Общие требования к судовым системам управления

Введение

История и перспективы развития СЭЭС

На судах использование электроэнергии началось во второй половине девятнадцатого века. Вначале ее применяли для освещения судовых помещений и в электрических средствах сигнализации, а затем в электроприводах некоторых механизмов. Потребители получали электроэнергию от генераторов постоянного тока мощностью до 10 кВт при напряжении в несколько десятков вольт.

В начале 20–го века на судах были электрифицированы механизмы машинных отделений, общесудовые вентиляторы, палубные и грузовые механизмы, для чего устанавливали несколько электрических генераторов общей мощностью в сотни киловатт с напряжением 110–220В. В это время возникло понятие судовой электростанции, в которой располагались электрогенераторы и главный щит распределения электроэнергии по потребителям.

Начиная с середины 20–го века на судах устанавливают сотни и тысячи потребителей электроэнергии, обеспечивающих привод основных механизмов, все виды связи, радио– и гидролокацию, системы жизнеобеспечения, исследования морских глубин и космоса, добычи нефти и газа и т. п. Эти суда имеют одну, две и более электростанций с общей мощностью установленных электрогенераторов в тысячи и десятки тысяч киловатт, как правило, при напряжении 380В. В это время возникло понятие судовой электроэнергетической системы, которая обеспечивает получение, преобразование электроэнергии по потребителям.

Увеличивается грузоподъемность и скорость современных судов, улучшается обитаемость, повышается уровень их механизации, электрификации и автоматизации. Все это приводит к росту мощности СЭЭС. В течение каждых 15–20 лет мощность установленных генераторов СЭЭС увеличивается в 1,5–2 раза и в настоящее время достигает десятков тысяч киловатт.

Отношение мощности генераторов СЭЭС к дедвейту судна, рассматриваемое как степень электрификации, также имеет тенденцию к росту. В 80–ые годы прошлого столетия на каждую тысячу тонн водоизмещения судна устанавливалось электрооборудование суммарной номинальной мощностью 160–170 кВт, а на каждую тысячу киловатт мощности пропульсивной установки устанавливалось 170–180 кВт мощности генераторов электроэнергии и 500кВт мощности установленного электрооборудования. Прогнозируется дальнейший рост этих количественных показателей.

Судовая электроэнергетическая система входит в состав судовой энергетической установки (СЭУ) и функционально связана с системой судовождения и общесудовыми системами контроля, управления и защиты, специальными системами и устройствами. Элементы СЭЭС органически вписываются в судно и составляют с ним единое целое. От надежной работы СЭЭС зависит работоспособность и эффективность судна.

На современных судах значение СЭЭС поднялось до значения главной энергетической установки, а иногда и превосходит его.

Вместе с ростом мощности и сложности СЭЭС растет степень ее автоматизации. Для развития автоматизации СЭЭС характерны следующие этапы: автоматическое регулирование напряжения и частоты вращения генератора; дистанционное автоматическое управление генераторными агрегатами, а затем и СЭЭС в целом на основе функциональных устройств; автоматическое управление СЭЭС с использованием логического управляющего устройства, а в последнее время автоматическое управление СЭЭС с применением микропроцессоров и микроЭВМ.

Общие требования к судовым системам управления

В зависимости от объема автоматизации СТС, Правилами Регистра устанавливают следующие знаки автоматизации в символе класса судна:

А1 – если объем автоматизации позволяет эксплуатацию механической установки без постоянного присутствия обслуживающего персонала в машинных помещениях и в центральном посту управления (ЦПУ);

А2 – если объем автоматизации позволяет эксплуатацию механической установки одним оператором из ЦПУ без постоянного присутствия обслуживающего персонала в машинных помещениях;

А3 – если объем автоматизации позволяет эксплуатацию механической установки судна с мощностью главных механизмов не более 2250 кВт без постоянного присутствия обслуживающего персонала в машинных помещениях и ЦПУ.

А1К, А2К, А3К – если автоматизация выполнена с применением компьютеров или программируемых логических контроллеров (PLC);

А1И, А2И, А3И – если автоматизация выполнена с применением компьютерной интегрированной системы управления и контроля.

При знаке автоматизации А1 изменение режима работы энергетической установки задается с мостика общей командой. При этом машинное отделение судна должно быть оборудовано механизмами и системами, способными нормально работать без местного обслуживания и без дистанционного контроля за их работой из ЦПУ, рулевой рубки и других мест с применением контроля только по обобщенной сигнализации. Суда со знаком автоматизации А1 должны быть оборудованы системами и устройствами автоматизации таким образом, чтобы при потере этого знака автоматизации они могли нормально эксплуатироваться со знаком автоматизации А2.

При знаке автоматизации А2 из ЦПУ должна быть обеспечена возможность дистанционного запуска, остановки и изменения режима работы всех механизмов, в том числе главных и вспомогательных, которым это требуется по условиям эксплуатации.

Современные системы управления должны удовлетворять широкому спектру требований:

- эксплуатационным климатическим и механическим;

- требованиям к надежности, качеству и эффективности;

- энергопотреблению, массе и габаритам;

- удобству обслуживания и ремонтопригодности;

- стандартизации и унификации и др.

В правилах Регистра нашли отражение следующие требования к надежности автоматизированного оборудования:

- межремонтный ресурс должен быть не менее 25 тыс. ч.;

- ежегодная наработка без подрегулировок и наладок – не менее 5 тыс.ч.;

- элементы и устройства автоматизации должны безотказно работать при длительном крене судна до 22,5 град. и длительном дифференте до 10 град. бортовой качке до 45 град. с периодом 5 – 17 с.

Этим требованиям гарантированно удовлетворяют наиболее сложные средства микропроцессорной техники.

На современных автоматизированных судах общее число средств, периферийной автоматики достигает 500 – 700 ед. Именно эта аппаратура наименее надежна. Ресурсные характеристики многочисленных датчиков и сигнализаторов в 2 – 2,5 раза ниже, чем гарантированный ресурс комплексов центральной микропроцессорной автоматики, с которыми они связаны. Так, до 75% входящих в автоматизированные комплексы датчиков имеют технический ресурс только 5 – 10 тыс.ч. и фактическую наработку не более 2 –3 тыс.ч.

Указанные обстоятельства потребуют от будущих специалистов наибольшего внимания и соответствующих трудозатрат на средства периферийной автоматики, а также умения диагностировать (отличать) их отказы.