением резервных насосов;

- управление судовой электроэнергетической установкой (генераторами и электросетями);

- регистрация команд при маневрировании; автоматическое восстановление режима работы судовой энергетической установки после обесточивания главного распределительного щита;

- регистрация температуры грузов через заданные промежутки времени;

- выдача информации о значениях контролируемых величин силовой энергетической установки и грузовой установки по требованию оператора;

- контроль состояния членов экипажа в машинном отделении и грузовых помещениях при одиночном несении ими вахты или выполнении работы.

В качестве примера автоматизации машинного отделения рассмотрим автоматизированную микропроцессорную система «АРГУС-Д», разработанная на основе аппаратно-программных средств фирмы Octagon Systems.

2. Система управления дизелями М533 для судна на воздушной каверне «Меркурий»

Представлены структура и основные характеристики автоматизированной микропроцессорной системы контроля и управления дизельными двигателями для судов на воздушной каверне.

Обоснованы возможности применения системы на других типах судов.

Система «АРГУС-Д» (Рис.2) предназначена для защиты, управления режимом и реверсом двух главных двигателей -- дизелей типа М533, контроля и аварийно-предупредительной сигнализации главных двигателей и систем, обеспечивающих их работу для судна на воздушной каверне «Меркурий». В существующих системах управления судовыми дизелями используется пневматическая система типа «Нептун» (ДАУР). При использовании системы «Нептун» для управления двумя дизелями необходимо применение 10 типов изделий в двойном количестве суммарной массой 66,2 кг. Система «АРГУС-Д» состоит из 9 изделий суммарной массой не более 80 кг, обеспечивая при этом целый ряд преимуществ.

Преимущества системы

- Не требуется источник сжатого воздуха;

- в состав системы «Аргус-Д» входит подсистема аварийно-предупредительной сигнализации с устройствами индикации, выполненными на основе цветных электролюминесцентных дисплеев с повышенной яркостью фирмы Planar;

- поддерживаются функции управления дизель-генераторами и некоторыми системами, обслуживающими главные двигатели;

- удаление от пультов управления до блоков в машинном отделении может составлять 1,5 км, т.е. практически ограничения по расстоянию отсутствуют, что даёт возможность применять эту систему практически для любого размера судна, грузового или пассажирского;

- система имеет возможность включения в общесудовую информационную сеть, так как использует стандартные каналы связи для компьютерных систем;

- отсутствие стрелочных приборов и множества сигнальных табло делает работу с системой более эффективной и приятной, снижает загрузку оператора;

- система «АРГУС-Д» соответствует современному мировому техническому

уровню, чем повышает конкурентоспособность судна в целом;

- «АРГУС-Д» обеспечивает объективную оценку выработки ресурса двигателей;

- высокая блочнозаменяемая и конструктивная ремонтопригодность, снижение затрат от простоев судна и высокая регулярность рейсов за счет:

а) высокой надежности (наработка на отказ не менее 5000 часов при назначенном сроке службы не менее 25 лет),

б) высокой контролепригодности с глубиной контроля до конструктивно-съемного агрегата,

в) наличия постоянного резидентного тестирования каналов измерения в процессе работы и др.

Основные функции системы

Система «АРГУС-Д» выполняет следующие основные функции:

- прием входных сигналов от датчиков и сигнализаторов главных двигателей и систем, преобразование информации в соответствии с алгоритмом управления и контроля;

- управление режимами и реверсом двух главных двигателей типа М533;

- управление дизель-генераторами типа ДГР_75/1500;

- управление техническими системами судна: топливной, масляной, гидросистемой, сжатого воздуха;

- аварийно-предупредительная сигнализация по параметрам дизелей, дизель-генераторов и технических систем судна: масляная, воздушная, охлаждения и гидравлическая;

- отображение на дисплее в буквенно-цифровом и графическом виде информации о состоянии и работе судовых установок;

- тестирование каналов измерений, а также встроенный автоконтроль работоспособности системы;

- оценка выработки ресурса дизелей.

Структура системы

В основу системы «АРГУС-Д» положены принципы создания распределенных интегрированных систем управления, сбора и обработки информации с последовательными каналами обмена информацией, построенных на базе микропроцессорных программно-аппаратных средств. Распределенные системы управления с последовательными каналами обмена информацией обладают гибкой структурой, обеспечивающей интеграцию управления сложными комплексами, состоящими из большого количества различного по назначению оборудования. Важными эксплуатационными показателями распределенных систем являются живучесть и функциональная расширяемость. Основные технические характеристики системы представлены в табл. 1.

