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API – Automação de Processos Industriais

Automação de Navios
Autores: Alexandre Neves, Nº 49275
Pedro Batista, Nº 49477
Marco Morgado, Nº 50275

API 2004 AFN, PTMB, MMM ©

Resumo

• Problemas na automação de navios
• Objectivos da automação de navios
• A automação de um navio
- Construção
- Operação
• Ideias para o futuro

Automação de Navios API 2004 AFN, PTMB, MMM ©

Problemas na automação de navios

• Meio marítimo é um ambiente hostil aos componentes electrónicos:
- Corrosão causada pelo salitre
- infiltrações de água
• Motores de grande potência podem causar vibrações de elevado
impacto
• Fontes de Energia limitada – torna necessária a gestão de energia e
procura por fontes de energia alternativa
• Interfaces com o utilizador deverão ser o mais simples e intuitivas
possível
• Cada navio produzido possuí particularidades que implicam baixa
repetibilidade na produção de peças


Objectivos da automação de navios

Pretende-se com os sistemas de automação:

• minimizar o esforço e empreendimento humano.

• obter elevados padrões de qualidade com custos
sustentáveis

• Providenciar mais segurança às vidas humanas


CAD – Computer Aided Drawing
CAE – Computer Aided Engineering

Construção (1)
Existem 3 principais classes de processos:
• Tratamento de metal
• Montagem (principalmente por soldagem)
• Manipulação (manuseamento e posicionamento dos
blocos)

Panorama Actual:
• A automação na construção de navios tem sido
exclusivamente aplicada no corte e soldagem de metal
utilizando ferramentas CADCAE e novas tecnologias
laser


Construção (2)
• Contrariamente à soldagem de blocos 2D, os problemas
da soldagem de blocos 3D são muito extensos:
- Estruturas complicadas
- Baixa repetibilidade de produção
• Surge o conceito de blocos one-of-a-kind
• Manipuladores robóticos para estruturas one-of-a-kind:
facilidade de planeamento de caminhos, flexibilidade
operacional e autonomia de execução


Construção (3)
• Automação da gestão de informação:
- Planeamento óptimo de tarefas, fluxos de produto e
tempos de ligação entre processos

• Operadores humanos dos manipuladores passam a
executar apenas tarefas de alto nível: planeamento e
supervisão


Operação (1)
Monitorização do casco

• grande parte dos acidentes marítimos são devidos a elevada fatiga e
consequente quebra do casco
• os sensores mais utilizados são baseados em fibras ópticas e Bragg
gratings
• os sensores de fibra óptica apresentam grandes vantagens em relação
a sensores alternativos baseados em campos electromagnéticos:
- elevada sensibilidade
- boa resistência a água e químicos
- imune a interferência electromagnética
- não emite radiação electromagnética
- permite multiplexagem de comprimentos de onda podendo-se
ligar vários sensores em cadeia


Operação (2)


Operação (3)
• A monitorização do casco é muito importante pois permite prevenir
o comandante do navio situações que possam causar danos sérios
ao casco.
• Permite ainda a automatização do posicionamento do navio de
forma a minimizar a tensão no casco

Movimento do Navio
• A monitorização do movimento do navio permite prevenir situações
que possam causar danos à carga e desconforto aos passageiros
• São utilizados sistemas INS+GPS


Operação (4)
O que existe hoje em dia?
Sistemas encontram-se divididos em 3 principais áreas:
• Sistemas integrados de navegação
• Sistemas de controlo de manobras da ponte do navio.
• Sistemas de monitorização e controlo do navio.

