Rozwiązania firmy Moxa w technice morskiej

SYSTEM WYKRYWANIA PLAM OLEJU

Rys. 1. Model detekcji plam oleju na powierzchni z wykorzystaniem radarów

Jednym z nowych systemów wymagających integracji wielu urządzeń elektronicznych jest na przykład system wykrywania zanieczyszczeń ropopochodnych na powierzchni wody. Coraz większa troska i dbałość o środowisko naturalne wymuszają konstrukcję coraz doskonalszych systemów detekcji potencjalnych zagrożeń ekologicznych takich jak plamy spowodowane wyciekiem ropy naftowej.

Wyciek ropy naftowej w Zatoce Meksykańskiej w 2010 roku wywołany przez koncern BP był najpoważniejszą katastrofą ekologiczną w tamtym regionie. Nie było to pierwsze wydarzenie tego typu i niestety na pewno nie ostatnie. Zanieczyszczenie olejem i produktami ropopochodnymi może być spowodowane przez wiele czynników, choć najbardziej powszechne są wycieki z transportowanego ładunku lub podczas załadunku albo rozładunku tankowca, surowy wyciek szybu naftowego czy wreszcie wyciek paliwa ze statku.

Zanieczyszczenia petrochemiczne tego rodzaju niszczą całe ekosystemy morskie i przybrzeżne. Dlatego podejmuje się zdecydowane działania nie tylko w zakresie ochrony przed takimi incydentami, ale również w celu neutralizacji takich zagrożeń szybko i skutecznie. Jednym z istotnych elementów jest szybka detekcja miejsc wycieku produktów petrochemicznych i oszacowywanie skali zagrożenia.

Rys. 2. Główne elementy systemu detekcji

System wykrywania wycieków oleju (Oil Split Detection) służy do monitorowania i wczesnego ostrzegania o rozprzestrzenianiu się plamy ropy na otwartym akwenie morskim. Systemy OSD mogą być zainstalowane na statkach, platformach wiertniczych lub lądowych stacjach nadzoru. Działają one poprzez zbieranie cyfrowych obrazów powierzchni morza, a następnie wykorzystanie Spektrum fal kierunkowych do oszacowania prądu powierzchniowego wody.

Radary morskie, systemy monitorowania satelitarnego oraz specjalne kamery wideo zostają wykorzystane do zebrania obrazów, ale ze względu na wydajność najpowszechniejsze są systemy radarowe. Obszary objęte plamą oleju odbijają fale radarowe w mniejszym stopniu ze względu na brak fal kapilarnych w takim obszarze. Obszary zanieczyszczone olejem są widoczne w postaci ciemnych plam na obrazie radaru.

SYSTEM WYKRYWANIA WYCIEKÓW OLEJU, ARCHITEKTURA I WYMAGANIA

Rys. 3. 24-calowy wyświetlacz MD-124 firmy Moxa w obudowie IP66 z certyfikacją morską

Podstawowa konfiguracja OSD zawiera:

• czujniki radaru (anteny, odbiorniki sygnału odbitego),
• jednostkę obliczeniową OSD,
• sterowanie (lokalne lub zdalne).

Radar służy do tworzenia obrazu powierzchni wody, który umożliwia z kolei wykrywanie przez OSD odległych plam oleju na powierzchni (nawet w ciemności). Operacja tworzenia obrazu i jego analizy jest wykonywana w czasie rzeczywistym. Procesor OSD jest sercem systemu wykrywania wycieków oleju, miejscem, gdzie surowe informacje z radaru są zestawiane z otrzymanymi informacjami z urządzeń nawigacyjnych, takich jak systemy GPS, żyrokompas, detektory prędkości itp.

Rys. 4. Bezwentylatorowy komputer z wydajnym procesorem Core i7 MC-7200-MP-T i 4 portami ethernetowymi

Te informacje muszą zostać odebrane poprzez interfejsy MEA 0183, a następnie przetwarzane w czasie rzeczywistym. Ze względu na ogromną ilość bardzo zróżnicowanych danych jednostka przetwarzania wymaga wydajnych procesorów. Bardzo ważna jest także możliwość pracy przy wysokiej wilgotności czy znacznej różnicy temperatur.

