Принципы создания АСУ ТП гражданских судов

Автор: Московцев Ю.П., к.т.н.


В настоящее время основной тенденцией в мировом судостроении в части оснащения объектов системами управления является комплексная автоматизация судна как единого объекта, т.е. создание так называемых автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП). Внедрение подобных интегрированных систем управления и контроля позволяет резко, практически вдвое, сократить численность экипажа, обеспечить управление судном на обычных штатных ходовых режимах одним человеком из рулевой рубки. При этом повышается безопасность плавания, в т.ч. экологическая безопасность, за счет автоматизации режимов маневрирования, расхождения судов, за счет выбора оп-тимальных маршрутов и режимов движения и т.п.

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). На рис. 1 представлен перечень основных типов гражданских морских судов, на рис. 2 - состав систем, входящих в АСУ ТП судна.

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 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.

3.5. Подсистема централизованного бесперебойного электропитания. Подсистема включает в свой состав агрегат (агрегаты) бесперебойного электропитания с встроенной аккумуляторной батареей, приборы вторичного преобразования напряжения электропитания, распределения и селективной защиты цепей электропитания по потребителям (аппаратура АСУ ТП, датчики и т.п.).

4. АСУ целевого назначения.

4.1. Управление грузовыми операциями (для наливных судов, контейнеровозов).

4.1.1. Обеспечение оптимальной загрузки-выгрузки грузов исходя из состояния судна и моря, параметров остойчивости судна.

4.1.2. Оптимизация грузового плана.

4.1.3. Контроль параметров сред в емкостях судна.

4.2. Управление процессами поиска, добычи и обработки рыбы (для рыбопромысловых судов).

4.2.1. Обнаружение косяка рыбы и вывод на него судна с удержанием в заданном районе путем выдачи управляющих сигналов на авторулевой в КСУ ТС на необходимое изменение режима работы энергетической установки.

4.2.2. Выдача сигналов на изменение курса и скорости судна в процессе добычи рыбы.

4.2.3. Управление траловыми лебедками в процессе лова рыбы.

4.2.4. Автоматизация процесса рыбообработки (сортировка, разделка, замораживание, упаковка, учет готовой продукции).

5. АСУ административно-хозяйственной деятельностью.

5.1. Учет производственной деятельности.

5.2. Учет и планирование материально-технического обеспечения и продовольствия.

5.3. Бухгалтерский учет.

5.4. Информационное обеспечение капитана, контроль трудовой деятельности экипажа.

5.5. Сведения по контролю окружающей среды.

5.6. Подготовка данных для передачи по радиосвязи.

Структура АСУ ТП

Внедрение на судах АСУ ТП с указанными выше требованиями и особенностями обуславливает переход к новой структуре управления, к новым принципам формирования постов управления и контроля и их оснащенности аппаратными средствами, а также к новым принципам организации наладки и сдачи систем автоматики на судне. Организационная структура АСУ ТП судна определяется прежде всего заданным классом автоматизации судна. Техническая структура современных АСУ ТП - иерархическая (трех уровневая), с распределенной обработкой информации. На первом (верхнем) уровне обеспечивается глобальное связное управление и контроль всеми технологическими процессами. Основу данного уровня составляет станция (станции) операторская с интерфейсными каналами для организации связи с системами, входящими в АСУ ТП. Конструктивно - это пульт оператора в рулевой рубке. На данном уровне обеспечивается взаимодействие человек-система. На втором уровне обеспечивается централизованное управление и контроль автономных технологических процессов. Основу данного уровня составляют станции локальные технологические (СЛТ) - свободно программируемые микропроцессорные контроллеры. Конструктивно - это территориально рассредоточенные приборы навесного типа (полностью закрытые или с дисплейной панелью на лицевой части). На третьем (нижнем) уровне обеспечивается локальное управление и местный контроль отдельных технических средств и первичная обработка информации. Основа данного уровня – локальные системы управления и блоки сопряжения с объектами. Очевидно, что при современном уровне автоматизации судов на одного человека-оператора (как правило, капитана или его помощников) возлагаются все функции по централизованному контролю и управлению из рулевой рубки движением и маневрированием судна, управлению техническими средствами и специальным технологическим оборудованием. Поэтому исключительно высокие требования при создании АСУ ТП предъявляются к единому интегрированному пульту судоводителя в рулевой рубке, к надежности и программной совместимости комплектующего оборудования. В частности, поскольку в интегрированном пульте судоводителя размещается разнообразная по назначению аппаратура (навигационные средства, средства управления движением, средства радиосвязи и телефонии, средства управления и контроля энергетической установкой, АПС), одной из важнейших задач является компактная их компоновка с учетом требований эргономики и эстетики, удобства монтажа и эксплуатации. Наиболее оптимальным для заказчика в настоящее время является создание такого пульта поставщиком под "ключ", т.е. с установленной в нем и проверенной аппаратурой. Реализация АСУ ТП НПО "Аврора", являясь крупнейшим центром России в области корабельной и судовой автоматики, работает в области автоматизации гражданских судов более 30 лет. За это время созданы и успешно эксплуатируются системы автоматизации более 200 судов различного назначения (в т.ч. атомные ледоколы). С конца 80-х годов в НПО взамен комплекса средств автоматизации «Залив-М» были развернуты работы по созданию принципиально новых систем комплексной автоматизации, построенных на базе микропроцессорной техники. В первой интегрированной микропроцессорной системе, разработанной и поставленной «НПО «Аврора» в качестве вычислительного ядра использовались программно-аппаратурные средства фирмы ABB STREMBERG DRIVES. На основе данных средств были разработаны, изготовлены и поставлены заказчику четыре системы (АСУ ТС) для лесовозов проекта 15640 и две системы для танкера проекта 15967. В 1993 году в «НПО «Аврора» были начаты работы по созданию базового комплекта средств автоматизации «Авролог». С учетом сложности и разнообразия задач, решаемых АСУ ТП судна, жесткой конкуренцией на мировом рынке гражданского судостроения и, как следствие, необходимость соответствия требованиям целого ряда зарубежных морских классификационных обществ, в качестве основы вычислительного ядра в комплекте «Авролог» были выбраны покупные зарубежные программно-аппаратурные средства. На основе данных средств создавались и создаются приборы второго уровня АСУ ТП – приборы СЛТ, реализуется обмен информацией между приборами СЛТ, а также между всеми уровнями структуры АСУ ТП. На комплект «Авролог», включающий в свой состав базовую аппаратуру, на которой реализуются все уровни АСУ ТП, получен допуск Морского Регистра Судоходства РФ к использованию на судах. Разработаны базовые технические условия, одобренные ГУ Морского Регистра Судоходства РФ. На базе данного комплекта в период с 1994г. по 1999г. было создано и поставлено заказчику пять интегрированных систем управления для сухогруза «река-море» проекта 17310 (заказчик – АО «Завод «Красное Сормово»), система управления и контроля «Авролог ПС-500» для инозаказчика (СРВ), система управления принципиально новой сепарационной установкой. В настоящее время основу вычислительного ядра систем типа «Авролог» составляют аппаратно-программные средства производства компании «Шнейдер Электрик». Это контроллеры Modikon TSX Premium, Modikon TSX Micro и TSX Nano. Контроллер Modikon TSX Premium используется для комплексирования приборов второго уровня (СЛТ). Основные параметры контроллера:

