S V E U Č I L I Š T E U Z A D R UO D J E L Z A P R O M E T I P O M O R S T V O

S V E U Č I L I Š N I P R E D D I L P O M S K I S T U D I J B R O D O S T R O J A R S T V A I T E H N O L O G I J E P O M O R S K O G

P R O M E T A

O D R Ž A V A N J E B R O D A

S e m i n a r s k i r a d

A u t o m a t i z a c i j a i k o n t r o l a n a b r o d u

I v a n Š i k i ćA n t e D u š e v i ćA n t e B o t i c a

Z a d a r , 2 0 1 2 .

Sadržaj:

SAŽETAK...........................................................................................................................3

SUMMARY.........................................................................................................................4

UVOD..................................................................................................................................5

1. DEFINICIJA I RAZLOZI AUTOMATSKOG UPRAVLJANJA.........................6

2. ELEMENTI AUTOMATSKOG UPRAVLJAČKOG SUSTAVA.........................8

3. NAČIN RADA KONTROLNIH SUSTAVA..........................................................10

4. MIKROPROCESORSKI SUSTAVI......................................................................13

5. MAGNETSKI MEDIJI............................................................................................17

6. ULAZNO- IZLAZNI KRUGOVI...........................................................................18

6.1. NAPAJANJA.....................................................................................................18

7. PROGRAMABILNI LOGIČKI KONTROLERI.................................................19

8. DISTRIBUIRANI SUSTAVI...................................................................................21

9. SAMONADZIRANA RJEŠENJA..........................................................................22

9.1. ELEKTRONIČKI ZASLONI.............................................................................22

10. LOGIKA KONTROLNIH SUSTAVA...................................................................23

11. SUSTAVI ZA NADGLEDANJE I KONTROLU..................................................24

12. ALARMNI SUSTAVI..............................................................................................25

13. SIGURNOSNI SUSTAVI........................................................................................27

13.1. AUTOMATSKO POKRETANJE SUSATVA..................................................2713.2. REDUKCIJA SNAGE........................................................................................2713.3. GAŠENJE STROJEVA......................................................................................28

14. SUSTAV DETEKCIJE RAZINE KALJUŽE........................................................29

14.1. SISTEMI PROTUPOŽARNIH ALARMA........................................................3014.2. ISKLJUČIVANJE U SLUČAJU KVARA........................................................30

15. BAŽDARENJE.........................................................................................................31

16. PRAVILA I REGULATIVE...................................................................................32

17. ZAKLJUČAK.............................................................................................................33

1

Pregled slika:

SLIKA 1: SUSTAVI AUTOMATSKOG UPRAVLJANJA NA BRODU..........................................6

SLIKA 2: ''OPEN- LOOP CONTROL SYSTEM'', NENADZIRANI UPRAVLJAČKI SUSTAV-

SUSTAV BALASTNIH VODA...........................................................................................9

SLIKA 3: ''CLOSED- LOOP CONTROL SYSTEM'', NADZIRANI KONTROLNI SUSTAV-

SUSTAV PODMAZIVANJA GLAVNOG MOTORA I KONTROLA TEMPERATURA.............9

SLIKA 4: TRANSDUKTOR ILI PRETVARAČ- ELEMENT ZA PRETVARANJE VRSTA

IZLAZNO/ULAZNIH SIGNALA......................................................................................12

SLIKA 5: OSNOVNI DJELOVI I IZGLED DIGITALNOG SUSTAVA........................................13

SLIKA 6: SREDIŠNJA UPRAVLJAČKA JEDINICA- PROCESOR............................................14

SLIKA 7: CPU, SMJEŠTAJ RAM, ROM, REGISTAR I CHACHE MEMORIJE.....................15

SLIKA 8: MAGNETSKI MEDIJ NA RAČUNALU, TVRDI DISK..............................................17

SLIKA 9: ALARMI NISKOG TLAKA ULJA ZA PODMAZIVANJE- LJESTVIČNI DIJAGRAM. .20

SLIKA 10: DISTRIBUIRANI SUSTAV...................................................................................21

SLIKA 11: ''I'' I ''ILI'' VRATA U STRUJNOM KRUGU.........................................................23

SLIKA 12: PRIJMER ALARMNE PLOČNE NA BRODU.........................................................26

SLIKA 13: ALARMNI SUSTAVI ZA NAVIGACIJU................................................................26

SLIKA 14: UREĐAJ ZA DETEKCIJU RAZINE KALJUŽE......................................................29

SLIKA 15: PRIMJER UREĐAJA ZA BAŽDARENJE...............................................................31

Slika 16: AUT 1 - najnapredniji stupanj automatizacije na brodu.............................33

2

SAŽETAK

Na brodu je automatizacija zadnjeg desetljeća počela biti vrlo široko upotrebljavana.

Ugrađuju su brojni kontrolni sustavi koji omogućavaju smanjenje broja posade i

smanjenje troškova broda, ali zahtijevaju visokoškolovani kadar, informatički obrazovan,

koji će biti sposoban nadzirati konrolne sustave. Većina današnjih brodova je

osposobljena je za UMS (anatended machinery space- prostor nenadzirane strojarnice).

