CC BY
8УДК 629.5.064:004.5
А.В. Соловьев, к.т.н., доцент ФГБОУВО «ВГУВТ» 603950, Нижний Новгород, Нестерова, 5
ПРИНЦИПЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СУДОВОДИТЕЛЯ С ЕДИНОЙ ЦЕЛЕОРИЕНТИРОВАННОЙ СИСТЕМОЙ УПРАВЛЕНИЯ СУДОВОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКОЙ
Ключевые слова: система автоматического управления, судовая энергетическая установка, единое цифровое решение, сценарий управления.
В статье рассмотрены вопросы взаимодействия судоводителя с единой целеориентированной системой управления (ЕЦСУ) судовой энергетической установкой (СЭУ). Приведен перечень наиболее важных свойств управляемых объектов СЭУ. Описаны принципы, которые должны быть реализованы в интерфейсе, обеспечивающем наилучшее взаимодействие судоводителя с системой ЕЦСУ СЭУ. Предложена концепция информационной поддержки принятия решений судоводителем при любом из выполняемых сценариев ЕЦСУ или ручном управлении объектами СЭУ.
Оснащение судов современными системами управления, использующими достижения кибернетики, информатики и элементы искусственного интеллекта позволяет реализовать принципиально новые как схемные, так и алгоритмические решения при разработке систем управления совокупностями объектов [1]-[2]. Предложенная концепция цифрового решения (рис. 1) позволяет реализовать единую целеориенти-рованную систему автоматического управления (ЕЦСУ) судовой энергетической установкой (СЭУ), предусматривающую восемь «сценариев» управления [3]:
- «сценарий 1» - максимальная мощность главных двигателей;
- «сценарий 2» - номинальная мощность главных двигателей;
- «сценарий 3» - максимальная экономичность СЭУ;
- «сценарий 4» - минимальная или регламентированная скорость движения судна;
- «сценарий 5» - максимальная экологическая безопасность;
- «сценарий 6» - максимальная долговечность;
- «сценарий 7» - максимальная техническая безопасность;
- «сценарий 8» - маневровый режим.
Одной из задач, решение которой необходимо для обеспечения функционирования ЕЦСУ СЭУ, является разработка принципов взаимодействия судоводителя с ней, поскольку от интерфейса системы и её функционала непосредственно зависят возможности достижение целей управления.
Для организации полноценного взаимодействия судоводителя с ЕЦСУ СЭУ эта система должна иметь интерфейс, выполненный таким образом, чтобы информация о состоянии системы, направляемая в рулевую рубку, отображала самые существенные свойства управляемых объектов СЭУ, а органы управления позволяли судоводителю в зависимости от путевых условий реализовывать тот или иной сценарий управления.
□
Система рунного управления
Индикаторы информации и оповещения
Система управления курсом
Центральный компьютер управления
Компьютер машинного отделения
Компьютер электростанции
Компьютер судовых систем
Компьютер котлов и теплообмен ного оборудования
Компьютер навигационных систем
I_______________________________| и_____________________л________________II____________________I___________________I
111
Главных/ вспомогательных
двигателей
Движителей
о с; Реверс-редукторной
о о. передачи
й о Разобщительных
М и упругих муфт
Подшипников
валопровода
2 п. Электростанции
!Ц
§
о.
X
и
3 о. Судовых
ч систем
§
о.
к
м
-
о
Автономных и утилизационных
.с О- Рулевого
у и и подрули-
о вающего
н устройства
о
£ §
Датчики навигационной информации (компас, средства радионавигации, радиолокации, гидроакустики и т.д.)
Рис. 1. Блок-схема концепции цифрового решения системы управления
ЕЦСУ осуществляет управление объектами СЭУ указанными в таблице 1. Выделим наиболее важные свойства управляемых объектов СЭУ, которые необходимо отображать на мониторе центрального компьютера управления 1-го уровня, расположенного непосредственно на посту управления судном в рулевой рубке. Для удобства представления информации приведем свойства в табличной форме (таблица 1).
Таблица 1
Свойства управляемых объектов СЭУ отображаемые на посту управления судном
№ Объекты СЭУ Свойства объекта СЭУ отображаемые на Вид отобра-
посту управления судном жения информации
1 Главные/вспомогательные Частота вращения коленчатого вала п, мин-1 аналоговый
ДВС Крутящий момент М^ на фланце двигателя, кН-м (мощность, кВт) цифровой
Расход топлива ОТь кг/ч цифровой
Температура выпускных газов по цилиндрам 'гь С цифровой
Давление наддува рк¡, МПа цифровой
Давление масла рм цифровой
Система нейтрализации (очистки) выпуск- текстовый
ных газов главного двигателя вкл./выкл.
