Wydział Mechaniczny
Instytut Elektrotechniki i Automatyki Okrętowej
Zakład Automatyki Okrętowej
PRACA DYPLOMOWA
INŻYNIERSKA
Temat: NORCONTROL DC-7 – komputerowy system alarmowania, przetwarzania i śledzenia danych oraz sterowania urządzeniami w siłowni okrętowej na przykładzie statku „POLAR ARGENTINA”
Promotor
Dr inż. Teresa Kurowska
Dyplomant
Tomasz Kopeć
SZCZECIN 2004
Transport morski stanowi jedną z głównych dziedzin transportu światowego i zajmuje czołowe miejsce w światowej gospodarce. Jak każda dziedzina gospodarki jest on całkowicie uzależniony od postępu technicznego, który ma bardzo duży wpływ na jakość, szybkość i niezawodność w przewożeniu towarów. Rosnące zapotrzebowanie na usługi transportu morskiego niesie ze sobą zwiększony popyt na zakup statków, a co za tym idzie wszystkich urządzeń potrzebnych do ich bezawaryjnej pracy. Urządzenia te znajdujące się w maszynowni okrętowej, pokładzie oraz na mostku statku mają określoną żywotność. Obecnie, w miarę wzrostu postępu technicznego, w dziedzinie inżynierii i techniki dąży się do tego, aby czas eksploatowania urządzeń był jak najdłuższy, koszty ich ewentualnych napraw jak najmniejsze, a nieprzewidziane awarie w działaniu urządzeń jak najrzadsze. Dlatego właśnie na początku lat 80-tych zaczęto stosować systemy automatyzacji oraz kontroli i sterowania siłowni okrętowych, które - wykorzystując komputery - zajmują się ciągłą kontrolą parametrów i nadzorowaniem pracy urządzeń okrętowych, a w przypadku zauważenia stanu alarmowego - informowaniem mechaników. Zwiększa się w ten sposób bezpieczeństwo załogi jak i całego statku oraz następuje zmniejszanie kosztów eksploatowania statków. Rola mechanika okrętowego ogranicza się wówczas do eksploatacji urządzeń, przeprowadzania ciągłych lub okresowych przeglądów oraz wykonywania bezpośrednich napraw i usuwania skutków ewentualnych awarii, które – jak wiadomo – mimo zastosowania coraz to nowszych technologii, ciągle mają miejsce.
Celem niniejszej pracy jest prezentacja i opis komputerowego systemu Data Chief-7 firmy NORCONTROL ze statku „POLAR ARGENTINA” oraz zaznajomienie czytelnika z istotą i zasadą jego funkcjonowania.
Pierwszy rozdział zawiera ogólny opis struktury systemu DC-7. Przedstawiono tu schemat funkcjonalny systemu, istotę działania i powiązania między poszczególnymi elementami wchodzącymi w jego skład. Opisano jego funkcje i możliwości. W rozdziale tym zawarty jest również opis podstawowych jednostek systemu.
Rozdział drugi zawiera opis systemu alarmowania i monitoringu. W rozdziale tym opisano stanowisko operatora i klawiaturę, system „WATCH CALLING”, jednostkę do zbierania i przetwarzania sygnałów SAU.
Rozdział trzeci to opis systemu sterowania. W rozdziale tym opisano stanowisko operatora, klawiaturę, grafy przedstawiające instalacje okrętowe, jednostkę do sterowania procesów siłownianych PCU oraz jednostkę do sterowania zespołów prądotwórczych GCU i ich rolę w systemie sterowania. Zdjęcia grafów zostały zrobione podczas odbywania praktyki morskiej na statku „POLAR ARGENTINA”
Na końcu pracy zamieszczono dodatki, zawierające przepisy PRS dotyczące układów automatyki stosowanych na statkach oraz słownik angielsko – polski najczęściej używanych wyrazów i oznaczeń stosowanych w automatyce okrętowej. Do pracy dołączona jest prezentacja komputerowa systemu DC-7 wykonana w programie Power Point.