Kontrolni sustavi ugrađeni su u sve brodske sustave: rad glavnog motora, proizvodnja i

nadzor električne energije, ukrcaj i iskrcaj tereta, navigacija, upravljanje i svi alarmni

sustavi. Tri su stuonja nadziranja i upravljanja kontrolnim sustavima:

1) Lokalna/mjesna ručna kontrola (upravljanje neposredno na uređaj)

2) Daljinska ručna kontrola (ručna kontrola na daljinu preko nekog medija)

3) Automatska kontrola (bez prisutnosti čovjeka)

Glavni elementi kontrolnog sustava su: mjerni uređaji smješteni na stroju ili procesu

kojeg kontroliramo (oni reguliraju promjenu stanja sustava), kontrolni uređaj koji očitava

rezultate i određuje razliku između stvarnog i željenog stanja i pokretač koji aktivira

ispravljačku radnju koja je potrebna.

Danas se na brodove uvode mikroprocesorski sustavi koji zamjenjuju analogne kontrolne

jedinice. Mikroprocesori koriste binarni jezik, a sastoje se od: izvršnog programa

(softver), središnje procesne jedinice (CPU), opskrbe strujom (napajanja), memorije

(RAM, ROM) i ulazno- izlaznih kružnih sustava (preko njih dolaze podaci od operatera ili

procesa).

Da bi automatska kontrola bila potpuna uvode se sustavi nadzora kako bi se potpuno

zamijenio ljudski operater. Ti su sustavi visoko sofisticirani, a sadržavaju: nadzor pomoću

senzora, usporedbu očitanja sa pohranjenim krajnjim točkama, dobivanja podataka i

spremanje u memoriju, bilježenje podataka nadzornih procesa, procjena rada stroja i

automatsko namještanje optimalnih uvjeta za rad te nadzor stanja postrojenja.

3

SUMMARY

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:

1) Local / local manual control (control directly on the device)

2) Remote manual control (manual control at a distance through a medium)

3) Automatic control (without the presence of man)

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.

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 ).

In order to completely replace the human operator ships are equiped with automation

systems. These systems are highly sophisticated, and include: monitoring sensora who’s

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.

4

UVOD

Automatizacija je korištenje kontrolnih sustava i informatičke tehnologije sa svrhom

smanjenja ljudskog posla i općenito 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 korištenje uređaja kao što su senzori, pojačala, pretvarači ili osjetnici koji su

međusobno povezani, te komuniciraju da bi utjecali i održavali zadane parametre procesa

ili stroja. Kada je čovjek uključen u proces sustav se naziva ručno 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)

Ključne riječi: automatizacija, kontrolni sustavi, mikroprocesor.

Ključne riječi: automatizacija, kontrolni sustavi, mikroprocesor

Key words: automation, control systems, microprocessors

5

1. DEFINICIJA I RAZLOZI AUTOMATSKOG UPRAVLJANJA

Sustav upravljanja je uporaba elemenata i uređaja poput senzora, pojačala,

pretvarača, alternatora i sl.s ciljem održavanja kontroliranog procesa ili troja

na željenoj razini. Automatski susatv upravljanja ne zahtjeva ljudskog

operatera. Ako je čovjek prisutan za nadziranje sustava govorimo o ručnom

upravljanom sustavu. Ako se upravljačkim procesom nadzire rad drugog

procesa govorimo o kontrolnom susatvu procesa.

Razlozi korištenja automatskih upravljačkih susatva su mnogi, ali su

uglavnom vezani za ekonomski i ljudski čimbenik. O ekonomskom

čimbeniku govorimo najprije zbog troškova plaća, 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 veća, sredinom prošlog stoljeća kretala se na oko 45-50 članova

posade. Bitan razlog automatizacije je i ''ljudski faktor'' odnosno ljudska

pogrešivost koja dovodi do kvarova sustava. Teži se da iako je broj posade

smanjen za više od pola u zadnjih pedesetak godina posada prisutna na

brodu danas bude visoko kvalificirana i informatički sposobna kako bi

mogla nadzirati i upravljati svim strojevima na brodu. Veliki napredak na

polju elektronike (mikroprocesori) također je doprinio automatizaciji broda.

Slika 1: Sustavi automatskog upravljanja na brodu

6

Brod ima mnoštvo elemenata koje je potrebno kontrolirati: temperatire,

tlakovi, općenito nivoi, viskozitet, protočnost, 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

obilaženjem po strojarnici. Danas se zbog sporosti i moguće nepouzdanosti

dobivanja podataka teži da se sav čovjekov posredni rad zamjeni, stoga se

uvode automatizirani uprevljački sustavi sa jedinstvenim uprevljačkim 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.

Svaki kontrolni sustav ima sljedeće stupnjeve nadzora i upravljanja:

1.) Local remote control- lokalna ručna kontrola (upravljanje direktno sa

samom stroju)

2.) Remote manual control- daljinska ručna kontrola (ručno upravljanje

sa udaljenog mjesta pomoću nekog medija)

3.) Automatic control- automatomatska kontrola (kontrola bez

prisutnosti ljudskog operatera).

Upravljati se može pna različite načine prolagođene uvjetima

klasifikacijskih društava. Najčešći načini na brodu su:

1.) Mehaničkim uređajima- osovinama, zupčanicima, žicama...

2.) Hidrauličkim uređajima- korištenjem hidrauličkih ulja

3.) Pneumatskim uređajima- korištenjem nisko komprimiranog zraka

4.) Električnim uređajima- motorima, relejima...

5.) Elektronskim putem- pomoću kompjutera, mikroprocesora...