Программа соответствия частоты вращения текстовый
главного двигателя глубине судового хода вкл./выкл.
Программа поиска экономичного сочетания текстовый
количества работающих главных двигателей
и их мощности для обеспечения выполнения
графика движения вкл./выкл.
2 Реверс-редукторная передача Частота вращения гребного вала пгв,- аналоговый
3 Движители Скорость судна -ю, км/ч цифровой
4 Электро- Генераторы/ Напряжение В цифровой
станция валогенераторы Ток 4 А
Частота тока V, Гц
5 Общесу- Осушительная Насос вкл./выкл. текстовый
довые системы
Напор Нос,- насоса, м. вод. ст. цифровой
Подача Qос¡ насоса, м3/ч
Балластная Насос вкл./выкл. текстовый
Напор Нб насоса, м. вод. ст. цифровой
Подача Qбi насоса, м3/ч
Газовыпускная Система нейтрализации (очистки) выпускных газов главного двигателя вкл./выкл. текстовый
Положение перепускных заслонок текстовый
Вентиляционная - -
Топливная Правильное функционирование автоматики текстовый
Масляная Правильное функционирование автоматики текстовый
Сжатого воздуха Компрессор вкл./выкл. текстовый
№ Объекты СЭУ Свойства объекта СЭУ отображаемые на Вид отобра-
посту управления судном жения информации
Давление рсжв в баллонах сжатого воздуха цифровой
Производительность 2сжв,- компрессора, м3/ч цифровой
Водотушения Насос вкл./выкл. текстовый
Подача Qвтпi пожарного насоса цифровой
Давление рпож в пожарной магистрали цифровой
Газового пожа- Правильное функционирование автоматики текстовый
ротушения
Аэрозольного
пожаротушения
Пенотушения
Иная система
пожаротушения
6 Система кондиционирования воздуха и отопления Система кондиционирования вкл./выкл. текстовый
7 Автономные котлы Автономные котлы вкл./выкл. текстовый
8 Утилизаторы теплоты выпу- Утилизационные котлы вкл./выкл. текстовый
скных газов
9 Подруливающее устройство Подруливающее устройство вкл./выкл. текстовый
Приведенные в таблице 1 свойства могут быть изображены на одном видеокадре монитора в виде мнемосхемы СЭУ. Поскольку объектов СЭУ большое количество, а контролируемых параметров ЕЦСУ на порядок больше, то помимо указанных свойств объектов СЭУ система индикации должна отображать информацию о выбранном сценарии управления, генерировать информационные сообщения в случае несоответствия режима работы объектов СЭУ выполняемому сценарию, а также по запросу судоводителя выдавать информацию о режимах работы объектов СЭУ и их настройках управления на отдельных видеокадрах.
По результатам анализа современных и перспективных систем управления судовыми техническими средствами [4, 5, 6, 7] автор сформулировал следующие принципы, которые должны быть реализованы в интерфейсе, обеспечивающем наилучшее взаимодействие судоводителя с ЕЦСУ СЭУ:
1) Введение в действие (запуск) судоводителем одного из восьми сценариев осуществляется с помощью дискретного переключателя управления, связанного программно только с компьютером 1-го уровня. Переключатель располагается на пульте управления судном.
2) Система индикации отображает информацию о выбранном сценарии управления.
3) Система индикации отображает наиболее важные свойства объектов СЭУ приведенные в таблице 1.
4) В случае отклонения режимов работы или настроек управления объектов СЭУ от выбранного сценария, должно происходить срабатывание системы оповещения, в результате чего на монитор 1-ого уровня должна выводиться информация о том, по какому параметру и какого объекта произошло отклонение.
5) По запросу судоводителя система индикации отображает на отдельных видеокадрах информацию о режимах работы объектов СЭУ и их настройках управления.
6) Система индикации по запросу судоводителя должна отображать дополнительную информацию о контролируемых параметрах объектов СЭУ на отдельных видеокадрах, передаваемую от датчиков состояния.