Skróty używane w pracy:
ACK - Acknowledge (potwierdzenie)
CCRT - Colour Cathode Ray Tube (monitor)
E/R - Engine Room (siłownia)
ECR - Engine Control Room (CMK)
ENG - Engineer (mechanik)
GCU - Generator Control Unit (jednostka do sterowania zespołami prądotwórczymi)
LAN - Local Area Network (sieć lokalna)
MCU - Main Computer Unit (komputer główny)
OCP - Operator Control Panel (klawiatura)
PCU - Process Control Unit (jednostka do sterowania procesami siłownianymi)
SAU - Signal Acquisition Unit (jednostka do zbierania i przetwarzania sygnałów)
SPU - Signal Process Unit (jednostka centralna)
WBU - Watch Bridge Unit (panel alarmowy na mostku)
1. Opis struktury systemu Data Chief-7
1.1. Wprowadzenie
Data Chief-7 jest komputerowym systemem alarmowania, przetwarzania i śledzenia danych oraz sterowania urządzeniami w siłowni okrętowej. Głównym zadaniem systemu jest dostarczanie obsługującym siłownię inżynierom informacji o stanie wszystkich jej elementów, alarmowanie, gdy wystąpią awarie i umożliwienie sterowania z jednego centralnego stanowiska operatorskiego.
System Data Chief-7 spełnia wymagania IMO oraz międzynarodowych i lokalnych towarzystw klasyfikacyjnych, dotyczące komputerowych systemów okrętowych. Pozwala na okresowo bezwachtową obsługę siłowni.
1.2. Ogólny opis systemu DC-7
System alarmowania i sterowania Data Chief-7, , składa się z następujących elementów:
1) SPU 8810 – zwane dalej SPU - jednostka centralna SAU 8810 – zwane dalej SAU - komputer (jednostka) do zbierania i przetwarzania sygnałów w systemie alarmowym
2) OCP 8810 – zwane dalej OCP – klawiatura przy stanowisku operatora
3) SAU 8810 – zwane dalej SAU - komputer (jednostka) do zbierania i przetwarzania sygnałów w systemie alarmowym
4) PCU 8810 – zwane dalej PCU - komputer (jednostka) do sterowania procesami siłownianymi
5) GCU 8810 – zwane dalej GCU - komputer (jednostka) do sterowania zespołami prądotwórczymi
Wszystkie te urządzenia znajdują się w siłowni okrętowej i CMK.
Rys.1 przedstawia schemat funkcjonalny systemu. Pokazane tu elementy znajdują się na trzech poziomach – w siłowni są komputery (jednostki) lokalne SAU, PCU, GCU, w CMK jest komputer centralny (jednostka centralna) SPU i główne stanowisko operatora, a na mostku, w kabinach oficerów i w messach są dodatkowe monitory i panele alarmowe. Wszystkie istotne dla działania siłowni sygnały (temperatury, ciśnienia, poziomy itp.) są mierzone przy pomocy kilkunastu standardowych typów czujników. Zmierzone wartości, poprzez system okablowania, trafiają do jednostek SAU. Tu odbywa się ich przetwarzanie, zapamiętywanie i wykrywanie alarmów. Informacje pochodzące z SAU, PCU i GCU przekazywane są za pośrednictwem komputera centralnego SPU do stanowiska operatora. Jednostka centralna prowadzi ciągłą wymianę informacji z komputerami lokalnymi i stanowiskiem operatora. Wchodzące w skład systemu alarmowego i sterowania komputery (jednostki) stanowią jeden, zwarty, funkcjonalnie uzupełniający się system nadzorowany przez jednostkę centralną SPU. W CMK umieszczone jest stanowisko operatora składające się z dwóch monitorów, klawiatur OCP, drukarki alarmów i drukarki danych. . Działanie operatora sprowadza się do nadzorowania i sterowania pracą systemu poprzez podejmowanie decyzji i nakazywanie ich wykonania komputerom (jednostkom) lokalnym np. załączanie/wyłączanie urządzeń i mechanizmów, otwieranie/zamykanie zaworów, itp. Za pomocą klawiatury operator może na obu monitorach wywoływać odpowiednie obrazy zarówno z systemu alarmów i monitoringu, jak i z systemu sterowania oraz zdalnie sterować wybranymi urządzeniami. Drukarka alarmów drukuje informacje o wszystkich nowych alarmach, a drukarka danych drukuje na polecenie operatora wybrane parametry, dane do dziennika, wykresy itp. Praca podstawowych jednostek systemu wspomagana jest przez jednostki pomocnicze, do których należą: stanowisko operatora na mostku oraz panele alarmowe rozmieszczone w messach i kabinach oficerów
System Data Chief-7 ze względu na zadania, które spełnia dzielimy na:
- system alarmowy – w skład którego wchodzą jednostki SAU – komputery do zbierania i obróbki sygnałów
- system sterowania – w skład którego wchodzą jednostki PCU – komputery do sterowania procesami w siłowni i jednostki GCU – komputery do sterowania zespołami prądotwórczymi.
