39818

Развитие автоматизации судов

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

характеризуется внедрением автоматических систем управления регулирования контроля и защиты в объёме. На следующем этапе разрабатываются автоматические системы регулирования и дистанционного управления функционально связанными установками: котельной паротурбинной дизельэнергетической электроэнергетической. Автоматика первого поколения позволила решить главные задачи: повысить маневренность стабильность работы и экономичность судовых машин и систем освободить людей от утомительной обязанности ручной регулировки и управления. Резко...

Русский

2013-10-08

194.5 KB

8 чел.

ЛЕКЦИЯ 1.

Развитие автоматизации судов можно разделить на 3 этапа.

  •  Первый этап автоматизации, охватывающий период примерно до 1980 г., характеризуется внедрением автоматических систем управления, регулирования, контроля и защиты в объёме. В начале это были устройства регулирования параметров отдельных устройств и механизмов, например, уровня воды в котлах, частоты вращения вала дизеля и турбокомпрессора, напряжения и частоты переменного тока в общесудовой сети. На следующем этапе разрабатываются автоматические системы регулирования и дистанционного управления функционально связанными установками: котельной, паротурбинной, дизель-энергетической, электроэнергетической. Такие системы были внедрены на отечественных судах постройки 50-60-х годов. Автоматика первого поколения позволила решить главные задачи: повысить маневренность, стабильность работы и экономичность судовых машин и систем, освободить людей от утомительной обязанности ручной регулировки и управления. Резко уменьшаются трудозатраты на процессы управления, контроля и обслуживания, значительно сокращается штат судна.
  •  На втором этапе автоматизации (1980 – 1990 гг.) на судах появляются более сложные системы управления и контроля, автоматизированные системы технического диагностирования. На этом этапе четко определились функции и роль человека-оператора, были выработаны правила обслуживания, эксплуатации и ремонта средств автоматизации. Автоматы второго поколения позволили автоматизировать управления энергетическими и общесудовыми системами (централизованное управление из ЦПУ и ходовой рубки), управление движением, маневрами и успокоением качки, грузовыми операциями (на танкерах), операциями по обработке продукции (на рыболовных и перерабатывающих улов судах).
  •  Третий этап автоматизации (с начала 1990-х) характеризуется созданием интегрированных систем автоматизации управления в масштабе судна, связывающих в единое целое основные группы судовых технологических процессов: судовождение, связь, эксплуатацию энергетических установок, грузовые и швартовые операции. Такие системы управления (СУ) создаются на базе бортовых вычислительных комплексов.

Дальнейшие перспективы развития средств автоматизации состоят в дальнейшем усложнении комплексных систем управления, расширении функций самодиагностики, совершенствовании средств связи с пользователем, внедрение интеллектуальных информационно – советующих систем управления.

Символ класса судна КМ - самоходные суда, построенные под наблюдением Регистра и КМ - под наблюдением другого регистра.

Правилами Регистра определены следующие классы автоматизации судов:

А1 – объём автоматизации механической установки судов, кроме пассажирских и судов специального назначения (со спец. экипажем более 200 человек), позволяющий эксплуатацию механической установки без постоянного присутствия персонала в МО и ЦПУ.

А2 – эксплуатация механической установки одним оператором из ЦПУ, без постоянного присутствия персонала в МО.

А3 – объём автоматизации судов с мощностью главных механизмов до 2250 кВт, но эксплуатацию без постоянного обслуживания в МО.

Различают 3 уровня управления и контроля:

Локальные СУ (нижний уровень) осуществляет непосредственное управление судовыми ТС и их отдельными устройствами. Обеспечивает возможность протекания физических процессов, безаварийного функционирования, диагностирования средств автоматизации, осуществляет местное управление, отработку команд верхних уровней и выдачу наверх обобщённой информации о техническом состоянии оборудования.

Групповые СУ осуществляют согласованное взаимодействие между локальными и координирующими системами, а также согласованное взаимодействие функциональных комплексов судовых ТС предназначенных для выполнения общей технической задачи (ДАУ, СУСЭС, СУРУ).

Координирующие системы осуществляют координацию работы групповых СУ комплексами ТС судна (управление судном во время лова – ДАУ ГД, СУ СЭС, СУ траловыми лебёдками).

Основы автоматики.

Основные понятия и определения.

Алгоритм функционирования – совокупность предписаний, направленных на качественное выполнение технического процесса в каком – либо устройстве или системе. В общем случае алгоритм функционирования является составным и реализует задачи управления, контроля, диагностирования, защиты и др.

