Задачи автоматизации пропульсивной установки весьма многообразны и их целесообразно разделить на задачи внешнего и внутреннего управления.
Автоматизация внешнего управления пропульсивным комплексом определяется его положением в общей системе судна. Решение этой задачи должно удовлетворять требованию максимально быстрой реализации поступающих из системы судовождения команд установления скорости и направления движения судна.
Задачей внутренней автоматизации пропульсивного комплекса является управление и контроль рабочих процессов в механизмах, протекающих без участия человека. Решение этой задачи связано с требованием периодического или полностью безвахтенного обслуживания машинного отделения. Отсюда вытекают следующие частные задачи:
а) Непосредственное дистанционное управление. Для улучшения маневренности судна целесообразно обеспечивать возможность непосредственного воздействия судоводителя на скорость и направление движения судна, минуя промежуточное звено — машиниста. Используемый для этой цели датчик параметров управления (команд) должен иметь такую же систему ввода команд, как и машинный телеграф. Иногда вместо обычных пяти ступеней хода желательно предусматривать возможность плавного изменения скорости судна. Кроме того, необходимо, чтобы главным двигателем можно было управлять не только с мостика, но и с поста управления в машинном отделении.
Далее, из соображений надежности требуется, чтобы сохранялся традиционный машинный телеграф, причем здесь должны предусматриваться те же датчики, что и в устройстве дистанционного управления. Переключение с автоматического устройства дистанционного управления (ДУ) на ручной машинный телеграф (МТ) должно производиться на посту управления машинного отделения.
б) Внутреннее управление механизмами. Перенесение управления ГЭУ на мостик не означает, что на судоводителя возлагаются также задачи управления внутренними процессами установки. Вообще дистанционное управление ГЭУ имеет смысл только в том случае, если управление внутренними процессами установки осуществляется автоматическими средствами. Задачей этих средств является реализация всех необходимых алгоритмов ввода в действие, изменения мощности, остановки и реверсирования машинной установки в соответствии с командами, подводимыми системой дистанционного управления. При этом следует исключить влияние скорости изменения команд управления на происходящие в механизмах процессы, увязать команды с определенными эксплуатационными критериями.
в) Автоматическое поддержание заданных ходовых режимов. Под влиянием волнения моря, ветра и т. д. с гребного винта на главный Двигатель передаются значительные колебания нагрузки, приводящие к соответствующим отклонениям частоты вращения винта и, следовательно, скорости судна. При этом должны выполняться следующие условия. На пониженных скоростях судна при прохождении через узкости или при маневрировании у причала частота вращения гребного винта должна поддерживаться постоянной. Каждой команде Управления должно соответствовать определенное значение частоты вращения винта, поддержание которой является задачей устройства автоматизации. Однако с целью снижения износа двигателя и исполнительного органа должно быть предусмотрено ограничение величины отклонения эффективной мощности.
Для свободного хода судна на передний план выдвигается требование минимального расхода топлива. Отклонение мощности в процессе регулирования может в значительной мере покрываться за счет аккумулирующей способности энергетической установки, как это бывает, например, в паросиловых установках. При более высоких скоростях хода команде управления должна соответствовать определенная частота вращения гребного винта. В других типах установок (дизельные гребные установки) команде управления в верхнем диапазоне скоростей хода должно соответствовать определенное наполнение цилиндров (положение исполнительного органа).
г) Автоматический контроль, сигнализация о неполадках и их ликвидация. Ощутимый эффект автоматизации энергетической установки достигается лишь в том случае, если автоматизация процессов управления дополняется автоматическим контролем за машинной установкой. При этом задача контроля заключается в обнаружении неполадок в технической системе путем сигнализации о предельных отклонениях наиболее характерных параметров рабочего процесса. Сигнализация должна осуществляться подачей в пост управления акустического или оптического сигнала. Неполадки оцениваются с точки зрения дальнейшей работоспособности системы (классификация неполадок), при этом подаются сигналы тревоги различной градации. При более совершенных формах автоматического контроля на элементы установки оказываются воздействия, направленные на ликвидацию неполадок.