Najčešća varijanta upravnjanja je kombinacijom dva ili više navedenih

načina. Pri mješanju vrsta uređaja koriste se transduktori za pretvaranje

signala koji odašilje jedan medij u signal koji drugi medij može primiti.

7

2. ELEMENTI AUTOMATSKOG UPRAVLJAČKOG SUSTAVA

Svaki kintrolno- upravljački sustav sastoji se od tri najbitnija elemneta:

1.) Mjerni uređaj koji očitava vrijednosti parametara promatranog

procesa ili stroja. Ako se mjeri više od jednog različitog tipa signala,

mjerni uređaj mora biti opremljen transduktorom koji je opremljen

sa nekom od komponenti:

a.) Osjetni elemnet koji varira sa promjenom mjerenog

parametra

b.) Pretvorni uređaj koji stvara izlazni signal u obliku u kojem ga

sustav može koristiti (uz pretvarač se postavlja i pojačivač

signala kako bi se izbjegli gubitci pri prijenosu na daljinu)

c.) Zaštitni uređaji koji štite izlazni signal od mijenjanja pri

utjecaju vanjskih čimbenika

2.) Kontrolni uređaj koji procjenjuje greške, razliku u mjerenju između

stvarne vrijednosti i željene vrijednosti kontroliranog parametra i

odlučuje treba li uključiti pokretač.

3.) Pokretački uređaj koji pokreće odgovarajuću ispravljačku radnju

ukoliko je ona potrebna.

Kontrolni sustavi se najčešće 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.

8

Slika 2: ''Open- Loop control system'', nenadzirani upravljački sustav- sustav balastnih voda

Slika 3: ''Closed- loop control system'', nadzirani kontrolni sustav- sustav podmazivanja glavnog motora i kontrola temperatura

9

3. NAČIN RADA KONTROLNIH SUSTAVA

Regulator je najvažniji element svakog kontrolnog sustava. On je usporedni

element koji stvara izlazni signal koji predstavlja razliku u vrijednosti

između mjerenih parametara i glavnog signala. Ta razlika nazvana je

devijacija ili odstupanje (eng. deviation). Dijelovi regulatora ne moraju

nužno biti hardverski već mogu biti kombinacija različitih elemenata

spojenih u amplifikatorski krug.

Kod rada regulatora kao glavni signal može se koristiti napon ili

temperatura. Ako za primjer uzmemo analogni regulator koji glavni signal

očitava 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 će u ovom slučaju pretvoriti

temperaturu u napon.

Drugi tip je kaskadni regulacijski sustav koji ne treba pretvarač nego koristi

dva regulatora, svaki za pojedinu vrijednost. Pri prolazu između njih

vrijednost signala mora biti jednaka na obje skale, napona i temperature.

Kontrolna djelovanja (eng. Control action) predstavlja vezu između ulaznog

i izlaznog signala. Vrsta kontrolne radnje ovisi o vrsti izlazvog signala

parametra i ulaznog signala na regulatoru.

Vrste radnji:

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' načina.

2) Stalne, neprekidne radnje (eng. continuous actions) kod kojih je

izlazni signal regulatora neprekidna funkcija ulaznog signala.

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.

4) Derivacijska radnja (eng. derivative action) je izlazni signal

proporcionalan promjeni ulaznog signala.

10

Vrlo česte su i kombinirane vrste regulatora:

1) Dvodijelni regulator (eng. two-term controller) je onaj koji je

postignut miješanjem proporcionalne radnje sa integralnom ili

derivacijskom radnjom.

2) Trodijelni regulator (eng. tree-term controler) koji kombinira sve tri

radnje: proporcionalnu, integralnu i derivacijsku.

Ovisnost kontrolnog sustava o brzini promjene parametra, odnosno brzini

reakcije, je jedan od najvažnijih 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 opterećenja

sustava ili promjenu vrijednosti krajnje točke. Brzina reakcije će dosta varirati

zbog toplinske ili mehaničke inercije materijala od kojeg su vodiči izrađeni.

Drugi test provjerava radnje ili mjerenje pri odgovoru sustava na cikličkom

sinusnom ulazu na kojem se često preklapaju promatrani i glavni signal.

Amplituda ulaznog signala se održava konstantnom dok frekvencija varira po

dometu koji je prikladan za određeni sustav. Visok frekvencija odgovara lakšim

mehaničkim pozicijama, a niža frekvencija se koristi za procese upravljačkih

sustava.

Kada je kontrolni sustav podešen pravilno i u skladu sa uputama proizvođača te

je neko vrijeme radio zadovoljavajuće, svako pogoršanje njegovih performanski

treba biti pomno ispitano prije kretanja u popravke. Većina grešaka događa se u

regulatoru.

Mogući uzroci i rezultati grešaka su:

1) Promatrani parametar se kreće od krajnosti do krajnosti. Ta pogreška

može biti posljedica gubitka povratnog signala zbog problema sa

pretvaračem.

2) Promatrani parametar ostaje na nuli. Ovo je najčešće rezultat greške

izlaznog elementa, odnosno prestanka opskrbe strujom nekog od

ventila ili aktuatora.

3) Promatrani parametar naglo mijenja vrijednost što u hidrauličkim

sustavima može biti posljedica zraka u ulju, koji uzrokuje

11

elastičnost. Isto tako može se dogoditi da mjerni instrument izgubi

čvrstoću i počne se ljuljati.

Sve vanjske komponente trebaju biti dobro provjerene prije nego li se krene u

provjeravanje i namještanje samih postavki upravljačkih sustava.