Алгоритм управления – это совокупность предписаний, определяющих характер воздействия на процесс с целью выполнения им заданного алгоритма функционирования.

Управление – это процесс осуществления воздействии, соответствующих алгоритму управления.

Автоматическое управление – это управление, осуществляемое без непосредственного участия человека (за исключением простейших операций включения и др.).

Автоматическое регулирование – разновидность автоматического управления. Оно обеспечивает поддержание постоянства некоторой регулируемой величины, характеризующей, технологический процесс, или же изменение её по заданному закону, осуществляемое посредством изменения состояния регулируемого объекта.

Автоматическая система управления (регулирования) АСУ (АСР) – система, реализующая автоматическое управление (регулирование).

Системы автоматического регулирования, как правило, можно представить следующим образом:

Каждому элементу принципиальной схемы соответствует блок, имеющий вход и выход. Вход и выход представлены обобщёнными физическими величинами.

ЗУ – задающее устройство,

ОУ – объект управления, устройство или их совокупность, осуществляющая технический процесс в соответствии с алгоритмом функционирования, технологический процесс или их набор, подчинённый одной цели управления (судно, ДТП, паровой котёл, дизель, ДГ, вспомогательные механизмы и так далее).

РО – регулирующий орган, каждый ОУ должен иметь устройство, называемое рабочим органом, при изменении положения или состояния которого показатели технологического процесса будут изменяться в заданных пределах. Примерами РО различных управляемых объектов является обмотки возбуждения электродвигателей и генераторов, руль судна, рейка топливных насосов дизеля, вентили, клапаны, заслонки систем трубопроводов.

ИМ – исполнительный механизм - приводит к изменению положения регулирующего органа ОУ,

РЕГ – регулятор - комплекс устройств, присоединяемых к регулируемому объекту и обеспечивающих или автоматическое поддержание заданного значения его регулируемой величины, или автоматическое изменение ее по определенному закону.

ЧЭ – чувствительный элемент, датчик - предназначаются для того, чтобы реагировать на отклонение регулируемого параметра в объекте регулирования от заданного значения, преобразовывать геометрические, физические или химические измеренные величины в электрические, пневматические или гидравлические и передавать их последующим органам регулирования и управления в удобной форме.

Любое управление состоит из трёх частей:

  1.  Сбор информации об ОУ посредством датчиков, установленных на нём;
  2.  Обработка собранной информации по заданному алгоритму управления в Рег;
  3.  Выдача управляющего воздействия на ОУ посредством исполнительных механизмов и регулирующих органов.

К элементам АСР прикладываются различные воздействия – внутренние и внешние. К внутренним относят управление U(t), внешние же поступают из вне и делятся на задающие и возмущающие.

Задающие воздействие прикладывается к АСР и определяет цель её работы (заданная частота вращения для двигателей, заданная температура для холодильных установок и так далее). Обычно обозначается G(t).

Возмущающее воздействие, как правило, препятствует достижению заданной цели в АСР. Например, расход пара для котла, момент сопротивления на валу дизеля. Обозначается F(t). Главное назначение систем автоматической стабилизации – борьба с возмущениями. На систему стабилизации в основном действуют два вида возмущений:

1. возмущения со стороны нагрузки на технологический объект,

2. возмущения в виде изменения сигнала задания на регулятор.

В первом случае система должна скомпенсировать внешнее возмущение, во втором – точно отработать сигнал задания.

Наиболее неприятным случаем является возмущение по нагрузке, так как при этом:

1. неизвестен момент подачи,

2. неизвестен характер или вид возмущающей функции.

Основные возмущения – это возмущения со стороны нагрузки на технологический агрегат, которые проявляются в виде произвольных изменений расходов, температур и т.д.

Выходной параметр ОУ, определяющий цель АСР, называется регулируемым и обозначается Y(t). Уместно привести одну из наиболее простых и вместе с тем основополагающих формул автоматики:

G(t) – Y(t) = E(t) (1),

где E(t)- ошибка регулирования или рассогласование – разность между задающим воздействием и регулируемым параметром.

Формула (1) при этом примет вид:

G(t) + Y(t) = E(t) (2).

На элемент сравнения поступает два сигнала – заданное значение и выходной сигнал ОУ. Последний называется сигналом обратной связи (ОС). В зависимости от знака, ОС могут быть положительными или отрицательными. ОС называется передача сигнала с выхода элемента на его вход и это понятие общее не только для информатики, но и электроники, технической диагностики и так далее.

