СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ СПУСКОПОДЪЕМНОГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ ПОДВОДНОЙ ЗАРЯДНОЙ СТАНЦИИ

Введение
XX век вошел в историю человечества не только как век начала завоевания космоса, но и как эпоха завоевания морских глубин, освоения дна Мирового океана, его богатых ресурсов.
Одним из важнейших средств проникновения в морские глубины являются привязные подводные аппараты (ППА), находящие в последнее время все более широкое применение. Привязными подводными аппаратами принято называть подводные технических средства, имеющие механическую гибкую связь с судном-носителем или другой плавучей платформой, которые обеспечивают доставку подводного аппарата в район использования и его обслуживание в процессе работы. Привязной подводный аппарат вместе с гибкой связью составляет привязную подводную систему (ППС). В зависимости от назначения ППС может быть обеспечено движение ППА в толще воды, вблизи ее поверхности или у дна моря.
Успешное использование глубоководных ППА во многом определяется тем, как при проектировании системы для производства подводных работ,состоящей из судна-носителя, троса и самого ППА, учтены свойства звена трос-ППА как объекта с распределёнными параметрами, какие меры предприняты дляуменьшения влияния качки судна-носителя на отклонение глубины погружения ППА.
Различают опускные ППА, предназначенные для эксплуатации в режиме спуска, подъема и удержания на определенной глубине, и буксируемые привязные подводные аппараты (БППА), предназначенные для эксплуатации в режиме буксировки. В состав ППС могут входить несколько отдельных модулей (звеньев) и соединяющих их гибких связей, которые обеспечивают в рабочем состоянии ППС необходимую пространственную конфигурацию. В качестве гибких связей могут применяться стальные и синтетические канаты, грузонесущие кабели (кабель-тросы), цепи и другие гибкие элементы, способные передавать не только механические усилия, но и при необходимости обеспечивать энергетическую и информационную связь между модулями ППС, между ППС и судном-носителем. В качестве модулей ППС могут служить носители подводной аппаратуры, углубляющие, отводящие и самоходные аппараты, буи и другие подобные устройства.
Наличие механической связи подводного аппарата с обеспечивающим судном, с одной стороны, упрощает эксплуатацию ППС, так как снижает вероятность потери подводного аппарата и облегчает операции спуска-подъема его на судно, обслуживание и подготовку к последующему использованию, значительно увеличивает возможные сроки непрерывной работы за счет подачи электроэнергии с судна на ППА по соединяющему их кабелю, но, с другой стороны, наличие гибкой связи является источником динамических воздействий на подводный аппарат, вызванных качкой и рысканием обеспечивающего судна или плавучей платформы и усложняет управление движением подводного аппарата.
В развитии привязных подводных систем последних десятилетий проявляются тенденции к расширению диапазонов допускаемых режимов их использования – скоростей движения, заглублений подводных аппаратов и условий воздействия внешней среды (степени волнения моря, скорости течения, уклонов дна, прозрачности морской воды и т.п.).
Несмотря на функциональное и конструктивное разнообразие современных ППС, их создатели сталкиваются с рядом сходных проблем и нуждаются в разработке общих подходов к их разрешению. В частности, к таким проблемам относятся проблемы гидродинамики. Представляется очевидным, что при создании движущихся под водой привязных систем и аппаратов изучение вопросов их динамики, силового воздействия среды и базового судна, вопросы управления и стабильности движения являются первостепенными и во многом определяют возможность нормального функционирования аппаратуры, установленной на них. При этом наиболее существенной особенностью динамики ППС, усложняющей ее по сравнению с известной теорией движения в жидкости и газе автономных твердых тел (самолетов, подводных и надводных судов и т.п.), является необходимость учета влияния гибкой связи как системы с распределенными параметрами, также взаимодействующей с потоком жидкости.
На ранних этапах развития ППС превалировали экспериментальные методы отработки их ходовых характеристик. Ограниченные возможности вычислительных средств того времени позволяли оценивать расчетным путем лишь минимальное число необходимых динамических параметров. Характерной чертой развития теории ППС того времени являлся поиск воз¬можных аналитических решений, преимущественно задач равновесия аппаратов и гибких связей.С появлением современных ЭВМ возникла возможность развития и реализации ряда численных методов решения теоретических задач гидромеханики и математического моделирования динамики ППС, позволяющих глубоко исследовать вопросы их движения и динамики с привлечением минимального объема экспериментальных данных. Это обеспечивает возможность ускорить и существенно удешевить создание таких систем, а также повысить их качество.
