АВТОМАТИЗАЦИЯ СУДОВЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК. Часть 1. ОБШИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОМАТИЗАЦИИ СЭУ

АВТОМАТИЗАЦИЯ СУДОВЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

Часть 1. ОБШИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОМАТИЗАЦИИ СЭУ

Введение

Слово «автоматика» пришло к нам из древней Греции, примерно из V в. до н.э. Греки (которые тогда ещё не знали, что мы будем называть их древними) применяли это слово к неким устройствам, способным действовать без участия человека.

Вообще говоря, такие устройства применялись людьми и в более древних цивилизациях. Например, до наших дней сохранились в работоспособном состоянии автоматические ловушки, предназначавшиеся для защиты от разграбления гробниц и пирамид древнего Египта, построенных 4000÷4500 лет назад. Эти устройства приводились в действие, например, весом человека, наступившего на определённый камень в полу, после чего непрошеные гости запирались падающими решётками, засыпались песком, заливались водой из Нила или им на голову опускалась каменная потолочная плита.

В античном мире применялись уличные автоматы для продажи воды, часы с гидравлическим приводом и другие устройства. В средние века автоматика использовалась для укрепления религиозных чувств верующих (слёзоточивость икон, самовозгорание священного огня и т.п.). В XVII÷XVIII веках в Европе вошли в моду шахматные автоматы, которые, правда, на поверку оказались шарлатанством. Однако действительная потребность в практическом применении автоматических устройств возникла только при наступлении периода бурного развития мануфактур и промышленного производства.

Согласно преданию, у истоков промышленной автоматики стоял один сообразительный английский мальчик, который был приставлен к паровой машине для ручного переключения подачи пара. Довольно скоро он заметил, что движение ручки переключателя согласовано с движением штока. Остальное было делом техники: он связал шток и ручку верёвкой, и машина стала работать без участия человека, т.е. автоматически. Что стало после этого с мальчиком не известно (наверное, его выгнали за ненадобностью), а вот та верёвочка превратилась со временем в большое семейство весьма сложных и хитроумных кибернетических устройств. Их создатели унаследовали от того мальчика смекалку и пытливость ума, дополнив эти природные качества разработкой теории автоматического управления и навыками проектирования автоматических систем.

Большой вклад в развитие автоматики заложили такие изобретатели и ученые, как Ползунов и Уатт, Максвелл и Вышнеградский, Стодола и Ляпунов, Раус и Гурвиц, Найквист и Михайлов, Андронов и Фельдбаум и ещё многие и многие славные имена.

Толчком к интенсивному развитию отечественной судовой автоматики послужили результаты изучения нашими специалистами трофейных немецких подводных лодок. Оказалось, что одной из причин их хороших тактико-техни-ческих качеств была весьма высокая для того времени степень автоматизации. Для скорейшего освоения и практической реализации этого тогда нового для нашего судостроения научно-технического направления в ЦНИИ им. акад. А.Н.Крылова был организован отдел автоматики, который со временем превратился в такое мощное предприятие, занимающееся разработкой автоматических систем, как НПО «Аврора». Был также создан ряд специализированных предприятий для изготовления отдельных компонентов автоматики, возникли сектора и отделы автоматики в НИИ, КБ и на судостроительных заводах.

Быстро развивающееся направление стало остро нуждаться в квалифицированных специалистах. Уже с 1946 г. в учебные планы энергетических специальностей машиностроительного факультета была включена учебная дисциплина «Теория автоматического регулирования», с 1950 г. на кафедре Судовых силовых установок начинается подготовка инженеров-механиков по специальности «Автоматическое управление и регулирование судовых силовых установок»

Бурное развитие автоматики продолжалось, и это требовало не только увеличения выпуска специалистов, но и качественного изменения уровня их подготовки. Появилась необходимость в разработке и постановке целого ряда новых дисциплин, а также в создании новой лабораторной базы. Все это и послужило причиной создания полвека назад самостоятельной кафедры Автоматического регулирования и теплотехнических измерений, которая впоследствии была переименована в кафедру Судовой автоматики и измерений. Она обеспечивает подготовку студентов по специальностям:

090103 "Организация и технология защиты информации"

180201 "Системы электроэнергетики и автоматизации судов"

180202 "Системотехника объектов морской инфраструктуры"

Выпускники нашей кафедры успешно трудятся на предприятиях как судостроительной, так и других отраслей, в том числе, и зарубежных. Многие из них занимают высокие должности, являются организаторами и руководителями самостоятельных фирм, занимающихся разработкой и внедрением автоматических систем и информационных технологий.

Наше общение с вами в этом семестре призвано решить более скромную задачу: познакомить вас с общими понятиями, принципами и особенностями автоматизации судовой энергетики, типовыми задачами и методами их решения.

Общие понятия и определения

Общие закономерности управления и информационного взаимодействия в природных, общественных, экономических и других системах изучает наука, которая… Автоматикой называется научно-техническое направление, которое занимается… Управляющее устройство называется автоматическим, если оно выполняет свои функции без участия человека.

