Файл: Судовые системы автоматического контроля (системный подход к проектированию)..pdf

Суммарная матрица получилась следующей:

Согласованность мнений экспертов определялась при ранжирова­ нии по каждому показателю и оказалась достаточно высокой (W = = 0,64-ь0,73) при уровне значимости коэффициентов конкордации

менее 5%. Умножая рг на суммарный ранг соответствующего по­ казателя, вычисляем следующие значения суммарных взвешенных рангов для рассматриваемых вариантов:

Таким образом, лучшим в данном случае признан вариант по­

строения САК на базе управляющей вычислительной машины типа

УМ1-НХ, имеющий меньший суммарный взвешенный ранг. Следует

отметить, что, как показал анализ экспертных оценок, решающую

роль сыграла недостаточная освоенность промышленностью агре­ гативных средств, а также отсутствие опыта их использования в про­

ектной практике и эксплуатации.

ГЛАВА

РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ СУДОВЫХ САК

Всякая сложная система состоит из совокупности функциональ­

ных и конструктивных узлов (приборов, устройств, модулей). Каждый

функциональный узел, в свою очередь, обладает рядом свойств,

характеризующих его поведение. На любую последовательность входных сигналов он реагирует путем выдачи некоторой последова­ тельности выходных сигналов. Совокупность таких функциональных

91

узлов с помощью устойчивых связей объединяется в систему, в дан­ ном случае САК.

Множество функциональных узлов вместе с описанием их пове­ денческих свойств и функцией устойчивых связей между ними об­ разуют структуру САК.

Принципы агрегатирования средств контроля требуют, чтобы

номенклатура узлов по соображениям технологического характера

была ограничена. Поэтому задачей разработчика является выбор

структуры с минимальным числом узлов каждого типа и связей между

ними. Очевидно, что при этом необходимо учитывать и ограничения,

которые накладывают объекты контроля на возможные типы струк­

тур САК. В то же время, выбранная структура должна позволять выполнение заданных функций судовой САК-

Таким образом, при выборе структуры САК в первую очередь

учитывают данные о контролируемой системе (объектах контроля),

данные о функциях, которые должна выполнять САК, и уровне авто­

матизации объектов контроля. На различных этапах разработки

структура уточняется и детализируется. В зависимости от степени

детализации различают: макроструктуру, структуру и микрострук­ туру. В первом случае описывают не только функции системы, но

и конструктивные особенности различных устройств, расположенных

в отсеках судна. Во втором рассматривается только структура этих

устройств и в третьем структура приборов, в которую входят функ­

циональные узлы из технологического набора агрегатированных

средств (так называемые малые функциональные узлы).

§ 3.1

ВЫБОР МАКРОСТРУКТУРЫ СУДОВЫХ САК

Под макроструктурой будем понимать совокупность приборов и устройств САК, распределенных по отсекам судна, со связями, су­ ществующими между ними.

При определении макроструктуры САК исходят из сведений о структуре контролируемой системы (объектах контроля), которая задается следующими параметрами:

—числом основных объектов контроля и адресами их располо­ жения;

—числом постов сбора и обработки измерительной информации

(ПСИ) и адресами их расположения;

—связями между объектами контроля внутри контролируемой системы (энергетическими и информационными);

—связями между контролируемой системой и ПСИ.

Эти сведения обычно поступают разработчику в таблично-гра­

фической форме —• в виде чертежей расположения объектов контроля

в отсеках судна и схем связей между объектами контроля в системе.

Они необходимы для того, чтобы распределение приборов и уст­

ройств САК соответствовало распределению объектов контроля,

а связи между приборами и устройствами отвечали связям (энерге­ тическим и информационным) между объектами контроля.

92

Действительно, если между паропроизводительной установкой

ППУ и главным турбозубчатым агрегатом (ГТЗА) существуют энергетические связи (тепло- и массоперенос), то и информация об их

работоспособности должна попадать в один и тот же ПСИ. Совмест­

ная обработка таких сведений о ППУ и ГТЗА позволит более опе­ ративно провести анализ их работоспособности.