Цель дипломной работы заключается в разработке такого автоматизированного электропривода спускоподъемного устройства, которыйспособен компенсировать влияние на глубину погружения ППА качку судна-носителя при его расположении лагом к волнению, не вызывая при этом повышенный износ кабель-троса.
Решение поставленных задач основано на использовании теории корабля, теоретической механики и теории автоматического управления. Решение дифференциальных уравнений выполнено с помощью преобразования Лапласа. Использовались методы аппроксимации, численного моделирования, теории вероятностей и математической статистики. Исследование предложенных в работе методов и математических моделей проводилось с использованием прикладного пакета MATLAB 7,0, а также системы символьной математики MAPLE 16.

Содержание
Введение 6
1 Особенности электроприводов спускоподъемных устройств 10
1.1 Виды океанологических работ 10
1.2 Условия работы океанологических лебедок и требования к ним 11
1.3 Типовые океанологические лебедки и спускоподъемные устройства 16
2 Анализ поведения системы судно-трос-подводный объект в условиях нерегулярного морского волнения 31
2.1 Статистические характеристики морского волнения и качки судна 32
2.2 Статистические характеристики изменения глубины погружения подводного объекта при качке судна 49
3 Анализ работы системы автоматического управления электроприводом лебедки при качке судна 57
3.1 Алгоритм работы СПУ 58
3.2 Определение параметров идеального СПУ 66
3.3 Расчет параметров СПУ 71
3.4 Выбор разновидности электропривода 73
3.5 Разработка функциональной схемы системы управления 84
4. Расчет экономической эффективности модернизируемого электропривода 92
4.1 Расчет локальной сметы на приобретение и монтаж электропривода судовой лебедки 93
4.2 Расчет эксплуатационных затрат 97
4.2.1 Расчет потребляемой электроэнергии 97
4.2.2 Затраты на ремонт и заработную плату 98
4.2.3 Расчет категории сложности ремонта 99
4.2.4 Расчет заработной платы ремонтного и обслуживающего персонала 101
4.2.5 Расчет амортизационных отчислений 104
4.3 Расчет приведенных затрат 107
4.4 Расчет экономического эффекта 107
4.5 Сравнение экономических затрат существующего и проектируемого электроприводов 108
5 Правила техники безопасности и технической эксплуатации судового электрооборудования 112
5.1 Техническая эксплуатация грузового устройства 113
5.2 Правила техники безопасности при эксплуатации судового электрооборудования 115
5.2.1 Правила техники безопасности при работе с лебедкой 115
5.2.2 Меры электробезопасности при эксплуатации судового электрооборудования 118
5.2.3 Конструктивные мероприятия по защите от поражения электрическим током 121
5.2.4 Пожарная безопасность при эксплуатации судового электрооборудования 124
Заключение 126
Список используемых источников 129

Цель дипломной работы заключается в разработке такого автоматизированного электропривода спускоподъемного устройства, которыйспособен компенсировать влияние на глубину погружения ППА качку судна-носителя при его расположении лагом к волнению, не вызывая при этом повышенный износ кабель-троса.
Решение поставленных задач основано на использовании теории корабля, теоретической механики и теории автоматического управления. Решение дифференциальных уравнений выполнено с помощью преобразования Лапласа. Использовались методы аппроксимации, численного моделирования, теории вероятностей и математической статистики. Исследование предложенных в работе методов и математических моделей проводилось с использованием прикладного пакета MATLAB 7,0, а также системы символьной математики MAPLE 16.

1. Кувшинов Г.Е., Наумов Л.А., Чупина К.В. Системы управления глубиной погружения буксируемых объектов. – Владивосток: Дальнаука, 2006. – 312 с.
2. http://www.rs-class.org/ru/– Российский морской регистр судоходства
3. Ягодкин В.Я. Электроприводы судовых грузовых механизмов: Учебн. пособие. – СПб.: ГМА им. адм. С.О. Макарова, 2004. – 196 с.
4. Бугаенко Б.А. Динамика судовых спускоподъемных операций. – Киев: Наукова думка, 2004. – 320 с.