Slika 4: Transduktor ili pretvarač- element za pretvaranje vrsta izlazno/ulaznih signala

12

4. MIKROPROCESORSKI SUSTAVI

S napretkom tehnologije, posebno na polju elektronike, danas gotovo uvijek

dolazi do zamjenjivanja analognih upravljačkih jedinica (releji, ventili...) sa

digitalnim upravljačkim jedinicama. Iako su i sami mikroprocesori bazirani na

radu upaljeno/izgašeno, kao i analogne jedinice, mnogo su manji i napredniji te

pogodniji za rad. Pri prikazivanju vrijednosti krajnje točke (eng. set-point) i pri

kontroliranju i regulaciji varijabli, digitalni sustav koristi brojeve u binarnoj

formi (sve je sastavljeno kombinacijom 0 i 1). Najmanji oblici se kasnije

sastavljaju u biteve,a oni u osam-bitne brojeve pomoću kojih se može prikazati

bilo koji broj do 255. decimalnog mjesta.

Sustav mikroprocesora sastoji se kako je prikazano na slici 5, a glavni dijelovi

su: izvršni program (softverski dio), središnja kontrolna jedinica (CPU),

mamorija, napajanje strujom i uzlazno/izlazni portovi kao dijelovi hardvera.

Slika 5: Osnovni djelovi i izgled digitalnog sustava

13

Središnja upravljačka jedinica ili CPU (eng. central processing unit) je središnji dio

svakog računala. Zajedno sa sabirnicama (eng. bus) stoji iza svake radnje koju računali

obavlja. CPU je navođen od integrirenih programskih naredbi. Procesor je sastvaljen od

dva dijela: ALU- aritmetičko logička jedinica i CU- upravljačka jedinica. Sačinjen je od

tranzistora u COMS izvedbi. Brzina rednog takta, odnosno frekvencija rada, mjeri se

danas već u gigaherzima, GHz (najčešće oko 3,8 GHz). Arhitektura procesora određena je

količinom i vrstom memorije ugrađene na sam procesor, odnosno predmemorije (eng.

chache). Predmemorija se dijeli na L1 L2 chache memoriju, a kreće se od 256- 515KB

(što je momorija veća proceor je brži i obavlja više radnji istovremeno). Sabirnice za

podatke kreću se od 8 do 64 bita, a što su šire sabirnice i što ih je više to brže računalo

otvara i pohranjuje programe i izvodi tražene radnje. Preko sabirnica kreću se podatci,

adrese ili upravljački kodovi. Procesor radi i razumije samo binarni jezik koji ga navodi

kako da izvršava naredbe. Najpoznatiji proizvođači procesora danas su: AMD i INTEL.

Slika 6: Središnja upravljačka jedinica- procesor

14

Podatci koje unosimo na računalo spremaju se u memoriju. Razlikujemo dvije osnovne

vrste memorije: primarna i sekundarna memorija. U primarnu memoriju pohranjeni su

mali podatci ključni za funkcioniranje računala i njih koristi procesor. Veće dokumente,

programe i informacije pohranjuju se u sekundarnu memoriju i oni nam koriste na dulji

period. Budući procesor razumije samo binarni jezik svi se podatci pohranjuju u binarnom

zapisu. Osnovna jedinca memorije naziva se bit (b), a osam bitni niz naziva se byte (B).

Ostale jedinice za veličinu memorije su Kilobyte (KB), Megabyte (MB), Gigabyte (GB)...

Četiri su glavna tipa memorije: registri, randoma access memory (RAM), chache

memorija i read-only memory (ROM).

Slika 7: CPU, smještaj RAM, ROM, registar i chache memorije

15

Random access memory ili RAM kapacitet joj se mjeri na današnjima računalima u KB,

najčešće 512 KB. Vrijeme pristupa je bitan čimbenik koji karakterizira RAM, a može se

objasniti kao vrijeme potrebno da se adresa memorijske lokacije na adresnoj sabirnici

pojavi na pinovima memorijskog modula. Što je to vrijeme manje računalo je brže a

memorija je skuplja za nabavu. RAM je memorija koja traje samo dok je računalo

uključeno, odnosno nakon gašenja rečunala se gubi ako nije spremljena na neki od tvrdih

diskova ili neki medij. U RAM se smješta dio operacijskog sustava pri pokretanju

računala, instrukcije izvođenja pokrenutih programa, rezultati i međurezultati obrade,

instrukcije ulaznih jedinca...

Read only memory ili ROM je memorija samo za čitanje. Ona predstavlja najmanju

memoriju koja je u računalo upisana pri proizvodnji u tvornici pa se ne može mijenjati ili

brisati. Ona se nalazi na matičnoj ploči i ima svoje napajanje tako da nije ovisna o

vanjskom napajanju računala. Prva se aktivira pri pokretanju računala. Budući je trajna i

nezavisna na njoj su spremljeni podatci vitalni za rad računala. Nedostatak joj je što je

malog kapacitata, svega 128 KB. Postoje i neke ROM memorije koje se mogu

izmjenjivati ali te su vrlo napredne i time se bave isključivo visokoškolovani kardovi, a

sam postupak izmjene ROM-a naziva se 'flashanje'.