Prezentacja wyników obliczeń musi odbywać się na bieżąco w formie zrozumiałej dla operatora. Wykorzystywane są tutaj m.in. komputery panelowe czy specjalne wyświetlacze dla techniki morskiej (19-/24-calowe).

SYSTEMY NAWIGACJI ZINTEGROWANEJ - ECDIS

Rys. 5. Budowa systemu nawigacji zintegrowanej

Innym systemem, gdzie niezbędna jest koordynacja wielu zaawansowanych systemów pokładowych, jest ECDIS (Electronic Chart Display and Information System). Jest to znacznie więcej niż tylko zbiór cyfrowych wykresów i parametrów. ECDIS łączy wszystkie informacje z elementów układów elektroniki statku, takich jak czujniki czasu rzeczywistego (rejestracja prędkości, informacje z radarów, parametry siły i kierunku wiatru, informacje z żyroskopów, itp.).

Informacje są następnie poddawane analizie z wykorzystaniem mocy obliczeniowej komputerów, analizowane są wszelkie anomalie i zagrożenia, a następnie wyniki prezentowane w formie różnorakich wykresów i map. ECDIS jest szkieletem następnej generacji systemów nawigacyjnych, zapewniając załogom statków informacje w czasie rzeczywistym o zagrożeniach, otoczeniu okrętu, zagrożeniach podwodnych w sposób, który nigdy wcześniej nie był możliwy.

Od lipca 2012 roku ECDIS jest obowiązkowy dla wszystkich nowo budowanych statków i sukcesywnie wprowadzany także dla jednostek już zwodowanych. Szacunki dotyczące liczby statków wymagających remontu pod kątem ECDIS wynoszą nawet 50 tys., co wskazuje, że jest to ogromny, zamknięty rynek dla dostawców sprzętu morskiego.

Systemy ECDIS wymagają nie tylko komputerów i przełączników specjalnie zaprojektowanych do wymagających warunków, które znajdują się na pokładzie statków morskich, ale również muszą spełniać rygorystyczne normy np. dotyczące wyświetlaczy terminalowych (np. prawidłowe odzwierciedlenie kolorów na wyświetlaczu, luminescencja na odpowiednim poziomie). Niezależnie od tego, czy mówimy o trwałości, niezawodności czy wydajności, systemy ECDIS stanowią potężną inżynierię i wyzwania dla projektantów.

Rys. 6. Switche ethernetowe zarządzalne i niezarządzalne z certyfikacją DNV, GL, LR i ABS

Systemy nawigacji zintegrowanej statków łączą wiele informacji, które muszą być zebrane z różnych części okrętu. Są to sygnały pochodzące m.in. ze stacji anemometrycznych, rejestratorów prędkości, stacji pogodowych i systemów GPS. Większość czujników systemu znajduje się na zewnątrz pokładu.

Prawie wszystkie te systemy są połączone przez interfejsy komunikacyjne NMEA, więc każdy komputer pokładowy musi być wyposażony w interfejsy NMEA, które umożliwiają niezawodną, bezpośrednią komunikację w czasie rzeczywistym z wymaganymi systemami czujników. Przed komputerami stoi zadanie obróbki w czasie rzeczywistym wielu strumieni danych pochodzących z zewnętrznych czujników.

Dodatkowym wymaganiem jest również komunikacja redundantna z krytycznymi elementami systemu. Jest to zapewnione poprzez zastosowanie m.in. switchy ethernetowych z funkcją połączeń nadmiarowych (topologia pierścienia). Sieć ethernetowa komunikacji pokładowej musi również umożliwiać przesyłanie wielu sygnałów z wejść cyfrowych (jak również do wyjść cyfrowych) a także łączenie urządzeń z interfejsami NMEA. Całość musi umożliwić działanie powiadamiania alarmowego w czasie rzeczywistym.

Kryspin Wach
Elmark Automatyka
www.elmark.com.pl