Технические науки/ 12. Автоматизированные системы управления на производстве

К.т.н. Королев В.В.

Государственная морская академия им. адм. С.О.Макарова, Россия

Автоматическая многоканальная система контроля и измерения механических напряжений и вибраций в управлении качеством технической эксплуатации судового корпуса и корпусных конструкций

Серьезные аварии последних десятилетий, связанные с переломом судов (в том числе с серьезными загрязнениями окружающей среды), указывают на то обстоятельство, что вопросам износа корпусов, трещинообразования (в частности, малоцикловой усталости) уделяется недостаточно внимания, что в свою очередь снижает качество технической эксплуатации судов. Анализ показывает, что одной из основных задач управления качеством технической эксплуатации судов, является повышение надежности техники без больших дополнительных затрат и увеличение за счет этого эксплуатационного времени, а также своевременное выявление и устранение возникших дефектов [2]. Успешное решение указанных задач возможно только при организации технического обслуживания на базе технического диагностирования и выбора рациональных режимов работы с учетом конкретных условий и ситуаций на линии движения судна. Автоматическая многоканальная система контроля механических напряжений производит измерение и контроль на работающих объектах, в данном случае судовой корпус и корпусные конструкции, и относится к системам неразрушающего контроля и измерения [2]. Единовременно дефектовать все связи судового корпуса невозможно, поэтому приходится в алгоритмах управления использовать всю накопленную информацию о предыдущих дефектациях, и прогнозировать состояние таких связей на текущий момент времени. С другой стороны автоматическая многоканальная система контроля позволяет производить мониторинг превышений механических нагрузок на корпус судна во время эксплуатации, во время погрузочных работ в порту и сигнализировать о критических значениях нагрузки. Процессами обновления корпуса управляет человек-оператор см. рис. 1, (на рисунке: Д1 – Д10 магнитоупругие датчики механических напряжений, РИС – расчетно – инструментальная система анализа и прогнозирования ТС корпуса судна [2]).

Рис. 1. Организацинно-функциональная схема компьютезированного управления процессами обновления корпуса судна с автоматической системой контроля механических напряжений (АСКМН).

В качестве датчика для измерения и контроля механических напряжений и вибраций в многоканальной стационарной системе контроля применены трансформаторные магнитоупругие преобразователи (МУП). Перспективным так же видится магнитоупругий датчик из аморфного магнитного материала [3]. Функциональная схема автоматической многоканальной системы контроля и измерения механических напряжений и вибраций в корпусе судна показана на рис. 2. На рисунке: Д1 – Д10 – датчики с магнитоупругими преобразователями (МУП) [1], σ – механические напряжения в корпусе.

Рис. 2. Функциональная схема автоматической системы контроля и измерения механических напряжений в корпусе судна.

Для представления полученных данных, обработки, а так же записи процессов блок цифровой обработки сигнала совмещен с персональным компьютером IBM-PC. Количество датчиков системы контроля напряженного состояния корпуса судна и их расположение зависит от типа судна. В условиях плавания на нерегулярном волнении при неопределенных, случайных по своей природе нагрузках прямые измерения напряжений позволяют в значительной мере устранить неопределенности и оказать существенную помощь судоводителю в выборе направления движения и скорости судна. Блок аналоговой обработки сигнала (рисунок 3) получает сигнал от МУП, который состоит из нулевого сигнала [1] и полезного сигнала. В блоке выделяется ряд сигналов различной частоты: ВС1 – ВС4 – высокочастотные составляющие причем ВС3, ВС4 – выделяют вибрационные составляющие, НС – низкочастотная, ПС – постоянная составляющая и СС – суммарный демодулированный сигнал [1].

Рисунок 3 – Функциональная схема блока аналоговой обработки сигнала и элементов сигнализации.

φ – фазовращатель, ДМ – демодулятор, В – выпрямитель, ПУ – пороговые устройства, CИ – световой индикатор, ЗС – звуковая сигнализация, СУ1 – суммирующие усилители, σ – механическое напряжение в корпусе.

Для выделения постоянной составляющей сигнала напряжение поступает на низкочастотный КИХ – фильтр (фильтр с конечно импульсной характеристикой) [1] ФНЧ4. Для получения высокочастотной составляющей спектра сигнал с ФВЧ1 поступает на ФВЧ2, а низкочастотную составляющую получают посредством подачи сигнала на низкочастотный КИХ фильтр (ФНЧ3). Для получения высокочастотных вибрационных составляющих сигнал поступает на ФВЧ5 и ФВЧ6. На рисунке соответствующие фильтры обозначены цифрами. Спектр гармонических составляющих имеет диапазон частот, составляющий для частот спектра, протекающих процессов в корпусе современных судов, 0.05- 500 Гц [4]. Для представления, обработки и хранения полученной информации от МУП в систему контроля напряженного состояния корпуса введен блок цифровой обработки сигнала (БЦО). Функциональная схема БЦО представлена на рисунке 4. На рисунке: Д1-Д10 – МУП, БАО – блок аналоговой обработки сигнала, УАК – управляемый аналоговый коммутатор, ЦМ – цифровой мультиплексор, М – монитор, АЦП – 16 канальный аналого-цифровой преобразователь, USB – интерфейсный порт [1].

Рисунок 4 – Функциональная схема блока цифровой обработки.

Следует отметить, что в систему контроля могут быть легко введены дополнительные элементы: акселерометр (для измерения вертикальных ускорений) в носу судна, а также датчик, фиксирующий погруженность носовой оконечности. Так же в запись величин напряжений может быть включена запись об изменениях скорости судна, снимаемая прямо с показывающих приборов тахометров. При проведении погрузочно – разгрузочных работ в порту в систему предусмотрено включение электронных кренометров.

Литература.

1. Жадобин Н.Е., Королев, В.В., Заставный С.В., Контроль механических напряжений и деформаций в корпусе судна. “Контроль диагностика” журнал № 2, 2010. с. 38 – 43.

2. Королев, В.В., Автоматическая многоканальная система контроля механических напряжений в управлении техническим состоянием судовых корпусных конструкций. // Эксплуатация морского транспорта. – 2010. – № 2(60). – С. 59 – 62.

3. Королев, В.В., Жадобин, Н.Е. Аморфные и нанокристаллические материалы в магнитных датчиках механических напряжений // Эксплуатация морского транспорта. – 2010. – № 1(59). c. 69 – 71.

4. Королев В.В., Жадобин Н.Е. Исследование полей деформаций судовых корпусов. Изд. ГМА им. Макарова, “Эксплуатация морского транспорта”, труды, выпуск 3(53), 2008. c. 73-75.