автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Система автоматизированного управления грузовыми стреловыми устройствами взаимодействующих судов

Содержание.

Введение.

ГЛАВА 1. СПОСОБЫ ПЕРЕДАЧИ ГРУЗОВ В ОТКРЫТОМ МОРЕ

МЕЖДУ СУДАМИ.

1.1. Способы передачи грузов в открытом море.

1.2. Анализ современного состояния грузовых стреловых устройств и систем управления.

1.3. Особенности работы перегрузочного комплекса грузовых стреловых устройств.

1.4. Пути совершенствования работы перегрузочного комплекса грузовых стреловых устройств в открытом море.

1.5. Выводы по первой главе.

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРЕНОСА ГРУЗА

И РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ

УСЛОВИЙ ПРЕНОСА.

2.1. Анализ процесса переноса груза.

2.2. Порядок работы перегрузочного комплекса ГСУ.

2.3. Оптимальность процесса переноса груза.

2.4. Определение критерия оптимальности процесса переноса груза для случая работы лебедок с равными постоянными скоростями.

2.5. Выводы по второй главе.

ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕГРУЗОЧНЫМ

КОМПЛЕКСОМ ГРУЗОВЫХ СТРЕЛОВЫХ УСТРОЙСТВ.

3.1 Общие положения разработки математической модели.

3.2. Дифференциальные уравнения движения груза с помощью прегрузочного комплекса грузовых стреловых устройств.

3.3. Программа расчета математической модели перегрузочного комплекса.

3.4. Анализ результатов расчетов математической модели.

3.5. Выводы по третьей главе.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА АППАРАТНОГО КОМПЛЕКСА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ГРУЗОВЫМИ СТРЕЛОВЫМИ УСТРОЙСТВАМИ ВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩИХ СУДОВ.

4.1. Описание функциональной схемы АСУ.

4.2. Разработка алгоритма программы АСУ и его описание.

4.3. Описание принципиальной схемы АСУ.

4.4. Выводы по четвертой главе.

При использовании экспедиционной формы промысла рыбы, в удаленных рыбопромысловых зонах мирового океана экономически целесообразно рыбопромысловые и рыбообрабатывающие суда постоянно (до ремонта) держать на промысле, а снабжение довольствием и отправку готовой рыбопродукции производить крупнотоннажными транспортными судами. При этом возникает необходимость передачи массовых грузов в открытом море между судами. Наибольшее распространение получила передача грузов с помощью стреловых грузовых устройств ошвартованных судов, благодаря их простоте, надежности и универсальности.

Большой круг вопросов расчетов, проектирования и эксплуатации рассмотрен в работах Фрейдзона И.Р. [34], Чаплыгина Ф.Т. [36, 37], Рябцева М.Г. [21-24,26], Андреева J1.H. [35], Симоненко A.C. [32], Горшкова И.А. и МахоринаН.И. [18].

Несмотря на определенные успехи в разработке новых устройств грузовых стреловых устройств, систем управления и приемов работы, не созданы эффективные перегрузочные комплексы и автоматизированные системы управления отвечающие современным требованиям. Такое положение обусловлено различиями оборудования грузовых стреловых устройств на судах, приближенностью математического описания процесса передачи груза между судами и сложностью технического обеспечения. Поэтому совершенствование грузовых стреловых устройств и автоматизация управления является важным условием повышения эффективности перегрузочных операций в открытом море.

В настоящее время существует несколько разработок по автоматизированным системам управления процессами безрывкового поднятия груза и безударного опускания груза на палубу, создан переносной пульт управления двумя грузовыми лебедками одного судна [18, 20, 32, 33, 36], однако эти разработки носят локальный характер и не предназначены для совместной работы судов по передаче грузов в море. Поэтому задача разработки АСУ передачей грузов в море, с целью минимизации времени и обеспечения безаварийности передачи груза в условиях качки, является актуальной.

Цель и задачи работы.

Целью диссертационной работы является разработка автоматизированной системы управления перегрузочным комплексом грузовых стреловых устройств взаимодействующих судов в открытом море, обеспечивающей минимальное время и безаварийность передачи груза.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Проанализировать современное состояние судовых устройств по передаче грузов в открытом море, для определения путей и методов их совершенствования.

2. Исследовать порядок работы перегрузочного комплекса и траекторию движения груза для определения порядка работы и критериев оптимальности процесса передачи груза, с учетом переменных начальных условий.

3. Разработать структуру автоматизированной системы управления перегрузочным комплексом.

4. Разработать математическую модель - систему дифференциальных уравнений и алгебраических уравнений, описывающих работу автоматизированной системы перегрузочным комплексом грузовых стреловых устройств.

