TRACE MODE включает в себя библиотеку из более, чем 150 алгоритмов обработки данных и управления, в том числе такие алгоритмы контроля как фильтрация, проверка на технологические границы и достоверность.
Таким образом, очевидно удобство использования программы TRACE MODE для организации диспетчерского уровня системы контроля состояния подсистем нефтеналивного танкера. С помощью TRACE MODE было разработано визуализированное представление на экране компьютера технологического объекта (рис. 6.1) с выведением текущих значений переменных; создан журнал событий и тревог, в которых регистрируется изменение параметров объекта с возможностью просмотра в графическом виде записанных данных, а также выводятся сообщения, выдаваемые оператору в случае выхода параметров за пределы заданного диапазона.
На основании выбранных модулей ADAM составляем принципиальную схему системы контроля состояния подсистем танкера размещенную в приложении 3.
7. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА
7.1 Обоснование необходимости и актуальности работы
При проектировании системы управления технологическим объектом необходимо рассмотреть все возможные способы ее реализации и выбрать наиболее эффективный. Существуют различные типы управления системой диагностики подсистем танкера. Выбор алгоритма управления в первую очередь зависит от свойств самого объекта, поэтому имеет смысл сосредоточить внимание на известных системах регулирования конкретным объектом, в данном случае – системе диагностики подсистем кондиционирования, пожаротушения и затопления водой танкера "Barstorm".
Осушительно-балластные средства современного судна являются важной частью общесудовых систем и охватываются автоматизированной системой КАС. Комплекс осушительно-балластных средств с автоматикой управления может быть разделен соответственно иерархической структуре на ряд подсистем защиты от затопления (диагностики, сигнализации, откачки воды т. д., как основанные преимущественно на механической и пневмогидравлической технике).
Большое количество нефтеналивных танкеров нуждаются в системе идентификации и диагностики состояния судна. Большая часть аварий на танкерах возникала вследствие пожаров, которые вызывали пробоины судна и как следствие в большинстве случаев его гибель. По статистике за 2003 год на Российских танкерах возникало 568 пожаров. Это связано в первую очередь с несовершенством системы идентификации и диагностики. В связи с несвоевременной реакцией персонала судна на возникновение пожара за 2003 год возникло 267 пожаров. Стоимость таких несовершенных систем составляет в среднем около 100000 рублей (данные усреднены по 16 нефтеналивным танкерам водоизмещением более 85000 тонн). Высокая стоимость существующих систем связана в первую очередь с тем, что системы диагностики состояния построены в основном на аналоговой технике. Для повышения надежности приходится устанавливать большое количество дублирующих блоков и узлов. Среди недостатков особо стоит отметить отсутствие визуализации состояния судна в целом.
В отличие от существующих систем разрабатываемая система будет построена целиком на цифровой технике. Это дает возможность избежать дублирования частей системы, а также позволяет получать своевременную информацию о состоянии всего судна в целом.
7.2 Обоснование выбора аналога для сравнения
Рассмотрим наиболее часто встречающиеся реализации существующих систем диагностики состояния подсистем танкера.
а) ручное управление (БА-2) с использованием дискретных регуляторов на некоторых участках подсистемы. Такая система используется на танкерах водоизмещением до 4000 тонн и является не автоматической. При таком способе качество управления неудовлетворительно, так как оно не обеспечивает требуемой точности. Главный недостаток такой системы несвоевременная реакция на аварийную ситуацию.
б) система управления с одним регулятором (Кинг), где управляющей переменной является скорость повышения уровня воды, а главной регулируемой переменной расход воды откачиваемой осушительной системой. Введение обратной связи лишь по регулируемой переменной не в состоянии обеспечить нужное качество управления. Такая система используется на танкерах от 4000 до 20000 тонн и не обеспечивает требуемой скорости откачки воды.
в) система управления с регулятором состояния и наблюдателем (КАСО2-56) дает лучшее качество с точки зрения демпфирования и числа колебаний. Управляющей и регулируемыми переменными являются те же, что и в предыдущей системе. Такая система используется на танкерах от 20000 до 40000 тонн и не обеспечивает требуемой скорости откачки воды и своевременной реакции на аварийную ситуацию.
г) система управления с алгоритмом управления второго порядка с прямой связью (Ostin) использует информацию о скорости повышения уровня воды в затопляемых помещениях, и управляет числом подключаемых каскадов системы. Такая система используется на танкерах от 40000 до 85000 тонн и по сути своей является интеллектуальной. В зависимости от степени тяжести аварии последовательно подключаются части системы для борьбы с ней.