Система «АРГУС-Д» включает в себя следующие независимые подсистемы:

- дистанционного автоматизированного управления режимами и реверсом двух главных двигателей и судовых систем (подсистема ДАУ);

- контроля и аварийно-предупредительной сигнализации систем, обеспечивающих работу главных двигателей (подсистема АПС);

- защиты главных двигателей (подсистема З).

Деление системы на указанные подсистемы обусловлено необходимостью независимости систем ДАУ, АПС и З согласно требованиям к устройствам автоматизации, установленным Правилами Регистра.

Подсистема ДАУ (рис. 3) включает в себя:

- рукоятку управления режимом и реверсом,

- пульт управления со встроенным источником питания,

- электронный блок ДАУ со встроенным источником питания,

- исполнительные механизмы управления режимами и реверсом дизелей.

Подсистема АПС включает в себя:

- электронный блок АПС со встроенным источником питания,

- пульт индикации со встроенным источником питания.

Подсистема З (защиты) включает в себя блок защиты (конструктивно находящийся в блоке АПС и З), имеющий отдельный источник питания и формирующий управляющий сигнал на экстренный останов дизеля при определении аварийной ситуации.

Подсистемы работают автономно. Информационная связь между пультами управления и блоком ДАУ в подсистеме ДАУ и между пультами индикации и блоком АПС в подсистеме АПС осуществляется по последовательным каналам обмена информацией типа RS-485 и для

резервирования дополнительно по каналу RS-232C, что существенно упрощает кабельный монтаж системы «АРГУС-Д» в целом.

Электропитание системы осуществляется от основного фидера =27 В и фидера резервного питания =24 В.

Блоки системы имеют встроенные источники вторичного электропитания, обеспечивая индикацию наличия напряжения на основном и резервном фидере, а также индикацию исправности источников.

Технические средства «АРГУС-Д» устанавливаются на посту управления в ходовой рубке и в машинном отделении.

На посту управления в ходовой рубке расположены два пульта индикации, пульт управления, рукоятка управления режимом и реверсом двух дизелей (рис. 4).

В машинном отделении расположены (рис. 5, 6, 7) блок дистанционного автоматизированного управления (ДАУ), блок аварийно-предупредительной сигнализации и защиты дизелей (АПС и З), исполнительные механизмы управления режимами и реверсом дизелей (устанавливаются непосредственно на дизелях).

Программное обеспечение

Интуитивно-понятный визуальный интерфейс системы адаптирован к структуре судовых систем катера и обеспечивает удобство практической работы механика (рис. 8, 9). Применяемые стандартные датчики параметров имеют значительный технологический разброс характеристик, поэтому используется возможность адаптации системы к разбросу параметров датчиков. При этом задействуются только штатные средства катера и встроенный служебный кадр коррекции параметров системы на пульте индикации.

В случае сбоя рабочей программы срабатывает сторожевой таймер и происходит перезагрузка программы. На время перезагрузки автоматически включается аппаратный узел поддержания выходных управляющих сигналов с возможностью ручного управления. Сбой и перезагрузка программы одного блока не вызывает сбоев в остальных взаимодействующих блоках.

Применение плат MicroPC позволяет легко модифицировать программное обеспечение непосредственно на борту катера, не прибегая к демонтажу системы.

Программное обеспечение системы «АРГУС-Д» представляет собой совокупность 6 программ, одновременно работающих в разных блоках системы. Связь между блоками осуществляется одновременно по двум последовательным каналам связи: основному RS-485 и дополнительному RS-232C, переход на который происходит при неисправности основного - автоматически.

Были разработаны специфические подпрограммы низкоуровневого ввода-вывода, использующие аппаратные прерывания и аппаратно-программную буферизацию данных. Это позволило уменьшить общее время одного полного цикла программы блока и увеличить надежность передачи данных от одного блока к другому.

Рис.8 Кадр функционирования гидросистемы

Общая структура работы программ включает

- подпрограмму начальной инициализации;

- циклический алгоритм расчета входных и выходных параметров;

- подпрограмму восстановления параметров и завершения программы, использующуюся исключительно в моменты перепрограммирования блока.

