Системы контроля состояния подсистем танкера с использованием современной элементной базы (стр. 2 из 19)
Самый верхний уровень иерархической структуры управления судном, представленный взаимодействующими оператором ЦПУ, вахтенным штурманом и рядом ЭВМ - навигационной (НВМ), центральной (ЦВМ) и управляющей (УРМ), - получает и контролирует наиболее обобщенную информацию о состоянии судна и его устройств, принимает генеральные решения по управлению, не разбитые на отдельные алгоритмические цепочки и без конкретных адресов. Таким решением может быть, к примеру, перекачка рассчитанной по остойчивости судна части топлива с борта на борт для устранения крена. Ни цистерны, содержащие подлежащее перекачке топливо, ни номера насосов и клапанов топливных магистралей на этом верхнем уровне не уточняются.
Команда пересылается в расположенный ниже иерархический уровень - уровень подсистем. Установленная в ЦПУ судна одна из микроЭВМ, обслуживающая судовые системы (СС) и специализированная на решении задач данного класса, пользуясь сигналами о заполнении цистерн, состоянии магистралей и т. п., а также вариантами программ, записанных в памяти ПЗУ, анализирует имеющиеся обстоятельства и, выбрав вариант, определяет подлежащие пуску конкретные узлы системы.
Генеральные команды пуска и режима этих узлов передаются в соответствующие звенья еще более низкого иерархического уровня, уровня управляющих блоков. Аппаратура этого уровня выполнена на основе наборов логических микросхем, а в последнее время - микропроцессоров и микроконтроллеров, с обеспечивающими логическими устройствами. Она вырабатывает (чаще всего по некоторой заранее заданной, жесткой программе) набор управляющих сигналов, распределенных во времени и пространстве (по объектам) и адресованных конкретным локальным регуляторам и управляющим устройствам. Связи между звеньями аппаратуры этого уровня позволяют исключить запредельные режимы, неразрешенные состояния. Сигналы, передающиеся в самый нижний уровень автоматики, обычно подвергаются цифроаналоговому преобразованию.
Устройства локальной автоматики размещаются непосредственно на объектах управления и локальных постах машинного отделения МО с дублированным ручным управлением. На рисунке 1.2 указаны следующие локальные посты: у дизельной ГЭУ, вспомогательных механизмов ВМ, механизма изменения шага винта (МИШ), пост рулевой машины (РМ), установки инертных газов (СИГ), дизель-генераторов (ДГ), насосных станций (НС), якорно-швартовных устройств (ЯШУ) на баке и юте, в выгородке подруливающего устройства (ПРУ), у шлюпбалок и на верхней палубе у аварийного дизель-генератора (АДГ).
Рис. 1.2 Локальные посты автоматики
Устройства локального нижнего уровня автоматики обеспечивают непосредственное управляющее воздействие на объекты и измерение контролируемых величин, в силу чего локальные регуляторы и стабилизаторы построены преимущественно на электромеханических и электрогидравлических механизмах и датчиках, которые имеют аналоговый характер действия.
Результаты исполнения команд, воспринятые измерительными датчиками и сигнализаторами, в виде соответствующих наборов сигналов передаются наверх, по пути подвергаясь обработке и обобщению соответственно уровню иерархической структуры. В конце концов, обширная конкретная информация об исполнении задачи перекачки топлива может отобразиться перед оператором зажиганием какого-то сигнального светодиода на мнемосхеме судовых систем, размещенной, скажем, в ПУГО.
Доля комплексно автоматизированных судов мирового флота сегодня составляет 60... 70 %, причем в их число входят все крупные суда, водоизмещением более 20 тыс. т. Регистр России, присваивая вновь построенному или модернизированному судну классификационный символ, отмечает и уровень его автоматизации.
Конкретные требования к свойствам и устройствам автоматизации отдельных судовых установок и систем для судов разных типов определяются периодически обновляемыми Правилами Регистра России, в которых учитывается достигнутый технический уровень и опыт, накопленный морской практикой.
1.2 Комплексная автоматизация управления вспомогательными механизмами энергетических установок и судовых систем
Назначение и особенности вспомогательных механизмов энергетических установок и судовых систем. Вспомогательные механизмы предназначены обслуживать энергетические установки и общие нужды судна. Вспомогательные механизмы энергетических установок обеспечивают охлаждение машин, смазку, подачу топлива и воздуха в машинное и котельное отделения. Общие нужды судна обслуживаются системами для удаления и принятия водяного балласта, удаления трюмной воды, тушения пожара, снабжения пассажиров и команд питьевой и мытьевой водой, вентиляции судовых помещений и т. п. Системы управления этими объектами включают большое число запорных клапанов и АЭП.
