DE3430765A1

DE3430765A1 - System for automatically keeping a check on the floating position and stability of ships

Info

Publication number: DE3430765A1
Application number: DE19843430765
Authority: DE
Inventors: Georgij Ivanovi&ccaron; Belozerov; Evgenij Vasil'evi&ccaron; Najdenov; Viktor Evgen'evi&ccaron; Salov; Ivan Veniaminovi&ccaron; Leningrad Zacharov
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-08-21
Filing date: 1984-08-21
Publication date: 1986-03-06

Abstract

The system for automatically keeping a check on the floating position and stability of ships comprises sensors (1, 2) for monitoring the draught of the ship (3) and a heeling-angle sensor (4), which are connected to a signal converter (5). A unit (7) determines the metacentric height, the displacement and the floating position of the ship (3). This unit (7) is in connection with the output of the converter (5) and a heeling subsystem (8).A set-value unit (16) for preselecting the heeling of the ship is connected to the input of a heeling-angle indicator (17) and a comparator (18), which processes the signals from the unit (16) and the indicator (17) and is connected to a power-supply part (15) for the ship's heeling subsystem (8). <IMAGE>

Description

1. Evgeny Vasilievich NAIDENOV 1. Evgeny Vasilievich NAIDENOV

2. Georgy Ivanovich BELOZEROV 3. Viktor Evgenievich SALOV 4. Ivan Veniaminovich ZAKHAROV Leningrad, UdSSR-System zur automatisierten Kontrolle der Schwimmlage und Stabilität von Schiffen Die Erfindung betrifft ein System zur automatischen Kontrolle der Schwimmlage und Stabilität von Schiffen unterschiedlicher Typen mit einer Wasserverdrängung von mindestens Tausend Registertonnen, z. B. TanReQ7 Containerschiffen, Roll-on-, Roll-off-Schiffen und Roll-on-flow-Schiffen, Holz-, Erz-und Stückgutfrachter, Fischereischiffen, Schwimmplattformen u. dgl. 2. Georgy Ivanovich BELOZEROV 3. Viktor Evgenievich SALOV 4. Ivan Veniaminovich ZAKHAROV Leningrad, USSR system for the automated control of Floating position and stability of ships The invention relates to a system for automatic Control of the floating position and stability of ships of different types with a water displacement of at least a thousand register tons, e.g. B. TanReQ7 container ships, Roll-on, roll-off ships and roll-on-flow ships, timber, ore and general cargo carriers, Fishing ships, floating platforms, etc.

Bekanntlich muß die Besatzung zur Sicherung einer gefahrlosen Seeschiffahrt zu jedem Zeitpunkt die technischen Betriebsdaten des Schiffes, wie seinen Seegang und seine Festigkeitswerte, sowie das Verhalten des komplizierten dynamischen Systems Schiff-Last-Umgebung kennen, um eventuellen Notsituationen während der Fahrt vorbeugen zu können.As is well known, the crew must ensure safe shipping the technical operating data of the ship at all times, such as its sea state and its strength values, as well as the behavior of the complex dynamic system Know the ship-load environment in order to prevent possible emergency situations during the journey to be able to.

Zur Kontrolle der Schwimmlage, Stabilität und Gesamtfestigkeit eines Schiffes, sind verschiedene Systeme bekannt, die z. B. auf der Bewertung des Gesamtbiegemomentes, der Querkräfte bzw. -spannungen, die durch die Gesamtbiegung des Schiffskörpers entstehen, basieren. Eines dieser Systeme (das auf dem Schiff Olympic Challenger mit einer Tragfähigkeit von 65 000 t angewendet wird) enthält einen in der Schiffsmitte aufgestellten Proåektor, der einen Lichtstrahl auf einen in dem Heckaufbau angeordneten Spiegel wirft. Von dem Spiegel gelangt der Strahl auf eine in der Nähe des Proäektors liegende Fotozelle. Bei Abweichung des Strahls sendet die Fotozelle ein Signal auf das Spiegeldrehwerk zur Rückführung des Strahls. Der Drehwinkel des Spiegels gilt als Ausgangssignal des Schiffsdurchbiegungsgebers. Da die Biegemomente und Querkräfte in den verschiedenen Querschnitten verschiedene Werte haben, bringt diese Methode keine genauen Ergebnisse.To control the swimming position, stability and overall strength of a Ship, various systems are known, the z. B. on the evaluation of the total bending moment, the transverse forces or stresses caused by the total bending of the hull arise, based. One of these systems (the one on the Olympic Challenger with a load capacity of 65,000 t) contains one in the middle of the ship erected Proåektor, which a light beam on a arranged in the rear structure Mirror throws. From the mirror the beam reaches one near the proector lying photocell. If the beam deviates, the photocell sends a signal the mirror rotating mechanism for returning the beam. The angle of rotation of the mirror applies as the output signal of the ship deflection sensor. Because the bending moments and shear forces have different values in the different cross-sections, this method works no exact results.

Bekannt ist auch ein System zur Kontrolle der Festigkeit, das auf dem gleichen Wirkungsprinzip beruht. Mit Hilfe dieses Systems lassen sich die Biegemomente und Querkräfte nach den an mehreren Querschnitten gemessenen Tiefgangswerten des Schiffes ermitteln. Dieses System hat eine noch geringere Genauigkeit wegen der Unvollkommenheit der bekannten Tiefganggeber, da der absolute Tiefgangmeßfehler den Wert der maximalen;Schiffsdurchbiegung erreichen kann.Also known is a system for controlling the strength that is based on based on the same operating principle. With the help of this system, the bending moments and lateral forces according to the draft values of the measured at several cross-sections Determine the ship. This system has an even lower accuracy because of the Imperfection of the known draft transducers because of the absolute depth measurement error the The value of the maximum ship deflection.