Fonte :
http://www.praxis-automation.nl/

Sistema integrado de navegação
• Sistema completamente redundante
• Workstations ligadas por Ethernet (ligação rápida e redundante)


Operação (5)

Sistema integrado de navegação
• Planeamento da navegação, correcção de
desvios e display de informação relevante
a navegação (heading, velocidade,
ventos, profundidade …)
• Sistema de prevenção de colisões e
desvio de obstáculos


Operação (6)
Sistema de gestão dos motores da ponte de comando
• Automatiza por completo o comando dos motores de propulsão
• Leitura e comando preciso da velocidade dos motores
• Comando automático dos motores, sistemas de ignição, arranque
e paragem dos motores, mecanismos de inversão de marcha dos
motores


Operação (7)
Sistema Controlo e Monitorização da carga
• Automatiza o carregamento e descarregamento de produtos
dos tanques dos navios
• Utiliza sistemas de radar altamente precisos para medir os
níveis de produto nos tanques (precisões de +/- 1mm)
• Interligação das workstations por Ethernet e ligação à
Internet


Operação (8)
Sistema de Gestão de Energia e de Potência
• Controla os geradores de electricidade e os gastos do
navio
• Ligado ao Sistema centralizado de alarmes
• Modo Mar Porto
• Controlo automático dos níveis de tensão e de frequência
• Salvaguarda automática de energia para as funções
vitais e de segurança do navio e da tripulação
• Controlo da temperatura e níveis de óleo dos motores
para evitar danos no motor - Safe Engine Shutdown


Operação (9)
Sistema de Posicionamento Dinâmico. Sistema de Controlo
por Joystick
• Tecnologia Fly-by-wire em vez de comando mecânico
• Ligação ao Piloto automático e Planeamento de Trajectórias
• Precisão de 0,5m no posicionamento


Operação (10)
Globalmente, os produtos da PRAXIS:
• Apresentam elevada redundância para prevenir falhas de alguns dos
componentes tanto a nível de comunicações como a nível do
hardware
• Têm a possibilidade de ligação a satélites para monitorização da
embarcação à distância
• As workstations correm o sistema operativo Windows NT/2000 e
estão preparadas para situações de inundações e/ou humidade


Operação (11)
Estudo das redes de comunicações dentro de um navio
• É fundamental a existência de alternativas de comunicação para o
caso de ocorrência de falhas (redundância)
• As redes Ethernet são redes rápidas e seguras mas que não
garantem entrega de pacotes em tempo pré-especificado, o que é
fundamental para redes de tempo real como é o caso das redes de
controlo.
• As redes Ethernet possuem ainda limitações de distância. Pode-se
implementar estas redes com repetidores.
• Redes de tempo real CAN (Controller Area Network) possuem
também limitações em termos de taxa de transmissão x
comprimento da rede mas garantem entrega fiável em tempo pré-
especificado.


Operação (12)
• A rede de tempo real TTP(Time Triggered Protocol) é altamente
fiável, com menos limitações que o CAN BUS, revelando-se a rede
de tempo real do futuro.
• Workstations onde não seja crucial tempo real podem ser ligadas
através de Ethernet.
• A Ethernet revela-se ainda uma boa solução para embarcações onde
seja importante a existência de Internet em diversos locais
(paquetes de luxo).
• Para comunicações entre pontos onde tempo real seja necessário
deve-se utilizar redes de tempo real como o CAN ou TTP.


Ideias para o futuro
• Release automático de botes salva vidas e comunicação automática
via satélite à guarda costeira mais próxima em caso de ruptura do
casco e/ou perigo de afundamento
• Robots de inspecção e manutenção/reparação do casco, lemes e
hélices
• Atracagem automática em portos apoiada por Laser Range Finder e
câmaras de visão
• Sistemas de detecção de queda de homens e/ou carga à água
(Lasers, sensores de movimento) e reacção automática a estas
situações (alarmes sonoros, paragem automática dos motores do
navio, lançamento automático de bóias salva-vidas)


Referências
• http://europa.eu.int/comm/enterprise/maritime/maritime_industrial/
doc/autom_study.pdf
• http://av.rds.yahoo.com/_ylt=A0Je5XPUp3lA7REAcp4raKMX;_ylu=X
3oDMTBvdmM3bGlxBHBndANhdl93ZWJfcmVzdWx0BHNlYwNzcg--
/SIG=11lj23cmn/**http%3a//www.eagle.org/rules/downloads/73-
hull.pdf
• http://www.mptconsult.com/SENSFIB%20Frameset.htm
• http://www.praxis-automation.nl/
• http://www.tttech.com/technology/index.htm
• http://www.northropgrumman.com/


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