Судовыми системами принято называть совокупность вспомогательных механизмов: напорных средств, трубопроводов, арматуры и приводов управления, предназначенных для перемещения жидкостей и газов, поддержания заданного давления и температуры, необходимых для обеспечения всех нужд судна.
Для работы вспомогательных механизмов энергетических установок и судовых систем, а также органов управления ими характерно то, что они должны находиться в одном из двух устойчивых состояний (включено — выключено, открыто — закрыто), определяемых режимом работы установок. Управление механизмами осуществляется в соответствии с алгоритмом, определяющим заданную последовательность выполнения операций.
При нулевом уровне автоматизации управления включение и выключение механизмов в заданной последовательности осуществлялось вручную и не обеспечивало требуемого качества и надежности управления, особенно в аварийных ситуациях. При этом требовалось значительное время для выполнения операций и наличие большого количества обслуживающего персонала, ввиду территориальной рассредоточенности установок. Поэтому возникла необходимость в автоматизации процессов управления отдельными механизмами и устройствами — первый уровень автоматизации управления. В дальнейшем перешли к автоматизации отдельных локальных систем (система управления энергетической установкой, САУ электроэнергетической системой и др.) — второй уровень автоматизации.
Необходимость централизации управления совокупностью локальных систем из ЦПУ, а также необходимость повышения эффективности эксплуатации судов, ликвидации вахт и дежурств потребовали создания управляющего комплекса вспомогательными механизмами энергетических установок и судовых систем — третий уровень автоматизации.
Вопросы проектирования управляющего комплекса. При проектировании управляющего комплекса выполняются: 1) формализация алгоритмов управления отдельного ОУ и алгоритмов централизованного контроля и управления совокупностью объектов управления; 2) разработка функциональных схем, реализующих заданные алгоритмы и отвечающих принятым критериям; 3) определение типа и мощности двигателей к ОУ, выбор элементной базы; 4) преобразование функциональных схем в принципиальные, отражающие размещение и компоновку элементов систем и комплекса, а также реализация принципиальных схем на типовых элементах.
Одним из наиболее ответственных этапов, является этап формализации алгоритма управления и контроля. В качестве примера рассмотрим алгоритмы управления вспомогательными механизмами транспортного судна, обеспечивающие автоматический, пуск и остановку дизель-генераторной установки, а также главного двигателя. Процесс введения в действие главной энергетической установки судна, как правило, начинается с запуска дизель-генератора, а затем главного двигателя. При этом должен выдерживаться определенный порядок включения механизмов и устройств с соблюдением ряда условий. Кроме того, должна быть предусмотрена возможность введения в действие резервного агрегата или установки. Так как запуск силовой установки производится без участия оператора, то необходимо составить подробные алгоритмы управления.
1.3 Структура управляющего комплекса
В состав управляющего комплекса вспомогательных механизмов и судовых систем входят объекты управления ОУ, автоматизированные приводы АП, системы связанного управления ССУ, системы обработки и системы представления информации СОИ и СПИ, системы контроля и пульты управления. Однако состав и характеристики элементов комплекса обладают определенной спецификой. Объектами управления в данном случае являются вспомогательные механизмы и судовые системы: насосы различного назначения, вентиляторы, воздуходувки, компрессоры, запорная арматура и т. п., рассредоточенные по всему судну.
В соответствии со структурой комплекса на его функциональной схеме (рис. 1.3) выделены следующие уровни автоматизации управления.
Нулевой уровень — ручное управление РУ отдельными объектами.
Первый уровень — дистанционное управление, которое обеспечивается с помощью автоматизированных приводов АП.
Рис. 1.3 Функциональная схема уровней автоматизации
Управление приводами осуществляется с местных постов управления МПУ, оснащенных необходимой контролирующей аппаратурой. При этом возможны два вида, управления: без обратной связи по регулируемым параметрам и с обратными связями.
Второй уровень автоматизации управления — управляющий-комплекс локальных систем управления, в состав которого входят собственно система управления УС, обеспечивающая выполнение операций в соответствии с заданными алгоритмами по управлению рядом объектов, а также системы обработки информации СОИ и контроля СК. В нормальных условиях локальная управляющая система ЛАСУ обеспечивает функционирование системы без участия оператора. В случае необходимости изменения режима или аварии оператор может на основе информации, получаемой от системы представления информации СПИ, подавать команды, с помощью управляющих органов УО поста управления. Пост управления может быть расположен на ходовом мостике — центральный пост управления ЦПУ — или в машинном отделении.