Darüber hinaus kontrollieren diese beiden Systeme die Stabilität des Schiffes nicht, Bekannt sind ferner Systeme zur Kontrolle der GesamtSestigkeit eines Schiffes, bei denen Schiffskörperbeanspruchungen unter Benutzung von Dehnungsmeßstreifen direkt gemessen werden (s. z. B. das System "Wedar", Norwegen). Das System dient zur Messung der Wellenbelastung auf der See. Die änderung der äußeren Belastung erfolgt durch Änderung des Kurses und der Geschwindigkeit des Schiffes. Zum System gehören je ein Deckengeber auf Steuer- und Backbordseite, die die durch das vertikale Biegemoment in dem Hauptspantguerschnitt auftretenden Summenbeanspruchungen messen, ein Bugbeschleunigungsmesser, der vertikale Verschiebungen des Schiffes mißt, eine elektronische Verstärkereinrichtung und eine im Ruderhaus untergebrachte Meßwertverarbeitungseinheit sowie Meldemittel, die bei Erreichen der Grenzbeanspruchung ein Warnsignal geben Nachteilig ist bei diesem System, daß die Schwimmlage und die Stabilität überhaupt nicht kontrolliert werden. Außerdem haben die Geräte zur Festigkeitskontrolle konstruktive Mängel, so daß dieses System keine breitere Anwendung gefunden hat.In addition, these two systems control the stability of the Ship not, systems are also known to control the overall stability of a Ships where hull stresses are applied using strain gauges can be measured directly (see e.g. the "Wedar" system, Norway). The system serves for measuring the wave load on the sea. The change in external stress takes place by changing the course and speed of the ship. To the system each include a ceiling sensor on the star and port side, the one through the vertical Measure the bending moment occurring in the main frame cross-section, a bow accelerometer that measures vertical displacements of the ship, one electronic amplifier device and a measured value processing unit housed in the wheelhouse as well as reporting means that give a warning signal when the limit load is reached The disadvantage of this system is that the swimming position and the stability at all not be controlled. In addition, the devices for strength control have constructive Shortcomings so that this system has not found wider application.

Zu den Systemen zur Kontrolle der Schwimmlage und Stabilität gehört das System der Firma Intering. Zur Ermittlung des Giefangs sind wei hydrostatische Tiefgangmesser am Bug und am Heck eingebaut. Zur Ermittlung der metazentrischen Höhe aus dem Krängungsversuch muß man er*ahrungsgemäß das Kirängungsmoment, die Wasserverdrangung des Schiffes und den Zuwachs des Krängungswinkels kennen, der durch das auf das Schiff einwirkende Krängungsmoment hervorgerufen wird.The systems for controlling the swimming position and stability include the system from Intering. There are white hydrostatic to determine the giefang Draft meter built into the bow and stern. To determine the metacentric Height from the heeling test one must, according to his experience, the heeling moment, the Know the water displacement of the ship and the increase in heel angle, the caused by the heeling moment acting on the ship.

Bei dem Intering-System findet nur ein automatisches Krängen des Schiffes, d. h. eine Verdrängung der Flüssigkeit (des Ballastes) in den Krängungstank mit Hilfe eines Kompressors statt. Das Krängungsmoment bleibt immer konstant (ca. 50 60 tm) äe nach dem Schiff styp. Der Zuwachs des Krängungswinkels wird am Krängungsmesser, der eine gewöhnliche Libelle mit der Basis zwei Meter darstellt, abgenommen.With the intering system only an automatic heeling of the ship takes place, d. H. a displacement of the liquid (the ballast) into the heeling tank with Using a compressor instead. The heeling moment always remains constant (approx. 50 60 tm) ae according to the ship type. The increase in the heel angle is shown on the heel knife, which represents an ordinary dragonfly with a base two meters away.

Die Genauigkeit bei der Ermittlung des Krängungswinkel-Zuwachses beträgt bei diesem System 0,1 Bogengrad. Nachteilig ist bei diesem System seine geringe Genauigkeit und eine arbeitsaufwendige Ermittlung der metazentrischen Höhe.The accuracy in determining the increase in heel angle is 0.1 degrees of arc in this system. The disadvantage of this system is its low level Accuracy and a laborious determination of the metacentric height.

Die mangelnde Genauigkeit ist darauf zurückzuführen, daß Krängungsmesser mit einer Teilung von 0,1 Grad verwendet werden und ein konstantes Krängungsmoment benutzt wird, was bei geringer metazentrischer Höhe zum Auftreten einer unzulässig großen Krängung des Schiffes bis 80 führt und eine Verschiebung der Ladung hervorrufen kann, da gewöhnlich der Krängungsversuch nach Lade- und Löscharbeiten vor dem Auslauf in See während der Befestigung der Ladung durchgeführt wird. Darüber hinaus sinkt bei solchen Krängungswinkeln die Berechnungsgenauigkeit der metazentrischen Höhe. So beträgt z. B. für einen Neigungswinkel von 80 bei geringer metazentrischer Höhe der relative Fehler ca. 10 s°Ó (s. Naidenow E. W. "KontrolLe der Schwimmlage und Stabilität des Schiffes", Moskau, "Transport", 1983, S. 111, 112).The lack of accuracy is due to the fact that heeling knife with a pitch of 0.1 degrees and a constant heeling moment is used, which in the case of a low metacentric height leads to the occurrence of an inadmissible large heeling of the ship up to 80 and cause a shift in the cargo can, since usually the attempt to heel after loading and unloading work before the outlet is carried out at sea while the cargo is being attached. It also sinks at such heel angles the accuracy of the calculation of the metacentric height. So z. B. for an inclination angle of 80 at a low metacentric height the relative error approx. 10 s ° Ó (see Naidenow E. W. "Kontrole der Schwimmlage und Stability of the ship ", Moscow," Transport ", 1983, pp. 111, 112).

Bei großer metazentrischer Höhe ruft das konstante Krängungsmoment eine Neigung hervor, dessen Wert zu klein (0,3 ... 0,40) und mit dem Fehler bei der Messung der Zunahme des Krängungswinkels vergleichbar ist. Dies führt zu großen Fehlern bei der Berechnung der metazentrischen Höhe, die 25 96 erreichen. Mit solchen Systemen kann ein Schiff daher nicht wirtschaftlich gefahren werden, wenn ihr Rechenfehler eine unrechtmäßige Überhöhung der metazentrischen Höhe zur Folge hat. Wenn der Rechenfehler in Richtung des minimalen Wertes der metazentrischen Höhe abweicht, kann es zu einer Havarie des Schiffes kommen.At high metacentric heights, the constant heeling moment occurs a tendency emerges whose value is too small (0.3 ... 0.40) and with the error at is comparable to the measurement of the increase in heel angle. This leads to great Metacentric height calculation errors that reach 25 96. With such Systems can be a ship therefore cannot be driven economically, if your calculation error is an unlawful exaggeration of the metacentric height Consequence. If the calculation error is in the direction of the minimum value of the metacentric If the altitude deviates, the ship may be damaged.

