РУ EN 

Автор: д.т.н. Шилов К.Ю., к.т.н. Сурин С.Н., д.т.н. Грек Б.В., АО «Концерн «Научно- производственное объединение «Аврора»
Место размещения: Морской вестник №3(67), сентябрь 2018


Введение

Перспективная комплексная система управления техническими средствами (КСУ ТС) предназначена для автоматизированного управления техническими средствами совместно с локальными системами управления (ЛСУ) в нормальных и аварийных режимах эксплуатации заказа, в том числе при борьбе за живучесть.
Автоматизируемые технические средства:
- главная энергетическая установка (ГЭУ),
- электроэнергетическая система (ЭЭС),
- комплекс технических средств (КТС), объединяющий общесудовые системы (ОСС), системы вспомогательной энергетической установки (ВЭУ) и энергетических установок (ЭУ),
- рулевые машины.
Основное оборудование поставляется с ЛСУ, которые реализуют функции пуска, останова, защиты и сигнализации объектов управления и контроля (ОУК), обеспечивая высокий уровень автоматизации ТС заказа.
Управление ТС производится операторами, которые размещаются за пультами управления (ПУ) ГЭУ, ЭЭС, КТС, центральной координирующей системы управления (ЦКСУ), ТС движения (ТСД).
Средства управления и операторы СУ размещаются в специально оборудованных местах, к которым относятся:
- командный пункт энергетики и живучести (КПЭЖ);
- запасной командный пункт энергетики и живучести (ЗКПЭЖ);
- пост дистанционного управления (ПДУ);
- ходовая рубка (ХР);
- местные посты управления (МПУ) – трюмные, пожаротушения и другие.
Принципиальным отличием перспективной КСУ ТС является применение сетевых технологий, обеспечивающих создание комплексной системы, обладающей новыми характеристиками и качественными показателями.

Применение сетевых технологий в разработках КСУ ТС

К 2007 году, с которого начинается разработка конструкторской документации (КД) перспективной КСУ ТС, сетевые технологии уже применяются в системах управления различного назначения и их основу составляют единые аппаратно-программные средства (АПС). Комплексная система управления [1] состоит из автономных функциональных СУ, выполненных как локальные сети с использованием стандартных межприборных средств обмена данными, которые по межсистемной магистрали объединяются в единую КСУ ТС.
Единство АПС заключается в применении для всех систем КСУ ТС одинаковой операционной системы реального времени, одинаковых средств взаимодействия с ОУК и следующих основных типов приборов:- центральных ПУ для КПЭЖ и ЗКПЭЖ,
- станций локальных технологических (СЛТ) для связи с ОУК,
- местных пультов управления, панельных станций и т.п.
В качестве источников информации широко применяются стандартизованные датчики и сигнализаторы. Выбор исполнительных органов определяется спецификой ОУК. Особое внимание обращается на обеспечение унифицированных входов и выходов автоматизированных ТС и ЛСУ.
В состав КСУ ТС надводного корабля, как правило, входят СУ ГЭУ, СУ ЭЭС, СУ КТС, система управления движением (СУД), ЦКСУ и система централизованного питания (СЦП).
Функциональность этих систем обеспечивается уникальными ПУ со своими интерфейсами и эргономикой, разрабатываемыми под задачи управления функциональными ТС. Специализированные средства индикации, контроля и управления на лицевых панелях ПУ создают индивидуальность функциональных систем и, соответственно, разнообразие в подготовке операторов СУ.
Создание перспективной КСУ ТС базируется на межсистемной унификации АПС и с применением сетевых технологий выполнена разработка структуры системы, приборов, программного обеспечения (ПО) и интерфейса операторов.