В силу того что, применение цифрового регулятора повышает качество управления, систему управления с алгоритмом управления второго порядка с прямой связью (Ostin) будем рассматривать как аналог разработанной системы оптимального управления, так как они имеют одни и те же регулируемые переменные и сопоставимые качественные характеристики.
7.3 Обоснование критериев сравнения разрабатываемого устройства с аналогом
Представим сравнительный анализ разработанной системы управления с аналогичной в виде таблицы 7.1. Выбор номенклатуры критериев качества будем производить в соответствии со стандартами Морского Регистра России от 18.06.2005 г раз. 18, ст. 9.
Расчет интегрального показателя качества разработки будем вести по формуле:
где qi – весовой коэффициент i-го параметра;
Kxi – значение i-го параметра в относительных единицах;
n - количество критериев;
IT – интегральный показатель качества разработки.
Таблица 7.1 Интегральный показатель качества разработки
№ | Критерии качества | Вес | Новая разработка | Аналог | ||||
Значение | Кх | q*Kx | Значение | Кх | q*Kx | |||
1 | Точность | 0,4 | 99% | 9 | 3,6 | 98% | 8 | 3,2 |
2 | Экономичность | 0,2 | 5 т/ч | 8 | 1,6 | 5 т/ч | 8 | 1,6 |
3 | Функциональность | 0,1 | + | 6 | 0,6 | + | 6 | 0,6 |
4 | Безопасность | 0,05 | + | 7 | 0,35 | ± | 6 | 0,3 |
5 | Надежность | 0,05 | 12тыс.ч | 8 | 0,4 | 8тыс.ч | 5 | 0,25 |
6 | Габариты, вес | 0,04 | средние | 8 | 0,32 | большие | 6 | 0,24 |
7 | Быстродействие | 0,15 | 150 мин | 7 | 1,05 | 180 мин | 6 | 0,9 |
8 | Эргономичность | 0,01 | + | 9 | 0,09 | ± | 8 | 0,08 |
1=1 | 1 | Абс.пок.кач. | 8,01 | Абс.пок.кач. | 7,17 |
На основании полученных данных (табл. 7.1) видно, что абсолютный показатель качества разработки составляет IT=8,01. Относительный показатель качества разработки равен: IT0=ITр/ITа=8,01/7,17=1,12>1, следовательно, разработанная система имеет преимущество перед аналогом и делает процесс диагностики подсистем более эффективным.
7.4 Расчет затрат на этапе проектирования
Для расчета затрат на этапе проектирования определим продолжительность каждой работы (начиная с составления технического задания (ТЗ) и до оформления документации включительно. Продолжительность работ рассчитаем по экспертным оценкам по формуле:
to = (3tmin +2tmax)/5,(7.1)
где to - ожидаемая длительность работы:
tmin и tmax - соответственно наименьшая и наибольшая, по мнению эксперта длительность работы.
Все расчеты сведем в таблицу (табл. 7.2).
Таблица 7.2 Ожидаемые длительности работ на этапе проектирования
Наименование работы | Длительность работы, дн. | ||
миним. | макс. | ожидаемая | |
1. Разработка ТЗ | 2 | 4 | 3 |
2. Анализ ТЗ и работа с источниками | 6 | 12 | 9 |
3. Разработка программного обеспечения | 11 | 18 | 14 |
4. Выбор исполнительных органов и механизмов | 2 | 4 | 3 |
5. Выбор датчиков | 2 | 4 | 3 |
6. Оформление плакатов | 2 | 4 | 3 |
7. Оформление пояснительной записки | 17 | 20 | 19 |
Для определения продолжительности этапа проектирования Тп по данным таблицы 7.2 построим график организации работ во времени (рис. 7.2). При построении графика расположим работы с некоторой параллельностью.
Рис. 7.1. График организации работ на этапе проектирования
Капитальные затраты на этапе проектирования Кп рассчитаем по формуле:
Кп = Zп + Мп + Нп,(7.2)
где Zп -заработная плата проектировщика задачи на всем этапе проектирования Тп ;
Мп - затраты за использование ЭВМ на этапе проектирования;
Нп - накладные расходы на этапе проектирования.
Одним из основных видов затрат на этапе проектирования является заработная плата проектировщика, которую рассчитаем по формуле:
Zп = zд Тп (1 + ас /100) (1 + ап /100),(7.3)