16

5. MAGNETSKI MEDIJI

Za trajnu pohranu velikih količina podataka,koristimo magnetske medije.To mogu biti

kazete,diskete ili drugi oblici medija sa magnetskom memorijom.Mogu se koristiti i mali

tvrdi diskovi,ali moraju biti ekološki testirani.Za morske uvjete povećanu vlažnost,slanost

i vibracije magnetski mediji su logičan izbor i zbog svoje cijene.U brodskim kontrolnim i

alarmnim uređajima nećemo koristiti ove medije kao 'on line' memoriju.Njihova glavna

zadaća je čuvanje kopija sistemskog programa i prihvaćanje informacija za logiranje od

drugih računala.

Slika 8: Magnetski medij na računalu, tvrdi disk

17

6. ULAZNO- IZLAZNI KRUGOVI

Ulazne podatke čita mikroprocesor Podaci koji se unose se obrađuju velikom

brzinom,pohranjuju u memoriju I šalju drugim korisnicima ako je to potrebno .Za unos

podataka koriste se mehanički uređaji kao što su miš I tipkovnica te se njihov analogni

unos pretvara u digitalni.Krugovi sučelja su prilagodljivi I mogu se koristiti kao ulauni Ili

izlazni uređaji.Pohranjivanje podataka kontrolira DOS (disk operating system).Za

kontrolu strojeva koriste se drugi dodatni krugovi.Oni kontroliraju uređaje kao što su

elektromagnetni ventile I dobivaju signal iz prekidača koji su spojeni na programibilna

periferna sučelja kao što su (PPI) ili adapter perifernog uređaja(PIA).za izolaciju I zaštitu

ovih krugova od visokih napona na strojevima koriste se opto-izolatori.Oni se sastoje od

LED-dioda I foto tranzistora spojenih u cjelinu.Kada su ulazne informacije u analognom

obliku (npr,tlak ili temperature) signal se pretvara iz anlognog u digitalni pomoću

PPI/PIA krugova.Ovi pretvarači se koriste za brojne ulazne I izlazne podatke na raznim

strojevima.

6.1. NAPAJANJA

Kvaliteta jedinice napajanja za sustav mikroprocesoratreba biti bolje nego će biti

potrebna za sustav elektro-magnetskih releja.Izlazni napon 5,0 V ne smije oscilirati više

od ± 10%bez obzira na ulazni napon i frekvenciju.Za to se koriste posebne stabilizacije

napajanja na brodskim sustavima. Daljnji problem s napajanjem, a osobito

na brodu, zbog osjetljivosti mikro krugova na elektromagnetske smetnje (EMI). To je

zbog činjenice da se energija sadržaja signala

unutar mikro sustava može usporediti s onom smetnje. Stoga je bitno za napajanje

da spriječi prijenos bilo kakve elektromagnetske smetnje. Cjelokupni sustav mora biti

zaštićen od EMI zračenja.Svi programabilni elektronički sustavi za pomorske

automatizacijske ikontrolne uređaje moraju se testirati da se osigura da nisu podložni EMI

smetnjama.

18

7. PROGRAMABILNI LOGIČKI KONTROLERI

Na brodu se koriste mnogobrojni uređaji za kontrolu digitalnih uređaja.Najvažniji su oni

ugrađeni u mikroprocesore koji omogućuju kontrolu nad ostalim uređajima.Sljedeći je

operativni ustav koji ulazne podatke pretvara u strojni kod.Uz njih tu su još brojne

aplikacije koje su prilagođene ljudima koji nisu specijalisti za upotrebu računalnih

sustava.Programabilni logički kontroler (PLC) je mikro-računalo sa programom koji

upravlja mašinerijom ili kontrolnim procesima.Ovaj sustav se nadgleda uz pomoć vanjske

jedinice kao što je osobno računalo spojeno na njega. PLC je opremljen ‘firmware’-om,-

to je skup programskih rutina koje se upisuju u posebnu memoriju samih uređaja, a

omogućuje samostalan rad istih neovisno od operativnog sustava. Logičke i sekvencijalne

operacije se obično prikazuju kao

ljestvični dijagram (slika 12) na zaslonu monitoraprogramirane jedinice. Podaci o svakoj

nadogradnji softvera se čuvaju zbog mogućih kvarova..

Sustav je u mogućnosti pohraniti podatake koje je prouzročila

prolazna greška. Proizvođač ugrađuje odgodu alarma (10 sekundi) kako bi se spriječile

lažne uzbune. Budući da je glavno podmazivanje pogonjeno motorom,

tlačna sklopka je napravljena tako da nema učinka dok motor ne postigne minimalnu

brzinu rada.

Sustav ima dvije druge značajke po kojima se ravna:

1.) kontakti tlačne sklopka spojeni su na alarm,tako da se alarm oglasi u slučaju

prekida žice

2.) kada je alarm ulja prihvaćen gašenjem zvučnog alarma,pojava bilo kojeg

drugog alarma će ponovno pokrenuti zvučni alarm

19

8. DISTRIBUIRANI SUSTAVI

Postoji nekoliko prednosti koje se mogu postići dijeljenjem velike kontrole ili alarmnog

sustava u manje jedinice te njihovim smještanjem.blizu opreme kojoj pripadaju. Takav

raspored je poznat kao distribuirani sustava jer svaka jedinica sadrži mikroprocesor i tako

"inteligencija" sustava nije centraliziranana jednom mjestu.Tipičan raspored je shematski

prikazan na slici 15. Najočitija ušteda je od kupnje i ugradnje kabela jer svi senzori i

20

Slika 9: Alarmi niskog tlaka ulja za podmazivanje- ljestvični dijagram

pogoni samo moraju biti spojeni na njihovu lokalnu jedinicu. Zbog velike brzine

radamikrosustava svi podaci iz senzora mogu se prenositi na ostatak sustava putem

mreže. Postupak je poznat kao multipleksiranje. U slučaju oštećenja kabela između

kontrolne stanice i strojeva, vrijeme popravka će biti minimalno te brod neće biti na

gubitku zbog stajanja..Nadgledanje postrojenja I dalje se može vršiti iz jedne centralne

sobe.Za prijenos podataka se koriste optički kabeli jer su otporni na elektromagnetske

smetnje.Distribuirani system ima mikroprocesore u svakoj jedinici I može obraditit puno

vise informacija od centraliziranog sustava sa samo jednim mikroprocesorom.

