تراز های الکترونیکی – الزامات جدید سولاس

مقدمه

صد و هفتمین اجلاس کمیته ایمنی دریایی آیمو از 31 می تا 9 ژوئن 2023 برگزار گردید. بر این اساس، کمیته اصلاحیه هایی را بر روی فصل پنجم سولاس در خصوص تراز الکترونیکی (Electronic Inclinometer)، به تصویب رساند.

با توجه به پیش بینی پذیرش این اصلاحیه حداکثر تا یکم جولای 2025، اصلاحیه مذکور از یکم ژانویه 2026 لازم الاجرا خواهد بود.

چه چیز جدیدی در راه است؟

بر این مبنا، کشتی های کانتینر بر و فله بر با ظرفیت ناخالص 3000 و بیشتر که در اول ژانویه 2026 یا بعد از آن، ساخته شده اند باید به تراز الکترونیکی یا تجهیزات معادل آن، مجهز گردند. این تجهیز برای تعیین، نمایش و ثبت حرکت غلتش عرضی عرضی (Rolling) کشتی ها به کار می رود.

شکل 1 – حرکات مختلف کشتی

تراز های الکترونیکی ابزارهایی هستند که برای اندازه گیری زوایای شیب یک جسم با استفاده از نیروی گرانشی و ایجاد یک افق مصنوعی، به کار می روند.

شیوه ی عملکرد تراز الکترونیکی

تراز ها عموماً در صنایع مختلف مانند هوانوردی، مهندسی عمران، صنایع دولتی، صنایع دریایی، نظامی و حمل و نقل برای تراز کردن سکو ها، نشانگر زاویه بوم و اندازه گیری زاویه شیب استفاده می شوند.

زاویه ای که این وسیله نشان می دهد، بر حسب درجه اندازه گیری می شود. به همین ترتیب، دو مشخصه محدوده زاویه تراز قابل اندازه گیری و تعداد محورها،  از مهمترین مشخصات اینگونه ترازها به شمار می آیند.  

با توجه به اینکه حسگر های تراز الکترونیکی مبتنی بر گرانش کار می کنند، قطعات متحرکی در آنها به کار نرفته و چیزی برای شکستن نیز وجود ندارد، لذا، در محیط های صنعتی و سخت نیز بسیار قابل اعتماد خواهند بود.

در ترازهای الکترونیکی، تراز بودن یک جسم را با توجه به نیروی گرانش اندازه گیری می شود. برای این کار از یک شتاب سنج استفاده می شود که اثر گرانش را بر روی جرم نشانه معلق (Proof mass) اندازه گیری می کند. جرم نشانه بر روی ساختاری نگهدارنده و الاستیک نصب شده است. با کج شدن دستگاه، جرم کمی حرکت کرده و وضعیت بین جرم و ساختار نگهدارنده تغییر می کند. با اندازه گیری این تغییر وضعیت، زاویه شیب و ناترازی محاسبه می شود.

شکل 2 – ساختار یک تراز الکترونیکی

1- جرم نشانه، 2- الکترود، 3- فنر، 4- الکترود های ثابت

برای توصیف عملکرد تراز، شکل 2 مدلی ساده شده با دو الکترود را نشان می دهد: یکی ثابت و دیگری متحرک که توسط تعدادی فنر آویزان است.  هنگامی که تراز در موقعیت افقی قرار دارد (شکل 3.1)، ظرفیت بین الکترودها اندازه گیری می شود. اگر حسگر کج شود (شکل 3.2) جرم نشانه و الکترود متصل به آن نسبت به الکترود ثابت تغییر وضعیت می دهد. در نتیجه با تغییر ظرفیت خازنی بین دو الکترود، مقدار ناترازی و شیب ، اندازه گیری می شود.

شکل 3 – وضعیت های مختلف تراز الکترونیکی

1- موقعیت افقی، 2- موقعیت کج شده

اصل عملکردی بالا، در بسیاری از کاربردهای صنعتی و تجاری مانند حسگر های حرکتی تلفن همراه، کیسه هوای خودرو ثابت شده است. در اینگونه کاربردها معمولاً از سلول های شتاب سنج درجه پایین استفاده شده و عموماً دقت کمتر از یک درجه را ارائه می دهند.

با توجه به مشمول شدن برخی شناور های دریایی مطابق با بخش اول این مقاله، در ادامه به استاندارد عملکردی این تجهیز در صنایع دریایی می پردازیم.

استاندارد عملکردی تراز های الکترونیکی (بر اساس قطعنامه MSC. 363(92))

ترازهای الکترونیکی برای پشتیبانی از فرآیند تصمیم‌گیری در کشتی به منظور جلوگیری از وقوع موقعیت‌های خطرناک و همچنین کمک به تحقیقات در حوادث احتمالی دریایی در نظر گرفته شده اند. در اینگونه حوادث، اطلاعاتی مانند دوره زمانی غلتش عرضی (Roll Period) و زاویه پاشنه (Heel Angle) کشتی، بررسی خواهند شد.

تراز های الکترونیکی باید به صورت قابل اعتمادی، موارد زیر را ارائه دهند:

1. زاویه پاشنه حقیقی را با دقت مناسب اندازه گیری کنند.
2. دامنه غلتش عرضی را با دقت مناسب اندازه گیری کنند.
3. دوره زمانی غلتش عرضی را با دقت مناسب اندازه گیری کنند.
4. اطلاعات را در پل فرماندهی نمایش دهند.
5. دارای رابطی استاندارد برای ارسال پیوسته اطلاعات به VDR کشتی باشند.

