ARSITEKTUR SISTEM KONTROL TERDISTRIBUSI UNTUK PENYELAMATAN TENGGELAM YANG DALAM KENDARAAN

Kapal selam dicirikan oleh penyembunyian yang baik dan kemampuan untuk melakukan perjalanan jarak jauh dan menahan guncangan yang kuat, dan mereka adalah cara efektif serangan taktis laut dan strategis pertahanan. Mengingat kekhasan lingkungan kerja PT kapal selam, melarikan diri bisa sulit bagi awak selama kecelakaan bawah air (William, 2013; Brown et al., 2016; Paul, 2015; Hans, 2012). Menurut statistik yang tidak lengkap, sejak 1900, kapal selam angkatan laut Amerika Serikat, Rusia, Inggris, dan Prancis telah terlibat dalam lebih dari 400 kecelakaan besar di lingkungan yang damai, menyebabkan tenggelamnya lebih dari 180 kapal selam dan kematian lebih dari 3000 pelaut (Weicheng et al.; Hidehiko et al., 2012; Rui dan Jingqi, 2012); Namun, untuk kerahasiaan dan alasan lain, kecelakaan yang sebenarnya terjadi pasti sudah melebihi itu jumlah. Pada Agustus 2000, kecelakaan melibatkan nuklir "Kursk" kapal selam angkatan laut Rusia (Gbr. 2) mengejutkan dunia dan sekali saja kembali membangkitkan perhatian untuk penelitian tentang penyelamatan kapal selam teknologi selama masa damai (Anette dan Amram, 2014; Benguo et al., 2007). Anggota awak kapal selam dapat menggunakan beberapa cara untuk melarikan diri ketika kecelakaan terjadi. Kendaraan penyelamat tenggelam dalam (DSRV) penyelamatan adalah cara yang paling dapat diandalkan dan efektif dan arah pengembangan utama penyelamatan kapal selam di masa depan (Ratcliffe et al., 2012; DeSpirito dan Hannuksela, 2008; Grob, 2007; John, 2008).

1. Platform DSRV

1.1. CS DSRV

       Platform eksperimental CS DSRV adalah kapal model skala 1: 3 panjangnya sekitar 4,4 m, lebar 1,2 m, dan tinggi 1,3 m. Beratnya 1,54 ton di udara, dan kedalaman selam maksimumnya adalah 300 m. Itu spesifikasi kunci CS DSRV ditunjukkan pada Tabel 1. Submersible yang dikendalikan dari jarak jauh digunakan untuk penyelamatan kapal selam. Kendaraan dilengkapi dengan kamera, lampu bawah air, tangan mekanik, garis dasar ultra-pendek (USBL), dan sensor lainnya peralatan, enam pendorong (dua pendorong utama di buritan, dua pendorong memanjang, dan dua pendorong vertikal), dan enam air tank (empat tangki air miring miring di kedua sisi luar tangki tekanan utama, dan dua tangki air memiringkan memanjang pada keduanya berakhir di dalam tangki tekanan utama). Menurut pekerjaan persyaratan dan tata letak pendorong, DSRV tidak hanya dapat menyelesaikan gerakan memanjang, melintang, vertikal, dan menguap tetapi juga bisa mewujudkan penyesuaian vertikal dan horizontal untuk penyelamatan melalui transfer air di tangki air. Daya apung disediakan oleh kontrol kabin dan enam tangki air.

1.2. Karakteristik teknis utama CS DSRV

(1) Berat: 1540 kg (di udara);

(2) Ukuran: panjang lebar tinggi ¼ 4,42 m 1,23 m 1,25 m;

(3) Peringkat kedalaman: 300 m;

(4) Gaya kontrol: operasi manual dan kontrol otomatis;

(5) Kecepatan: 2 kn in surge; 1 kn in sway; 1 kn di angkat;

(6) Rentang kendali: kontrol gerak enam derajat kebebasan; kedalaman 0e300 m; pos 0e360; pemangkasan dan heeling ± 40.

2. Arsitektur perangkat keras dari sistem kontrol DSRV

    Sistem kontrol DSRV memiliki fungsi utama mengumpulkan informasi melalui sensor, menganalisis, menilai, dan berurusan dengan informasi tersebut, dan memberikan perintah kontrol melalui antarmuka keluaran untuk mengoordinasikan setiap subsistem untuk bekerja secara keseluruhan dengan cara yang diinginkan. CS DSRV memiliki sistem kontrol terdistribusi yang terdiri dari node permukaan dan bawah air. PC berkinerja tinggi digunakan sebagai mesin kontrol permukaan. Peralatan bawah laut didasarkan pada sistem komputer tertanam PC104.