Состав и режимы комплексной системы управления техническими средствами судна (КСУ ТС)

 

Рис.1.2. Структура КСУ ТС

КСУ ТС должна обеспечивать бесперебойное управление оборудованием на следующих эксплуатационных режимах:

§ конечные режимы – пуск и остановка оборудования;

§ стационарные режимы – обеспечение длительного движения судна с заданной скоростью;

§ маневренные (переходные) режимы;

§ аварийные режимы.

Комплексную систему автоматизации часто называют интегрированной системой автоматизации технических средств - ИСУ ТС. Ниже в качестве примера приведены требования к такой системе для научно-исследовательского судна.

Исходные технические требования к интегрированной системе управления техническими средствами (ИСУ ТС) судна пр. 22280

Научно-экспедиционное судно предназначается для обеспечения деятельности Российской антарктической экспедиции и проведения научных исследований.

Общие технические требования к ИСУ ТС

Интегрированная система управления техническими средствами (ИСУ ТС) должна обеспечивать работу энергетической установки (ЭУ) и общесудовых систем (ОСС) при наличии вахты в центральном посту управления (ЦПУ) на ходу судна и на стоянке (в том числе и выполнение грузовых операций с управлением этими операциями из ходовой рубки.).

ИСУ ТС (в дальнейшем “система”) должна обеспечивать выполнение следующих функций:

· сбор, обработку и передачу информации по ГЭУ, ЭУ, ЭЭС и ОСС;

· управление техническими средствами (дистанционное и автоматическое), включая аварийную защиту механизмов, связанных с системой;

· сигнализацию о работе, неисправностях и изменении режимов работающих механизмов, о достижении контролируемыми параметрами предельных значений (аварийно-предупредительная сигнализация – “АПС”), о возникновении пожара и поступлении воды в МО;

· представление обобщенной сигнализации (ОАПС) в постах управления, каютах, служебных и общественных помещениях;

· представление оператору информации на видеомониторах, световых табло и других средствах отображения информации;

· регистрацию отдельных параметров и их отклонение от нормального значения команд машинного телеграфа, а также режимов работы ГЭУ;

· блокировку сигнализации неработающих механизмов;

· контроль наработки механизмов;

· отключение из районов приема/выдачи жидких грузов перекачивающих насосов;

· передачу информации в регистратор данных рейса в соответствии с резолюцией ММО А.861 и рекомендациями №85, 2005г.;

· контроль дееспособности машинного персонала;

· вызов вахтенного механика,

· самоконтроль системы.

Система должна соответствовать концепции комплексной автоматизации технологических процессов судна на основе микропроцессорных распределительных систем, объединенных сетью передачи данных.

Система должна иметь в своем составе четыре локальных технологических станции (ЛТС) (предположительно):

ЛТС1 – сбор и обработка информации по ГЭУ, ЭУ, ЭЭС и ОСС,

включая соответствующие системы и вспомогательные механизмы.

Количество входов/выходов в ЛТС-1:

· Входы от дискретных датчиков АПС - 300

· Входы от дискретных датчиков исполнительной сигнализации - 150

· Входы от аналоговых датчиков для контроля текущих

значений параметров - 275

· Управляющие сигналы на магнитные пускатели эл/приводов

в виде б/п контактов, коммутирующих U~220В, 1А - 56

· Управляющие сигналы на эл.магниты двухпозиционных

манипуляторов U=24В, Р=30Вт - 6

ЛТС2 – сбор и обработка информации по системам грузовых операций с жидкими грузами. Предполагается применение двух ЛТС2 (носовой ЛТС2-1 и кормовой ЛТС2-2) ввиду расположения объектов управления и контроля по всей длине судна в целях рациональной организации прокладки кабельных трасс.

Количество входов/выходов в ЛТС2-1:

· Входы от дискретных датчиков АПС - 5

· Входы от дискретных датчиков исполнительной сигнализации - 60

· Входы от аналоговых датчиков для контроля текущих

значений параметров судовых систем - 21

· Управляющие сигналы на магнитные пускатели эл/приво-

дов в виде б/п контактов, коммутирующих U~220В, 1А - 16

· Управляющие сигналы на эл.магниты двухпозиционных

манипуляторов U=24В, Р=30Вт - 26

Количество входов/выходов в ЛТС2-2:

· Входы от дискретных датчиков АПС - 10

· Входы от дискретных датчиков исполнительной сигнализации - 80

· Входы от аналоговых датчиков для контроля текущих

значений параметров судовых систем - 15

· Управляющие сигналы на магнитные пускатели эл/приво-

дов в виде б/п контактов, коммутирующих U~220В, 1А - 8

· Управляющие сигналы на эл.магниты двухпозиционных

манипуляторов U=24В, Р=30Вт - 31

ЛТС3 - сбор, обработка и представление на лицевой панели информации по системам заправки вертолета. Расположена в пом. электрооборудования для заправки вертолета.