Автоматический тест на наличие неполадок проводится с целью проверки в первую очередь состояния энергетической установки. Таким же путем можно контролировать и работоспособность устройства автоматизации. В этом случае происходит функциональный самоконтроль автоматики.
д) Ведение документации. При полной автоматизации управления с поста машинного отделения требуется автоматическое ведение документации рабочего процесса. Для этой цели должны циклически измеряться и регистрироваться наиболее важные параметры, характеризующие процесс, состояние установки, последовательность команд и т. д. Другая задача контроля заключается в вычислении таких параметров, которые не поддаются непосредственному измерению. Измеренные значения должны выдаваться человеку в упорядоченном и отпечатанном виде для дальнейшей оценки и обработки. При этом необходимо вести следующую документацию.
1. Журнал контроля машинной установки, в котором должны периодически регистрироваться наиболее важные технологические характеристики главного двигателя и вспомогательных устройств с указанием даты и времени.
2. Журнал неполадок и нарушений режимов для фиксации предельных отклонений параметров путем печати номера точки измерения, с указанием при необходимости величины и направления отклонения, а также времени появления и исчезновения отклонений.
3. Журнал маневренных операций для записи последовательности маневренных операций. В течение рейса на печать должны поступать данные о поступлении и выполнении команд. При этом регистрируются виды команд, значения основных параметров состояния судовых систем (например, частота вращения или шаг гребного винта), а также дата и время.
е) Автоматизация обнаружения и ликвидации очагов пожаров. Безвахтенное обслуживание машинного отделения может быть практически осуществлено только в том случае, если удастся создать исключительно эффективную и надежную систему обнаружения и ликвидации пожаров в машинном отделении. При этом прежде всего должны контролироваться рабочие режимы главного двигателя и топливной системы. В случае возникновения пожара должны автоматически вводиться в действие устройства пожаротушения.
Таким образом, требования, предъявляемые к автоматизации энергетической установки, весьма разнообразны. Их выполнение обеспечит эксплуатацию судна почти полностью автоматизированную.
При определении экономической эффективности автоматизации пропульсивной установки прежде всего следует учитывать следующие факторы:
— повышение эксплуатационной надежности судна в целом и его энергетической установки;
— улучшение условий труда машинного персонала (отсутствие людей в машинном отделении, безвахтенное обслуживание механизмов);
— сокращение численности экипажа;
— экономичные условия работы главных механизмов и, следовательно, повышение их долговечности;
— обнаружение неполадок и неисправностей на ранней стадии их появления, что позволяет снизить расходы на ремонт;
— экономия топлива и смазочных материалов (благоприятные режимы работы).
Для дальнейшего рассмотрения проблемы автоматизации энергетической установки судна выделим два комплекса вопросов:
1. Автоматическое дистанционное управление с учетом дополнительных технологических условий.
Характерным при этом является применение структур с обратной связью (систем управления по фактическому состоянию объекта). Необходимая функция автоматики определяется в значительной мере эксплуатационными свойствами автоматизируемой системы (например, видом машинной установки, типом двигателя). Задача человека состоит в основном в подаче команд управления или в программировании операций.
2. Автоматический контроль процессов и ведение документации.
В данном случае превалирует принцип действия по разомкнутому циклу с регистрацией, обработкой большого объема информации и выдачей данных человеку. Функция устройства автоматизации в значительной мере независима от свойств пропульсивной системы, которая оказывает на нее влияние только в отношении вида и объема информации.
Ниже будем исходить из максимально возможного на современном этапе объема автоматизации. Решения по частичной автоматизации могут приниматься путем снятия соответствующих требований или условий. Кроме того, там, где это представляется необходимым, рассматриваются специальные частично автоматизированные системы.