Структура перспективной КСУ ТС

Схематично на рис. 1 представлена структура КСУ ТС, в состав которой входят функциональные системы управления ГЭУ, ЭЭС, КТС, ТСД и ЦКСУ. Управление ТС производится из КПЭЖ, ПДУ, ХР и МПУ. Электропитание приборов КСУ ТС осуществляется от агрегатов бесперебойного питания (АБП), которые входят в состав СЦП и имеют аккумуляторную поддержку.
Сетевая структура перспективной цифровой КСУ ТС
          Рис. 1 – Сетевая структура перспективной цифровой КСУ ТС
Центральное место в структуре перспективной КСУ ТС занимает единая система обмена данными (СОД). Два равнозначных оптоволоконных кольца (основное и резервное) СОД размещаются на разных (по высоте) уровнях корпуса корабля, проходят через все отсеки заказа и разделены на сегменты приборами центральными сети Ethernet (ПЦЕ) – коммутаторами. К коммутаторам (ПЦЕ) витыми парами подключены ПУ и СЛТ функциональных систем, ЛСУ главных двигателей (ГД), дизельгенераторов (ДГ) и другие абоненты. Абоненты первой категории подключаются через ПЦЕ к обоим кольцам СОД основными и резервными каналами связи. Абоненты второй категории подключаются к СОД одним каналом связи через ближайший ПЦЕ.
Обмен данными между вычислительными приборами функциональных систем, входящих в состав КСУ ТС, производится по оптоволоконным магистралям, обладающим высокой производительностью. Оба кольца СОД непрерывно находятся в работе и обеспечивают работоспособность абонентов сети, в том числе абонентов первой категории по основным и резервным каналам связи при отказах до трех элементов СОД – приборов ПЦЕ и линий связи между ними.
Контроль загрузки сети, работоспособности СОД и передачи пакетов информации возлагается на два резервируемых прибора внешних связей (ПВС), к которым подключают внешние по отношению к КСУ ТС абоненты, в том числе другого сетевого стандарта.
Следует отметить, что через несколько лет после завершения разработки КД на перспективную КСУ ТС в публикациях появились сообщения о создании систем управления на основе IPMS [2]. Отличительной особенностью СУ на основе IPMS является наличие в составе единой СОД двух серверов (один основной, другой резервный), в которых размещается программное обеспечение (ПО), данные и средства управления ими, а также результаты решаемых задач.

Универсальные приборы и унификация ПО

Для перспективной КСУ ТС в обеспечение межсистемной унификации АПС разработаны универсальные ПУ и СЛТ, обеспечивающие управление разнородными функциональными комплексами ТС ГЭУ, ЭЭС и КТС, контроль параметров и состояния ТС.
Создание универсального ПУ обязывает:
- отказаться от оборудования, встраиваемого в пульты управления, например, оригинальных средств управления ГД и ДГ, измерения сопротивления изоляции, разнообразных манипуляторов, переключателей и других устройств;
- разместить в ПУ программируемые модули - алгоритмические аналоги встраиваемого оборудования, от которого решено отказаться;
- оставить в приборной части ПУ встраиваемое оборудование, от которого невозможно отказаться, с последующим подключением его к ОУК непосредственно или через внешние разъемы электромонтажного комплекта пульта управления;
- обеспечить рациональное сочетание универсальных средств представления информации и подачи команд управления, например, мониторов и сенсорных микропроцессорных панельных станций (МПС), клавиатуры и трекбола, размещаемых на наклонных и горизонтальных панелях ПУ.
Универсальный пульт с двумя мониторами и двумя МПС представлен на рис. 2.
Двухмониторный универсальный пульт управления
    Рис. 2 – Двухмониторный универсальный пульт управления

Для сенсорных МПС универсального ПУ разрабатывается специальное ПО, которое обеспечивает их использование в качестве задатчиков назначенных ходов, синхроноскопов и других функциональных устройств.
Универсальными в КСУ ТС являются СЛТ двух типов: один тип применяется в СУ ЭЭС, другой - в СУ КТС. Один тип СЛТ отличается от другого составом модулей для обработки функционально различных сигналов ЭЭС и КТС.
Сокращение разнообразия СЛТ стало возможным благодаря применению отсечного принципа подключения к СЛТ датчиков, сигнализаторов и исполнительных механизмов ТС. Так, СЛТ в СУ КТС обеспечивают контроль параметров и управление клапанами, насосами ОСС, ГЭУ, ВЭУ и систем ЭУ в пределах помещений, в которых они размещаются.
К межсистемной унификации АПС относится разработка единого программного обеспечения для вычислительных приборов КСУ ТС, которое:
- в универсальных ПУ реализует алгоритмы передачи команд, обработки и представления на средствах отображения поступающей информации,
- в универсальных СЛТ реализует алгоритмы управления ТС и обработки поступающей информации.
Единое программное обеспечение КСУ ТС содержит ПО функциональных ТС и размещается в процессорном модуле, который применяется во всех ПУ и СЛТ. Загрузка ПО функциональных ТС в единый процессорный модуль производится на основе концепции «виртуальных» приборов, разработанной в АО «Концерн «НПО «Аврора», система правил которой обеспечивает автономную разработку функционального ПО (ФПО) для каждой СУ и размещение ФПО различных систем управления в едином процессорном модуле без дополнительного программирования.
Универсальные приборы с единым ПО осуществляют сбор и обработку информации, контроль и управление разнообразными функциональными ТС ГЭУ, ВЭУ, ЭЭС и ОСС, регулирование по температуре, уровню и т.п. Преимуществами универсальных приборов являются единый конструктив, одинаковые модульный состав, электромонтаж, средства контроля и управления.

