Введение к работе
Актуальность проблемы. Автоматика кораблей ВМФ, судов морского и речного флота имеет богатейшую историю, в которой автоматизация электроэнергетических систем (ЭЭС) занимает ведущее положение. Автоматика включает в себя теорию и практику автоматического контроля и управления без участия человека. Процесс развития средств автоматизации и управления ЭЭС в России и СССР имеет глубокие исторические корни, его начало датируется XIX веком.
В советское время потребности флота, связанные с переходом корабельной электроэнергетики на переменный ток объективно способствовали возникновению и развитию автоматики. К настоящему моменту становление автоматизации ЭЭС в России, как научного направления, и достигнутый фундаментальный уровень ее развития определены работами таких крупнейших российских ученых, как Веретенников Л.П., Вилесов Д.В., Воршевский А.В., Демченко О.П., Китаенко Г.И., Константинов В.Н., Мещанинов ПА, Недялков К.В., Норневский Б.И., Рябинин НА., Супрун Г.Ф., Токарев Л.Н. и др.
На современном этапа развитие СУ ЭЭС происходило в рамках концепции комплексной автоматизации корабельных технических средств (ТС), провозглашённой о 60-х г.г. ЦНИИ "Аврора". Данная концепция, с одной стороны, способствовала совершенствованию организации управления ТС и интеграции СУ ТС в рамках комплексной поставки, с другой стороны, привела к явлению, получившему название: дезинтеграции средств управления ЭЭС, суть которого заключается в значительном технологическом отрыве СУ ЭЭС от локальных систем: управления (ПСУ), технической диагностики (ЛСТД), защиты (ЛСЗ), поставппемых в составе электрооборудования ЗЗС, и сохранившаяся практически на урозне, предшествовавшем началу комплексной автоматизации.
Отметим, что работы по интеграции этих средств были начаты в 1944 г. Решением НТК ВМФ об обеспечении непрерывности питания при переключениях в ЭЭС и возобновлены с началом работ по реализации СУ на базе СВТ. Последние были начаты при непосредственном участии автора а НПО "Аврора" в 1977 г. (первоначально на базе собственной разработки программируемого логического контроллера - программно-логического устройства (ПЛУ)) и продолжаются под руководством автора до настоящего времени, что вылилось в создание новых поколений СУ ЭЭС для АПЛ, надводных кораблей и ДПЛ.
Концептуальные вопросы синтеза средств управления в интегрирозгннсм варианте были впервые сформулированы автором для СУ ЭЭС АПЛ о кандидатской диссертации в условиях развития СВТ, соответствующих периоду 1977-86 г.г., что но может считаться решением данной научной проблемы и ке дает решения сформулированных задач. При наличии большого количества работ по интеграции средств управления корабельных ТС в рамках КСУ или АСУ ТП тем не менее следует отметить, что конкретно по темо интеграции
средств управления ЭЭС в рамках КЭТС работ других авторов в настоящее время не существует.
Актуальность темы работы и решаемых в ней научно-технических проблем определяется новым подходом к интеграции средств управления ЭЭС, а также концептуальностью этого подхода, основанной на организации всех видов работ от проектирования до поставки ИСУ по единому плану обеспечивающему важнейшие задачи, стоящие в новом тысячелетии перед кораблестроителями, поставщиками корабельного оборудования и систем: повышение надёжности изделий, улучшение массогабаритных характеристик, снижение материалоёмкости и цены, снижение трудоёмкости обслуживания и сокращение необходимого для этого личного состава. В этом смысле целью работы является создание концепции интеграции средств управления ЭЭС, базирующейся на технологиях XXI века. Важным показателем актуальности является то, что работы по теме диссертации проводились автором в рамках разработки базовой концепции и облика корабля XXI века, порученных ФНПЦ РФ ГУП НПО "Аврора" Российским Агентством по Судостроению, в рамках ОКР, определённых, как важнейшая номенклатура Госзаказа России по пинии ВМФ и концерна "Росвооружение".
Цель работы. Создание нового научного направления б проектировании корабельных СУ ЭЭС концептуальная разработка комплекса организационно-технических и научно-методических мероприятий, позволяющих оптимизировать структуру СУ ЭЭС на базе интеграции информационного пространства, функциональных и аппаратно-программных ресурсов СУ, создание научных основ и методов, используемых при разработке технических решений по интеграции управляющих устройств ЭЭС, средств автоматизации технологических процессов и системной автоматики.
Для достижения этой цели поставлены и решены следующие задачи:
1. Выполнен анализ современного состояния автоматизации управления ЭЭС.
2. Разработаны теоретические основы и методы интеграции средств
управления ЭЭС на основе современной элементной базы и СВТ.
-
Создано единое информационное обеспечение ИСУ ЭЭС.
-
Предложена функциональная интеграция и методы управления ИСУ ЭЭС.
-
Определены основы интеграции средств управления ЭЭС.
-
Предложены средства и методы настройки и испытания ИСУ ЭЭС.