5. Справочник по теории корабля: в трех томах. Том 2. Статика судов. Качка судов. Судовые движители / Под ред. Я. И. Войткунского. – Л.: Судостроение, 1985. – 440 с.
6. Судовые устройства: Справочник / Под ред. М.Н. Александрова. – Л.: Судостроение, 1987. – 656 с.
7. Jane’sUnderwaterTechnology 1999–2000.
8. Шмаков М.Г. Специальные судовые устройства. – М.: Судостроение, 1975. – 342 с.
9. Авторское свидетельство № 826538 СССР. Устройство для управления электродвигателем судовой лебёдки / Г.Е. Кувшинов, К.П. Урываев. Бюллетень № 16, 1981.
10. United States Patent Application Publication, Pub. No.: 2005/0242332 Hoisting device with vertical motion compensation function / Shuji Ueki, Hirohumi Doi, Shogo Miyajima, Kenzo Hasegava, Hiroshi Satoh. Pub. Date: Nov. 3, 2005.
11. Кувшинов Г.Е., Чупина К.В. Спускоподъемное устройство. Патент на изобретение № 2114756С1 кл. 6В63 В27/ОВ. БИ № 19, 1998.
12. United States Patent Application Publication, Pub. No.: 2009/0166309 A1Hoisting device with vertical motion compensation function / Shuji Ueki, Hirohumi Doi, Shogo Miyajima, Kenzo Hasegava, Hiroshi Satoh. Pub. Date: Jul. 2, 2009.
13. Heave compensation system for deep water installation // J.W. Dalmaijer, IHC Gusto Engineering B.V., M.R.L. Kuijpers, Rexroth Hydraudyne B.V..
14. Спускоподъёмное устройство: пат. RU 2381133 / Г.Е. Кувшинов, Л.А. Наумов, Чупина К.В., Радченко Д.В., Чепурин П.И.; патентообладатель ИПМТ – заявл. 04.05.2008; опубл. 10.02.2010, Бюл. №4.
15. Кувшинов Г.Е., Наумов Л.А., Чупина К.В. Влияние морского ветрового волнения на глубоководный привязной объект. –Владивосток: Дальнаука, 2008. – 250 с.
16. Чепурин П.И. Стабилизация глубины погружения подводной зарядной станции для АНПА: Диссертация канд. техн. наук. – Владивосток, 2010. – 189с.
17. Гмурман В. Е.. Теория вероятностей и математическая статистика.- М.: Высшая школа, 2003. – 480 с.
18. Кувшинов Г.Е. Управление глубиной погружения буксируемых объектов. - Владивосток: Изд-во Дальневосточного ун-та, 1987. – 148 с.
19. Бородай И. К., Нецветаев Ю. А. Мореходность судов.– Л.: Судостроение, 1982. – 288 с.
20. Привязные подводные системы. Прикладные задачи статики и динамики / Н.И. Виноградов, М.Л. Гутман, И.Г. Лев, М.З. Нисевич. СПб.:Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2004. – 324 с.
21. Сергиенко А. Б. Цифровая обработка сигналов. – СПб.: Питер, 2003. – 604с.
22. Методы классической и современной теории автоматического управления: Учебник в 5-ти тт.; 2-е изд., перераб. и доп. Т.3: Синтез регуляторов систем автоматического управления / Под ред. К.А.Пупкова и Н.Д.Егупова. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2004. – 616 с.
23. Воронов А.А. и др. Основы теории автоматического регулирования и управления. Учеб. пособие для вузов. – М.: Высш. школа, 1977. – 519 с.
24. Лукомский Ю. А., Корчанов В. М. Управление морскими подвижными объектами.- СПб.: Элмор, 1996. – 320 с.
25. Ключев В. И. Теория электропривода. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 560с.
26. www.dvigatel-map.ru/catalog – каталог судовых асинхронный двигателей серии МАП
27. http://www.vesper.ru/catalog/invertors/ei-9011/ – каталог частотных преобразователей
28. Локарев В.И. Судовые автоматизированные электроприводы: Учеб. пособие. – Николаев: УГМТУ. 2002. – 160 с.
29. Соколовский Г.Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием. – М.: Академия. 2006. – 272 с.
30. Руководство по расчету экономического раздела дипломного проекта / Составитель И.В. Водопьянов. – Владивосток: Изд-во Дальневосточный политехнический институт, 1992г. 40 с.