Состав и технические характеристики средств контроля, управления, связи, сигнализации и навигации

12.1.1 Функциональные задачи, выполняемые КС, обуславливают наличие следующих основных средств контроля, управления, связи, сигнализации и навигации, к которым относятся:

1) средства управления краном;

2) система управления перемещением и позиционированием, обеспечивающая работу в режимах якорного, комбинированного и динамического позиционирования КС;

3) система управления движением, обеспечивающая ход и маневрирование КС;

4) средства управления балластной и противокреновой системами, системой динамической балластировки (в варианте ПКБГ с корпусом полупогружного типа);

5) средства навигационного обеспечения;

6) средства контроля и управления электроэнергетической установкой;

7) средства связи и сигнализации.

12.1.2. Кран оснащается всеми необходимыми средствами контроля, управления, защит и блокировок, обеспечивающими его эффективную и безаварийную работу.

Управление краном производится из кабины крановщика, из которой обеспечивается максимальный обзор выполняемых операций, при необходимости, устанавливаются мониторы телевизионного наблюдения, предусматриваются средства как двухсторонней, так и односторонней связи.

Средства управления краном интегрированы с системами управления балластировкой и позиционированием КС для информирования крановщика о точности удержания, крене, дифференте КС и других условиях выполнения крановых операций. Предусматриваются устройства, контролирующие безопасность выполнения крановых операций, в том числе устройство ограничения грузоподъемности, вылета и конечных положений гаков, стрел и других элементов крана.

12.1.3. Система управления перемещением и позиционированием (СУ ТС ПКС)

С целью обеспечения позиционирования и/или перемещения судна СУ ТС ПКС осуществляет автоматическое, полуавтоматическое и дистанционное управление:

1) якорной системой позиционирования и перемещения (ЯЛ);

2) активными средствами управления (ДРК, ПУ).

Для перемещения судна относительно объекта выполнения работ СУ ТС ПКС в комбинированном режиме позиционирования обеспечивает синхронное управление якорными лебедками и, при необходимости, активными средствами управления (ДРК, ПУ). В течение технологического процесса осуществляются:

1) непрерывный контроль критических параметров движения или позиционирования судна, усилий в якорных линиях и/или загрузки ДРК и ПУ, обеспечивается отображение графической информации на дисплеях, регистрация протоколов маневрирования и режимов работы технологического оборудования;

2) контроль гидрометеоусловий с представлением оператору текущих изменений ветровых параметров;

3) расчет траектории движения судна, выработка корректирующих поправок на основе глубины места, параметров течения и текущего положения судна относительно объекта;

4) периодический расчет остойчивости и посадки судна с выдачей рекомендаций оператору о выполнении операций по кренованию, дифферентовке и выравниванию заданной осадки судна;

5) предоставление оператору средств интеллектуальной поддержки для оперативного и объективного выбора решений по раскладке якорей, корректировке параметров движения и позиционирования судна.

При автоматическом удержании кранового судна во время выполнения грузовых операций СУ ТС ПКС управляет ДРК и ПУ для удержания судна при интенсивных порывах ветра, воздействий волнения моря и течения. Состав и загрузка активных средств (ДРК и ПУ) осуществляется в зависимости от текущих и прогнозируемых метеоусловий.

В рассматриваемых аналогах крановых судов, как правило, предусмотрены системы динамического позиционирования класса NMD Class 2 / LR DP (AA) или NMD Class 3 / LR DP (AAA), что соответствует классам 2 (DYNPOS-2) и 3 (DYNPOS-3) по правилам РМРС (соответственно).

На КС Thialf (компании HEEREMA Marine Contractors U.S., Inc) предусмотрена система DP Class III со следующими характеристиками:

Активные средства управления: 6 x 5,500 кВт – 360^о азимутальные , полный упор 400 т. Режимы работы: ручной; джойстик, автопилот; полное DP, якорное позиционирование.

Специальные функции DP: следование по маршруту; обеспечение грузоподъёмных операций; компенсация внешнего воздействия.

На КС Balder (компании HEEREMA Marine Contractors U.S., Inc) предусмотрена система DP Class III со следующими характеристиками:

Активные средства управления: 7 x 3,500 кВт - 360^о азимутальные, полный упор 385 т. Режимы работы: ручной; джойстик, автопилот; полное DP.

Специальные функции DP: следование по маршруту, режим укладки труб; обеспечение грузоподъёмных операций; компенсация внешнего воздействия.

