Широкую известность получили КСУ с распределенной структурой, применяемые в промышленных АСУ технологическими процессами. Для такой системы характерно рассредоточение основной части СВТ (микроЭВМ, микроконтроллера и т. п.), из которых построена система, по всему управляемому объекту (УО). Эти средства конструктивно оформляются в виде автономно работающих локальных подсистем, которые выполняют все функции управления и контроля отдельными агрегатами и устройствами. При этом каждая локальная станция обслуживает оборудование, вблизи которого она расположена. За центральной ЭВМ остаются функции связи системы с человеком-оператором (выдача всей необходимой информации и получения команд), накопление данных и координация работы системы в целом.
Современные судовые распределительные системы централизованного управления и контроля с точки зрения аппаратно-программной базы можно рассматривать как локальные вычислительные сети особого класса. От обычных систем автоматизации с центральной ЭВМ, осуществляющих псе функции управления и контроля объекта, распределенные системы отличаются повышенной надежностью. Благодаря высокой автономности локальные СУ продолжают осуществлять нормальное управление объектом даже при каких-либо неисправностях центрального узла системы. Надежность самих локальных СУ обеспечивается, благодаря резервированию микросхем, возможностями самоконтроля и самодиагностирования и т. д. Другое преимущество КСУ с распределенной структурой — сравнительная простота их организации, облегчающая монтаж и освоение эксплуатации, а также позволяющая увеличивать объем функций системы путем простого увеличения количества аппаратуры и программ.
Передача данных от КСУ с распределенной структурой может быть:
магистральной, когда все устройства КСУ независимо от уровня соединены одной непрерывной линией передачи данных, последовательно обходящей все эти устройства. В целях повышения надежности линию иногда замыкают в кольцо;
радиальной («звезда»), когда от центрального узла КСУ к каждому периферийному узлу идет отдельная линия.
В настоящее время в практике судостроения применяют КСУ техническими средствами, состоящими из комплекта унифицированных блоков, с помощью которых возможна автоматизация судов до любой степени.
Фирмой «NORKONTROL» разработан комплект универсальных унифицированных МКП блоков типа «Мэритайм микроз». Комплект состоит из следующих блоков:
блок SAU 8800 — выполняет роль универсальной локальной системы контроля и сигнализации. Состоит из МКП, энергонезависимого ЗУ и 32 каналов для подключения датчиков, сигнализаторов и счетчиков аналогового или двоичного сигналов. При потере управления со стороны центральной ЭВМ специальный таймер переключает блок в резервный режим, в котором он функционирует как полностью автономное устройство. При отказе блока на всех его выходах устанавливается заранее заданное безопасное значение сигнала, а в общую систему поступает импульс для принятия необходимых мер. Любой канал может быть использован как входной или выходной;
блок SPU 8600—центральный узел КСУ. Состоит из микро-ЭВМ (до 8 штук) марки 8086 фирмы INTEL (США). Рассчитан преимущественно для использования в системах управления и контроля СЭУ, грузовых и общесудовых систем, а модификация блока пригодна для решения задач автоматизации судовождения. Блок может обрабатывать сигналы от 2560 датчиков, централизованно программировать работу МКП других блоков комплекта «Мэритайм микроз» и т. д. Информация любого вида и сложности выводится на четыре цветных видеотерминала в виде перечней поступивших аварийных сигналов, кривых, графиков, схем установок и т. д.;
блок PCU 8800 — программируемый микроконтроллер. Рассчитан на последовательное автоматическое управление механизмами, клапанами трубопроводов, регулирование температур, давлении и т. д. в зависимости от заданной программы. Имеет 32 выходных канала. Программа работы вводится в ЗУ блока с переносного операторского терминала. Число каналов может быть увеличено до 288;
блок ОСР 8800 — терминал оператора. Обеспечивает связь КСУ с оператором. Устанавливая с помощью шаровой координатной рукоятки управления крестообразный маркер на обозначение механизмов или клапанов на мнемосхеме СЭУ на экране видеотерминала, 100 можно нажатием одних и тех же клавиш воздействовать на разное оборудование. Таким способом устраняется необходимость иметь на каждый механизм или клапан отдельные кнопки управления;
блоки DGS 8800 — цифровое регулирование ГД, GCU 8800 — управление электрогенераторами; LGU 800 — измерение уровней жидкости.
