Системы автоматизированного управления высокоскоростных судов

Важной частью современных скоростных судов являются системы автоматического управления. Они обеспечивают стабилизацию положения корпуса в условиях возмущений, управление движителями как на основных режимах движения, так и при маневрировании с малой скоростью, а также контроль и управление техническими средствами судна.

Эффект от внедрения такой системы — обеспечение высоких скоростных и экономических характеристик судна, а также обеспечение удобства работы судоводителя, и, следовательно — повышение безопасности плавания.

Функции систем автоматики высокоскоростных судов

Автоматическое управление подъемной силой днища при глиссировании при помощи системы интерцепторов:

• обеспечение минимального сопротивления при переходном режиме (выходе на глиссирование);
• обеспечение максимального гидродинамического качества путем управления углом атаки в зависимости от скорости глиссирования;
• стабилизация положения корпуса по крену и дифференту, в том числе при воздействии волн;
• управление креном на повороте;
• формирование предупредительной сигнализации о предельных значениях крена и дифферента, формирование команды на экстренное торможение судна при опасном крене или дифференте.

Управление величиной и направлением тяги водометов в различных режимах:

• синхронное следящее управление соплами водометов, заслонками реверса и оборотами двигателей от штурвала и рукоятки в рулевой рубке;
• автоматизированное управление направлением и величиной силы тяги при маневрировании на малых скоростях. В этом режиме судоводитель задает требуемое направление перемещения при помощи рукоятки-джойстика, а требуемую скорость разворота — при помощи штурвала. Система автоматики вычисляет задания на сопла, заслонки реверса и обороты двигателей, необходимые для движения в заданном направлении, в том числе бокового перемещения судна;
• автоматизированное управление соплами водометов в режиме стабилизации заданного курса.

Управление техническими средствами судна:

• отображение состояния люков и дверей, дистанционное управление вентиляцией отсеков;
• отображение объема топлива и пресной воды в цистернах;
• отображение состояния системы электропитания, дистанционное управление генераторными выключателями;
• отображение состояния гидросистемы, дистанционное управление насосами гидросистемы;
• сигнализация о наличии воды в отсеках.

Законы управления, реализованные в системе автоматики, разработаны ООО «Агат Дизайн Бюро». Для реализации законов управления обеспечена высокая вычислительная мощность системы, позволяющая обеспечить обновление данных от датчиков и выполнение основных управляющих программ с частотой 100 Гц. С этой же частотой выполняется архивирование информации на рабочих станциях с целью настройки системы и анализа ее работы.

Подсистемы в составе комплексной автоматики

• Система управления интерцепторами (СУИ).
• Система управления водометным движителем (СУВД, количество таких систем соответствует количеству водометов, обычно — 2).
• Система управления техническими средствами судна (СУТС).

Подсистемы могут работать автономно, но наибольшая эффективность достигается при их совместной работе. Поэтому в комплексной автоматике большое внимание уделено техническому (каналы связи) и алгоритмическому обеспечению связи подсистем. Некоторые примеры организации совместной работы систем:

• СУТС контролирует состояние гидросистемы, по сигналам от нее СУИ и СУВД переключаются на аварийные режимы управления в случае отказов гидроприводов;
• СУТС выдает в СУИ информацию о загрузке топливом для адаптации посадки корпуса;
• СУИ получает от СУВД данные о положении штурвала и сопел водометов для обеспечения управления креном на циркуляции;
• рабочие станции СУИ и СУТС фактически идентичны, на них может быть выведена информация обо всех подсистемах, что повышает удобство работы и обеспечивает резервирование.

Структурная схема автоматики скоростных судов

Отличительные особенности автоматики

В автоматике высокоскоростных судов, разработанной НПК «ЛЕНПРОМАВТОМАТИКА», реализованы следующие принципы, повышающие качество системы:

• Максимальное использование цифровых каналов для связи между подсистемами (электродистанционная цифровая схема управления), что позволяет сократить количество и жильность кабелей, а значит — упростить и ускорить монтаж системы, уменьшить ее габариты и вес. Последнее обстоятельство особенно важно для катеров специального назначения с максимальными скоростными характеристиками.
• Резервирование ответственных элементов системы с целью повышения отказоустойчивости. Большинство каналов связи между подсистемами резервированы, причем резервирующие друг друга кабели прокладываются по различным трассам (например, по разным бортам судна). Основной частью системы автоматики скоростных судов являются контроллеры на основе процессорных плат AthenaII (фирмы «Diamond System») и CPC303 (фирмы «Fastwel») формата PC104. Центральное вычислительное устройство, обеспечивающее управление подъемной силой днища и стабилизацию положения корпуса, выполнено по дублированной схеме с горячим резервированием. Информационная сеть Ethernet для передачи информации на пульты судоводителей имеет отказоустойчивую структуру HyperRing с диагностированием разрыва и автоматическим перенаправлением информационных потоков. Рабочие станции, установленные на пультах судоводителя и штурмана, идентичны и могут при необходимости отображать информацию по любой из систем.
• Развитая самодиагностика системы, позволяющая локализовать отказ до модуля или канала связи.

Все системы построены на базе комплекса технических средств КСПА-003.

Все оборудование комплексной автоматики сертифицировано Российским Речным Регистром, принято военной приемкой (2 ГО) по требованиям Морского Регистра.

Системы предназначены для эксплуатации при температуре окружающего воздуха от минус 10 до плюс 40 °С.

Они сохраняют работоспособность при следующих воздействиях:

• длительном крене судна до 15°;
• дифференте до 5°;
• бортовой качке до 22,5° с периодом качки 7...9 с;
• килевой качке до 10° от вертикали.

Кроме этого, системы сохраняют работоспособное состояние при вибрации и ударах в соответствии с требованиями правил Российского Речного Регистра и Российского Морского Регистра Судоходства к оборудованию автоматизации.

Объекты внедрения

Высокоскоростной катер проекта А77 «Гарпун»

Катер предназначен для охраны водных районов и проведения спасательных операций в прибрежных морских зонах. Максимальная скорость хода катера в 60 узлов при полном водоизмещении 30 тонн позволяет наилучшим образом выполнять поставленные задачи.

Быстроходное пассажирское судно проекта А45-1

Глиссирующий пассажирский речной теплоход проекта А45-1 предназначен для скоростных пассажирских перевозок по рекам и озерам. Его отличительной особенностью является способность причаливать к неподготовленным пристаням. Это достигается за счет малой осадки, плоского днища и водометных движителей. Скорость теплохода — 42 узла, дальность плавания — 600 км. Для достижения скоростных и экономических характеристик судно оборудовано двумя рядами интерцепторов, управляющих подъемной силой днища.

Морской катер специального назначения

Морской катер специального назначения является дальнейшим развитием проекта А77. Назначение — патрулирование территориальных вод. Катер отличается уникальным сочетанием скоростных и мореходных качеств, обеспечивая мореходность до 4 баллов и скорость до 60 узлов.