Лекция №6

6.2. Комплексные системы управления

Для выполнения требований по уровню автоматизации на судах применяют разнообразные системы и устройства, которые полностью или частично выполняют функции: управления, регулирования, контроля, защиты, диагностирования состояния технических средств. В зависимости от объекта автоматизации различают: автоматизацию судовождения; автоматизацию судовых энергетических установок; автоматизацию судовых электроэнергетических систем; автоматизацию судовых систем; автоматизацию грузовых операций и т.д.

Цели, объем выполняемых функций, принципы построения, применяемый для их описания математический аппарат и т.д. у таких систем разный, поэтому первоначально создавались отдельные системы автоматизации. Однако уже к середине 70-х годов были созданы и успешно эксплуатировались базовые комплексные системы: «Залив» - для теплоходов (установлена на 150 транспортных судах); «Пролив» – для паротурбинных судов; «Тропик» – для газотурбинных судов; «Север» – для атомных ледоколов. Эти комплексы обеспечивали управление и контроль всего оборудования основных технических средств из ЦПУ одним оператором во всех ходовых режимах. Аппаратура была скомплектована в систему управления по функциональному назначению оборудования, которым она управляет, т.е. комплексная система состоит из подсистем управления функционально самостоятельными группами технических средств. В отдельную группу была выделена система централизованного контроля (информационная система) и позднее, при модернизации комплекса, была создана система централизованного питания.

На рис. 6.4 представлена структурная схема комплексной модернизированной системы «Залив-М», в состав которой входят следующие функциональные подсистемы:

- централизованного контроля «Шипка-М»;

- управления электроэнергетической установкой «Ижора-М»;

- управления общесудовыми системами «Нарочь-М»;

- управления и контроля вспомогательными механизмами и локальными системами, обслуживающими главный двигатель «Прибой-1»;

- централизованного питания «Тангес-1»;

- управления грузовыми операциями «Ильмень-М»;

- управления системой инертных газов «Виктория-М», обеспечивающая взрывобезопасность современных танкеров посредством заполнения свободных пространств танков инертным газом и работающая совместно с «Нарочь-М» и «Ильмень-М».

Рис. 6.4. Структурная схема комплексной системы управления «Залив-М»

Совместно с КСУ «Залив-М» устанавливаются системы дистанционного автоматического управления главным двигателем типа «Гром» и системы автоматического управления дизель-генераторами типа «Роса-М».

Таким образом, к середине 80-х годов была разработана концепция комплексной автоматизации судов на основе интегрированной общесудовой системы управления – автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) судна.

Современные тенденции в развитии АСУ ТП. Современный этап характеризуется:

1. Усложнением технических средств судна и стремлением к сокращению численности экипажа. Это приводит к повышению вероятности появления роковых ошибок, совершаемых судовым персоналом в нештатных, аварийных или катастрофических ситуациях. Для исключения таких ошибок возникает необходимость создания систем компьютерной поддержки по принятию решения.

2. Появлением промышленных программируемых контроллеров, позволяющих существенно усложнять алгоритмы управления.

Новые требования к автоматизации судов и появление промышленных программируемых контроллеров позволили, в рамках концепции комплексной автоматизации, по новому сформировать принципы построения АСУ ТП.

АСУ ТП - это человеко-машинный комплекс с четкой иерархической структурой и рассредоточенными по судовым помещениям автономными микропроцессорными станциями (системами), объединенными локальной сетью передачи данных и обеспечивающими эффективное управление как отдельными судовыми объектами и технологическими процессами, так и судном в целом. Каждая станция имеет собственный адрес в сети передачи данных и обеспечивает выполнение одной или нескольких типовых функций. В табл. 6.6 представлен типовой состав целевых и функциональных подсистем АСУ ТП, а в табл. 6.7 – типовой состав структурных единиц АСУ ТП и выполняемых ими функций.

Произошли изменения и в концепции обеспечения электроэнергией АСУ ТП: на смену принципа «централизованного питания» был взят на вооружение принцип «бесперебойности». Суть этого принципа заключается в отказе от организации специальных промежуточных сетей. Этот шаг был вызван необходимостью обеспечения заданного качества электроэнергии, которое с появлением мощных статических преобразователей и быстродействующей коммутационной аппаратуры существенно ухудшилось. Особую опасность для работы АСУ ТП представляют импульсные коммутационные перенапряжения (ИКП). Реализация этого принципа базируется на применении агрегатов бесперебойного питания (АБП), выпускаемых в виде отдельных автономных преобразовательных блоков-модулей мощностью 100, 350 и 500 Вт.