Slika 10: Distribuirani sustav

21

9. SAMONADZIRANA RJEŠENJA

PLC sustavi trebaju drugačija rješenaj za samonadziranje od onih koji se primjenjuju za

uobičajene kontrolne I alarmne sustave. Potrebno je ne samo provjeriti kontinuitet

vanjskog kruga, ali i ispravan rad samog mikroprocesora.Ovo je obično rješeno

potojanjem nezavisnog kruga zvanog’pas čuvar’. U svom najjednostavnijem obliku

sastoji se od resetabilnog tajmera sa vremenskim otklonom, koji daje alarm, osim ako

resetiran vise puta uzastopno signalom iz mikroprocesorskog sustava.U slučaju

hardverske ili softverske greške,oglasit će se alarm.Ekonomski razlozi za I protiv

korištenja ovakvih sustava su jako složeni.Cijena računalnog hardvera je niska u

usporedbi sa softverskim programima koji su skupi za održavanje I ispravljanje grešaka.u

slučaj uda dođe do otkaza opreme,Dupliciranjem opreme se rješava problem otkaza

dijelova bitnih za funkcioniranje broda.U slučaju otkaza svih računalno upravljanih

sustava uvijek mora postojati rezervni ,ručni sustav kontrole.Najvažnije je da su

sigurnosni sustavi isključivanja odvojeni od kontrolnih sustava ida nemju zajedničke

komponenete,tak oda ne mogu otkazati istovremeno.

9.1. ELEKTRONIčKI ZASLONI

Mikroprocesori su uveli revoluciju u formatu koji mse prikazuju podaci.Danas se koriste

jednostavni uređaji kao što su LED(light emitting dioda) i složeni LCD(liquid crystal

display) monitori koji se obično rabe za prikaz alfa-numeričkog teksta i grafičkih

podataka.Ovi uređaji su široko rasprostranjeni u kontrolnim centrima na za

kontrolu,nadzor i upravljanje na brodu.

22

10. LOGIKA KONTROLNIH SUSTAVA

Matematika logike kontrolnih sustava je poznata i kao 'Boolean'-ova algebra.Važno je

razumijevanje logike ovih sustava,posebno 'logike vrata'.Vrata su elementi u kontrolnom

krugu koaj služe za odlučivanje odnosno određuju smjer signala s obzirom na određene

uvjete.Upotreba vrat je obično vezana sa elektronički sustavima ali se teorija može

primjeniti na hidrauličke i pneumatske sustave.Vrata se pojavljuju i u softveru računalnih

programa ali obično su poznati kao logički operatori.Slika 16 prikazuje uobičajene

operatore za elektroničke i pneumatske sustave.

Slika 11: ''i'' i ''ili'' vrata u strujnom krugu

23

11. SUSTAVI ZA NADGLEDANJE I KONTROLU

Automatski sustavi za nadgledanje koriste se umjesto ljudskih operatera.Variraju u

veličini I složenosti;od jednostavnih ‘make-break’ prekidača pod tlakom do složenih

sekvencijalnih sistema za skeniranje.Složen isistemi imaju sljedeće karakteristike:

1.) Sekvencijalno praćenje senzora I usporedba očitanja sa pohranjenim podacima

ograničnim alarmnim vrijednostima.Moderni sustavi mogu imati preko 6000 kontrolnih

točaka na brodu.

2.) Prikupljanje i skladištenje traka ili diskovi na računalu za kasnije

pregledavanje. Neki brodovi će automatski poslati ove podatke preko satelita do sjedišta

tvrtke za statističku analizu.

3.) Procjena uvjeta rada strojeva,i automatsko podešavanje kako bi seosigurali

optimalni radni uvjeti u svim uvjetima.

4.) Bilježenje podataka praćenih procesa I analiza u svrhu poboljšanja sustava.

5.) Nadzor stanja strojeva.Strojevi moraju biti opremljeni senzorima da se može

nadgledati process sagorijevanja I generalno stanje strojeva da bi se postiglo optimalno

iskorištavanje i održavanje.

U slijedećim poglavljima nabrojani su susatvi koji spadaju pod sustave za nadgledanje i

kontrolu.