Режимы работы универсальных ПУ

Режимы работы универсальных ПУ совпадают с наименованиями систем КСУ ТС: СУ ЭЭС, СУ ГЭУ, СУ КТС или ЦКСУ.
На рис. 3 представлен экран монитора универсального ПУ, который разделен на общие для всех СУ базовые области:
- панель режимов работы ПУ;
- зона постов управления;
- панель аварийных и предупредительных сообщений;
- основная область, в состав которой включены видеокадры (ВК) и панель навигации по ВК систем управления.
Панель режимов работы ПУ размещается вверху экрана монитора, оформлена в виде строки и содержит средства контроля состояния ТС и управления режимами работы ПУ, дату и время.
На панели режимов работы ПУ отображаются (слева направо):
- виртуальная клавиша УПР, предназначенная для перевода ПУ из состояния КОНТРОЛЬ/ПРОСМОТР в состояние ИСПОЛНЕНИЕ;
- «Вст» - обозначение «горячей» клавиши, нажатие которой на универсальной клавиатуре дублирует клавишу УПР и осуществляет перевод ПУ из состояния КОНТРОЛЬ/ПРОСМОТР в состояние ИСПОЛНЕНИЕ;
- информационные поля, поименованные СУ ЭЭС, СУ КТС и ЦКСУ, в которых записаны обозначения ПУ, размещаемых в КПЭЖ и ЗКПЭЖ.
ФПО универсального ПУ обеспечивает два состояния его работы:
- КОНТРОЛЬ/ПРОСМОТР, в котором осуществляется только контроль параметров и состояния ТС;
- ИСПОЛНЕНИЕ, в котором производится управление, контроль состояния и параметров ТС.
Базовые области экрана монитора универсального ПУ

                              Рис. 3 – Базовые области экрана монитора универсального ПУ
При подаче питания ПУ переходят в режимы, названия которых совпадают с наименованиями соответствующих систем, состояние КОНТРОЛЬ/ПРОСМОТР.
Зона постов управления размещается в левой части экрана монитора под панелью режимов работы ПУ и содержит строки, в которых размещаются виртуальные кнопки-табло управления и табло отображения состояния постов управления ТС. Их размещение и, соответственно, передача управления в зону постов производятся в соответствии с назначенным приоритетом. Высшим приоритетом обладает пост, который отображается в нижней строке.
Панель аварийно-предупредительной сигнализации  размещается в правой части экрана монитора под панелью режимов работы ПУ и содержит три информационных поля, которые соответствуют трем группам сообщений: аварийные (АС), предупредительные (ПС), информационные (ИС). Вывод сообщений в информационные поля производится автоматически активными ФПО процессорных модулей СУ. Сообщения автоматически удаляются, если соответствующие им сигналы «нормализованы» - устранены причины их появления.
Все ВК систем управления КСУ ТС подразделяются на две группы:
- общие, предназначенные для управления и контроля за общими ресурсами СУ и автоматизированными ОУК;
- функциональные, отображающие закономерности и специфику управления и контроля ТС ГЭУ, ЭЭС и КТС.
На рис. 3 представлен ВК «СОСТАВ СИСТЕМЫ», разработанный для СУ ЭЭС. Панель навигации содержит информационные поля, графические и текстовые элементы.

Новая организация управления

Существующая организация службы на кораблях ВМФ обеспечивает эффективную работу операторов функциональных СУ, однако новая структура КСУ ТС с универсальными ПУ и единым ПО на основе межсистемной унификации АПС создает взаимозаменяемость постов управления ТС, которая ведет к новой организации управления в КПЭЖ и ЗКПЭЖ с изменением функциональных обязанностей операторов систем КСУ ТС.
Взаимозаменяемость постов управления ТС обеспечивается за счет обмена каждого вычислительного прибора КСУ ТС с остальными вычислительными приборами системы и передачи данных между приборами СУ по согласованным протоколам. При этом универсальный ПУ с единым ПО может работать в одном из трех перечисленных выше режимов на основе функционального и структурного резервирования в КСУ ТС, обеспечивая новую организацию управления в КПЭЖ и ЗКПЭЖ. Внешним проявлением такого обмена данными в КСУ ТС является возможность каждого оператора в КПЭЖ или ЗКПЭЖ управлять с универсального ПУ разнородными функциональными ТС ЭЭС и  КТС.
В результате в единой структуре СОД КСУ ТС одновременно реализуются функции управления и контроля ТС ГЭУ, ЭЭС, ОСС, ВЭУ, ЭУ, ТСД и координированного управления ими. На общих ресурсах КСУ ТС, к которым относятся СОД и СЦП, реализуется распределенная база данных с передачей информационных потоков по сети в обоих направлениях.