На КС OLEG STRASHNOV (компании SEAWAY HEAVY LIFTING ENGINEERING B.V) предусмотрена система DP Class III со следующими характеристиками:

Активные средства управления: 2 x 3,500 кВт - 360^о азимутальные; 2 x 1,012 кВт туннельные подруливающие устройства.

Специальные функции DP: следование по маршруту, режим укладки труб; обеспечение грузоподъёмных операций; компенсация внешнего воздействия.

12.1.4. Система управления движением судна (СУД).

СУД обеспечивает управление движением и маневрированием судна при переходах с мест базирования к месту проведения грузоподъемных работ. Район плавания - неограниченный. Режимы работы: автоматический, следящий, дистанционный (ручной).

В автоматическом режиме осуществляется управление движением без участия оператора по траектории, проложенной на электронной карте. Система непрерывно контролирует отклонения судна от линии заданной траектории и вырабатывает предупредительную и тревожную сигнализации при возникновении недопустимых отклонений. Максимальная ошибка управления зависит от точностных характеристик навигационных систем определения координат места, а также от точностных характеристик измерителя скоростей в продольном и поперечном направлениях.

Следящий, дистанционный режим осуществляется оператором с помощью пультовых органов управления. В следящем режиме используются:

1) двухстепенная рукоятка управления заданием продольной и поперечной скоростей движения судна;

2) одностепенная рукоятка задания угловой скорости поворота судна.

В ручном режиме оператор осуществляет управление перемещением судна в ограниченных пределах с помощью раздельных (автономных) органов дистанционного управления локальными системами.

На ходу система СУД выполняет функции:

1) минимизации потребляемой энергии на длительных переходах в открытом море;

2) непрерывное функционирование в заданном режиме при одиночных отказах ТС или одной из навигационных систем;

3) автоматическую радиолокационную прокладку и безопасность расхождения с судами в море;

4) управляемость в широком диапазоне скоростей при плавании в узкостях и в районах с интенсивным движени­ем судов;

5) экономичность загрузки технических средств при одновременной работе нескольких движителей.

Рассматриваемые в предыдущем разделе крановые суда, используют для переходов морем те же активные средства управления (ДРК и ПУ), что и для обеспечения задач динамического позиционирования. Все рассмотренные в предыдущем разделе крановые суда оснащены средствами контроля и управления, обеспечивающими переходы судна морем. Режимы работы систем управления движением: автоматический (авторулевой), следящий, дистанционный (ручной).

Управление движением может осуществляться с центрального пульта СУД, пульта авторулевого, а также с выносных пультов дистанционного управления. Так как ходовой и технологический режимы не могут выполняться одновременно, высокоточные навигационные системы, выбранные для управления технологическими режимами, обеспечивают также решение задач ходового режима. Высокая надежность навигационного обеспечения достигается применением разнотипных систем, а также резервированием важнейших каналов.

Основными поставщиками СУД являются следующие компании: Kongsberg (Норвегия), Rolls-Roys Marine AS (Норвегия), Концерн «НПО «Аврора» (Россия).

1 2.1.5. Управление балластной системой.

Анализ опыта эксплуатации крановых судов большой грузоподъемности показал, что, обеспечивающие выполнение грузовых операций балластные системы, должны быть настолько быстродействующими, чтобы замедление работы крановых механизмов для сохранения неизменности параметров посадки судна не требовалось бы вовсе или требовалось в минимальной степени. Поэтому балластная система должна действовать как подвижный противовес крана, обеспечивающий немедленную компенсацию изменений системы сил, прилагаемых им к крановому судну. Для определения необходимых изменений балластировки судна при выполнении грузовой операции в системе управления возможны два принципиально различных подхода к определению внешних параметров и построению алгоритмов управления:

- по замерам фактических параметров посадки судна;

- по изменениям системы сил, прилагаемых к судну краном.

Первый подход традиционен и используется в противокреновых системах однокорпусных КС, осуществляющих грузовые операции практически на тихой воде. В условиях качки судна осуществление управления по мгновенным значениям постоянно изменяющихся параметров посадки возможно только при надлежащем осреднении измеряемых значений этих параметров и связано с определенным запаздыванием управляющих сигналов. Такой подход приводит к ограничениям скоростей механизмов крана, а также к уменьшению точности сохранения параметров посадки. В этом случае система работает в режиме реального времени путем получения и обработки текущей информации о посадке судна, количествах оперативного балласта и вырабатывает управляющие воздействия на клапаны балластной системы и механизмы крана (при автоматическом режиме управлении) или рекомендуемую последовательность действий для оператора (при дистанционном режиме управлении).

Второй подход менее традиционен. Как правило, он используется для крановых судов большой грузоподъемности с корпусом полупогружного типа, оснащенных динамическими балластными системами. Управление динамической балластной системой осуществляется непосредственно по параметрам, являющимся причиной изменения статической посадки судна и зависящим от положения крана и массы перемещаемого груза. В этом случае балластная система работает по принципу непрерывной компенсации изменений системы сил, воздействующих на судно при работе верхнего строения. Система работает в режиме реального времени путем циклического получения и обработки текущей информации о состоянии крана, груза и оперативного балласта. Система вырабатывает управляющие воздействия на клапаны цистерн и скорости механизмов крана (при автоматическом режиме управлении) или рекомендуемую последовательность действий для оператора (при дистанционном режиме управления).

12.1.6. Средства навигационного обеспечения.

При анализе отечественного и зарубежного опыта проектирования и постройки КС большой грузоподъёмности в части средств навигации и обеспечения динамического позиционирования рассмотрены проект кранового судна КС5000 и КС полупогружного типа Balder (HEEREMA Marine Contractors U.S., Inc).

Для решения навигационных задач на КС5000 предусмотрено следующее оборудование:

- мобильный приёмник 4000 DL11 – для определения координат местоположения (GPS);

- гидроакустический доплеровский лаг-эхолот – для определения продольной и поперечной составляющей вектора скорости КС и подводных течений;

- гироазимут-компас «Вега-МД» - для определения курса;

- двухчастотный гидролокатор кругового обзора – для работы с установленными на дне гидроакустическими маяками;

- эхолот «НЭЛ-Д1» - для определения глубины;

- анеморумбограф Д2.788.012 – для измерения направления и скорости ветра;

- радиолокационная станция BridgeMaster C252;

- электронная картографическая система (ЭКНИС) NAVI-Master-2000.

Для обеспечения задачи судовождения КС полупогружного типа Balder оборудован в соответствии с конвенционными требованиями SOLAS следующими навигационными средствами:

- навигационные радиолокационные станции X (3см) и S (10см) диапазонов;

- приемоиндикатор системы радионавигации;

- система единого времени;

- магнитный компас;

- гирокомпас;

- лаг;

- эхолот;

- автоматическая идентификационная система;

- система приёма внешних звуковых сигналов;

- регистратор данных рейса;

- электронная картографическая навигационная информационная система;

- оборудование системы опознавания судов и слежения за ними на дальнем расстоянии;

- сигнально-отличительные огни;

- тифон и огонь маневроуказания;

- авторулевой.

В соответствии с современными конвенционными требованиями на ПКБГ рекомендуется применить навигационное оборудование, которое имеет типовое одобрение РМРС и является наиболее применимым на судах в РФ (см. таблицу 12.1).

12.1.7 Системы навигационного обеспечения позиционирования

В соответствии с требованиями РМРС для судов с системой динамического позиционирования классов 2 и 3 должны быть предусмотрены, по крайней мере, три независимые системы определения местоположения, работающие на различных принципах.

В проекте кранового судна КС5000 в соответствии с требованиями DNV предусмотрено три независимых системы определения местоположения:

- гидроакустическая система ориентации (совмещенная с гидролокатором кругового обзора);

- инклинометрическая (Taught wire) система;

- гидроакустическая система определения расстояния до объекта.

В настоящее время, в зависимости от требуемой точности на судах с системой DP применяются следующие, использующие разные принципы измерений, высокоточные системы определения местоположения:

1) Спутниковые (GPS/GLONASS):

- DARPS 116/132/200/700 (поставщик KONGSBERG SEATEX AS, Норвегия);

- DPS 112/200/232/4D (поставщик KONGSBERG SEATEX AS, Норвегия);

- Starfix.HP (поставщик Fugro, Нидерланды);

- SkyFix-XP (поставщик Fugro, Нидерланды).

2) Лазерные:

- CyScan (поставщик MARINE TECHNOLOGIES, США);

- Fanbeam®4 (поставщик KONGSBERG SEATEX AS, Норвегия);

- Fanbeam (поставщик MDL Laser System, Великобритания).

3) Микроволновые:

- Artemis Mk5 (поставщик KONGSBERG SEATEX AS, Норвегия);

- Artemis Mk IV (поставщик KONGSBERG SEATEX AS, Норвегия);

4) Системы на натяжном тросе Taut Wire:

- LTW Mk 15B (поставщик KONGSBERG SEATEX AS, Норвегия).

5) Радиолокационные:

- RADIUS (поставщик KONGSBERG SEATEX AS, Норвегия);

- Bridge Mate™ RadaScan (поставщик MARINE TECHNOLOGIES, США).

6) Гидроакустические:

- GAPS (поставщик IXSEA, Франция);

- Ramses (поставщик IXSEA, Франция);

- Tracklink 1500 Series (поставщик LinkQuest, Inc, США);

- HiPAP 350 (поставщик KONGSBERG SEATEX AS, Норвегия);

- Ranger USBL (поставщик Sonardyne International LTD, Великобритания).

На крановом судне Balder предусмотрены следующие системы определения местоположения:

- резервированная спутниковая система DGPS;

- одна механическая система на натяжном тросе «Taut wire» (max 500 m);

- одна «Artemis» Mk IV (микроволновая);

- две акустические системы SSBL (сверхкороткая базовая линия)/LBL (длинная базовая линия) (HiPAP);

- две лазерных системы «Fanbeam».

На современных крановых судах с системой динамического позиционирования применяется не менее трёх систем определения местоположения, использующих различные принципы измерения. Это связано в первую очередь с возможностью выполнения крановым судном многофункциональных задач при различных условиях, во-вторых – с внедрением в мировую практику новых, более точных систем и оборудования. Таким образом, для ПКБГ рекомендуется также использовать не менее трёх систем определения местоположения, использующих различные принципы измерения. Оптимальный состав систем определения местоположения должны быть уточнены при проектировании, после конкретизации выполняемых ПКБГ задач и района эксплуатации.

Таблица 12.1

12.1.8 Системы обеспечения контроля за выполнением подводно-технических работ

Для контроля за выполнением подводно-технических работ в проекте КС5000 предусмотрено следующее оборудование:

гидролокатор кругового обзора;

телеуправляемый и обитаемый подводный аппарат с телевизионной и акустической аппаратурой;

эхолот-профилемер.

Для этих целей на ПКБГ целесообразно применить:

многолучевой эхолот;

подводный необитаемый дистанционно управляемый аппарат с телевизионной и акустической аппаратурой.

В мировой практике применение подводных необитаемых аппаратов с дистанционным управлением, телевизионной и гидроакустической аппаратурой в последнее время имеет широкое и разнообразное применение. Одним из характерных примеров является их использование на трубоукладочном судне «Castoro Sei (6)» для обеспечения укладки трубопровода на морское дно в Северном море на участках чрезвычайно насыщенных ранее установленными конструкциями и трубопроводами. В некоторых случаях ширина «коридора», в котором должен быть уложен трубопровод, не превышала 1,5-2 м. Применение подводных аппаратов помогло успешно справиться с этой задачей.

Другим примером использования этих аппаратов являются работы по обследованию затонувших судов и их подъему. Одним из наиболее известных примеров являются работы по обследованию затонувшего пассажирского судна «Титаник».

12.1.9 Автоматизация энергетической установки и систем жизнеобеспечения

Основным назначением средств контроля и управления электроэнергетической установкой является гарантированное (бесперебойное) обеспечение ПКБГ электрической и тепловой энергией. Производителями основного оборудования энергетической установки обеспечивается поставка максимально функционально завершенного оборудования, включая поставку средств контроля и управления, в том числе:

- основной электростанции (основные, вспомогательные дизель – генераторы и главный распределительный щит);

- аварийной электростанции (аварийный дизель - генератор и аварийный распределительный щит);

источников бесперебойного электропитания;

котельной установки.

Средства контроля и управления взаимоувязываются и обеспечивают работу оборудования в автоматическом и дистанционном режимах управления. Системы управления обеспечивают автоматизированный пуск и подключение механизмов под нагрузку, автоматическое распределение нагрузок при параллельной работе, автоматизированный останов, а также необходимые защиты, блокировки, аварийно-предупредительную сигнализацию, обеспечивающие надежную и безопасную работу механизмов во всех режимах эксплуатации.

