Введение к работе
Актуальность.
Автоматизация управления главными дизелями и их обслуживания является одним из перспективных направлений в повышении эффективности эксплуатации судовых энергетических установок (СЭУ). Введение автоматизации на первых этапах позволило удешевить эксплуатацию путем сокращения штата квалифицированных специалистов. Следующие этапы развития автоматизации позволяют повысить надежность эксплуатации дизелей путем исключения возможности перегрузки главных дизелей (ГД), упрощения диагностики технического состояния дизелей, улучшения экологических показателей.
В настоящее время прослеживается тенденция к комплексной автоматизации СЭУ. Такой подход позволяет возложить на судовую систему управления помимо традиционных задач (контроль работоспособности ГД, исключение перегрузочных и неблагоприятных длительных режимов работы) н решение задач по расчету оптимальных режимов работы. В этой области наиболее перспективной видится задача по обеспечению рационального использования топливно-энергетических ресурсов на судах.
Скорость движения судов, а следовательно, и расход топлива выбираются по данным технологического процесса (расчета работы грузезой линии как части транспортной системы). На речном транспорте предпочтение отдается линейной форме организации работы флота (использование судов и составов определенного типа с установленными режимами движения для освоения конкретного грузопотока). Это позволяет проводить оптимизацию технологического процесса на каждой линии, что в дальнейшем не противоречит возможности оптимизация параметров всей системы в целом. Здесь для каждого уровня (одиночное судно, группа судов одной линии, группа судоэ компании к т.п.) при решения задач оптимизация выбираются свои критерии цели. В качестве таких критериев, как правило, могут выступать максимум прибыли, минимум приведенных затрат, минимум затрат на топливо н т.д. При создании систем управлення для конкретного судна (звена «просчитанной» технологической цепи) значимой целью может выступать минимизация расхода топлива. Одним из путей снижения затрат на расход топлива является использование
!
ргзііраоа за счет рационального уираиленни энергетическим!! установками судоз. Проведенные- а этой области работы .по расчету экономичных режимов движений судов к :;х автоматизации связаны с именами В.Л. Бондаренко, FT. И. Бажана, . Малого, Г.Е. Павленко, Е.М. Павленко, Ю.П. Петрова, В.В. Сахарова, Г.А. Самыкнна и др. Результаты этих работ послужили основой для дальнейшего исследования режимов работы СЭУ к синтеза алгоритма расчета оптимального расписания движения, предназначенного для совместной роботи с автоматической системой управления глазными дизелями судна.
Современное состояние компьютерной и электронной техники позволяет значительно расширить функционалы::»^ возможности автоматических систем управления ГД судна. Тек, объединение в одно целое- системы оптимизации раепкеення, движения (по критерию минимума расхода топлива), системи автоматического управления главными дизелями і! системи оперативного контроля работы главных дизелей позволяет получить систему нового класса. Включение расчета расписания движения з систему автоматического управления г.нссит элемент .«прогнозирования», что з свою очередь обеспечивает оптимизацию работы СЭУ по расходу топлива в текущий момент орсмени с учетом путевых условии всего маршрута движения. Выполнение системой управления функций по контролю состояния главных дизелей позволяет отслеживать, устранять перегрузочные режимы работы и оперативно корректировать полученное расписание движения при его выполнении, а также производить сбор статистических данных о режимах работы дизеля,. что существенно облегчает проведение диагностики работоспособности дизелей.
При проведении исследований динамики работы СЭУ и изучении переходных процессов с цедыо синтеза алгоритма управления автор диссертация базировался на работах М.Я. Алферьева, A.M. Васина, М.А Ерука, Л.С. Грошевой, В.А. Кутыркина, В.И. Небеснова, А.А Рихтера, В.И. Рудницкого, В.И Плющаева, М.И. Фейгина и др. При выборе параметров оценки работы дизеля в системе оперативного контроля были использованы результаты исследований В.А Звонцова, М.И Левина.
На актуальность выбранной темы диссертации указывает и то, что она выполнена на базе научно-исследовательских работ с Департаментом речного транспорта и АО «Волготаикер».
Цель и задачи рлбогы;
Глазной целью работы пзляегся разр-іС'отет
пикропроцессорной системы управления, позсоля:сщ*Гз оптимизировать режимы работы главных дизелей судна, а тгкг-сс-проаедсние моделирования динамик;» водоизмгщающих судэт с целью синтеза алгоритма управления ГД и алгоритма расчета оптимального расписания движения.
