Примеры использования мпс в судовой электроэнергетике

В соответствии с требованиями Регистра Морского судоходства в на­стоящее время все современные суда должны оснащаться системами автома­тизации технических средств. Общая тенденция автоматизации судов заклю­чается в оснащении их бортовыми управляющими вычислительными ком­плексами на основе МПС с использованием принципов:

• интеграции, т. е. объединения или поглощения одних систем дру­гими;

• локализации, т. е. выделения ресурсов систем в локальные сис­темы, максимально приближая их к объектам.

Использование этих принципов позволяет создавать иерархические распределенные интегрированные системы, применяемые на современных судах [10].

В системах управления судовыми установками и механизмами МПС ис­пользуются для контроля их работы, оптимизации режимов, в том числе под­готовки и подачи топлива, воздуха, воды и смазочных материалов. Эти сис­темы постоянно контролируют процессы в электроэнергетических комплек­сах, анализируют тенденции в изменении режимов, дают рекомендации по предупреждению аварий и выполняют аварийные переключения.

Система управления судовыми дизелями

Рассмотрим структуру системы управления ходовыми дизелями для судна на воздушной каверне, приведенную на рис. 34.

Системы нижнего уровня – системы регулирования и аварийной ре­лейной защиты – располагаются в машинном отделении и в производствен­ных технических помещениях.

Основные функции:

• получение информации от объектов управления, регулирования и кон­троля с помощью датчиков и первичных преобразователей;

• формирование управляющих воздействий с помощью исполнитель­ных органов;

• реализация простых алгоритмов регулирования и защит;

• концентрация и передача информации в системы среднего и верх­него уровней.

Системы верхнего уровня – системы управления – располагаются в по­стах управления, помещении ГРЩ и рубке.

Основные функции:

• контроль состояния и сигнализация о неисправностях главных и вспомогательных двигателей;

• формирование управляющих сигналов системами нижнего уровня;

• автоматическое управление судовой электроэнергетической системой (генераторами и электросетями);

• контроль и индикация параметров электроэнергетической системы и технических средств.

Распределенные системы управления строятся с использованием последовательных каналов обмена информацией между элементами системы. Это обеспечивает:

• минимизацию линий связи – требуются всего лишь основная и резервная линии, реализуемые двухжильными кабелями (витые пары);

• гибкость в построении структур управления сложными объектами с использованием устройств различного назначения, имеющих универсальный последовательный канал обмена;

• живучесть – каждый блок работает автономно и обменивается с другими через кольцевую линию связи;

• функциональную расширяемость – включение в структуру системы новых устройств обеспечивается наличием свободных (не использованных) адресов для обмена информацией по последовательному каналу.

Системы управления судовыми электроэнергетическими системами

Исторически системы автоматического управления судовыми электроэнергетическими системами (ЭЭС) развивались, как и в промышленных системах, имея 2 крайние тенденции: локализация и централизация. На отдельных витках спирали развития техники главенствующие позиции занимала то одна, то другая. Так в «докомпьютерную» эру последним достижением автоматизации судовых ЭЭС являлся комплект функциональных устройств, размещаемых на ГРЩ, локальных и центральных пультах управления. Каждое из этих устройств призвано выполнять определенную функцию (до 20 разнообразных типов устройств), а все вместе они образуют комплексную систему автоматизации, обеспечивающую следующие функции:

• автоматическую синхронизацию генераторов;

• уравнивание частот генераторов в процессе их синхронизации;

• автоматическую защиту генераторов от перегрузок по току посредством отключения второстепенных потребителей;

• автоматическое распределение активных нагрузок между параллельно работающими генераторами и стабилизацию частоты;

• отключение автомата питания с берега при обрыве одной из фаз питающей сети;

• сигнализацию о снижении напряжения при питании от берегового источника;

• контроль правильности чередования фаз;

• выдачу сигнала о наличии напряжения;

• определение значения и направления активной мощности через перемычку между электростанциями.

С появлением микроконтроллеров все перечисленные функции и устройства могут быть реализованы на новой элементной базе. Такой подход очевиден, но имеет тот недостаток, что при простом переносе принципов, прежних разработок на новую элементную базу ресурсы системы, возможно, будут использованы не оптимальным образом. Во всех устройствах входная информация берется из одних и тех же точек системы – с шин ГРЩ, токовводов и фидеров. В основе всех алгоритмов лежит использование данных о мгновенных или действующих значениях токов и напряжений. Следовательно, входные преобразователи будут дублироваться в различных устройствах. Аналогичным образом дело обстоит и в отношении выходных сигналов. Решающие части устройств будет отличаться только алгоритмом обработки данных.

С учетом этого возникает соблазн совершить резкий переход от локальных устройств к централизованному, т. е. объединить все устройства в одном. Простейший путь – возложить все функции на компьютер, снабдив его системой ввода/вывода данных. Однако и этот путь сам по себе не свободен от недостатков. В первую очередь следует помнить о принципах построения отказоустойчивых систем (см. материалы соответствующей главы). Во-вторых, подключение к централизованным системам входных измерительных цепей сопряжено с ухудшением показателей помехоустойчивости, надежности и достоверности получаемых данных за счет увеличения длин линий связи с объектом управления.

Очевидно, что оптимальное решение находится между этими двумя крайними полюсами, т. е. между чисто локальными и чисто централизованными системами. Необходимо попытаться, по возможности, взять от каждой ее наилучшие свойства. Этого можно достичь применением принципов интеграции и локализации.

Принцип интеграциизаключается в объединении или поглощении одних систем другими. Объединяя разрозненные локальные устройства в одну систему можно попытаться устранить дублирование в аппаратуре и алгоритмах предварительной обработки данных.

Принцип локализации заключается в использовании отдельных, относительно самостоятельных локальных подсистем, объединяемых в общую систему. Вычислительные возможности локальных подсистем определяются задачами, которые на них возлагаются, и могут быть сопоставимы с вычислительными возможностями центральной ЭВМ или же могут быть существенно упрощены. Этот принцип построения систем позволяет максимально приблизить локальные подсистемы к объектам контроля и управления, распараллеливать алгоритмы обработки данных, освобождая центральные ресурсы системы для решения обобщенных задач управления. К ним относятся: верификация состояний аппаратуры и программного обеспечения, поиск и устранение сбоев и неисправностей, реализация программ подсказки оператору, принятие решений.

Использование этих двух принципов приводит к созданию интегрированных распределенных систем управления, конкретная реализация которых может насчитывать бесконечное число вариантов, в зависимости от множества факторов, подробно рассмотренных в разделах «Создание МПС», «Выбор микроконтроллера», «Разработка программного обеспечения». В качестве примера рассмотрим один из возможных подходов к разработке системы управления СЭЭС нового поколения.