5. Провести анализ влияния различных факторов на эффективность работы автоматизированной системы перегрузочным комплексом грузовых стреловых устройств, при помощи моделирования на ЭВМ.

6. Предложить внедрение теоретических и моделирующих исследований в учебный процесс.

Научная новизна:

1. Определены основные пути совершенствования автоматизированных систем управления перегрузочным комплексом грузовых стреловых устройств

2. Определен порядок работы и критерии оптимальности процесса передачи груза, с учетом переменных начальных условий.

3. Разработана структура и математическая модель работы автоматизированной системы управления перегрузочным комплексом грузовых стреловых устройств.

4. Получены и проанализированы зависимости оптимальной траектории движения груза, от различных исходных параметров.

Практическую ценность работы:

1. Определено одно из направлений совершенствования перегрузочных операций в открытом море.

2. Разработаны основные принципы создания автоматизированных систем управления перегрузочными комплексами.

3. Получена методика определения оптимальных параметров переноса груза.

4. По результатам работы разработана и зарегистрирована программа для ЭВМ моделирующая работу перегрузочных комплексов для различных начальных условий.

На защиту выносятся следующие научные положения:

1. Структура и алгоритм работы автоматизированной системы управления перегрузочным комплексом.

2. Критерий оптимальности процесса переноса груза. ф 3. Математическая модель - система дифференциальных и алгебраических уравнений работы АСУ перегрузочным комплексом грузовых стреловых устройств.

4. Результаты математического моделирования.

4.4. Выводы по четвертой главе.

1. Разработана функциональная схема АСУ перегрузочным комплексом и описан порядок ее работы.

2. Составлен общий алгоритм работы АСУ перегрузочным комплексом.

3. Разработан вариант принципиальной схемы АСУ перегрузочным комплексом.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В диссертационной работе получены следующие результаты, определяющие научную новизну работы, её практическую ценность и являющиеся предметом защиты:

1. Разработан порядок управления работой грузовых лебедок и физическая модель системы управления, обеспечивающая управление перегрузочным комплексом ГСУ с единого поста управления на крупномасштабном стенде.

2. Разработана и защищена авторским свидетельством на изобретение устройство для передачи грузов между судами в море для грузовых лебедок с трехскоростными асинхронными электродвигателями и управлением от магнитных станций, отличающееся наличием автоматизированной системы управления.

3. Получено аналитическое выражение для начальной длины первого шкентеля, при которой будет обеспечиваться оптимальность процесса переноса, при условии равенства и постоянства скоростей работы лебедок и определенных параметрах качки судов.

4. Разработана математическая модель работы автоматизированной системы управления процессом переноса груза и программа для ЭВМ для решения данной модели (свидетельство о регистрации программ для ЭВМ), отличие которой от известных моделей бифилярной подвески груза заключается в том, что добавлены уравнения, описывающие характеристики электродвигателей и уравнения управления скоростями работы электродвигателей, для формирования траектории движения груза.

5. Показано, что оптимизация посредством построения АСУ процесса переноса груза с введением ПИД - регулирования траектории движения груза по отклонению от начальной горизонтальной координаты сокращает время переноса груза на 20% и величину максимального провиса на 2.9%.

6. Предложен вариант реализации аппаратного комплекса автоматизированной системы управления перегрузочным комплексом ГСУ.

1. Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов: Учебник для вузов/ Белов М.П., Новиков В.А., Рассудов Л.Н.- М.: Издательский центр «Академия», 2004,576 с.

2. Авторское свидетельство № 1418184.Устройство для передачи грузов между судами в море. Рябцев М.Г., Романенко Н.Г. 22.04.1988г.

3. Алиев И.И. «Справочник по электротехнике и электрооборудованию». М.: Высшая школа. 2000г.

4. Ануфриев И.Е. Самоучитель МаЙЬаЬ 5.3/б.х. СПб.: БХВ, 2002.

5. Благовещенский С.И. Качка корабля. Л.: Судпромгиз, 1954.-520с.

6. Богословский А.П., Фрейдзон И.Р., Яуре А.Г. и др. Судовые электроприводы. Т.2. Л., 1976.

7. Большие траулеры промыслового флота СССР. Л.,1972.

8. Герман-Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в Ма1;ЬаЬ 6.0. СПб.: Корона принт, 2001.

9. ГОСТ 12.3.029-78. Система стандартов безопасности труда. Работы погрузочно-разгрузочные в море. Требования безопасности.

10. ГОСТ 12617-78. Судовые грузовые лебедки.