Достижение намеченной цели требует решения следующих задач:
проведения анализа существующих математических моделей для "иодонзмещзющих судов, адаптация к обоснование базовой динамической модели комплекса «двигатель - корпус -дни/китель - система'управления» для исследуемого судна;
исследования динамики комплекса с различными законам" управления и внешними условиями путем компьютерного моделирования;
разработки алгоритма расчета оптимального расписания движения, обеспечивающего минимизацию расхода топлноз при прохождении выбранного маршрута за заданное время;
синтеза алгоритма управления СЭУ, позволяющего выполнять расчетное расписание движения и обеспечивающего бгеперегрузочнуга работу главных дизелей;
реализации судово;" компьютерной системы, позволяющей оптимизировать расписание движения судна для включения в состав мультипроцессорного комплекса управления и контроля
'главными дизелями судна (ЛіГІК УВД);
разработки алгоритмоз и программ для модулей мультипроцессорного комплекса;
- проработка вопросов внедрения разработанного комплекса
пи ведоизмеишгащие суда.
Изучили.новизиз:
- Разработана компьютерная программа, в основе которой
лг;«иг адаптированная. математическая модель комплекса
«дпнглтель корпус - движитель - система управления» для
.теплохода с трехвальной установкой;
-исследована динамика данного комплекса при различных гаконах управлении и внешних условиях;
- обоснован алгоритм расчета расписания движения судна с
оптимизацией по расходу топлиза, позволяющий учитывать
оперативную судоходную обстанооку. Данный алгоритм
разработан для использования в автоматической .систем* управления главными дизелями;
синтезирован алгоритм управления режимами работы ГД
для автоматической системы управления, который позволяет
обеспечить автоматическое выполнение расчетного расписания
дшшення, не допускать работу дизелей я перегруаочнык
режимах.
разработана «диспетчерская» подсистема, позволяющая осуществить расчет расписания движения с оптимизацией по расходу топлива, автоматически отслеживать прохождение расписания и при необходимости производить коррекцию расписания движения при его нарушении;
разработана мультипроцессорная система автоматического
управления и контроля главными дизелями судна, включающая в
свой состав систему оптимизации расписания движения,
обеспечивающую минимизацию расхода топлива в зависимости от
условий плавания на всем маршруте следования.
IIpSKTItH.CKSimeilKQCIiu
Создана компьютерная подсистема расчета расписания
движения с оптимизацией режимов работы СЭУ, при «том
широко используются новые достижения в информационны;;
технологиях, событийно управляемое программирование,
визуальное проектирование за счет использования общепринятого
стандарта "Графического интерфейса пользователя";
,- создана компьютерная программа, позволяющая проводить исследования динамики комплекса «двигатель корпус -движитель - система управления» при разработке САУ для водоизыещающих судов;
сформирована структура мультипроцессорного комплекса,
позволяющая реализовать распределенную и легко наращиваемую
систему автоматического управления, что дает возможность
использования ее при проведении модернизационных работ на
эксплуатирующихся судах;
- материалы данной работы использованы при создании мультипроцессорного комплекса управления и контроля ГД. Результаты работы могут найти применение при разработке систем автоматического управления СЭУ на базе микропроцессорной техники и компьютеров для водонзмещающих судов.
Реализация результатов, работы.
Элементы диспетчерской подсистемы мультипроцессорной САУ прошли пробную эксплуатацкго на т/х <»Лгкнн» в квзигацию 1995 т.
на основе результатов работы синтезированы алгоритмы управления для МПК УКД и разработана одна из подсистем этого комплекса - подсистема расчета оптимального расписания деижсния судна. Данный комплекс установлен и проходит эксплуатационные испытания на теплоходе «Волгонгфть-269* в навигации 1996 и 1997 гт;
- на базе созданного образца МПК УКД разрабатывается серия применительно к судам смешанного река-море плавания.
Апробация работы.
Материалы диссертации докладывались и получили положительную оценку на ІУ конференции «Нелинейные колебания механичесхих систем» (Нижний Новгород, 1996 г.), на научно-технической конференции, посвященной 300-летию Российского флота (Н.Новгород. ВГАВТ, 1996г), на техническом совещании в АО «Волготанкер» (1996г.) и на гаседаиин технического совета з Федеральной службе речного флота Министерства транспорта РФ (1996г).
Публикации.
Основное содержанке диссертации опубликовано в четырех работах.
Структурал-объея роботы*
Диссертация состоит из зведення, пяти глав и заключения. Она содержит 89 страниц текста, 33 рисунков, списох литературы из 72 наименований и 3 приложения.