Система выдержала объектовые межведомственные и государственные испытания в составе головного быстроходного таможенного катера «Меркурий» в г. Новороссийске, а также в составе серийного катера того же типа в г. Владивостоке. Система получила высокую оценку государственной комиссии и Сертификат Регистра Морского Судоходства России. Максимальная скорость на головном образце катера с дизелями, управляемыми системой «АРГУС-Д», достигла 50 узлов. Это наивысший показатель в России для катеров такого класса, что создало перспективы для тиражирования системы. В настоящее время изготовлены и находятся в эксплуатации три системы, причем первая эксплуатируется уже 2 года. Разрабатываются технические предложения на создание подобных систем для новых и модернизацию серийно выпускаемых кораблей на подводных крыльях, воздушной каверне, экранопланов по тематике ЦКБ по судам на подводных крыльях.

ИНТЕГРИРОВАННАЯ КОМПЬЮТЕРНАЯ СЕТЬ БАЛКЕРА “EDELWEISS”

Краткие технические данные судна:

DWT: 73624 т

GRT: 40160 т

L max: 225 m

Width 33,5 m

Holds 7 pcs

Main Engine, type : MAN B&W 5S60MC Mark VI design Marine Diesel Engine

5 cylinders, крецкопфный с наддувом

Auxiliary diesel generators - 3X600 kW, 3 phase, 450 V, 60Hz, “YANMAR”

Emergency generator - 100 kW, 450 V, 60Hz, “DEN”

Generators - “Tayo Electric”

Auxiliary Boiler - Aalborg (Denmark)

Компьютерная сеть машинного отделения тесно связана, дублирующими средствами отображения информации, на ходовом мостике. Но непосредственно влиять на те или иные параметры в основном возможно только из ЦПУ МО, выдача сигнала на ходовой мостик с указанием того или иного абнормального параметра производится только для информирования капитана.

Все параметры, которые необходимы для мониторинга машинного отделения, от мест установки контролируемых приборов (различных сенсоров, термопар, преобразователей давления, указателей уровня и т.д.) сведены в специальные распределительные небольшие шкафы, так называемые “VISTA Alarm”. В этих шкафах установлены аналого-цифровые преобразователи (АЦП), которые аналоговый сигнал от всевозможных датчиков преобразуют в цифровой сигнал и подключены на 2 PC, 1 из которых “Master”, расположенных в ЦПУ.

К компьютерной системе мониторинга подключены :

- все рабочие параметры главного двигателя;

- параметры вспомогательного котла;

- контроль параметров вспомогательных дизелей электростанции;

- электрические параметры текущего состояния генераторов;

- контроль уровней топлива, смазочного масла, воды в топливных, расходных, водяных танках и танках питьевой воды;

- контроль различных напряжений судовой сети: 24V DC, 48V DC, 220V AC, 440V AC, а также состояния напряжения судовых аккумуляторных батарей;

- контроль работы механизмов обеспечивающих работу ГД (топливных, масляных насосов, насосов охлаждающей воды 1го и 2го контуров, турбины и т.д.

- контроль системы топливо подготовки, очистки масла, сепараторов топлива и масла

- контроль состояния станции обнаружения пожара и т.д.

Каждый параметр на дисплее имеет вид вертикального столбика с выставленными верхними и нижними параметрами, которые обозначены: - жёлтым цветом выдача сигнала тревоги, красным цветом - остановка двигателя.

Изменение параметров при достижении минимальных или максимально-критических сопровождается выходом звукового сигнала тревоги по машинному отделению с визуализацией на световой колонне, а также посыл дублирующего сигнала на мостик.

Системы компьютерного мониторинга:

- контроль параметров главного двигателя, вспомогательных двигателей, генераторов, вспомогательного котла (VISTA Alarm)

- система обнаружения пожара (Fire Detection System),

- система защиты ГД (Safety Main Engine) от аварийных режимов работы интегрированы в одну компьютерную судовую сеть с выдачей сигнала тревоги в каюту капитана, старшего механика, второго механика и кают компанию.

VISTA ALARM - шкафы (АЦП) с блоками аналого-цифровых преобразователей

Система защиты ГД - (Safety Main Engine) при входе главного двигателя в неправильный режим работы сбрасывает обороты двигателя до малых, а при критических режимах работы (потеря давления масла, топлива, охлаждающей воды и т.д.) производит его полную остановку.

Кроме того эта система имеет три фиксированных настройки режимов главного двигателя в зависимости от степени волнения моря.

Станция обнаружения пожара - (Fire Detection System) установлена отдельным блоком на ходовом мостике, на главной палубе установлен повторитель, где можно подробно на дисплее просмотреть все пожарные тревоги, повреждение пожарных линий с указанием номера зоны и номера пожарного или дымового извещателя и кратко причину неисправности

Размещено на Allbest.ru

...