ЖУРНАЛ СТА 3/2009

СИС Т ЕМНА Я ИН Т Е Г РАЦИЯ / С УДОВОЕ ОБОР УДОВ АНИ Е 34 www.cta.ru CTA 3/2009 необходимо задать в СУТС тариро- вочные кривые, связывающие уровень с объёмом); ● должна предусматриваться возмож- ность подключения дискретных сиг- налов PNP-типа, аналоговых рези- стивных датчиков уровня и других не- стандартных устройств; ● оборудование СУТС должно иметь минимальные габариты и вес (впро- чем, это относится и к остальным си- стемам для скоростного судна). СУТС состоит из центрального вы- числителя, реализующего различные расчёты (в том числе пересчёт нелиней- ных характеристик), формирование сиг- нализации, управление механизмами, и нескольких устройств связи с объектом (УСО), компонуемых вблизи от датчиков и исполнительных механизмов. В со- ставе УСО используются модули фирмы WAGO серии WAGO-I/O-SYSTEM 750, осуществляющие ввод сигналов различ- ных типов. Благодаря этим модулям обеспечивается не только совместимость с различным датчиковым оборудова- нием, но и достигается высокая плот- ность каналов при достаточно простом монтаже (рис. 8). Центральный вычислитель свя- зан с СУИи СУВД по резервирован- ным каналам. СУТС формирует для этих систем сигналы обобщённого состояния гидравлической системы, необходимые для управления при- водами интерцепторов и сопел водо- мётов, а также сигналы количества топлива в топливных цистернах, ис- пользуемые в СУИ для изменения настроек системы в зависимости от положения центра масс судна. К ОМПЛЕКСНАЯ СИСТЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ СКОРОСТНОГО СУДНА Для решения описанных задач тре- буется создание комплексной системы автоматизированного управления. В силу специфики объекта к этой си- стеме предъявляются следующие тре- бования: ● высокая отказоустойчивость, так как средства автоматизации управляют движением судна и отказ может при- вести к аварии; ● обеспечение управления различными исполнительными органами, которые пространственно распределены по судну; ● низкая трудоёмкость в обслуживании, небольшие габариты и вес, так как си- стема предназначена для скоростных судов. Поскольку система пространственно разнесена, большое внимание должно быть уделено каналам связи между её частями. При проектировании ком- плексной системы управления с самого начала была поставлена цель – не соз- дать «кабелевоз». Таким жаргонным словом называют высокоавтоматизиро- ванные суда, обвязанные внутри мно- жеством соединительных линий между приборами. Линии связи «съедают» по- лезный объём, требуют контроля ис- правности, создают лишний вес. Как уже упоминалось, в скоростном судо- строении малый вес не менее важен, чем в авиации. Кабельная продукция для распределённого объекта весит немало, представьте себе хотя бы 30 метров мно- гожильной линии. Разумеется, совсем без кабелей не обойтись. Беспроводные системы имеют массу ограничений по электромагнит- ной совместимости, поэтому в судо- строении они пока практически не при- меняются. В итоге остаётся применять цифровые каналы передачи данных (см. врезки «Цена канала при различной организации связи» и «Надёжность»). При выборе шины для передачи дан- ных мы руководствовались соображе- ниями открытости протокола, наличия множества поставщиков совместимого оборудования, высокой пропускной способности каналов. Также учитыва- лась возможность построения отказо- устойчивой структуры каналов связи. Из этих соображений в качестве ос- новной сети выбрана сеть Ethernet. Для обеспечения отказоустойчивости приме- нена кольцевая структура HIPER-Ring [5] с физическим разнесением кабелей по разным бортам судна. Некоторые устройства требуют гарантированного времени доставки управляющей инфор- мации – в таких случаях применены последовательные каналы передачи с протоколом Modbus RTU. Задатчики управляющих воздействий (рукоятка и штурвал), а также датчики положения гидроцилиндров приводов связаны с контроллерами по физическим линиям с токовым сигналом 4…20 мА. Рис. 8. УСО СУТС (крышка открыта) в машинном отделении Рассмотрим следующий пример. Пусть некоторый прибор получает для своей ра- боты несколько сигналов от другого устрой- ства. Допустим, что сигналы одинаково важны для работы, то есть недостоверность одного из них делает прибор неработоспо- собным (в противном случае анализ услож- няется, нужно вводить ранги отказов). Воз- можны следующие варианты передачи сиг- налов: 1) для каждого сигнала – свой кабель (пара жил); 2)для каждого сигнала – два кабеля, резер- вирующих друг друга; 3)все сигналы передаются по цифровому ка- налу, а эти каналы дублированы. Рассмотрим вероятность безотказной ра- боты для каждого варианта построения си- стемы. Нетрудно видеть, что в первом вари- анте, для того чтобы система была работо- способна, необходима безотказная работа всех каналов передачи информации. Веро- ятность безотказной работы в этом случае выражается формулой: P безотк = (1 –P отк ) n , где P отк – вероятность отказа одного ка- беля; n – количество кабелей (пар жил). Во втором варианте структуры системы для отказа одного канала должен произойти об- рыв обоих кабелей, передающих этот сиг- нал. При этом вероятность отказа канала бу- дет равна P 2 отк , а выражение для вероятности безотказной работы системы примет вид: P безотк = (1 –P 2 отк ) n . Для третьего варианта, то есть передачи всех сигналов по дублированному цифро- вому каналу, вероятность безотказной ра- боты не зависит от количества сигналов и выражается как P безотк = 1 –P 2 отк . Поскольку P отк << 1 , получим, что (1 –P отк ) n < (1 –P 2 отк ) n < 1 –P 2 отк , то есть наи- более отказоустойчивым является третий вариант – структура с дублированным циф- ровым каналом передачи данных. В системе с дублированными элементами обеспечивается работоспособность при оди- ночном отказе, система продолжает при этом НАДЁЖНОСТЬ ▲ © СТА-ПРЕСС