Методы исследования. В работе использованы принципы и методы системного подхода, дискретной и классической математики, математической логики, программирования, теории алгоритмов.
Научная новизна. Основным результатом, полученным в работе и вынесенным на защиту является создание нового научного направления в проектировании корабельных СУ ЭЭС. При реализации этого направления получены следующие результаты:
1. Концептуальная модель (КМ) интеграции средств управления ЭЭС, как сложного технологического объекта, содержащая представление всей необходимой для целей интеграции этих средств информации. Теоретические основы и методы интеграции средств управления ЭЭС. Техническая структура и концепция ИСУ ЭЭС.
2. Методика синтеза ИСУ ЭЭС, включающая механизм генерирования
альтернативных вариантов, обеспечивающий выполнение ограничений,
предъявляемых к ИСУ, учитывающий ее топологию, функциональную структуру
и схему питания.
-
Методы интеграции средств управления, объединённые единым названием: метод прямого цифрового сканирования; основной принцип - пространственная и функциональная децентрализация средств измерения, сбора и обработки информации на основе мультипроцессинга с распределением этих средств по элементам ОУ (секциям ГРЩ).
-
Методы интеграции функционального алгоритмического обеспечения (ФАО) ИСУ ЭЭС и оптимальная структура интегрированного ФАО.
5. Методы интеграции информационного обеспечения ИСУ ЭЭС,
обеспечивающие создание совокупного информационного пространства,
образуемого средствами СУ ЭЭС, ЛСУ, ЛСТД и ЛСЗ.
-
Основные положения децентрализации ИСУ ЭЗС на основе принципа мультипроцессинга.
-
Принципы организации и характеристики измерительных цепей щитового контроллера.
-
Сквозная технология последовательной отработки ИСУ ЭЭС на каждом этапе её создания.
Практическая значимость работы и реализация. Созданное научноэ направление имеет прямое приложение к практике проектирования корабельных СУ ЗЭС. Техническая структура ИСУ и методы проектирования, предложенные в работе уже нашли своз применение э разработках СУ ЭЭС. Концептуальная модель автора появилась в результате работ, порученных ФНПЦ РФ ГУП НПО "Аврора" Российским Агентством по Судостроению, з рамках разработки базовой концепции и облика корабля XXI века. В настоящее время КМ реализована в ФНПЦ РФ ГУП НПО "Аврора" как новый тип коммуникаций между разработчиками при создании СУ ЭЭС для важнейших заказоз, находящихся в активной разработке.
В период 1977 - 2000 г.г. результаты диссертационной работы были апробированы и внедрены в следующих разработках: СУ ЭЭС "Луга-2", "Луга-М", "Biuuepa-5G", СУ "Луга-Я", СУ "Баксан-44", "Лена", СУ "Ангара -11356"; НИР "Бесперебойность", СЦП типа "Косинус", "Котангенс", "Лимит", система бесперебойного электропитания СУ "Лама-ЭКМ", ОКР "Интеграция КЭТС".
Апробация работы. Научные положения, выводы и рекомендации язлягатся результатом собственных исследований автора, проведённых корректным использованием математического аппарата и соответствующих логических построений, с использованием математического и натурного моделирования. Обоснованность и достоверность полученных результатов подтверждает практика проектирования и опыт внедрения их в собственньос разработках автора, успешно эксплуатируемых на заказах. Основные положения нового научного направления в проектировании корабельных СУ ЭЭС, предложенные концепция, техническая структура, критерии, принципы
и методы прошли апробацию при проектировании и внедрены в проектную документацию вновь разрабатываемых СУ ЗЭС.
Материалы работы докладывались на 7-й Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы комплексной автоматизации судовых технических средств" (Ленинград 1S89 г.), Юбилейной научно-технической конференции "25 лет НПО "Аврора" (С-Пб 1995 г.), VI Международной научно- технической конференции --"Проблемы повышения технического уровня электроэнергетических систем и электрооборудования кораблей, плавучих сооружений и транспортных средств* (С-Пб 1998 г.), Юбилейной научно-технической конференции "30 лот НПО "Аврора" (С-Пб 2000 г,), на тендерной комиссии по электротехническим системам фрегатов проекта 1135.6 (С-Пб 1998 г.), на заседаниях научно-технического Совета НПО "Аврора". В 1997 г. в г. Ухань (КНР) на база II Проектного института кораблестроения Китая автором был сделан цикл докладов ведущим специалистам кораблестроения КНР и составлен перечень научно-исследопатольских и опытно- -конструкторских работ по таме диссертации для КНР.
Публикации. Основные материалы по теме диссертации опубликованы в 86 научных трудах, в том числе в 33 печатных работах и авторских свидетельствах на изобретение.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, списка использованной литературы, приложений. Основной материал изложен на 282 стр., проиллюстрирован 62 рис., дополнен списком испопьзованной литературы из 143 наименований на 14 стр. и приложением на 22 стр.