Bekannt ist auch ein System zur automatischen Kontrolle der Schwimmlage und Stabilität eines Schiffes, das auf der Basis der Schiffskrängung arbeitet und einen Geber zur Kontrolle des Tiefgang, einen oder mehrere Kringungswinkelgeber, ein Krängungsuntersystem mit manuell und automatisch zu betätigenden Ventilen und einen Stromversorgungsteil enthält.A system for the automatic control of the swimming position is also known and stability of a ship operating on the ship's heel and a sensor to control the draft, one or more helix angle sensors, a heeling subsystem with manually and automatically operated valves and contains a power supply part.

Die Geber sind an einen Signalformer angeschlossen, der mit einer Recheneinheit zur Ermittlung der metazentrischen Höhe verbunden ist. Das System hat eine Zentralsteuereinheit für seine sämtlichen Baugruppen (s. z. B. Naidenow E. W. ??Kontrolle der' Schwimmlage und Stabilität des Schiffes", Moskau, "Uransport", 1983, S 115-121).The encoders are connected to a signal conditioner, which is equipped with a Computing unit for determining the metacentric height is connected. The system has a central control unit for all of its assemblies (see e.g. Naidenow E. W. ?? Control of the 'floating position and stability of the ship ", Moscow," Uransport ", 1983, pp 115-121).

Bei geringer Stabilität des Schiffes erzeugt dieses System eine in der Praxis unzulässige Krängung des Schiffes, während bei großer Stabilität die nötige Krängung nicht gesichert wird, was zu einem relativ großen Fehler der ermittelten metazentrischen Höhe führte Das System hat eine geringe Arbeitsgeschwindigkeit. Bei Benutzung der Krängung auf der See ist die Genauigkeit der Ermittlung des Deplacements wegen fehlender Kompensation des Wasserstaudrucks gering. Nicht berücksiehtigt wird der Einfluß anderer Größen, wie Trimmlage, Tauchtiefe u. dgl. und außerdem fehlt bei diesem System eine Kontrolle der Gesamtfestigkeit.If the ship is not stable, this system generates an in in practice impermissible heeling of the ship, while with great stability the necessary heeling is not secured, which leads to a relatively large error of the determined metacentric height led The system has a slow operating speed. When using the heel at sea, the accuracy of the determination of the displacement is important low due to lack of compensation of the water back pressure. Is not taken into account the influence of other variables, such as trim position, diving depth and the like, and besides, is missing an overall strength check in this system.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System zur automatisierten Kontrolle der Schwimmlage und der Stabilität des Schiffes, das mindestens zwei am Heck und am Bug angeordnete Geber zur Kontrolle des Tiefgang des Schiffes und mindestens einen Krängungswinkelgeber, die an den Eingang eines Signalformers angeschlossen sind, eine Einheit zur Berechnung der metazentrischen Höhe, durch welche die Stabilität des Schiffes gekennzeichnet wird, und des Deplacements sowie der Schwimmlage nach den entsprechenden, von den Ausgängen der Tiefgangs- und Krängungswinkelgeber kommenden Signalen, die mit dem Ausgang des Slgnalformers und mit einem Schiffskrängungsuntersystem in Verbindung steht, und eine Steuereinheit für sämtliche Baugruppen des Systems zur automatisierten Kontrolle enthält, gemäß der Erfindung gelöst durch eine Einheit zur Vorgabe der Schiffskrängung, einen an ihren Ausgang angeschlossenen Krängungswinkelmelder, dessen Ausgang mit einem der Eingänge eines Signalvergleichsglieds, dessen anderer Eingang mit der Einheit zur Vorgabe der Schiffskrängung dessen Ausgang mit einem Stromversorgungsteil des Schiffskrängungsuntersystems verbunden sind.The invention is based on the object of a system for automated Control of swimming position and stability of the ship that at least two sensors at the stern and bow to control the draft of the ship and at least one heel angle sensor connected to the entrance of a Signal conditioner are connected, a unit for calculating the metacentric Height, by which the stability of the ship is characterized, and the displacement as well as the swimming position according to the corresponding, from the exits of the draft and inclination angle encoder signals coming with the output of the signal former and in communication with a ship heeling subsystem, and a control unit for all assemblies of the system for automated control, according to the invention achieved by a unit for specifying the ship heeling, one at heeling angle detector connected to its output, its output with one of the Inputs of a signal comparator whose other input is connected to the unit for Specification of the ship's heeling, its output with a power supply part of the ship's heeling subsystem are connected.

Das System weist zweckmäßig einen an den Eingang der Steuereinheit angeschlossenen Zeit geber auf, der Zeitintervalle vorgibt, in denen die Krängung des Schiffes zur Ermittlung der metazentrischen Höhe vorgenommen wird.The system expediently has one at the input of the control unit connected timer, which specifies time intervals in which the heel of the ship to determine the metacentric height.

Außerdem kann eine Einheit zur Ermittlung des Tiefgangs, die an die Ausgänge der Tiefgang-Geber angeschlossen ist, eine Sollwert-Einheit zur Vorgabe des Tiefgangs und einen mit diesen verbundenen zweiten Vergleicher aufweisen, dessen Ausgang mit der Steuereinheit in Verbindung steht.In addition, a unit for determining the draft, which is sent to the Outputs of the draft sensor is connected, a setpoint unit for specification of the draft and a second comparator connected to it, whose Output is in communication with the control unit.