Таблица 6.6.

Типовой состав целевых и функциональных подсистем АСУ ТП

№	Судовые технологические процессы	Наименование целевой подсистемы	Назначение функциональной подсистемы
1	Процессы судовождения	АСУ процессами судовождения	Управление движением судна; Определение координат судна, счисление, прокладка рейса; Радиолокационная прокладка и предупреждение столкновений.
2	Энергетические процессы	АСУ энергетическими процессами	Управление пропульсивной установкой; Управление вспомогательными механизмами и системами; Управление электроэнергетической системой; Управление котельной установкой; Управление воздушными компрессорами и воздуходувкой; Управление холодильной установкой и провизионных камер; Управление установкой кондиционирования воздуха в жилых и служебных помещениях; Централизованный контроль (АПС, индикация, регистрация, техническое диагностирование с представлением информации на дисплеях и других средствах отображения информации).
3	Процессы обес-печения грузо-вых операций	АСУ грузовыми операциями (для специализированных судов)	Управление грузо-балластной системой; Управление системой инертных газов; Управление системой подогрева груза; Управление грузовыми и швартовными устройствами
4	Процессы обес-печения сохран-ности груза (ох-лаждение пр-ции)	АСУ процессами производства и пот-ребления холода	Управление холодильной установкой, регулирование температуры воздуха в трюмах (для специализированных судов)
5	Процессы конт-роля состояний судна и обеспе-чения его безо-пасности	Автоматизированная система контроля состояния и обеспе-чения безопасности судна; Система управления безопасной эксплуа-тацией судна и пре-дотвращения загряз-нения	Контроль посадки, остойчивости и прочност-ных характеристик судна; Оптимизация режимов «штормования»; Управление балластно-осушительной систе-мой; Управление крено-дифферентной системой; Управление системой стабилизации на вол-нении; Пожарная сигнализация, дымообнаружение, управление противопожарными средствами
6	Процессы обес-печения эксплу-атационно-эко-номической дея-тельности судна и его экипажа	Информационно-вычислительная система администра-тивно-хозяйствен-ного и диспетчерс-кого управления судном	Автоматизация задач информационного обеспечения комсостава

Таблица 6.7.

Типовой состав структурных единиц АСУ ТП и их функций

№	Наименование структурной единицы	Функции структурной единицы
1	Станция оператор-ская (СО)	В комплекте с дисплеем и средствами ввода команд (клавиатура, трекбол, джойстик и др.) обеспечивает: - централизованное управление судовым оборудованием и технологическими процессами; - централизованный контроль состояния судового оборудования и аппаратуры с выдачей сигналов АПС при отклонении контролируемых параметров от нормы; - ведение архивов срабатываний АПС, событий и др. - копирование на диски, печать архивов; -диагностирование оборудования АСУ ТП; На дисплей СО выводятся видеокадры, содержащие: - мнемосхемы объектов управления с анимацией пиктограмм и полей; - индикация текущих значений параметров; - исполнительная сигнализация; - обобщенная и расшифровывающая АПС; - значения уставок системы АПС с возможностью их изменения; - графики изменения контролируемых параметров во времени (тренды, тенденции), решающие задачи диагностирования и прогнозирования состояния управляемых объектов.
2	Станция локальная технологическая (СЛТ)	Контроль и управление отдельным (автономным) объектом или частью технологического процесса.
3	Блок связи с объек-том	Сбор входных сигналов от объекта и передача выходных сигналов, связан с СЛТ по сети передачи данных
4	Панель контроля и управления	Предоставление информации оператору в виде световых и звуковых сигналов АПС, квитирование. Ввод в АСУ ТП команд оператора
5	Блок сигнализации и индикации	Световая и звуковая аварийно-предупредительная сигнали-зация (АПС); Квитирование оператором звукового и светового сигналов; Индикация по вызову текущих значений определенного набора параметров.
6	Блок питания	Питание структурных единиц АСУ ТП: - от судовой сети 380 (220) В (основное питание); - от судовых аккумуляторных батарей 24 В (резервное питание

Квитирование (handshaking) – установление связи; действие или процесс, связанные с необходимостью подтверждения установления связи.

В заключении следует отметить, что существенному изменению на современных судах подверглись рабочие места операторов (пульты, органы управления, щиты и т.д.), средства отображения информации, компоновка элементной базы и др.