7) Производить обработку информации в реальном масштабе времени. Стоит отметить, что на современных судах осуществлен переход от отдельных устройств и простых систем автоматизации к использованию интегрированных систем, в комплексе решающих задачи управления судовыми техническими средствами. Одной из таких судовых систем является электронный комплекс для решения задач: навигации, предупреждения столкновений, управления движением, обеспечение безопасности, радиосвязи, контроля технических средств и ряда других. Такие электронные комплексы получили название - интегрированные системы ходового мостика (ИСМ). ИСМ совместно с судоводителем образует эргатическую (человеко-машинную) систему управления движением судна и обеспечения его безопасности. При этом на современном этапе главная роль ИСМ состоит в информационной поддержке решений судоводителя - в обеспечении его своевременными, достаточными и легко интерпретируемыми данными, необходимыми для принятия решений.
В этой связи одной из функций ЕЦСУ СЭУ является реализация информационной поддержки принятия решений судоводителем при любом из выполняемых сценариев или ручном управлении объектами СЭУ в следующих случаях:
- несоответствия частоты вращения ГД глубине судового хода;
- несоблюдения ограничений на режим движения на данном участке плеса, накладываемых местными правилами плавания и «зашитых» в память компьютера системы отображения электронных навигационных карт и информации;
- неэкономичного сочетания количества работающих ГД и их мощности;
- не обеспечивается энергетическая эффективность и экологическая безопасность (при прохождении судном природоохранных зон, гидроузлов, городов и крупных сельских поселений). Судоводитель, используя данную информацию в зависимости от окружающей обстановки, может задать наиболее подходящий для текущего момента времени сценарий или перейти на ручное управление и изменить режимы работы объектов СЭУ в соответствии с рекомендациями ЕЦСУ.
При этом ЕЦСУ без запуска соответствующего сценария не может самостоятельно изменять режимы работы объектов СЭУ и должна быть выполнена таким образом, чтобы независимо от выполняемого сценария судоводитель имел возможность в любой момент времени перейти на ручное управление главными/вспомогательными двигателями, движителями и реверс-редукторными передачами. После перехода на ручной режим управления для возвращения к текущему сценарию управления требуется его перезапуск или - в случае выбора нового сценария - его запуск.
Список литературы:
[1] Соловьев А.В. Способ управления электроприводом, использующий его «матричную» математическую модель / А.В. Соловьев, М.М. Чиркова // Идентификация систем и задачи управления. Труды международной конференции SICPRO'2000 - ИПУ РАН, Москва, 2000. - С. 1150-1154.
[2] Жадобин Н.Е. Нечеткие регуляторы в системах управления судовыми энергетическими установками / Н.Е. Жадобин, А.И. Лебедев, О.Г. Данилов // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. - 2014. - №3(25). - С. 62-68.
[3] Соловьев А.В. Энергетическая эффективность судов / А.В. Соловьев, П.И. Бажан, И.В. Голубев // Вестник Волжской государственной академии водного транспорта. Выпуск 50. - Н. Новгород: Изд-во ФГБОУ ВО «ВГУВТ», 2017. - С. 260-268.
[4] Золотов В.В. Управляющие комплексы сложных корабельных систем. /В.В. Золотов, И.Р. Фрейдзон // Л.: Судостроение, 1986. - 232 с.
[5] Вагущенко Л.Л. Интегрированные системы ходового мостика. / Л.Л. Вагущенко // Одесса: Латстар, 2003. - 169 с.
[6] Елизаров И.А. Технические средства автоматизации. Программно-технические комплексы и контроллеры: Учебное пособие. / И.А. Елизаров, Ю.Ф. Мартемьянов, А.Г. Схиртладзе, С.В. Фролов // М.: «Издательство Машиностроение-1», 2004. 180 с.
[7] Васильев С.А. Автоматизированный комплекс оптимизации работы судовых двигателей. / С.А. Васильвев, С.Н. Зеленов, М.Р. Рёбрушкин. - Н. Новгород: Вестник АГТУ. Сер.: Морская техника и технология. 2013. №1 - С. 95.
PRINCIPLES OF INTERACTION OF THE NAVIGATOR WITH A UNIFIED TARGET-ORIENTED MANAGEMENT SYSTEM OF MARINE POWER PLANT
A. V. Solovyov
Key words: automatic control system, ship power plant, a single digital solution, the control scenario.
In the article the questions of interaction of the navigator with a unified target-oriented management system of a ship power plant is considered . The article presents a list of the most important properties of managed objects of ship power plant. It describes the principles that should be implemented in the interface for better interaction of the vessel with a unified target-oriented management system of a ship power plant. The concept of information support of decision-making by the navigator in any of the executed scenarios or manual control facilities of ship power plant is offered by the author.
Статья поступила в редакцию 30.09.2017 г.