شکل 4 – نمایشگر تراز الکترونیک

همچنین، علاوه بر الزامات عمومی تعیین شده برای تجهیزات رادیویی کشتی که بخشی از سیستم جهانی خطر و ایمنی دریایی (GMDSS) هستند و الزامات سیستم های کمک ناوبری الکترونیکی (قطعنامه A.694(17)) و الزامات ارائه شده در استانداردهای عملکردی نمایشگرهای تجهیزات کمک ناوبری کشتی ها (قطعنامه MSC.191(79))، ترازهای الکترونیکی باید از دستورالعمل های مربوطه در مورد اصول ارگونومیک آیمو نیز پیروی کنند.

بخش اول -  حسگر ها

ترازهای الکترونیکی باید قابلیت اندازه گیری زاویه حقیقی پاشنه و دامنه غلتش نوسانی عرضی کشتی در محدوده 90± درجه را دارا باشند. زاویه حقیقی پاشنه زاویه ای است که بین محور عمودی کشتی در حالتی که کشتی کاملاً افقی است با حالت مورد نظر کشتی نسبت به چپ و راست، ایجاد می شود.

تراز های الکترونیکی باید قادر به اندازه گیری زمان بین حداکثر مقادیر نوسان غلتشی و تعیین دوره چرخش در محدوده 4 تا 40 ثانیه باشند. دوره غلتش عرضی، اختلاف زمانی بین دو حداکثر مقدار متوالی زاویه پاشنه در یک سمت کشتی است.

ترازهای الکترونیکی باید داده ها را با دقت کافی برای ارزیابی مناسب از وضعیت دینامیکی کشتی ارائه دهند. حداقل دقت اندازه‌گیری‌ها باید در خصوص مقدار زاویه، حداکثر 5 درصد زاویه قرائت شده یا 1± درجه هر کدام که بیشتر است و در خصوص دقت زمانی، حداکثر 5 درصد زمان خوانده شده یا ± 1 ثانیه، هر کدام که بیشتر است، باشد.

زاویه حقیقی پاشنه و دقت اندازه‌گیری زمان نباید تحت تأثیر سایر حرکات خطی یا زاویه ای کشتی و یا شتاب های عرضی بین  -0.8g تا +0.8g قرار گیرد.

بخش دوم - الزامات عملکردی و عملیاتی

ترازهای الکترونیکی باید موارد زیر را نمایش دهند:

1. دوره زمانی غلتش عرضی با دقت حداقل 1 ثانیه
2. دامنه غلتش عرضی به هر دو سمت چپ و راست با دقت حداقل 1 درجه

زاویه حقیقی پاشنه نسبت به چپ یا راست شناور باید به شکل آنالوگ بین حدود 45± درجه نمایش داده شود.

تراز الکترونیکی می تواند دارای نمایشگر اختصاصی بوده یا به صورت مشترک، با سایر سیستم های پل فرماندهی ادغام شود.

همچنین ممکن است قابلیتی اضافی در تراز های الکترونیکی، برای ایجاد اعلان و هشدار تجاوز از زاویه تنظیم شده پاشنه، وجود داشته باشد.

به عنوان آخرین قابلیت عملکردی، تجهیز باید به سیستمی برای بررسی خودکار داخلی مجهز شده تا درستی عملکرد کلیه اجزا به کاربر اثبات شده و همچنین، از درستی قابلیت نمایش و ارسال اطلاعات ارائه شده، اطمینان حاصل گردد.  

بخش سوم – رابط ها و یکپارچه سازی

تراز های الکترونیکی باید به رابطی دیجیتالی برای انتقال اطلاعات زاویه پاشنه به سیستم‌های دیگر مانند VDR، مجهز شوند. کمترین نرخ نوسازی این رابط های دیجیتالی باید 5 هرتز باشد. همچنین این تجهیزات باید بتوانند اطلاعات مربوط به دوره غلتش عرضی (Rolling) و دامنه آن را به به وسیله یک رابط دیجیتال به نمایشگر مناسب انتقال دهند. دامنه غلتش عرضی به حداکثر اختلاف زاویه پاشنه نسبت به خط عمود فرضی شناور به هر دو سمت چپ و راست شناور است.

ترازهای الکترونیکی باید به رابطی دوسویه برای تسهیل ارتباطات و انتقال هشدارها به سیستم های خارجی مجهز شوند، به گونه ای که، امکان تأیید و بی صدا کردن هشدارها را از سیستم های خارجی، داشته باشند.

 رابط دیجیتال باید با استاندارهای بین المللی مربوطه مطابقت داشته باشد. (رجوع شود به IEC61162)

محل نصب حسگرهای تراز الکترونیکی باید به دقت ثبت شده و در پیکربندی VDR در دسترس قرار بگیرد.

برق مورد نیاز ترازهای الکترونیکی باید از منبع اصلی انرژی الکتریکی کشتی تأمین شود. علاوه بر این، باید بتوان برق مورد نیاز این سیستم را از منبع اضطراری انرژی الکتریکی کشتی نیز تأمین کرد.