Разработка системы управления судовым поисковым прожектором

Специалисты компании «Третий пин» разработали для производителя судового осветительного оборудования систему управления, которая проще в обслуживании и превышает по функциональности зарубежный аналог.
СУП - система управления прожектором корабля
СУП

Заказчик

Производитель и дистрибьютор судового осветительного оборудования
Сертификат Российского морского регистра судоходства и (или) Российского речного регистра – это документ, который подтверждает, что материалы и изделия, предназначенные для постройки и комплектации судов и плавучих средств, соответствуют требованиям Технического регламента о безопасности объектов внутреннего водного транспорта, конвенций, рекомендаций ИМО и ряда других нормативных документов.
Для внутренних помещений, палубы и пространства вокруг судна используется несколько типов светильников. Судовые осветительные приборы — специфичное оборудование, спроектированное для суровых условий эксплуатации. При работе в море светильники подвергаются воздействию вибрации, экстремальных температур, контакту с соленой водой. Оборудование требует сертификации Российского морского регистра судоходства и Российского речного регистра.

Часть продукции производится зарубежными компаниями. В связи с тем, что она имеет двойное назначение и может использоваться как на гражданских, так и военных судах, существуют риски срыва или прекращения поставок. Чтобы избежать этого, заказчик производит собственное судовое осветительное оборудование.
светильники на гражданском судне

Задача

Разработать российский аналог электроники системы управления поисковым прожектором
Поисковые прожекторы используются для обнаружения удаленных объектов и освещения пространства вокруг судна, например, при проходе в узких местах.

Мощный светильник представляет собой галогенную или ксеноновую лампу (1) разной мощности с зеркальным отражателем (2). Для ее защиты конструируется корпус из нержавеющей стали (3), который устанавливается на платформу с поворотным механизмом (4), оснащенную двигателями (5).

На судне обычно размещается несколько прожекторов, которые управляются вручную или с капитанского мостика.

Ручная настройка считается трудоемкой, потому что для нее требуется ходить по всем объектам и поворачивать светильники в нужную сторону. К тому же в плохую погоду такие действия выполнять небезопасно.
На момент старта проекта заказчик использовал систему дистанционного управления от норвежского прожектора, которая имела ограниченный функционал:

  • Контроль происходил аналоговым способом. Ручка управления подавала питание на реле внутри поворотной платформы. Такой способ требовал, чтобы каждый прожектор был соединен с рубкой силовым кабелем.
  • Отсутствие обратной связи. Невозможно понять, куда повернут прожектор и что он не заблокирован. Это можно сделать только визуально.
  • Не было возможности организовать групповую работу прожекторов. Требовалось регулировать каждый отдельно по очереди. Также была невозможна реализация сложных сценариев управления.
  • Санкционные риски. Прожектор производился в Норвегии, поэтому сохранялась вероятность, что компания-производитель перестанет поставлять товар в Россию.
Поэтому заказчик решил разрабатывать собственную систему управления. Для этого он привлек компанию «Третий пин» на аутсорсинге. Проект получил внутреннее название «СУП» — Система Управления Прожектором.

Мы провели несколько интервью с заказчиком и собрали все требования к устройству в Техническом задании.
система дистанционного управления прожекторами NORSElight
Примеры исполнения системы конкурентов

Функционал

Система предназначена для дистанционного контроля поворотными поисковыми прожекторами с удаленных пультов и отображения телеметрической информации об их текущем состоянии. Она состоит из двух типов устройств, соединенных по цифровой линии связи: главной платы управления (ГПУ), устанавливаемой на капитанском мостике и блоке управления двигателями (БУД), подключаемого к платформе осветительных приборов.
функциональная схема системы ДУ
Функциональная схема системы

Функционал главной платы управления:

  • удаленное управление двигателем прожектора с помощью джойстика;
  • контроль фокусным расстоянием луча посредством различных кнопок;
  • световая индикация статуса работы системы, в т. ч: питания, связи, аварии;
  • аппаратная возможность подключения до 7 устройств.
главная плата управления
Главная плата управления (ГПУ)
Функционал блока управления двигателем:

  • прием команд от платы управления;
  • контроль реле включения лампы, двигателей поворота и фокусировки;
  • регулировка положения и скорости работы электродвигателя прожектора при помощи концевых выключателей и датчиков частоты вращения;
  • измерение температуры;
  • подогрев блока редуктора;
  • обработка аварийных ситуаций.

Дополнительный функционал:

  • аппаратная возможность подключения к каждому прожектору вспомогательной панели управления (ВПУ) для регулировки с палубы;
  • подключение дисплея для отображения работы системы.
блок управления двигателем
Блок управления двигателем (БУД)

Технические особенности проекта

На физическом уровне обмен данными между устройства производится через интерфейс RS-485 по протоколу Modbus-RTU.

Modbus — открытый коммуникационный протокол, основанный на архитектуре ведущий — ведомый (master-slave). Широко применяется в промышленности для организации взаимодействия между электронными устройствами. Может использоваться для передачи данных через последовательные линии связи RS-485, RS-422, RS-232, и сети TCP/IP (Modbus TCP).

Стандартная задача в проектах c Modbus — вписать slave-устройство в существующую сеть, где уже есть master, роль которого выполняет компьютер или промышленный контроллер.
схема взаимодействия по протоколу Modbus-RTU
Схема взаимодействия Modbus-RTU
В нашем случае в качестве master ПЛК не подходил по нескольким причинам:

  • высокая стоимость из-за необходимости обязательной сертификации;
  • недостаточная функциональность решения;
  • мало входов и выходов, нет возможности добавления нескольких плат управления;
  • зависимость от продукции стороннего поставщика при необходимости расширения производства.

В системе управления прожектором роль master выполняет плата ГПУ или ВПУ, которые контролируют slave БУД. Все устройства работают под управлением микроконтроллера STM32. Существующие библиотеки, например, Free Modbus, не позволяли реализовать такой функционал реализации ролей master и slave в одном модуле без «костылей», которые рано или поздно привели бы к проблемам.

Мы разработали свою библиотеку, которая позволяет обойти эти ограничения и реализовать функции master и slave в одном устройстве. Она написана на C++ и значительно упрощает процесс интеграции в общую кодовую базу проекта.

Результаты

Мы разработали конструкторскую документацию, встроенное программное обеспечение и несколько экспериментальных образцов системы для тестовой эксплуатации заказчиком. Над заданием работали два инженера-схемотехника, программист и руководитель проекта.
Преимущества реализованной системы
Снижение затрат на СМР и эксплуатацию

Для монтажа и запуска системы требуется прокладка только линий связи.
Повышение дальности работы

В такой компоновке прожектор может быть установлен на расстоянии до 1,5 км от пульта управления. Это позволяет использовать его не только для судового освещения, но и для охраны периметра, что является дополнительным рынком для заказчика. Цифровая система управления дает возможность применять осветительные приборы вместе с поворотными видеокамерами.
Контроль прожектора

Положение двигателя контролируется по потребляемому току. Если потребление возрастает, значит электродвигатель достиг крайней точки или заблокирован. Если команда подана, а он не поворачивается — это означает, есть проблемы.
Повышение точности и плавное управление

Оператор использует пульт с цифровым интерфейсом для независимого управления скоростью работы двигателей. Джойстик имеет плавный ход и позволяет обеспечить более точное позиционирование прожектора.
джойстик с цифровым интерфейсом, ГПУ и БУД

Другие кейсы