Rys.1 Schemat
1.2.1. Jednostka centralna SPU
Jednostka centralna SPU ściśle współpracuje ze stanowiskiem operatora, jednostkami SAU, PCU i GCU. Zbiera istotne informacje z komputerów lokalnych i prezentuje je w odpowiedni sposób operatorowi. Operator steruje i nadzoruje pracą systemu za pomocą klawiatury umieszczonej na stanowisku operatora. Komendy operatora są przesyłane do SPU, a następnie kierowane do komputerów lokalnych celem ich wykonania. SPU pośredniczy w komunikacji pomiędzy operatorem a komputerami (jednostkami) lokalnymi.
Jednostka centralna SPU jest systemem mikroprocesorowym, który może zawierać 8 pojedynczych płyt komputerowych z procesorami, które przeznaczone są do wykonywania indywidualnych zadań. SPU przechowuje na nich informacje dla jednostek lokalnych. Informacje między płytami wymieniane są za pomocą 20-bitowej szyny równoległej i strefy pamięci systemu. SPU posiada możliwość testowania swego systemu, za pomocą zawartego w nim programu. SPU jest wbudowany w19” EUROKARTĘ umieszczoną w standardowym gnieździe na płytce elektronicznej.
1.2.2. Stanowisko operatora
System alarmowania i monitoringu DataChief – 7 jest systemem przeznaczonym do zdalnego nadzorowania procesów. Dynamicznie zmieniające się dane pochodzące z różnych ciągle kontrolowanych procesów zachodzących w siłowni okrętowej są zbierane i przekazywane do SPU. Za jego pośrednictwem dane te są prezentowane na monitorze - który jest częścią stanowiska operatora (rys. 2).
Rys.2 Stanowisko operatora w CMK – klawiatura, mysz, monitor
W chwili, gdy pojawi się stan alarmowy danego parametru, operator jest informowany za pomocą akustycznych i wizualnych urządzeń inicjowanych przez system - brzęczyk i lampa rotacyjna w CMK, siłowni okrętowej i na mostku (rys. 3). Rodzaj alarmu wraz z grupą alarmową, do której należy i czasem powstania wyświetlany jest na ekranie monitora. Każdy alarm, wraz z czasem jego powstania i kodem identyfikacyjnym, jest zapisywany (drukowany) na papierze przez drukarkę alarmów.
Rys.3. Standardowe lampki alarmowe znajdujące się w CMK, siłowni okrętowej i na mostku włączane wraz z sygnałem akustycznym podczas wystąpienia alarmu
Rys.4 Zdjęcie klawiatury systemu DC-7 na statku „POLAR ARGENTINA”
Rys.5. Dodatkowe stanowisko operatora na mostku
Widok rzeczywisty klawiatury wchodzącej w skład stanowiska operatora zarówno w CMK jak i na mostku przedstawiono na rys. 4.
Dodatkowe stanowisko operatora umieszczone zostało na mostku (rys. 5). Sterowanie z tego stanowiska opisano w dalszej części pracy.
.
Komunikacja pomiędzy operatorem a SPU odbywa się za pomocą klawiatury i monitora. SPU wyświetla na monitorze wszystkie dostępne informacje, o które pyta operator. Z kolei na klawiaturze zespół lampek służy do grupowania alarmów i informowania operatora w której z grup alarm ma miejsce.
Na prośbę operatora na monitorze będzie wyświetlana dokładna informacja o alarmach (należy wcisnąć przycisk grupy alarmowej, w której wystąpił alarm). Komunikacja pomiędzy SPU a klawiaturą i monitorem opiera się na połączeniach szeregowych. Klawiatura używa dwóch połączeń. Jedno służy do przekazywania, a drugie do wywoływania informacji. Oznacza to, że przekazywanie i odbieranie informacji odbywa się jednocześnie. Natomiast komunikacja pomiędzy SPU a monitorem jest jednokierunkowa i obywa się wyłącznie na drodze SPU – monitor.
1.2.3. Komputer (jednostka) do zbierania i przetwarzania sygnałów SAU
...
marcin0732