24

12. ALARMNI SUSTAVI

Alarmni sustavi su povezani s kontrolnim i sigurnosnim sustavima i obično su sastavni

dio sustava za nadzor I kontrolu. Dizajn mora omogućiti alarmnom sustavu da funkcionira

neovisno od kontrolnih ili sigurnosnih sustava, tako da alarmni sustav nastavi raditi I u

slučaju otkazivanja ili greške u drugim sustavima.Također,mora imati neovisni,pomoćni

sustav napajanja.Sve greške u sustavu mora dojaviti u kontrolnu stanicu gdje se očituje

vizualni I zvučni alarm.Ako brod plovi na automatskom pilotu,sustav mora biti spojen sa

kabinom časnika u službi tako da može dojaviti eventualne problem.Svaki problem sa

strojevima mora biti vidljiv na mostu,tak oda se zna točno vrijeme nastanka otkaza I kad

je otklonjen.Alarmi su obojeni različitim bojama,tako da se može razaznati stupanj

opasnosti.različit alarmi imaju I različiti zvuk tako da se može razlikovati npr. zvuk

alarma od ručice gasa od zvuka alarma iz strojarnice I u skladu s vrstom alarma poduzeti

određene mjere.

Alarmi također moraju imati sljedeće funkcije:

1.)Automatsko resetiranje-nakon vraćanja sustava u normalno stanje,ali tek nakon

što je alarm potvrđen I prepoznan od strane posade

2.)ručno resetiranje

3.)zaključavanje alarma-kada je stanje alarma prikazano iako je prikaz otkaza

nastupio pa potom nestao

4.)vremenska odgoda da se spriječe lažni alarmi

5.)zapisnik događaja-ispis svih alarma,njihovih vremena te podataka

6.)’prvi unutra’ ili ‘prvi van’ –omogućuje identifikaciju prvog alarma koji se

oglasio u ‘poplavi’ alarma

Najveći problem je kada se oglasi velik broj alarma pronaći početni problem I odrediti

točan slijed događaja te početni problem.

25

Slika 12: Prijmer alarmne pločne na brodu

Slika 13: Alarmni sustavi za navigaciju

26

13. SIGURNOSNI SUSTAVI

Sigurnost je od najveće važnosti u bilo kojoj kontroli sustava.Sigurnosni sustav je sustav

koji smanjuje opasnosti i rizike od ozljede osoblja i štete na strojevima. Svaki sigurnosni

sustav treba djelovati automatski kako bi se spriječilo ugrožavanje osoblja i strojeva.

TIPIČNI SIGURNOSNI SUSTAVI:

13.1. AUTOMATSKO POKRETANJE SUSATVA

Ovi sustavi su opremljeni sa 'stand-by' uređajemkoji će se automatski pokrenuti u slučaju

da strojevi u radu stanu usljed otkaza.Pokretanjem 'stand-by' uređaja moraju se vratiti

normalni radni uvjeti(pokrenuti drugi stroj) i aktivirati alarm o otkazu strojeva.Pumpe za

hlađenje vodom i pumpe za ulje su uvijek uparen i jedna je spremna za pokretanje u

slučaju otkazivanja druge.Na ovaj način se izvode i električni generatori koji moraju biti

opremljeni i uređajem za sinkronizaciju za paralelni rad i podjelu opterećenja.

13.2. REDUKCIJA SNAGE

Sa ovim sigurnosnim sustavom reducira se izlazna snaga motora da ne bi došlo do

preopterećenja.Nekoliko je situacija koje mogu pokrenuti ovaj uređaj:previsoka

temperatura u motoru,prevelik tlak ulja ili prevelika opterećenja na strojevima.Ovaj

uređaj je spojen na kontrolni sustav za hlađenje glavnog pogonskog motora.Ako se motor

preopterei i voda za hlađenje se pregrije,oglasit će se alarm.u slučaju da temperatura

nastvai rasti,uređaj će automatski smanjiti broj okretaj motora.

27

Ovaj uređaj je poznat i kao zaštitni uređaj prvog stupnja.Primjeri sistema sa redukcijom

snage na glavnom pogonskom motoru su:

a) visoka temperatura ispušnih plinova;

b) velika razina uljnih para u motoru;

c) niski tlak tekućine za hlađenje klipa;

d) visoka vanjska temperatura tekućine za hlađenje klipa

e) nizak tlak tekućine za hlađenje cilindra

f) visoka temperatura rashladne tekućine u cilindru

g) visoka temperatura ispušnih plinova na cilindru ili velika razlika od prosječne

temperature ispušnih plinova

13.3. GAšENJE STROJEVA

Motori su zaštićeni od kritičnih situacija gašenjem dovoda goriva ili gašenjem

napajanja.U nekim slučajevima gašenje će dovesti do smanjivanja snage ako prethodni

događaji prouzrokuju kritična događanja.Ako dođe do pregrijavanja motora I smanjenja

broja okretaja,te nakon nekog vremena temperature ostane visoka,sigurnosno gašenje

motora će se aktivirat.

28

14. SUSTAV DETEKCIJE RAZINE KALJUŽE

Alarmni sustav za kaljužu mora postojati,tako da se oglasi kad razina u spremniku prijeđe

dozvoljenu razinu.U slučaju preplavljivanja kaljužne tekućine iz tankova javit će se

sljedeće rizične situacije:

1.1.Opasnost od vatre I eksplozije,posebno ako ima ulja u kaljužnom tanku.Vatra

se može proširiti strojarnicom.

1.2.Postoji opasnost po stabilitet broad ako se prelije puno tekućine

1.3.Moguća je šteta na električnim instalacijama,kablovima I motorima od

prskanja vode.

Količina kaljuže u tankovima mora uvijek biti jasno označena pri svim naginjanjima I

trimu broda.Nek isu brodovi opremljeni sa automatskom pompom kaljuže,koja se

ispumpava prije nego što dosegne kritičnu razinu.Sustav mora biti dizajniran tak oda se

spriječi zagađenje okoliša.