Основной вид ОС, применяемых в автоматике – отрицательные ОС. Понятие ОС является в автоматике одним из основополагающих. Действительно, у РЕГ есть информация о заданном значении, но также необходимо знать: достигнуто ли оно. В противном случае заданное значение так и не будет достигнуто – управляющее устройство будет выдавать сигнал управления больший или меньший необходимого.

С целью формализации знаний АСР представляется в виде схем:

  1.  Принципиальных (электрических, гидравлических, пневматических);
  2.  Функциональных;
  3.  Структурных.

Принципиальная электрическая схема.

На принципиальной схеме представлена система регулирования уровня воды. Поплавок 1 действует непосредственно на дроссельный клапан 3 посредством рычага 2. при повышении уровня поплавок всплывает и уменьшает проходное сечение клапана до тех пор, пока не установится равновесие между притоком Q1 и расходом Q2 жидкости. при падении уровня раскрытие клапана увеличивается.

Функциональная схема.

Структурная схема.

Отличается от функциональной схемы тем, что внутри блоков содержатся передаточные функции, характеризующие динамические свойства соответствующего элемента.

Свойства объектов управления.

На процесс регулирования оказывают существенное влияние, как свойства регулирующей части, так и свойства самого объекта управления.

Рабочий процесс всякого ОУ связан с притоком, расходом, преобразованием некоторой материальной среды или энергии. Эта среда называется регулируемой средой, если на ее протекание влияет положение регулирующего органа.

Многие ОУ обладают способностью аккумулировать рабочую среду, запасать ее внутри объекта.

В общем случае любой процесс регулирования потока может быть представлен балансом рабочей среды или энергии.

Обозначим:

Q1 приток рабочей среды в единицу времени,

Q2 – расход этой среды в единицу времени,

Q – расход среды, идущий на изменение запаса внутри регулируемого объекта.

Баланс рабочей среды:  Q1-Q2=∆Q

Перейдем к базисным величинам:  q1=Q1/Qб, q2=Q2/Qб, ∆q=∆Q/Qб

Qб – принимается максимальное или номинальное значение расхода. Тогда: q1-q2=∆q

При  q > 0 – запас количества рабочей среды в ОУ увеличивается,

q < 0 - запас количества рабочей среды в ОУ уменьшается,

q = 0 – запас сохраняется без изменения.

Обозначим произвольной значение регулируемой величины через r = R/Rб. Скорость изменения r будет зависеть от возмущающего воздействия q.

В большинстве случаев с достаточной точностью эту зависимость можно принять линейной: dr/dt = kf.q

kf – коэффициент пропорциональности – характеризует скорость изменения регулируемой величины без воздействия регулятора на ОУ при относительном возмущении q=1 – чувствительность ОУ к возмущению.

Регулируемая величина – уровень воды.

H0- начальный уровень воды в резервуаре,

Hк – конечный уровень воды в резервуаре,

Q0 – начальный приток,

S – площадь резервуара.

(1):  Q1=Q2 →  H0=const=H.

При нарушении равенства (1):

H- H0=(Q1-Q2)t/S

Так как Q1 и Q2 даны в единицу времени, то изменение регулируемой величины, то есть скорость ее изменения будет:

dR/dt=(H- H0 )/t=(Q1-Q2)t/St=Q1-Q2/S (2)

Перейдем к безразмерным величинам:

r=R/Rб,  q1=Q1/Q,  q2=Q2/Qб, q=q1-q2

dr/dt=1/R (dR/dt) Q1=q1Qб  Q2=q2Qб

dR/dt=Rб (dr/dt)

Подставляем в (2): Rб (dr/dt)= (q1Qб - q2Qб)/S→ dr/dt= (Qб∆q)/S Rб = kf ∆q

kf=( Qбq)/ Rбq=1/ S(Qб/Rб) → чем больше S, тем меньше чувствительность ОУ к возмущению.

Самовыравнивание – это свойство объекта, благодаря которому возникшее несоответствие между притоком и расходом рабочей среды самостоятельно, без участия регулятора, стремиться к нулю, а регулируемая величина – к новому установившемуся значению.

ОУ без самовыравнивания и регулятора.

Приток воды поступает в резервуар через задвижку 1. Вода, расходуется из резервуара насосом 2, который работает с постоянным числом оборотов, поэтому расход не зависит от уровня воды в резервуаре.