11. ГОСТ 12617-67. Требования к грузовым лебедкам.

12. Крупнотоннажные добывающие суда промыслового флота СССР. -Л.,1984г.

13. Лазарев Ю.Ф. Ма&аЬ 5.x. К.: БХВ, 2000.

14. Лушников Е.М. Влияние качки на работу промысловых судов. -М.,1990.

15. Москаленко В.В. Автоматизированный электропривод: Учебник для вузов./ М.: Энергоатомиздат; 1986.-416с.:ил.

16. ОСТ 2241-77 Комплексы грузовые судов промыслового флота.

17. ОСТ 2083-73 Комплексы грузовые для спаренной работы на одном и двух судах.

18. Передача грузов в море. Справочник. Горшков И.А., Махорин Н.И. Л., Судостроение. - 1977, 265 с.

19. Прохоренков А.М. и др. Судовая автоматика. М.: Колос, 1992. -448 с. ил.

20. Пульт управления переносной ППУ-1 по ТУ 5.646-9351-73. Сертификат Регистра СССР № Г-768 от 20 декабря 1977 г.

21. Романенко Н.Г., Рябцев М.Г. Автоматизированная система передача грузов взаимодействующих судов в условиях моря.//Л. Судостроение №2. 1988г.

22. Романенко Н.Г. Анализ перегрузочного комплекса как экстремальной системы.// XLI научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава, XLVII студенческая научнотехническая конференция. Тезисы докладов./ Астраханский

23. Государственный Технический Университет. Астрахань: Издательство АГТУ, 1997г., с.210-211.

24. Романенко Н.Г., Рябцев М.Г. Разработка микропроцессорного управления перегрузочным комплексом. //Новые информационные технологии в региональной инфраструктуре (НИТРИ 97). Материал научно-технической конференции. - Астрахань: Издательство АГТУ. -1997г.

25. Романенко Н.Г. Анализ результатов математической модели САУ перегрузочного комплекса. //Сборник статей международной научно-практической конференции «Теория и практика имитационного моделирование и создание тренажеров. г. Пенза. - 2000 г.

26. Романенко Н.Г. Информационный комплекс для автоматизации перегрузочных работ в открытом море.//М.: Датчики и системы №5 2002г., с. 31-38.

27. Романенко Н.Г., Шустов A.A. Моделирование в среде MatLab 6.0. процесса переноса груза между судами с помощью грузовых стреловых устройств.//Вестник АГТУ №1(24)/2005 январь-февраль 2005г. с. 52-59.

28. Романенко Н.Г. Результаты исследования математического моделирования процесса переноса груза между судами в море.// Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Технические науки. №3. г. Новочеркасск, ЮРГТУ (НПИ) сентябрь 2005г., с.9-13.

29. Романенко Н.Г. Обеспечение оптимальности процесса переноса груза между судами при связанном управление многоскоростными приводными асинхронными электродвигателями.// Вестник АГТУ №1(30)/2006 январь-февраль 2006 г. с.93-97.

30. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2004611750. Модель грузового устройства (Model GSU 04/1). Шустов A.A., Романенко Н.Г. 26.07. 2004 г.

31. Симоненко A.C. Грузовые устройства сухогрузных судов. Л.Д988.

32. Справочник судового электротехника. Под общ. редакцией Китаенко Г.И., т.1, т.2. Л., 1980.

33. Судовые электроприводы. Справочник: в 2-х т./ Богословский А.П., Певзнер Е.М., Фрейдзон И.Р., Яуре А.Г. Л.: Судостроение, 1983,- т.1. 352 е., т.2 424 с.

34. Средства передачи грузов на суда в море. Л.Н. Андреева и др. Л., Судостроение, 1973., 224 с.

35. Чаплыгин Ф.Т. Работа грузоподъемных устройств в условиях промысла,- М. Легкая и пищевая промышленность. 1982.-144 с.

36. Чаплыгин Ф.Т., Романов В.В., Методика определения приведенной жесткости судовых грузовых стреловых устройств. Известия вузов. Машиностроение, 1975, №12, с. 95-100.

37. Хвощ С.Т., Варлинский H.H., Попов Е.А."МИКРО-процессоры и МШСРО-эвм в системах автоматического управления Справочник" Л. "Машишостроение" 1987.

38. Электрооборудование судовых грузовых лебедок. Обзорно-аналитическая информация ЦНИИ «Румб». 1979.

39. Яризов А. Д. Системы регулирования электроприводов переменного тока. Москва.: РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина.2002.

40. Яуре А.Г. Электроприводы судовых грузоподъемных механизмов. Л.,1971.