Zur Kontrolle des Längstragfähigkeitsmomentes soll das System zumindest einen im Hauptspantquerschnitt angeordneten Geber zum Erfassen der im Schiffskörper entstehenden mechanischen Spannungen, zumindest einen Schiffskörper-Temperaturgeber und einen Wasser-Temperaturgeber aufweisen, die an den jeweiligen Eingang des Signalumformers angeschlossen sind, dessen Ausgang mit dem Eingang einer Einheit zur Berechnung des Längstragf.ähigkeitsmomeSntes nach den Ausgangssignalen der entsprechenden Geber verbunden ist.To control the longitudinal load-bearing capacity, the system should at least one arranged in the main bulkhead cross-section Encoder for acquisition the mechanical stresses arising in the hull, at least one hull temperature sensor and a water temperature sensor connected to the respective input of the signal converter are connected, the output of which is connected to the input of a unit for calculation of the longitudinal load capacity factor based on the output signals of the corresponding sensors connected is.

Es ist auch zweckmäßig, daß das System Geber zur Kontrolle der Schiffsvorräte hat, die an den Eingang des Signalgebers gelegt sind, und deren Ausgangssignale zur Korrektur der berechneten Werte der metazentrischen Höhe benutzt werden.It is also useful that the system has givers to control the ship's stores which are connected to the input of the signal generator and their output signals can be used to correct the calculated values of the metacentric height.

Mit dem erfindungsgemäßen System kann die metazentrische Höhe genauer berechnet werden, was den Nutzwert und die Effektivität des Schiffes erhöht und eine größere Fahrsicherheit ermöglicht.With the system according to the invention, the metacentric height can be more accurate calculated, which increases the utility and effectiveness of the ship and enables greater driving safety.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. Es zeigen: Fig. 1 schematisch das System zur automatisierten Kontrolle der Schwimmlage und der Stabilität von Schiffen; Fig. 2 ein Blockdiagramm der verwendeten Recheneinheit.The invention is illustrated below with the aid of preferred exemplary embodiments explained with reference to the drawing. They show: FIG. 1 schematically System for the automated control of the swimming position and the stability of ships; 2 shows a block diagram of the computing unit used.

Das in Fig. 1 dargestellte Kontrollsystem enthält zwei am Heck und am Bug des Schiffes 3 angeordnete Tiefgang-Geber 1 und 2 sowie einen Geber 4 für den Krängungswinkel. Die Tiefganggeber 1, 2 sind ggf. als Schwimmerfüllstandsmesser ausgeführt, während als Krängungswinkelgeber is ein Krängungspendel benutzt ist. Anstelle eines Pendelkrängungsmessers können auch zwei gleiche iefganggeber an beiden Bordenseiten an der breitesten Stelle angeordnet werden, wobei der Krängungswinkel als Verhältnis der Differenz ihrer ewerte zur Basislänge deren Anordnung ermittelt wird.The control system shown in Fig. 1 includes two at the stern and at the bow of the ship 3 arranged draft giver 1 and 2 and a giver 4 for the heel angle. the Draft sensors 1, 2 are used as float level meters if necessary while a heeling pendulum is used as a heel angle encoder. Instead of a pendulum inclination meter, two identical draft sensors can be used on both Borderseiten are arranged at the widest point, the heel angle their arrangement is determined as the ratio of the difference in their evalues to the base length will.

Die Geber 1, 2 und 4 sind an die entsprechenden Eingänge eines Signalumformers 5 angeschlossen, in welchem die verschiedenartigen Ausgangssignale der Geber in für die weitere Verarbeitung in einer Recheneinheit geeignete Daten umgewandelt werden. Der Ausgang des Umformers 5 führt zum Eingang eines Eingabe-Ausgabe-Interfaceteils 6, der die gleichzeitige Arbeit der Geber mit einer Einheit 7 zur Berechnung der metazentrischen Höhe h sichert.The encoders 1, 2 and 4 are connected to the corresponding inputs of a signal converter 5 connected, in which the various output signals of the encoders in converted data suitable for further processing in a computing unit will. The output of the converter 5 leads to the input of an input-output interface part 6, which shows the simultaneous work of the donors with a unit 7 for calculating the metacentric height h secures.

Die Einheit 7 berechnet die Höhe h, das Deplacement D, den mittleren Tiefgang T, den Neigungswinkel Q und den Trimmwinkel T .The unit 7 calculates the height h, the displacement D, the middle Draft T, the angle of inclination Q and the trim angle T.

An den Umformer 5 ist ein Krängungsuntersystem 8 mit seinen Gebern 13 angeschlossen, dessen Ballasttanks 10 mit einer Pumpe 9 über eine Rohrleitung 11 und Ventile 12 in Verbindung stehen. In den Ballasttanks 10 sind als Geber Füllstandsmesser 13 untergebracht, deren Signale an den Eingang des Umformers 5 gelangen.A heeling subsystem 8 with its encoders is attached to the converter 5 13 connected, the ballast tank 10 with a pump 9 via a pipeline 11 and valves 12 are in communication. In the ballast tanks 10 are level gauges as sensors 13 housed, the signals of which arrive at the input of the converter 5.

Das System hat ferner eine Steuereinheit 14 für seine sämtlichen Baugruppen und einen Stromversorgungsteil 15.The system also has a control unit 14 for all of its assemblies and a power supply part 15.

Gemäß der Erfindung enthält das automatische Kontrollsystem eine Einheit 16 zur Vorgabe des Schiffskrängungswertes, einen an ihren Ausgang angeschlossenen Krängungswinkelmelder 17 und einen Signalvergleicher 18.According to the invention, the automatic control system comprises a unit 16 for specifying the ship heel value, one at their exit connected heel angle indicator 17 and a signal comparator 18.

An den ersten Eingang des Signalvergleichers 18 ist der Melder 17 und an den zweiten Eingang die Vorgabeeinheit 16 angeschlossen. Der Ausgang des Vergleichers 18 führt zum Stromversorgungsteil 15 zum Ein- und Abschalten der Pumpe 9 des Krängungsuntersystems 8.The detector 17 is connected to the first input of the signal comparator 18 and the specification unit 16 is connected to the second input. The outcome of the Comparator 18 leads to the power supply part 15 for switching the pump on and off 9 of heel subsystem 8.