Пока имеет место равенство Q1=Q2 – уровень воды не изменяется. Допустим, что он при этом равен H0.

Предположим теперь, что приток Q1 увеличился. Это легко может быть достигнуто увеличение открытия задвижки 1. Поскольку Q2 осталось неизменным, то Н увеличится. Установившейся режим никогда не будет достигнут.

Выводы о влиянии самовыравнивания ОУ:

  1.  при положительном самовыравнивании работа автоматического регулятора облегчается совпадающим действием самовыравнивания, причем, если степень самовыравнивания велика, то можно обойтись даже без регулятора.
  2.  при отсутствии самовыравнивания обеспечить устойчивую работу регулируемой системы без применения регулятора невозможно.

EMBED CorelDraw.Graphic.8  


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

15726. Бетоносмеситель СБ-103 341 KB
  Курсовая работа По дисциплине: Автоматизация проектирования на тему: Бетоносмеситель СБ103 СОДЕРЖАНИЕ КЛАССИФИКАЦИЯ БЕТОНОСМЕСИТЕЛЕЙ ПРИНЦИП РАБОТЫ И НАЗНАЧЕНИЕ МАШИНЫ ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА БЕТОНОСМЕСИТЕЛЯ СБ10...
15727. АТП на 150 автомобилей ВАЗ-2104 и 200 грузовых автомобилей ГАЗель 364.5 KB
  Расчетнопояснительная записка к курсовому проекту на тему: АТП на 150 автомобилей ВАЗ2104 и 200 грузовых автомобилей ГАЗель Введение Курсовое проектирование по кафедре Автомобильный транспорт имеет своей целью закрепление знаний по дисциплине Производственноте...
15728. Дизельные генераторы KDE12EA3 157.97 KB
  Дизельные генераторы KDE12EA3 Дизельные генераторы KIPOR KDE12EA3 имеют новый автоматический регулятор напряжения обеспечивающий высокую точность значения выходного напряжения и мощный дизельный двигатель KD2V86F. Генератор обладает номинальным напряжением 380 / 220В номинальной с
15729. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ СИСТЕМ ПИТАНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ 116.9 KB
  Реферат на тему ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ СИСТЕМ ПИТАНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ Техническое обслуживание системы питания карбюраторного двигателя Неисправности системы питания заключаются в...
15730. Маркировка автомобильных шин 140.17 KB
  Маркировка автомобильных шин Автомобильные шины маркируются алфавитноцифровым кодом который обозначается на борту шины. Этот код определяет размеры шины и некоторые из ее ключевых характеристик типа индикаторов нагрузки и скорости. Иногда внутренний борт шины со
15731. Проект организации ТО и ремонта МТП в ЦРМ хозяйства с годовым объемом работ 33000 часов 151.16 KB
  КУРСОВАЯ РАБОТА Тема: Проект организации ТО и ремонта МТП в ЦРМ хозяйства с годовым объемом работ 33000 часов РЕФЕРАТ Пояснительная записка курсового проекта содержит 39 листов машиннопечатного текста формата А4 13 таблиц и два приложения список использованно
15732. МОДЕЛИРОВАНИЕ СОСТАВА МАШИННО-ТРАКТОРНОГО ПАРКА 369.5 KB
  Реферат по моделированию: МОДЕЛИРОВАНИЕ СОСТАВА МАШИННОТРАКТОРНОГО ПАРКА ВВЕДЕНИЕ За последние годы произошло значительное сокращение количества сельскохозяйственной техники в стране. Тяжелое финансовое положение предприятий нарушенный паритет цен на маши...
15733. ОСНОВНЫЕ ДАННЫЕ ДВИГАТЕЛЯ М-14П 422 KB
  КОНСТРУКЦИЯ ДВИГАТЕЛЯ М14П ОСНОВНЫЕ ДАННЫЕ ДВИГАТЕЛЯ М14П ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Авиационный двигатель М14П поршневой четырехтактный бензиновый с воздушным охлаждением девятицилиндровый однорядный со звездообразным расположением цилиндров и с карб...
15734. Технология восстановления типовых деталей 92 KB
  Реферат по дисциплине Надежность и ремонт машин на тему: Технология восстановления типовых деталей Содержание 1 Номенклатура классов и групп деталей машин. 2 Характерные дефекты и способы их устранения у типовых деталей 2.1 Корпусные детали 2.2 ...