На рис. 3.1 представлена схема расположения оборудования

судна, выбранного нами в качестве примера, а на рис. 3.2 — схема

связей по ТЗ. Здесь двойными линиями показаны энергетические связи между объектами контроля внутри контролируемой системы, одинарными — информационные связи, отражающие как поток ин­

формации, поступающей в ПСИ, так и управление между контроли­

руемой системой и основными ПСИ, заданными в ТЗ. Отсеки на ри­ сунках обозначены римскими цифрами, объекты контроля араб­ скими. На рис. 3.1 выбрана координатная сетка х,у, г и представлена в таблице, в которой указаны адреса основного оборудования на

этой сетке и его основные габариты. Трудности в разработке САК

вызваны разнообразием судов и уровнем их автоматизации. Много-

режимность функционирования контролируемой системы наклады­ вает определенные требования на выбор агрегативных средств кон­ троля. При разработке структуры САК необходимо учитывать также

S3

жесткие требования к живучести всех судовых систем, как след­ ствие автономности судна.

Специфика судовых САК наиболее полно отражается в системе ограничений, накладываемых на выбор макроструктуры САК струк­ турой судовых контролируемых систем. Они определяются делением судна на отсеки и расположением оборудования, относящегося

к одной судовой системе, в разных отсеках. Еще одно ограничение

связано с конструктивными особенностями судов. Так, обычно ка­

бели, относящиеся к системе контроля, идут в одном пучке с энергети­

ческими кабелями по определенным маршрутам через переборки,

таким образом, на длину связей всегда накладываются ограничения.

Уровень помех при этом довольно высок. Наконец последнее огра­ ничение состоит в следующем: первичные коммуникации от датчи­ ков параметров до приборов и устройств САК обычно не могут пре­ вышать некоторой, вполне определенной длины. Это связано чаще всего с использованием в датчиках низких уровней сигнала.

Перечисленные ограничения приводят к выводу о том, что прин­

цип единого центра сбора и обработки информации, характерный для промышленных САК, не может быть применен в судовых САК.

Рассредоточение узлов системы, размещение в каждом отсеке такого состава аппаратуры, который бы мог выполнять законченные функ­

ции, составляют специфику судовых САК-

Можно сказать, что структура контролируемой системы требует,

чтобы структура САК была в некотором смысле подобна ей, а вход­ ные узлы САК располагались достаточно близко к объектам кон­

94

троля. Перечисленные условия ограничения не устраняют много­ значность решений, а только ограничивают область возможных решений.

Для возможности выбора макроструктурных решений необхо­ димо найти некоторую оценочную функцию полезности, определен­ ную на области возможных решений для последующего поиска

оптимума этой функции, а следовательно, и оптимального решения.

Условие подобия структур контролируемой системы САК позво­

ляет выбрать определенное множество структур САК (применительно

к рассматриваемому судну см. рис. 3.1 и 3.2), некоторые примеры

Рис. 3.3.

которых показаны на рис. 3.3—3.5. Для выбора оценочной функции воспользуемся прежде всего последним ограничением. Физически это ограничение заключается в том, что для любого датчика i задается критическая длина первичных связей датчика с системой lt. Так, для некоторых видов датчиков 1{ < 20 м. Определим максимальную длину связей объектом контроля с номером и ПСИ, в который должна поступать информация от этого объекта. По приблизительной оценке

длина будет (рис. 3.6)

Здесь xjt уj , Zj— координаты расположения /-го объекта (начало

координатной сетки находится в ПСИ).

Геометрически сумма ху -f- г/у- + zyотражает тот факт, что любой кабель на судне не может не идти по переборкам. Наконец,

есть характеристический размер /-го объекта контроля. Его введение

в (3.1.1) говорит о том, что некоторые датчики могут находиться

в той части объекта, которая максимально удалена от ПСИ. Это оценка Rj сверху, она может уточняться в процессе разработки судна

и САК, но для выбора макроструктуры ее вполне достаточно.

95

Указанное ограничение заставляет решать вопрос о том, нужно ли вводить промежуточные узлы сбора и обработки информации. Однако вопрос о том, какие функции контроля дополнительно могут выпол­

няться в промежуточных постах, на данной стадии не решается.

Принять решение в таком случае довольно просто, оно может быть

основано на принципе максимина.

96