Zur Kontrolle der metazentrischen Höhe h in vorbestimmten Zeitabständen hat das System einen als Zeituhr ausgeführt ten Zeitgeber 19, der an den Eingang der Steuereinheit 14 gelegt ist und Zeitabstände vorgibt, in welchen die Krängung des Schiffes 3 zur Ermittlung der metazentrischen Höhe h vorgenommen wird.To check the metacentric height h at predetermined time intervals the system has a timer 19 designed as a time clock, which is connected to the input the control unit 14 is placed and specifies time intervals in which the heel of the ship 3 is made to determine the metacentric height h.

Darüber hinaus enthält das System eine Einheit 20 zur Ermittlung der Schwimmlage des Schiffes 3, deren Eingänge mit den Ausgängen der Tiefganggeber 1, 2 verbunden sind, eine Sollwert-Einheit 21 zur Vorgabe des Tiefganges und ein Vergleichsglied 22. Am ersten Eingang des Vergleichsglieds 22 liegt die Sollwert-Einheit 21 und an seinem zweiten Eingang die Einheit 20, während der Ausgang des Vergleichsglieds 22 mit dem Eingang der Steuereinheit 14 verbunden ist.In addition, the system contains a unit 20 for determining the The floating position of the ship 3, whose inputs are connected to the outputs of the draft sensor 1, 2 are connected, a setpoint unit 21 for specifying the draft and a comparison element 22. At the first input of the comparison element 22 is the setpoint unit 21 and at its second input the unit 20, while the output of the comparison element 22 is connected to the input of the control unit 14.

Zur Kontrolle des Längstragfähigkeitsmomentes ist am Schiff zumindest ein Geber 23 für die im Schiffskörper 24 entstehenden mechanischen Spannungen angeordnet. Die Geber 23 werden in dem Hauptspantquerschnitt des Schiffskörpers 24 angeordnet, wobei die Zahl der benötigten Geber 23 durch die vorgegebene Bestimmungsgenauigkeit der mechanischen Festigkeit des Schiffskörpers bestimmt wird. So gilt es als ausreichend, drei identische Geber am Umfang des Hauptspantquerschnitts des Schiffskörpers 24 zu montieren.To control the longitudinal load capacity is at least on the ship a transmitter 23 for the mechanical stresses occurring in the hull 24 is arranged. The sensors 23 are arranged in the main bulkhead cross-section of the hull 24, the number of sensors required 23 by the predetermined accuracy of determination the mechanical strength of the hull is determined. So it is considered sufficient three identical transmitters on the circumference of the main bulkhead cross-section of the hull 24 to assemble.

Neben den Spannungs-Gebern 23 werden am Schiff 3 ein Geber 25 für die Temperatur des Schiffskörpers 24 und ein Wassertemperaturgeber 26 montiert. Die Ausgänge der Geber 23, 25 und 26 sind an die Eingänge des Signalumformers 5 und der Ausgang des letzteren an den Eingang einer Einheit 27 zur Berechnung des Längstragfähigkeitsmomentes gelegt.In addition to the voltage sensors 23 on the ship 3, a sensor 25 for the temperature of the hull 24 and a water temperature sensor 26 mounted. The outputs of the sensors 23, 25 and 26 are connected to the inputs of the signal converter 5 and the output of the latter to the input of a unit 27 for calculating the Longitudinal load capacity.

Zur Korrektur des errechneten Wertes der metazentrischen Höhe h während der Fahrt hat das System Geber zur Bestimmung der Schiffsvorräte, z. B. einen Geber 28 für die Ballastmenge, einen Geber 29 zur Überwachung des Brennstoffverbrauchs und einen Geber 30 zur Überwachung des Wasserverbrauchs. Die Ausgänge der Geber 28 bis 30 liegen an Eingängen des Umformers 5.To correct the calculated value of the metacentric height h during the journey has the system encoder to determine the ship's stores, z. B. a donor 28 for the amount of ballast, a transmitter 29 for monitoring fuel consumption and a sensor 30 for monitoring the water consumption. The outputs of the encoder 28 to 30 are at the inputs of the converter 5.

Die Einheit 7 zur Berechnung der metazentrischen Höhe, die Einheit 20 zur Ermittlung der Schwimmlage und die Einheit 27 zur Berechnung des Längstragfähigkeitsmomentes können in Form eines einzigen elektronischen Rechners 31 ausgeführt werden. Hierbei kann der Zentralrechner oder praktischer ein Spezialrechner benutzt werden, dessen Strukturschema in Fig. 2 wiedergegeben ist.The unit 7 for calculating the metacentric height, the unit 20 for determining the floating position and the unit 27 for calculating the longitudinal load-bearing capacity can be implemented in the form of a single electronic computer 31. Here the central computer or, more practically, a special computer can be used, its Structure diagram in Fig. 2 is shown.

Die Recheneinheit 31 enthält eine Einrichtung 32 zur Eingabe der Ausgangsbedingungen und -parameter, einen an den Ausgang der Einrichtung 32 angeschlossenen Speicher 33, einen Ausgangsdatenspeicher 34, der eingangsseitig mit dem Ausgang des Speichers 33 und ausgangsseitig mit dem Eingang eines Prozessors 35 in Verbindung steht, an dessen anderen Eingang der Interfaceteil 6 gelegt ist. Die Rechenergebnisse werden auf eine Ableseeinrichtung 36 und einen Fernschreiber 37 ausgegeben.The computing unit 31 contains a device 32 for entering the initial conditions and parameters, a memory connected to the output of device 32 33, an output data memory 34, the input side with the output of the memory 33 and is connected on the output side to the input of a processor 35 the other input of which the interface part 6 is placed. The calculation results will be is output to a reading device 36 and a teleprinter 37.

Das System zur automatischen Kontrolle der Schwimmlage und der Stabilität von Schiffen funktioniert wie folgt.The system for the automatic control of the swimming position and the stability of ships works like this.

