Автоматические системы управления

Автоматизация помогает экипажу управлять различными системами на борту корабля легче и безопаснее. Она может выполнять задачи, которые слишком сложны для экипажа в данный момент времени. Автоматизация позволяет наблюдать за системами, регистрировать неисправности, учитывать затраченное на обслуживание время, регистрировать плановое техническое обслуживание. Детально требования к АСУ на борту судов изложены в публикации IEC 60092-504 Контрольно-измерительные приборы.

   1.  Автоматизация

Степень автоматизации зависит от множества факторов:

Перед тем как начать планирование автоматизации, нужно сделать анализ стоимость/доступность.

Интеграция систем автоматизации и внедрение распределенных систем управления – это непрерывно продолжающийся процесс. Он позволяет уменьшить расходы на прокладку кабелей и персонал. Проблема в том, что правила и нормативы как Классификационных обществ, так и национальных властей не могут успевать за быстро меняющимся процессом.

Такие системы управления могут состоять из программируемых логических контроллеров с удалёнными модулями входа-выхода, соединённых двухпроводной шинной системой, и управляемых / контролируемых рабочей станцией на основе ПК с помощью удобного для оператора программного пакета SCADA.

Логичное требование к системам автоматизации – резервирование как аппаратуры, так и программного обеспечения.

Панель ввода-вывода распределенной системы автоматизации и управления

1.1.  Более продвинутые системы

Рабочая станция оператора делает возможными более сложные системы, включая мониторинг и управление системами машинного отделения со сложными графиками. Могут быть отмечены тенденции за определенный период времени (тренды). Может быть проведён анализ зависимостей между рядами чисел. Часы наработки механизмов и автоматически ведущийся журнал всех необходимых параметров могут быть сохранены, вместе со многими другими статистическими данными.

Некоторые примеры систем, которые могут быть частью автоматических систем управления:

- система измерения емкости танков

От простых систем, дающих только уровень жидкости, до более сложных, дающих содержимое танка в м³ или даже в тоннах.

- система контроля температуры в рефрижераторе (холодильных камерах)

От оповещения о неисправности до полной записи температуры в холодильнике и содержания CO₂ за весь рейс, что может быть подтверждением того, что груз не был испорчен во время транспортировки.

- управление генератором и система управления электропитанием

От минимума – автоматический старт резервного генератора в случае отказа основного и последовательный рестарт всех важных потребителей до полного управления (старт-стоп) системой генераторов в зависимости от нагрузки. В этом случае действует автоматическое уменьшение потребления энергии при неисправности основного генератора, пока резервный не будет запущен, синхронизирован, подключен к системе и нагружен.

- система дистанционного управления тягой

От прямых систем дистанционного управления, где каждая рукоятка управляет одним двигателем или гребным винтом, до современных систем, которые могут сместить судно на 25 метров влево, повернуть на 90° налево вокруг кормы, обеспечить следование по траектории или к местоположению по ссылке, изменять скорость в зависимости от текущей глубины.

В автоматизации нет технического предела и, следовательно, должен быть найден баланс между ожидаемым результатом и стоимостью.

Ключевые системы автоматизации должны строиться из официально утверждённого оборудования и являются объектом приёмных испытаний в реальных условиях, насколько это возможно.

Два автоматических бойлера

Регулятор, управляющий скоростью вспомогательного двигателя

Подсоединительная коробка генератора с открытой крышкой автоматического регулятора напряжения

Автоматическая канализационная установка

   2.  Локальные системы управления

Некоторое оборудование имеет специально предназначенную локальную систему управления, отделённую от центральной автоматической системы. Большую часть времени эти локальные системы обмениваются параметрами с центральной системой. Примеры:

3.    Основные службы

Основные службы – это те, которые необходимы для плавания и поддержания судна в пригодном для жизни состоянии.

Электричество, необходимое для тяги, может быть обеспечено единственным генераторным комплексом (генератор плюс дизель) или несколькими комплексами, работающими параллельно. Если это один генератор, его неисправность вызовет старт второго генератора. Этот генератор должен быть автоматически подсоединен к распределительному щиту, затем автоматически должны стартовать основные службы. Для этого может потребоваться система последовательного запуска, необходимая для уменьшения ступенчатых нагрузок на дизельный мотор.

Основные службы включают в себя:

На судах, работающих на тяжелом топливе, топливные циркуляционные насосы, циркуляционные насосы горячего топлива и бойлеры горячего топлива относятся к основным службам и должны автоматически перезапускаться.

Когда электроэнергия, необходимая для движения, вырабатывается несколькими генераторами в параллели, должна быть установлена автоматическая система сброса нагрузки. Эта система немедленно уменьшает нагрузку до уровня остающихся рабочих генераторов после отключения неисправного.

Когда установлены большие моторы с частотными драйверами (блоками питания), система управления может быть запрограммирована на уменьшение скорости мотора, когда генераторы близки к перегрузке. Таким образом, не требуется полное выключение этих моторов, и когда снова появится достаточное питание, моторы смогут вернуться к нормальной скорости.

Приоритеты последовательного включения служб:

Когда вспомогательные системы приводятся в действие самим двигателем, и двигатель можно запускать без давления смазочного масла, этот процесс будет проще.

4.    Анализ режима отказа и его последствий

Анализ режима отказа (аварийного режима) и его последствий (FMEA, Failure Mode and Effect Analysis) – это оценка влияния результатов неисправности оборудования на работу судна (или другого вида оборудования). Эта процедура обязательна для судов и других морских установок, которые должны выполнять требования Кодекса MODU (Rules for Mobile Offshore and Drilling Units).

 Кодекс (свод правил) MODU – один из кодексов IMO, специально разработанных для морского оборудования. Первоначально он был создан только для бурового оборудования, но затем стал общим для всего морского оборудования.

FMEA не ограничивается системой автоматизации или электросистемой, но охватывает все системы, требуемые для движения судна, и все их компоненты.

В нашем примере FMEA касается компоновки судна, вспомогательных систем и электрического оборудования большого судна-трубоукладчика со следующими главными характеристиками:

Нотация Класса DP (AA) или Класс 2 требует, чтобы единичная поломка не приводила к потере позиции судна. Затопление или пожар в отсеке здесь не рассматривается.

Судно спроектировано для работы на легком и тяжелом топливе, но при операциях динамического позиционирования (DP) используется только лёгкое, а тяжелое топливо – при длительных переходах между проектами.

В FMEA раскрываются следующие темы: