Automatizacija i Kontrola Na Brodovima1

  • Published on
    20-Oct-2015

  • View
    59

  • Download
    3

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Automatizacija i Kontrola Na Brodovima1

Transcript

<p>AUTOMATIZACIJA I KONTROLNI SUSTAVI NA BRODOVIMA</p> <p>SVEUILITE U ZADRU</p> <p>ODJEL ZA PROMET I POMORSTVO</p> <p>SVEUILINI PREDDILPOMSKI STUDIJ BRODOSTROJARSTVAI TEHNOLOGIJE POMORSKOG PROMETAODRAVANJE BRODASeminarski rad</p> <p>Automatizacija i kontrola na broduIvan ikiAnte Duevi</p> <p>Ante BoticaZadar, 2012.</p> <p>Sadraj:3SAETAK</p> <p>4SUMMARY</p> <p>5UVOD</p> <p>61.DEFINICIJA I RAZLOZI AUTOMATSKOG UPRAVLJANJA</p> <p>82.ELEMENTI AUTOMATSKOG UPRAVLJAKOG SUSTAVA</p> <p>103.NAIN RADA KONTROLNIH SUSTAVA</p> <p>134.MIKROPROCESORSKI SUSTAVI</p> <p>175.MAGNETSKI MEDIJI</p> <p>186.ULAZNO- IZLAZNI KRUGOVI</p> <p>186.1.NAPAJANJA</p> <p>197.PROGRAMABILNI LOGIKI KONTROLERI</p> <p>218.DISTRIBUIRANI SUSTAVI</p> <p>229.SAMONADZIRANA RJEENJA</p> <p>229.1.ELEKTRONIKI ZASLONI</p> <p>2310.LOGIKA KONTROLNIH SUSTAVA</p> <p>2411.SUSTAVI ZA NADGLEDANJE I KONTROLU</p> <p>2512.ALARMNI SUSTAVI</p> <p>2713.SIGURNOSNI SUSTAVI</p> <p>2713.1.AUTOMATSKO POKRETANJE SUSATVA</p> <p>2713.2.REDUKCIJA SNAGE</p> <p>2813.3.GAENJE STROJEVA</p> <p>2914.SUSTAV DETEKCIJE RAZINE KALJUE</p> <p>3014.1.SISTEMI PROTUPOARNIH ALARMA</p> <p>3014.2.ISKLJUIVANJE U SLUAJU KVARA</p> <p>3115.BADARENJE</p> <p>3216.PRAVILA I REGULATIVE</p> <p>3317.ZAKLJUAK</p> <p>Pregled slika:</p> <p>6Slika 1: Sustavi automatskog upravljanja na brodu</p> <p>9Slika 2: ''Open- Loop control system'', nenadzirani upravljaki sustav- sustav balastnih voda</p> <p>9Slika 3: ''Closed- loop control system'', nadzirani kontrolni sustav- sustav podmazivanja glavnog motora i kontrola temperatura</p> <p>12Slika 4: Transduktor ili pretvara- element za pretvaranje vrsta izlazno/ulaznih signala</p> <p>13Slika 5: Osnovni djelovi i izgled digitalnog sustava</p> <p>14Slika 6: Sredinja upravljaka jedinica- procesor</p> <p>15Slika 7: CPU, smjetaj RAM, ROM, registar i chache memorije</p> <p>17Slika 8: Magnetski medij na raunalu, tvrdi disk</p> <p>20Slika 9: Alarmi niskog tlaka ulja za podmazivanje- ljestvini dijagram</p> <p>21Slika 10: Distribuirani sustav</p> <p>23Slika 11: ''i'' i ''ili'' vrata u strujnom krugu</p> <p>26Slika 12: Prijmer alarmne plone na brodu</p> <p>26Slika 13: Alarmni sustavi za navigaciju</p> <p>29Slika 14: Ureaj za detekciju razine kaljue</p> <p>31Slika 15: Primjer ureaja za badarenje</p> <p>33Slika 16: AUT 1 - najnapredniji stupanj automatizacije na brodu</p> <p>SAETAKNa brodu je automatizacija zadnjeg desetljea poela biti vrlo iroko upotrebljavana. Ugrauju su brojni kontrolni sustavi koji omoguavaju smanjenje broja posade i smanjenje trokova broda, ali zahtijevaju visokokolovani kadar, informatiki obrazovan, koji e biti sposoban nadzirati konrolne sustave. Veina dananjih brodova je osposobljena je za UMS (anatended machinery space- prostor nenadzirane strojarnice). Kontrolni sustavi ugraeni su u sve brodske sustave: rad glavnog motora, proizvodnja i nadzor elektrine energije, ukrcaj i iskrcaj tereta, navigacija, upravljanje i svi alarmni sustavi. Tri su stuonja nadziranja i upravljanja kontrolnim sustavima:</p> <p>1) Lokalna/mjesna runa kontrola (upravljanje neposredno na ureaj)</p> <p>2) Daljinska runa kontrola (runa kontrola na daljinu preko nekog medija)</p> <p>3) Automatska kontrola (bez prisutnosti ovjeka)</p> <p>Glavni elementi kontrolnog sustava su: mjerni ureaji smjeteni na stroju ili procesu kojeg kontroliramo (oni reguliraju promjenu stanja sustava), kontrolni ureaj koji oitava rezultate i odreuje razliku izmeu stvarnog i eljenog stanja i pokreta koji aktivira ispravljaku radnju koja je potrebna. </p> <p>Danas se na brodove uvode mikroprocesorski sustavi koji zamjenjuju analogne kontrolne jedinice. Mikroprocesori koriste binarni jezik, a sastoje se od: izvrnog programa (softver), sredinje procesne jedinice (CPU), opskrbe strujom (napajanja), memorije (RAM, ROM) i ulazno- izlaznih krunih sustava (preko njih dolaze podaci od operatera ili procesa). </p> <p>Da bi automatska kontrola bila potpuna uvode se sustavi nadzora kako bi se potpuno zamijenio ljudski operater. Ti su sustavi visoko sofisticirani, a sadravaju: nadzor pomou senzora, usporedbu oitanja sa pohranjenim krajnjim tokama, dobivanja podataka i spremanje u memoriju, biljeenje podataka nadzornih procesa, procjena rada stroja i automatsko namjetanje optimalnih uvjeta za rad te nadzor stanja postrojenja. </p> <p>SUMMARY</p> <p>Automation on board, for the last decade, began to be very widely used. Incorporate numerous control systems that allow reducing the number of crew and ship cost reduction, but require a highly educated staff, an IT educated, which will be capable of monitoring controls on systems. Most of today's ships have been trained for UMS (unattended machinery space- unattended engine room). Control systems are built into all ship systems: the work of the main engines, production and control of electricity, loading and unloading, navigation, control and all alarm systems.There are three stages of monitoring and management control systems:</p> <p>1) Local / local manual control (control directly on the device)</p> <p>2) Remote manual control (manual control at a distance through a medium)</p> <p>3) Automatic control (without the presence of man)</p> <p>The main elements of the control system are: measuring devices located on the machine or process that is controlled (they regulate to change the system state), a control device that reads the results and determines the difference between actual and desired state or starter that triggers the necessary corrections needed. </p> <p>Today the boats are equiped with microprocessor systems which replacing analog control unit. Microprocessors are using binary language,which consists of: Executive program (software), the central processing unit (CPU), power supply unit(PSU), memory (RAM, ROM) and input-output system of circular (through these data come from the operator or process ). </p> <p>In order to completely replace the human operator ships are equiped with automation systems. These systems are highly sophisticated, and include: monitoring sensora whos readings compare with the stored destination, receiving and storing data in memory, data recording process monitoring, assessment of the machine and automaticall setting of the optimal conditions for the operation and monitoring of the plant.</p> <p>UVODAutomatizacija je koritenje kontrolnih sustava i informatike tehnologije sa svrhom smanjenja ljudskog posla i openito ljudi potrebnih za funkcioniranje sustava. Kao masovni pokret javlja se kao nastavak na mehanizaciju. Danas su kontrolni sustavi na brodovima veoma zastupljeni na svim razinama, od palube do strojarnice. Kontrola sustava je koritenje ureaja kao to su senzori, pojaala, pretvarai ili osjetnici koji su meusobno povezani, te komuniciraju da bi utjecali i odravali zadane parametre procesa ili stroja. Kada je ovjek ukljuen u proces sustav se naziva runo kontrolirani sustav (eng. manual control system), a kada se neki kontrolni sustavkoristi za kontrolu parametara procesa to se naziva sustav kontrole procesa. (eng. process control system)</p> <p>Kljune rijei: automatizacija, kontrolni sustavi, mikroprocesor.Kljune rijei: automatizacija, kontrolni sustavi, mikroprocesorKey words: automation, control systems, microprocessors</p> <p>1. DEFINICIJA I RAZLOZI AUTOMATSKOG UPRAVLJANJA</p> <p>Sustav upravljanja je uporaba elemenata i ureaja poput senzora, pojaala, pretvaraa, alternatora i sl.s ciljem odravanja kontroliranog procesa ili troja na eljenoj razini. Automatski susatv upravljanja ne zahtjeva ljudskog operatera. Ako je ovjek prisutan za nadziranje sustava govorimo o runom upravljanom sustavu. Ako se upravljakim procesom nadzire rad drugog procesa govorimo o kontrolnom susatvu procesa.</p> <p>Razlozi koritenja automatskih upravljakih susatva su mnogi, ali su uglavnom vezani za ekonomski i ljudski imbenik. O ekonomskom imbeniku govorimo najprije zbog trokova plaa, hrane i prijevoza radnika koje su smanjenjem brodu potrebnog broja posade znatno smanjeni. Danas govorimo o oko 15-20 ljudi potrebnih brodu za rad, no ta je brojka nekad bila puno vea, sredinom prolog stoljea kretala se na oko 45-50 lanova posade. Bitan razlog automatizacije je i ''ljudski faktor'' odnosno ljudska pogreivost koja dovodi do kvarova sustava. Tei se da iako je broj posade smanjen za vie od pola u zadnjih pedesetak godina posada prisutna na brodu danas bude visoko kvalificirana i informatiki sposobna kako bi mogla nadzirati i upravljati svim strojevima na brodu. Veliki napredak na polju elektronike (mikroprocesori) takoer je doprinio automatizaciji broda. </p> <p>Slika 1: Sustavi automatskog upravljanja na brodu</p> <p>Brod ima mnotvo elemenata koje je potrebno kontrolirati: temperatire, tlakovi, openito nivoi, viskozitet, protonost, brzinu okretaja, brzinu broda, momente torzije, napon, stanja stroja i sl. Nekad su svi ovi elementi bili nadgledani direktno na mjernom elemntu na stroju od samih strojara obilaenjem po strojarnici. Danas se zbog sporosti i mogue nepouzdanosti dobivanja podataka tei da se sav ovjekov posredni rad zamjeni, stoga se uvode automatizirani uprevljaki sustavi sa jedinstvenim uprevljakim i nadzornim mjestom u kontrolnoj sobi strojarnice. Brodovi sa takvom skontrolnom sobom, sposobni za plovidbu sa nenadziranom strojarnicom spadaju u klasu UMS, eng.-unattedned machinery space, prostor nenadzirane strojarnice.</p> <p>Svaki kontrolni sustav ima sljedee stupnjeve nadzora i upravljanja:</p> <p>1.) Local remote control- lokalna runa kontrola (upravljanje direktno sa samom stroju)</p> <p>2.) Remote manual control- daljinska runa kontrola (runo upravljanje sa udaljenog mjesta pomou nekog medija)</p> <p>3.) Automatic control- automatomatska kontrola (kontrola bez prisutnosti ljudskog operatera).</p> <p>Upravljati se moe pna razliite naine prolagoene uvjetima klasifikacijskih drutava. Najei naini na brodu su:</p> <p>1.) Mehanikim ureajima- osovinama, zupanicima, icama...2.) Hidraulikim ureajima- koritenjem hidraulikih ulja</p> <p>3.) Pneumatskim ureajima- koritenjem nisko komprimiranog zraka</p> <p>4.) Elektrinim ureajima- motorima, relejima...</p> <p>5.) Elektronskim putem- pomou kompjutera, mikroprocesora...</p> <p>Najea varijanta upravnjanja je kombinacijom dva ili vie navedenih naina. Pri mjeanju vrsta ureaja koriste se transduktori za pretvaranje signala koji odailje jedan medij u signal koji drugi medij moe primiti.2. ELEMENTI AUTOMATSKOG UPRAVLJAKOG SUSTAVA</p> <p>Svaki kintrolno- upravljaki sustav sastoji se od tri najbitnija elemneta:1.) Mjerni ureaj koji oitava vrijednosti parametara promatranog procesa ili stroja. Ako se mjeri vie od jednog razliitog tipa signala, mjerni ureaj mora biti opremljen transduktorom koji je opremljen sa nekom od komponenti:</p> <p>a.) Osjetni elemnet koji varira sa promjenom mjerenog parametra</p> <p>b.) Pretvorni ureaj koji stvara izlazni signal u obliku u kojem ga sustav moe koristiti (uz pretvara se postavlja i pojaiva signala kako bi se izbjegli gubitci pri prijenosu na daljinu)</p> <p>c.) Zatitni ureaji koji tite izlazni signal od mijenjanja pri utjecaju vanjskih imbenika</p> <p>2.) Kontrolni ureaj koji procjenjuje greke, razliku u mjerenju izmeu stvarne vrijednosti i eljene vrijednosti kontroliranog parametra i odluuje treba li ukljuiti pokreta. 3.) Pokretaki ureaj koji pokree odgovarajuu ispravljaku radnju ukoliko je ona potrebna.</p> <p>Kontrolni sustavi se najee dijele u nanadzirane sustave (eng. Open-loop control systems) i nadzirane kontrolne sustave (eng. Closed- loop systems). Nenadzirani sustavi rade bez povratne informacije o nadzoru i stanju kontroliranog parametra. Nadzirani sustavi daju povratnu informaciju o razlici vrijednosti s ciljem smanjenja te razlike na nulu. </p> <p>Slika 2: ''Open- Loop control system'', nenadzirani upravljaki sustav- sustav balastnih voda</p> <p>Slika 3: ''Closed- loop control system'', nadzirani kontrolni sustav- sustav podmazivanja glavnog motora i kontrola temperatura3. NAIN RADA KONTROLNIH SUSTAVA</p> <p>Regulator je najvaniji element svakog kontrolnog sustava. On je usporedni element koji stvara izlazni signal koji predstavlja razliku u vrijednosti izmeu mjerenih parametara i glavnog signala. Ta razlika nazvana je devijacija ili odstupanje (eng. deviation). Dijelovi regulatora ne moraju nuno biti hardverski ve mogu biti kombinacija razliitih elemenata spojenih u amplifikatorski krug. Kod rada regulatora kao glavni signal moe se koristiti napon ili temperatura. Ako za primjer uzmemo analogni regulator koji glavni signal oitava u vidu napona (od -10V do +10V), a izlazni signal nadziranog elementa je u stupnjevima celzijusa (C), koristimo tzv. input element, je odnosno napravu za izmjenu vrste signala koji e u ovom sluaju pretvoriti temperaturu u napon. </p> <p>Drugi tip je kaskadni regulacijski sustav koji ne treba pretvara nego koristi dva regulatora, svaki za pojedinu vrijednost. Pri prolazu izmeu njih vrijednost signala mora biti jednaka na obje skale, napona i temperature. </p> <p>Kontrolna djelovanja (eng. Control action) predstavlja vezu izmeu ulaznog i izlaznog signala. Vrsta kontrolne radnje ovisi o vrsti izlazvog signala parametra i ulaznog signala na regulatoru. </p> <p>Vrste radnji: </p> <p>1) Isprekidane radnje (eng. discontinous actions) koriste se za jednostavnije radnje kao reguliranje ventila kada ga se gasi i pali po potrebi. One funkcioniraju na osnovu 'off-on' naina.2) Stalne, neprekidne radnje (eng. continuous actions) kod kojih je izlazni signal regulatora neprekidna funkcija ulaznog signala.</p> <p>3) Integralne radnje (eng. integral action) je onaj tip radnje kod koje je izlazni signal proporcionalan integralu ulaznog signala odstupanja, odnosno promjena izlaznog signala je proporcionalna ulaznom signalu devijacije. </p> <p>4) Derivacijska radnja (eng. derivative action) je izlazni signal proporcionalan promjeni ulaznog signala.</p> <p>Vrlo este su i kombinirane vrste regulatora: </p> <p>1) Dvodijelni regulator (eng. two-term controller) je onaj koji je postignut mijeanjem proporcionalne radnje sa integralnom ili derivacijskom radnjom.</p> <p>2) Trodijelni regulator (eng. tree-term controler) koji kombinira sve tri radnje: proporcionalnu, integralnu i derivacijsku. </p> <p>Ovisnost kontrolnog sustava o brzini promjene parametra, odnosno brzini reakcije, je jedan od najvanijih razmatranja izrade. Koriste se dva testa koji se eksperimentalno primjenjuju na sustav ili na kompjuterski model sustava. Ovim testom se ispituje brzina reakcije sustava na postupnu promjenu optereenja sustava ili promjenu vrijednosti krajnje toke. Brzina reakcije e dosta varirati zbog toplinske ili mehanike inercije materijala od kojeg su vodii izraeni. Drugi test provjerava radnje ili mjerenje pri odgovoru sustava na ciklikom sinusnom ulazu na kojem se esto preklapaju promatrani i glavni signal. Amplituda ulaznog signala se odrava konstantnom dok frekvencija varira po dometu koji je prikladan za odreeni sustav. Visok frekvencija odgovara lakim mehanikim pozicijama, a nia frekvencija se koristi za procese upravljakih sustava. </p> <p>Kada je kontrolni sustav podeen pravilno i u skladu sa uputama proizvoaa te je neko vrijeme radio zadovoljavajue, svako pogoranje njegovih performanski treba biti pomno ispitano prije kretanja u popravke. Veina greaka dogaa se u regulatoru. </p> <p>Mogui uzroci i rezultati greaka su: </p> <p>1) Promatrani parametar se kree od krajnosti do krajnosti. Ta...</p>