В аварийных ситуациях средствами контроля и управления в общем случае обеспечивается обнаружение отклонений от нормы в работе оборудования на начальном этапе их возникновения, включение и подключение под нагрузку резервного оборудования, перевод нагрузки и отключение неисправного оборудования, отключение, при необходимости, неответственных механизмов. На каждом этапе предпринимаемых действий формируется соответствующая аварийно-предупредительная сигнализация об их выполнении, позволяющая установить: причины возникновения неисправностей, действия, предпринимаемые средствами контроля и управления по их локализации и ликвидации. Если по каким-либо причинам работа основной электростанции становится невозможной, обеспечивается автоматический пуск и включение под нагрузку аварийной электростанции.

Для гарантированного снабжения электроэнергией средств ответственного назначения, в том числе: контроля, управления, связи, сигнализации и навигации на всех современных КС применены источники бесперебойного питания.

12.1.10 Для обеспечения контроля остойчивости и непотопляемости на современных крановых и грузовых судах применяются информационные системы, которые обеспечивают решение следующих задач:

1) оперативный контроль параметров нагрузки, посадки и остойчивости судна;

2) информационную поддержку - представление рекомендаций судоводителю при решении им задач по оптимальной загрузке судна, устранению аварийных ситуаций (при затоплении отсеков водой и возникновении вследствие этого недопустимого крена или дифферента).

Контролируемые параметры: осадка носом, кормой и на миделе, крен, дифферент, распределение жидких грузов по цистернам.

Заданные параметры: плотность жидких грузов, коэффициенты проницаемости помещений, нагрузки, осадка на ровный киль, грузовая марка, затопление и повреждение отсеков.

По результатам заданных (введенных) параметров система вычисляет: диаграмму поперечной статической и динамической остойчивости, метацентрическую высоту, собственный период качки, запас плавучести, варианты спрямления судна, варианты заполнения балластных цистерн при изменении осадки. Система может работать в двух режимах:

1) в режиме оn-line при непосредственном вводе контролируемых параметров от первичных датчиков;

2) в режиме off-line при вводе параметров с клавиатуры пульта оператора.

Рекомендуется оснастить ПКБГ данной системой.

Централизованный контроль и управление энергетической установкой и комплексом жизнеобеспечения обеспечивается Автоматизированной Системой Управления Техническими Средствами (АСУ ТС).

Основными функциями АСУ ТС является: обеспечение централизованного контроля, дистанционного, автоматизированного и автоматического управления: электроэнергетическим комплексом, системами, обеспечивающими его работу, системами, обеспечивающими жизнедеятельность экипажа; контроль возникновения пожара, управление средствами пожаротушения, аварийные отключения.

Для реализации поставленных задач АСУ ТС реализуется как магистрально-модульная система, соответствующая международным промышленным стандартам, на базе программируемых логических контроллеров открытой модульной архитектуры, с использованием стандартных интерфейсов.

Структура АСУ ТС представляет собой трехуровневую децентрализованную систему автоматического, дистанционного и автоматизированного управления:

уровень I представляет собой уровень контрольно-измерительных приборов и исполнительных механизмов, локальной автоматики, полевых шин передачи данных;

уровень II представляет собой уровень логической обработки информации и формирования управляющих сигналов. На данном уровне обеспечивается приём и передача на верхний уровень данных от источников информации, передача управляющих сигналов на исполнительные органы и исполнительные механизмы. На втором уровне предусмотрены программируемые логические контроллеры, модули ввода/вывода, аппаратура, обеспечивающая внутрисистемные и межсистемные связи;

уровень III представляет собой уровень оперативного мониторинга и управления технологическими процессами и техническими средствами. На этом уровне предусматриваются операторские станции, большие (жидкокристаллические или плазменные) экраны для отображения состояния электроэнергетического комплекса, матричные панели пожарной сигнализации и аварийных отключений, серверы, принтеры и аппаратура, обеспечивающая внутрисистемные и межсистемные связи, объединенные в сеть. Отказы в аппаратуре АСУ ТС верхнего уровня не приводят к потере управления с нижних уровней и к аварии работающих систем и оборудования.

АСУ ТС обеспечивает интеграцию систем управления движительно-рулевым комплексом, систем управления позиционированием, балластной системой для сбора информации и распределения ее по постам и офисам КС в необходимом объеме, а также передачи на берег службам Заказчика (при необходимости).

Основными поставщиками АСУ ТС являются следующие компании: Emerson (США), Honeywell (США), ABB (США).