- дискретных входов/выходов – до 1024;

- аналоговых входов – до 128;

- емкость памяти процессора до 112 К слова (с расширением – до 256);

- виды внешней сетевой связи: Fipway, UN-thelway, Asi, Modbus плюс, Ethernet; - количество абонентов (контроллеров) на сети: - сеть Fipway (частота тактов –1 МГц) – до 2-х сегментов с 32-мя абонентами в сегменте; - сеть Unifelway (быстродействие – 19,2 Кбод) – до 28 абонентов.

Контроллер Modikom TSX Micro (используется на втором и третьем уровнях структуры систем.

Основные параметры контроллера:

- дискретных входов/выходов – до 128;

- аналоговых входов – до 12;

- емкость памяти процессора – до 40 К слов;

- внешние связи : Fipway, UN-thelway, Modbus, Asi.

Контроллер TSX используется для комплексирования приборов третьего уровня. Основные параметры контроллера:

- максимальное количество входов/выходов – до 48;

- емкость памяти – до 1 К слова;

- количество абонентов на сети ( до 4-х – на сети «Nano сеть».

Модули контроллеров компании «Шнейдер Электрик» являются высоконадежными – время наработки на отказ составляет от 150 до 350 тыс. часов (в зависимости от типа модуля). Партнерское сотрудничество с компанией «Шнейдер Электрик» позволяет реализовать АСУ ТП конкретного судна (прежде всего в части КСУ ТС и АСУ целевого назначения) на уровне, соответствующем современным мировым требованиям. Следует отметить, что заказчику (строителю судна) в настоящее время выгодно заказывать как можно больше аппаратуры у одного поставщика. Это позволяет минимизировать суммарный объем аппаратуры, обеспечить комплексную отладку систем и соответственно затраты на автоматизацию. Именно такой объем услуг предлагают в настоящее время заказчикам такие ведущие зарубежные фирмы как ABB, Side Marine, Imtech Marine and Industry, KonGsberg MariTime и др. В связи с этим «НПО «Аврора» для перспективных проектов предлагает заказчику АСУ ТП практически в полном объеме (АСУ судовождения и навигации, АСУ радиосвязи, АСУ техническими средствами с включением в объем поставки комплекта электрораспределительных устройств, целый ряд подсистем АСУ целевого назначения, АСУ административно-хозяйственной деятельностью). В комплект поставки включаются интегрированные пульты в рулевой рубке и ЦПУ. Таким образом, «НПО «Аврора» готово выполнять функции генерального поставщика систем автоматизации судна и обеспечивать их комплексную увязку как составных частей АСУ ТП. Именно такой подход реализовывается в настоящее время для судов химовозов проекта 95132, запланированных к постройке в АО "Балтийский завод". Структура АСУ ТС данного судна представлена на рис. 3.

Статья: Принципы создания АСУ ТП гражданских судов



Назад в раздел

Полная версия