Am Ankerplatz auf der Reede oder an der Anlegestelle wird über die Steuereinheit 14 vom Navigationsoffizier der Stromversorgungsteil 15 eingeschaltet, ein Signal in das Krängungsuntersystem 8 gegeben, das ein Krängungsmoment durch Umpumpen des Ballastes mit Hilfe der Pumpe 9 in einen der Ballasttanks 10 erzeugt. Vor Beginn der Krängung gibt der Navigationsoffizier mit Hilfe der Einheit 16 die Krängung vor, um welche das Schiff geneigt werden soll (gewöhnlich 23O). Beim Erreichen des nötigen Krängungswinkels gibt der Krängungswinkelmelder 17 ein elektrisches Analogsignal aus, das in den Vergleicher 18 gelangt, wo die Signale von der Krängungs-Vorgabeeinheit 16 und vom Krängungswinkelmelder 17 verglichen werden. Bei Ubereinstimmen dieser Signale läßt der Vergleicher ein Steuersignal durch, welches zum Stromversorgungsteil 15 gelangt und die Pumpe 9 des Krängungsuntersystems 8 abschaltet.At the anchorage in the roadstead or at the landing stage, the Control unit 14 switched on the power supply part 15 by the navigation officer, given a signal in the heeling subsystem 8 that a heeling moment by The ballast is pumped over into one of the ballast tanks 10 with the aid of the pump 9. Before starting the heeling, the navigational officer gives the with the help of the unit 16 Heel in front of which the ship is to be tilted (usually 23O). Upon reaching of the required heel angle, the heel angle detector 17 gives an electrical signal Analog signal that goes into the comparator 18, where the signals from the heel setting unit 16 and the heel angle detector 17 are compared. If they agree Signals, the comparator lets through a control signal which is sent to the power supply unit 15 arrives and the pump 9 of the heeling subsystem 8 switches off.

Die Werte des Tiefgangs, der Neigung und des Krängungsmomentes gelangen von den entsprechenden Gebern 1, 2, 4, 13 über den Umformer 5 und den Eingabe-Ausgabe-Interfaceteil 6 zur Einheit 7 zur Berechnung der metazentrischen Höhe und zur Einheit 20 zur Ermittlung des mittleren Tiefganges des Schiffes.The values of the draft, the inclination and the heeling moment arrive from the corresponding encoders 1, 2, 4, 13 via the converter 5 and the input-output interface part 6 to unit 7 for calculating the metacentric height and to unit 20 for determination the mean draft of the ship.

Der Signalumformer 5 dient zur Umformung und Maßstabanpassung der Signale von jedem der Geber zwecks Gewinnung von genormten Gleichstromsignalen. Er enthält Schwellenwerteinrichtungen. Der Eingabe- und Ausgabe-Interfaceteil 6 sichert das gleichzeitige Arbeiten jeder beliebigen Geberzahl mit der Recheneinheit 31 durch Zeitteilung der Geberbedienungsprozesse.The signal converter 5 is used for converting and scaling the Signals from each of the sensors for the purpose of obtaining standardized direct current signals. It contains threshold devices. The input and output interface part 6 ensures the simultaneous work of any number of encoders with the arithmetic unit 31 through time division of the encoder control processes.

In der Einheit 20 wird der Schwimmlagewert des Schiffes berechnet.In the unit 20, the floating position value of the ship is calculated.

Die Berechnung des mittleren Tiefgangs erfolgt nach folgender Formel T = 1/2 (T1 + T2) .The average draft is calculated using the following formula T = 1/2 (T1 + T2).

Hierin bedeuten: T1 - Wert des vorderen Tiefgangs, T2 - Wert des hinteren Tiefgangs.Here mean: T1 - value of the forward draft, T2 - value of the aft Draft.

Außerdem wird der Trimmwinkel t des Schiffes nach folgender Formel T1 + T2 tg# = L ermittelt. Hierin bedeutet L die Länge des Schiffes zwischen den Gebern 1, 2.In addition, the trim angle t of the ship is determined by the following formula T1 + T2 tg # = L determined. Here L means the length of the ship between the Encoders 1, 2.

In der Recheneinheit 7 wird die metazentrische Höhe h nach der bekannten Formel M e D berechnet. Hierin bedeuten: h - metazentrische Anfangshöhe des Schiffes, D - Deplacement bzw. Wasserverdrängung, ## - Zuwachs des Krängungswinkels, M - Krängungsmoment.In the arithmetic unit 7, the metacentric height h is determined according to the known Formula M e D calculated. Herein mean: h - initial metacentric height of the ship, D - displacement or water displacement, ## - increase in heel angle, M - heel moment.

Das Deplacement D des Schiffes wird nach der Pormel D = ST berechnet. Hierin bedeuten: T - mittlerer Tiefgang, S - Fläche der Wasserlinie (m²).The displacement D of the ship is calculated according to the formula D = ST. Here mean: T - mean draft, S - area of the waterline (m²).

In dem Ausgangsdatenspeicher 34 sind die Daten aus der "Information des Kapitäns über Stabilität" (z. B. Tonnen pro Zentimeter Tiefgang oder als andere Form die Xadungsmaßkurve, d. h. die Deplacementkurve) gespeichert. Mit Hilfe dieser Information und der gemessenen vorderen und hinteren Tiefgangswerte wird das Deplacement D ermittelt.In the output data memory 34 are the data from the "information of the captain's stability "(e.g. tons per centimeter of draft or as others Shape the load measurement curve, d. H. the displacement curve) is saved. With the help of this Information and the measured forward and aft draft values is the displacement D determined.

Das Krängungsmoment ergibt sich durch Ermittlung der Wasserstände in den Ballasttanks 10 mit Hilfe der Füllstandmesser 13 unter Berücksichtigung der Hebelarme und das diesem Füllstand entsprechende Ballastvolumen, die im Speicher 74 gespeichert sind.The heeling moment results from the determination of the water levels in the ballast tanks 10 with the aid of the level meter 13 taking into account the Lever arms and the ballast volume corresponding to this level that is stored in the storage tank 74 are stored.

Eine Information für eine Zunahme des Krängungswinkels e erhält man vom Krängungswinkelgeber 4. Der Wert der Zunahme des Krängungswinkels e wird nach folgender Formel ## = e1 - e2 ermittelt. Hierin bedeuten: 81 - Krängungswinkel vor der Krängung, i2 - Krängungswinkel nach der Krängung.Information for an increase in the heel angle e is obtained from heel angle transmitter 4. The value of the increase in heel angle e is according to the following formula ## = e1 - e2 is determined. Herein mean: 81 - angle of heel before of heel, i2 - angle of heel after heel.

Die Ermittlung der metazentrischen Höhe h kann automatisch wiederholt werden, wozu der Navigationsoffizier entweder über den Zeitgeber 19 die Zeitabstände, in welchen der Krängungsversuch durchgeführt werden soll, z. B. 1, 2, 3, 24, 48 Stunden, oder den Tiefgang über die Einheit 21 zur Vorgabe des Tiefgangs (die als gewöhnliches Potentiometer ausgeführt sein kann), bei dem die Krängung wiederholt werden soll, z. B. 0,5; 1; 2 m, vorzugeben hat. Hierbei trifft an dem Vergleichsglied 22 von der Einheit 20 zur Ermittlung der Schwimmlage des Schiffes ein dem mittleren Tiefgang T entsprechendes Signal ein. Dieses Signal wird in dem Vergleichsglied 22 mit dem von der Einheit 21 vorgegebenen Wert verglichen. Wenn diese Signale übereinstimmen, läßt das Vergleichsglied 22 das Steuersignal zur Steuereinheit 14 durch und die Krängung wird wiederholt, bis der Navigationsoffizier die nötigen Angaben über den Zustand des Schiffes erhält.The determination of the metacentric height h can be repeated automatically for which the navigation officer either uses the timer 19 to set the time intervals, in which the heeling test is to be carried out, e.g. B. 1, 2, 3, 24, 48 Hours, or the draft via the unit 21 for specifying the draft (which is available as ordinary potentiometer), in which the heel repeats should be, z. B. 0.5; 1; 2 m. This applies to the comparison element 22 from the unit 20 for determining the floating position of the ship in the middle Draft T corresponding signal. This signal is in the comparator 22 compared with the value specified by the unit 21. If these signals match, lets the comparator 22 pass the control signal to the control unit 14 and the Heeling is repeated until the navigational officer has given the necessary information about the Condition of the ship.

In der Recheneinheit 31 werden die Parameter des statischen Stabilitätsdiagramms des Schiffes, die Grenzwerte des Diagrammwinkels, der Stabilitätshebelarm, das Deplacement, der vordere Tiefgang, der hintere Tiefgang, der mittlere Tiefgang, die Trimm- und Krängungswerte berechnet, die auf den Fernschreiber 17 ausgegeben werden. Anhand der erhaltenen Daten kann der Navigationsoffizier die tatsächlichen Werte der Schwimmlage und Stabilität des Schiffes beurteilen.The parameters of the static stability diagram are stored in the arithmetic unit 31 of the ship, the limit values of the diagram angle, the stability lever arm, the displacement, the fore draft, the aft draft, the mean draft, the trim and Heel values are calculated, which are output on the teleprinter 17. Based The navigation officer can use the data obtained to determine the actual values of the swimming position and assess the stability of the ship.

Die aufgezählten Werte werden in dem Prozessor 35 mit den zulässigen Grenzwerten verglichen, die in dem Ausgangsdatenspeicher 34 gespeichert sind.The enumerated values are in the processor 35 with the permissible Limit values that are stored in the output data memory 34 are compared.

Mit Hilfe der Meßdaten des Gebers 23 für mechanische Spannungen im Schiffskörper 24, der als tensometrischer oder magnetoelastischer Wandler ausgeführt sein kann, und des Schiffskörper-Temperaturgebers 25 (es können auch mehrere solche Geber verwendet werden) und des Wassertemperaturgebers 26 wird in der Recheneinheit 27 das tatsächliche Längstragfähigkeitsmoment errechnet. Darüber hinaus werden unter Zuhilfenahme der im Ausgangsdatenspeicher 34 gespeicherten Information in der Recheneinheit 27 die Widerstandsmomente in den verschiedenen Querschnitten des Schiffskörpers, das Biegemoment in dem Hauptspantquerschnitt und die Durchbiegung berechnet. Diese Information wird in dem Prozessor 35 mit den maximalen Grenzwerten, die in dem Ausgangsdatenspeicher 34 gespeichert sind, verglichen und auf die Ableseeinrichtung 36 und den Fernschreiber 37 ausgegeben.With the help of the measurement data of the encoder 23 for mechanical stresses in Hull 24, which is designed as a tensometric or magneto-elastic transducer can be, and of the hull temperature sensor 25 (it can several such transmitters can also be used) and the water temperature transmitter 26 the actual longitudinal moment of load is calculated in the arithmetic unit 27. About that in addition, with the aid of the information stored in the output data memory 34 in the arithmetic unit 27 the moments of resistance in the various cross-sections of the hull, the bending moment in the main bulkhead cross-section and the deflection calculated. This information is in the processor 35 with the maximum limit values, which are stored in the output data memory 34, compared and on the reading device 36 and the telex 37 output.

Während der Fahrt wird eine Korrektur der Schwimmlage, der Stabilität und des Längstragfähigkeitsmomentes mit Hilfe der Informationen vorgenommen, die in die Recheneinheit 31 von den Gebern 28 zur Kontrolle der Ballastmenge in den Tanks 10, den Gebern 29 zur Kontrolle des Brennstoffverbrauchs, den Gebern 30 zur Kontrolle des Verbrauchs der Wasservorräte (Trinkwasser, Waschwasser) gelangen. Die Korrekturergebnisse werden auf dem Fernschreiber 37 ausgegeben. Das System zur automatisierten Kontrolle der Schwimmlage und der Stabilität gestattet somit die Ermittlung folgender Schiffsparameter: vorderer Tiefgang, hinterer Tiefgang und mittlerer Tiefgang, Trumm, Deplacement und Tragfähigkeit, statische Krängung, metazentrische Höhe und deren Grenzwerte, Kurve der statischen Stabilität und deren Hauptelemente, rechnerische Schlingerperiode, Längstragfähigkeitsmoment und dessen Grenzwerte. Das System kann dem Kapitän Empfehlungen für die optimale Verteilung der Ladung zwecks Erhöhung der Transportkapazität und Auslastung des Schiffes geben.During the journey, a correction of the swimming position, the stability and the longitudinal load capacity with the help of the information that into the arithmetic unit 31 from the transmitters 28 to control the amount of ballast in the Tanks 10, the sensors 29 to control fuel consumption, the sensors 30 for Check the consumption of water supplies (drinking water, washing water). The correction results are output on the teleprinter 37. The system for automated control of the swimming position and stability thus allows the Determination of the following ship parameters: fore draft, aft draft and medium draft, strand, displacement and carrying capacity, static heel, metacentric Height and its limit values, curve of static stability and its main elements, Calculated roll period, longitudinal moment of load and its limit values. The system can give the master recommendations for the optimal distribution of the cargo for the purpose of increasing the transport capacity and utilization of the ship.