Новые качественные показатели КСУ ТС

Технические решения, принятые при разработке систем управления техническими средствами, обеспечивают следующие основные характеристики перспективной КСУ ТС:
1. Снижение разнообразия аппаратуры СУ за счет универсальных ПУ и СЛТ, обеспечивающее удобство эксплуатации.
2. Взаимозаменяемость операторских постов в КПЭЖ и ЗКПЭЖ на основе функционального и структурного резервирования управления с универсальных ПУ с единым ПО.
3. Виртуальность создаваемых постов управления, поддерживаемую подключением универсальных ПУ к свободным разъемам приборов СОД в любом помещении заказа.
4. Высокую модернизационную способность систем в обеспечение расширения функций управления и контроля ТС за счет подключения к СОД новых абонентов.
5. Унификацию интерфейсов универсальных ПУ, которая сокращает время на подготовку операторов, способных выполнять функции управления и контроля разнообразными ТС.
6. Единообразие в подготовке операторов СУ за ПУ с унифицированными интерфейсами, снижающее расходы на обучение операторов СУ и поддержание ими «моторных» навыков управления.
7. Повышенную отказоустойчивость структуры КСУ ТС до трех отказов элементов и линий связи СОД для абонентов первой категории за счет автоматической реконфигурации СОД.
8. Работоспособность автономных участков КСУ ТС, создаваемых множественными отказами элементов и линий связи СОД, при наличии электропитания и исправно работающих СЛТ.
9. Сокращение ЗИП для универсальных приборов и расходов на его хранение на этапе эксплуатации.
10. Повышение эффективности управления, снижение ошибок операторами СУ за счет унификации интерфейсов универсальных ПУ.

Практика эксплуатации перспективной КСУ ТС подтвердила перечисленные выше характеристики и качественные показатели, что позволяет утверждать о создании систем управления техническими средствами нового поколения.

Список литературы

1. Грек Б.В., Сурин С.Н. Комплексная система управления техническими средствами «Фауна» малого артиллерийского корабля «Астрахань»// Морская радиоэлектроника. – 2007 - № 2(20). С. 36-41.  
2. Фоминских Л.С., Иванов А.К. IPMS – шаг к комплексной автоматизации корабля как платформы// Национальная оборона. – 2011 - № 6. С. 17-33.
3. Грек Б.В. Взаимозаменяемость рабочих мест операторов в интегрированных системах управления техническими средствами надводных кораблей. Межотраслевой научно-технический журнал «Информационно-управляющие морские системы». Издательство: М.: ОАО «Концерн «Моринформсистема-Агат», 2014г. - С. 50-63.

Аннотация
На опыте разработок АО «Концерн «НПО «Аврора» представлены основные принципы построения, организация информационного обмена, схемотехнические решения и режимы работы перспективных комплексных систем управления техническими средствами (КСУ ТС), предназначенных для автоматизированного управления различными корабельными системами совместно с локальными системами управления в нормальных и аварийных режимах эксплуатации заказа, в том числе при борьбе за живучесть.
Принципиальным отличием перспективной КСУ ТС является применение сетевых технологий и межсистемной унификации аппаратно-программных средств, обеспечивающее создание комплексной системы, обладающей новыми характеристиками и качественными показателями. 
Показано, что принятые технические решения обеспечивают, в частности, удобство эксплуатации, взаимозаменяемость операторских постов, высокую модернизационную способность, унификацию интерфейсов, повышенную отказоустойчивость, повышение эффективности управления следующие основные характеристики перспективной КСУ ТС. Практика эксплуатации подтвердила перечисленные выше характеристики и качественные показатели, что позволяет утверждать о создании систем управления техническими средствами нового поколения.

Данная статья опубликована в издании: Морской вестник №3(67), сентябрь 2018





Назад в раздел