По такому принципу работает система автоматизации грузовых операций «Дэйта мастер 7», построенная из блоков LGU, PCU, SPU и ОСР и установленная на танкере «Ярена» грузоподъемностью 129 000 т. Система управляет 6 насосами, обслуживающими 14 танков, а также обеспечивает дистанционное управление клапанами балластной системы.
Модифицированная система централизованного контроля «Дэйта чив 7 миди» для СЭУ (рис. 7.14) построена из блоков SAU и имеет терминал оператора ОСР в качестве центральной станции. Предполагается, что в перспективе все используемые сейчас на судах средства автоматики разнообразных марок и фирм, поставляемые вместе с оборудованием, которое они обслуживают, должны быть заменены на описанные комплекты блоков. В этом случае не только сложные системы, но и индивидуальные устройства автоматики любого назначения окажутся унифицированными, что значительно облегчит эксплуатацию судов и ремонт.
На примере рассмотрим КСУ ТС «Селма марин» концерна ABB* (фирма «Стромберг», Финляндия). Система с распределенной радиальной структурой сети передачи данных впервые была применена на шведском автомобильном пароме «Свеа». Модифицированная КСУ «Селма-2» установлена на ряде судов России, таких как атомные ледоколы «Таймыр» и «Вайгач», на судах типа «Академик Федоров», «Механик Ярцев» и др.
КСУ «Селма-2» выполнена на 16 - разрядной микроЭВМ марки 8086 с арифметическим процессором 8087 фирмы INTEL и выполняет все необходимые на судне операции контроля, управления и регулирования. Основными функциями являются:
— аварийно-предупредительная сигнализация (АПС) и измерение параметров энергетической установки и систем; блоки АПС установлены в каютах механиков, электромеханика и в каюткомпании;
— управление и защита главного двигателя; защита обеспечивается остановкой или снижением нагрузки за счет уменьшения шага гребного винта или частоты вращения ГД;
— управление ВРШ с ходового мостика, из ЦПУ и непосредственно в МО;
— для судов с электродвижением управление всей гребной установкой, включая главные генераторы и гребные электродвигатели;
— управление электроэнергетической установкой, включая ДГ, ВГ и электростанцию;
— управление вспомогательными механизмами, включая насосы охлаждения забортной водой, масляные, циркуляционные, топливные, гидравлические и другие насосы СЭУ;
— автоматизация котельной установки; — управление осушительной системой в МО;
— регулирование температур и вязкости топлива;
— измерение уровней топлива жидкости в цистернах; — регистрация маневров и АПС;
— самодиагностика в случае отказа одной из электронных карт, в микроЭВМ подается сигнал на вышедшую из строя карту.
Принцип программирования, использованный в КСУ «Селма-2» отличается от традиционного и состоит в так называемом блочном программировании операций с помощью функциональных блоков.
Такой подход исключает использование языков программирования высокого уровня таких, например, как АССЕМБЛЕР, ПЛ/М, ПАСКАЛЬ и др., которые затрудняют внесение в программу изменений во время пусконаладочных работ, в ходе оптимизации процессов в зависимости от условий эксплуатации, при дальнейшей модернизации СЭУ. КСУ выводит необходимые схемы в цветном изображении на дисплее. Основными техническими средствами диспетчерской системы «Селма-2» являются цветной дисплей и клавиатура. С помощью специальных полей вывода, находящихся на кадрах изображений цветного дисплея, выводятся необходимые данные о ходе процесса в цифровой и графической формах. С помощью клавиатуры оператор со специальных полей управления подает на кадры изображения управляющие воздействия.
Система «Селма-2» комплектуется из узлов двух типов:
— управляющие вычислительные машины, автономные или универсальные, имеющие последовательные каналы связи, которые осуществляют сбор информации для выполнения логических функций, регулировок и управления процессом. Используются цифровые и аналоговые входные и выходные сигналы;
— диспетчерские блоки, выполняющие операции взаимодействия «человек—машина».
Все связи между диспетчерским блоком и процессом проходят через УВМ, причем к одной УВМ можно подключить несколько диспетчерских блоков.