Die Erhöhung der Transportfähigkeit des Schiffes durch Benutzung des erfindungsgemäßen Systems erreicht 20 % je nach Art der Ladung.Increasing the transportability of the ship by using the system according to the invention reaches 20% depending on the type of load.

In der Praxis ist der Kapitän stets gezwungen, Kompromisse hinsichtlich der gleichzeitigen Sicherung einerseits von genügender Stabilität, Festigkeit und annehmbarem Tiefgang und andererseits dem Erhalt effektiver Transportfähigkeit des Schiffes einzugehen. Einen bedingungslosen Vorrang hat hierbei die maximale Sicherung einer gefahrlosen Fahrt, da der Verlust des Schiffes und der Ladung eine extremale Variante dessen uneffektiven Betriebs ist.In practice, the captain is always forced to compromise the simultaneous securing on the one hand of sufficient stability, strength and acceptable draft and, on the other hand, maintaining the effective transportability of the Ship to enter. Maximum security has unconditional priority safe voyage, since the loss of the ship and the cargo is an extreme Variant which is ineffective operation.

Die aus der Ungenauigkeit in der laufenden Eingabe der Koordinaten der Ladungsschwerpunkte und der Ladungsmassen möglichen Fehler können in ihrer Wirkung bisher durch ladungstechnische Maßnahmen , wie Unterlastung des Schiffes, Ablehnung von Deckladung, Verschiffung eines unbegründet überhöhten Ballastes berücksichtigt werden. Jedoch kann eine übermäßige Stabilität genauso gefährlich für das Schiff sein, wie eine ungenügende. Das erfindungsgemäße System löst die Aufgabe zur praktischen Sicherung einer genügenden und nicht überschüssigen Stabilität aufgrund einer genaueren Ermittlung der wirklichen Daten der Stabilität, Schwimmlage und Festigkeit sowie der Prognosierung deren knderungen während der Fahrt. Durch Verwendung des erfindungsgemäßen Systems kann das Schiff anstelle des überschüssigen Ballastes eine zusätzliche Ladungsmenge übernehmen, was eine Erhöhung seiner Transportfähigkeit sichert. Wenn keine zusätzliche Ladung vorhanden ist, gestattet dieses System Brennstoff zu sparen, was dadurch erreicht wird, daß das Schiff keinen überschüssigen Ballast mitfährt. Die Brennstoffeinsparung kann 15 * erreichen. Insgesamt ergibt sich durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Systems zur Kontrolle der Schwimmlage und der Stabilität eine wesentlich höhere wirtschaftliche Betriebswirksamkeit der Schiffe.The result of the inaccuracy in the ongoing input of the coordinates the load centers of gravity and the load masses possible errors in their effect so far through cargo-related measures, such as underloading of the ship, rejection of deck cargo, shipping of unfounded excessive ballast taken into account will. However, excessive stability can be just as dangerous to the ship be like an inadequate. The system according to the invention solves the problem in a practical way Ensuring sufficient and not excessive stability due to a more precise Determination of the real data of stability, swimming position and strength as well the forecast of changes during the journey. By using the invention System, the ship can carry an additional amount of cargo instead of the excess ballast take over, which ensures an increase in its transportability. If no additional When there is charge, this system allows fuel to be saved, which in turn it is achieved that the ship does not carry any excess ballast. The fuel saving can Reach 15 *. Overall, the use of the system according to the invention results to control the swimming position and the stability a much higher economic Operational efficiency of the ships.

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Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. System for automated control the floating position and stability of ships, consisting of - at least two sensors (1, 2) to monitor the draft of the ship (3), which is located at the stern and at the bow of the Ship (3) are arranged, - at least one heeling angle sensor (4), - one Signal converter (5), at whose input the draft sensors (1, 2) and the ship's heel angle sensor (4) are connected, - a unit (7) for calculating the metacentric height the displacement as well as the floating position of the ship on the basis of the output signal transmitter (1, 2 and 4) connected to the output of the transducer (5) and to a ship heeling subsystem (8) is connected, and from - a control unit (14) for the assemblies of the system, characterized - by a unit (16) for specifying the ship heeling, at which Output a heeling angle detector (17) is connected and through - a signal comparator (18), one input of which is connected to the heel angle detector (17), the other input with the unit (16) for specifying the ship's heeling and its output to the power supply part (15) of the heeling subsystem (8) are connected.

2. System according to claim 1, characterized in that a timer (19) is connected to the input of the control unit (14) and time intervals specifies in which the heel of the ship (3) to determine the metacentric Height is made.

3. System according to claim 1 or 2, characterized by - a unit (20) to determine the floating position of the ship (3), which is connected to the exits of the Draft transmitter (1, 2) is connected, - a unit (21) for specifying the Draft of the ship (3) and - a signal comparator (22) on the first Input the unit (21) for specifying the draft, at the second input of which the Unit (20) for determining the floating position of the ship (3) and its exit is connected to the input of the control unit (14).

4. System according to one of claims 1 to 3, characterized by - at least one encoder (23) for detecting the mechanical generated in the fuselage (Z4) Stresses that are arranged in the main bulkhead cross-section of the hull (24), - at least one transmitter (25) for the temperature of the ship's hull (24) and - at least a water temperature sensor (26), wherein - the outputs of the sensors (23, 25 and 26) at the inputs of the signal converter (5), and - a unit (27) for calculation of the longitudinal load capacity according to the output signals of the corresponding encoder (23, 25, 26), the input of which is connected to the output of the signal converter (5) connected is.

5. System according to one of claims 1 to 4, characterized in that that encoder (28 to 30) to monitor the ship's supplies to the input of the signal converter-s (5) are connected, based on their output signals the calculated metacentric Height is corrected.