Количество входов/выходов в ЛТС3:

· Входы от дискретных датчиков АПС - 10

· Входы от дискретных датчиков исполнительной сигнализации - 10

· Входы от аналоговых датчиков для контроля текущих

значений параметров судовых систем - 10

· Управляющие сигналы на магнитные пускатели эл/приво-

дов в виде б/п контактов, коммутирующих U~220В, 1А - 6

· Управляющие сигналы на эл.магниты двухпозиционных

манипуляторов U=24В, Р=30Вт - 6

Станция, кроме того должна использоваться для управления от внешних кнопочных постов тремя электронасосными агрегатами для обеспечения “искробезопасности“ управляющей цепи – 6 входов/выходов.

Передача в ПУГО следующей информации:

· текущие значения уровня в цистернах авиатоплива №1 и №2;

· обобщенная сигнализация предельных концентраций углеводородов в

помещениях, связанных с системами заправки вертолета.

Система должна обеспечивать управление, контроль и сигнализацию с :

а) пульта управления в ЦПУ включающего в себя:

- две операторские станции, состоящие из персонального компьютера, видеомонитора, клавиатуры и трек-болла.

- принтера аварийных сообщений,

- панели управления ГЭУ,

- панели адресной групповой ОАПС в соответствии с требованиями Регистра и ИМО,

- постоянно - показывающие стрелочные индикаторы,

а также средства связи и т.д.

б) пульта управления в РР (ПУГО) включающего в себя:

- две операторские станции, состоящие из персонального компьютера,

видеомонитора, клавиатуры и трек-болла,

- грузовой компьютер,

- принтер аварийных сообщений,

- принтер грузового компьютера,

- панель автономной системы сигнализации предельных и аварийных

уровней в грузовых танках авиа и дизельного топлива,

- панель обобщенной сигнализации предельной концентрации угле-

водородов в помещении заправки вертолета.

Питание системы должно осуществляться по двум независимым фидерам 220В,50 Гц с автоматическим переключением питания с основного фидера на резервный осуществляемым системой. Должен быть предусмотрен аварийный источник бесперебойного питания, обеспечивающий питание системы в течение не менее 30 мин.

Комплектность

· пульт управления в ЦПУ с аппаратурой по п.2.1.4а., · пульт управления в ПУГО (РР) с аппаратурой по п. 2.1.4б, · локальные технологические станции (4 шт.– уточняется поставщиком),

Функциональные модули КСУ ТС

Системы ДАУ (дистанционного автоматизированного управления)

Управление из рулевой рубки и из ЦПУ выполняется со специальных пультов: пульт судоводителя в рулевой рубке и пульт энергетики в ЦПУ. В машинном отделении могут устанавливаться дублирующие пульты ИСУТС.  

Системы автоматического регулирования (САР)

§ давление рабочих сред (жидкостей, газов и паров) в различных ёмкостях, резервуарах, трубопроводах; § перепады давлений при прохождении рабочих сред через элементы… § расходы жидкостей, газов и паров, через трубопроводы и элементы энергетического оборудования;

Системы централизованного контроля (СЦК), аварийно-предупреди-тельной сигнализации (АПС) и аварийной защиты (АЗ)

Назначение АПС: информирование персонала, выполняющего управление и обслуживание СЭУ, о выходе теплотехнических параметров оборудования за… Назначение АЗ: автоматическое изменение режимов энергетического оборудования… Основными компонентами этих систем являются датчики - преобразователи измеряемых физических величин в электрические…

Система технической диагностики (СТД)

Назначение: информационное обеспечение обслуживания судового энергетического оборудования по фактическому техническому состоянию.

Основные задачи:

§ автоматизированный поиск причин нарушения работоспособности сложных энергомеханических систем (электронный советчик оператора);

§ оценка внутреннего технического состояния агрегатов и механизмов в процессе эксплуатации с целью выявления развивающихся дефектов и повышения эксплуатационной надёжности (снижения вероятности внезапных отказов);

§ прогнозирование изменения технического состояния и оценка остаточного ресурса оборудования.

§ предремонтная безразборная дефектация оборудования.

Информационная база диагностики: теплотехнические параметры работающего оборудования, параметры физических полей (теплового, электромагнитного, вибрационного и т.п.), возникающих при работе оборудования, показания специальных диагностических приборов.

Типовая структура комплексной системы технической диагностики показана на рисунке 1.23.

Рисунок 1.21. Состав и структура КСТД

Более подробно особенности информационного, методического, алгоритмического, программного и аппаратурного обеспечения судовой диагностики рассматриваются в соответствующем специальном курсе.

Рекомендуемая литература:

1. В.И. Толшин, В.А.Сизых Автоматизация судовых энергетических установок, М., «РКонсульт», 2003

2. В.С.Онасенко Судовая автоматика, М., «Транспорт»,1988

3. Л.И.Исаков Справочник по устройству, обслуживанию и ремонту судовой автоматики, М., «Транспорт», 1988