Slika 14: Uređaj za detekciju razine kaljuže

29

14.1. SISTEMI PROTUPOŽARNIH ALARMA

Protupožarni indikatori I alarmni system moraju biti tak opostavljeni da ih vatra u

strojarnici ne može onesposobiti.Uobičajeno je to na mostu ili u posebnom centru za

kontrolu vatre.Kontrolna ploča obično ima na sebi vizualni I zvučni alarm I pokazuje

mjesto požara.Ako u određenom vremenu ne potvrdimo alarm ,zvučni alarm se pali na

mostu,u centru za kontrolu vatre,kabinama posade I svim prostorijama sa

strojevima.Alarmni system mora biti samo-kontrolirajući I mora detektirati prerezanu žicu

alarma,kratki spoj,detektore dima koji ne rade I oglasiti alarm,zvučno drugačiji od

protupožarnog.

14.2. ISKLJUČIVANJE U SLUČAJU KVARA

Ako kontrolni sistem ima grešku ili otkaz tada kontrolirana oprema mora prijeći u stanje

koje neće prouzročiti nesigurne situacije kao što su mehaničko ili termalno preopterećenje

strojeva.

Ovisno o namjeni opreme,otkaz može bitit različit;npr.Pneumatski ventil može biti

napravljen tako da se:

1.) Otvori na otkaz zraka-(OAF)

2.) Zatvori na otkaz zraka-(CAF) ili

3.) Otkaz popravljen,tj.ventil ostaje u poziciji u kojoj je bio u trenutku otkaza.

30

15. BAŽDARENJE

Danas,pogotovo u nenadziranim strojarnicama nadzorni sustav sa svojim instrumentima

mora mjeriti varijable I kroz kontrolni sustav mijenjati radna stanja strojeva u određenim

granicama.Ovo se mora odvijati u teškim uvjetima velike vlažnosti i slanosti,u atmosferi

ispunjenoj česticama soli,prašine I ulja.Generalno gledajući,brodski strojevi moraju biti

mnogo izdržljiviji I pouzdaniji nego oni na kopnu.Mjerni instrumenti postaj usve

sofisticiraniji I njihov rad ovisi o sljedećim faktorima:

1)Preciznost očitanja

2)Mjerna osjetljivost

3)Točnost očitanja

4)Raspon očitanja

Instrumenti se moraju redovito kontrolirati I u određenom vremenskom roku baždariti.Ovi

postupci omogućuju optimalan rad strojeva,smanjenje zagađenja I veću energetsku

učinkovitost te bolju iskoristivost. Kontrola kvalitete se vrši prema certificiranim

standardima kao što su:

ISO 9000,AQAP, BS5750 itd.Baždarenej se vrši u nacionalnim zavodima koj isu

opremljeni I pod točno određenim uvjetima sličnim onima na brodu.

Slika 15: Primjer uređaja za baždarenje

31

16. PRAVILA I REGULATIVE

Pravila I regulative za instalacije na brodu kotroliraju se od strane raznih regulatornih

organizacija.Na međunarodnoj razini tu su; Međunarodna pomorska organizacija,te

njihove konvencije od kojih je najvažnija SOLAS.Međunarodna kalsifikacijska društva

kao što su Lloyd’s register of Shipping,DNV,American Bureau of Shipping I mnogi drugi

koji definiraju minimum kontrole I održavanja na brodu.Sva kalsifikacijska društva

zajednički donose odredbe kako bi se osihurala ujednačenost pravila I poštivanje SOLAS

konvencije.Svaki brod mora imati valajn upisni list I potvrdu od klasifikacijskog

društva(Hrvatski registar brodova u Hrvatskoj) da je spreman I siguran za plovidbu.Ako

ne posjeduje ove dokumente može mu se zabraniti ulaz u luke država potpisnica SOLAS-

a I drugih konvencija.

32

17. ZAKLJUČAK

Redovna kontrola broda I testiranja te redovno održavanje instalacija I strojeva od vitalne

je važnosti za potpuno iskorištavanje automatizacije na brodu.S obzirom na jako teške

morske uvjete te velike vibracije,periodi testiranja I održavanja se moraju prilagoditi

starosti broda I njegovoj funkciji.Potrebno je zadovoljiti određene kriterije:

1.) Smanjenje intervala između testiranja I održavanja će povećati uspjeh pri

otkrivanju I popravljanju pogrešaka I otkaza ,te smanjiti potrebu za ljudskim

intervencijama..

2.) Testna ispitivanja I procedure moraj use u potpunosti ispoštovati zbog

mogućnosti previda greške u sustavu.Međutim,nije uvijek lako izvršiti kompletna

ispitivanja zbog operativnih ograničenja.

3.) Testne procedure moraju se u potpunosti opisati da ne ostave nikakve sumnje u

o metodama koje su korištene I rezultatima.

S obzirom na operativna I vremenska ograničenja,određeni strojevi I uređaji se testiraju u

točno određenim vremenskim periodima.Pri izračunu perioda održavanja mora se uzeti u

obzir I radon opterećenje stroja I uvjeti u kojima djeluje.Ako se održavanje I kontrola

provode redovito,dobivamo sigurniji I operativniji brod sa određenim jamstvom

sigurnosti I pouzdanosti.

Slika 16: AUT 1 - najnapredniji stupanj automatizacije na brodu

33