2.1. Peralatan bawah air

Sistem kontrol gerak CS DSRV digunakan dalam embedded sistem berbasis PC104 BUS, yang terdiri dari modul inti prosesor Intel Pentium M terintegrasi, modul papan seri, dan papan DIO delapan saluran, papan A / D, papan D / A, dan 5 V modul catu daya. PC104 adalah standar kelistrikan mekanis dari PC tertanam modul PC tertanam berukuran ultra-kecil, konsumsi daya rendah, karakteristik suhu yang luas, catu daya tunggal 5 V, dan serangkaian ekstensi aplikasi yang disematkan, dengan demikian memberikan yang hebat kenyamanan untuk pemeliharaan dan peningkatan sistem. Inti papan CPU dalam sistem tertanam menggunakan modul PMI-10D X yang dikembangkan oleh Sheng Bo Technology Company, yang beroperasi pada jam 1 GHZ. Core onboard ini mengintegrasikan EIDE, 10/100 Base-T Ethernet antarmuka, dan modul pemrosesan grafis dan mendukung PS / 2 keyboard, mouse PS / 2, antarmuka USB, dua port serial, paralel antarmuka, antarmuka CF, dan Watchdog. Penggunaan CF terintegrasi kartu bukannya memori eksternal dapat sangat meningkatkan keandalan dan stabilitas sistem. Layar SVGA, mouse keyboard PS / 2, dan antarmuka USB menyediakan kondisi untuk debugging dari perangkat lunak dan perangkat keras pada tahap awal.

3. Arsitektur perangkat lunak

    Inti dari sistem kontrol gerak CS DSRV adalah tertanam sistem komputer yang menggunakan sistem operasi VxWorks dan itu termasuk algoritma kontrol gerak, akuisisi data, realisasi gerakan tertanam, dan fungsi komunikasi (Weicheng et al. ). Sistem kontrol gerakan tertanam pada submersible CS menggunakan kombinasi IPC dan PC teratas. IPC ditempatkan di interior robot bawah laut untuk mencapai komunikasi dan transmisi data antara dua sensor. Mesin PC ditempatkan di kapal induk atau di pantai dan menggunakan bahasa tingkat tinggi untuk mewujudkan algoritma kontrol melalui komunikasi serat optik dan komputer kontrol industri yang mendasari untuk mencapai data komunikasi. Program operasi manemachine yang efisien dapat dengan mudah dikembangkan di permukaan menggunakan mesin kontrol utama Alat pemrograman Cþþ Visual 6 Windows yang kuat (Yushan et al., 2012). Perangkat lunak kontrol mengadopsi desain modular dan dibagi ke dalam algoritma kontrol, pemrosesan data, alokasi dorong, sensor informasi, komunikasi, tampilan, dan model hidrodinamik untuk memfasilitasi debugging dan modifikasi program.

4. Kesimpulan

1) Arsitektur perangkat keras dan perangkat lunak dari kontrol gerak sistem CS DSRV dikembangkan. Bagian perangkat keras mengadopsi sistem kontrol terdistribusi, yang terdiri dari node permukaan dan air. PC berkinerja tinggi digunakan sebagai permukaan mesin kontrol. Peralatan bawah air didasarkan pada komputer industri multi-papan yang tertanam dengan PC104 BUS. Itu bagian perangkat lunak memiliki IPC tertanam Vxworks real-time sistem operasi, di mana operasi switching dan membaca dan menulis data didasarkan pada; pengaturan ini meningkatkan manipulasi waktu nyata.

2) Rencana distribusi dorong dan metode kontrol otomatis horisontal submersible berdasarkan tangki air ballast dirancang, yang secara signifikan mempengaruhi kinerja.

3) Simulasi dan hasil percobaan menunjukkan bahwa sistem kontrol CS DSRV aman dan dapat diandalkan dan dapat memenuhi misi kontrol gerak untuk penyelamatan bawah air

Simulasi Kapal Selam

 

Prinsip Kerja

Di dalam kapal selam ada tiga ruangan utama, yakni tangka air, tangka udara, dan ruang kendali(tempat operator). Ketika kapal selam di permukaan air, tangki air tidak terisi penuh atau kosong, ketika kapal selam ingin turun dari permukaan maka tangka harus diisi dengan air dari luar dan udara yang berada di tangki air sebelumnya dikompresi ke dalam tangka udara, sehingga tekanan di tangka udara cukup tinggi ini penampakan Control Panelnya.

Indikator

·         Under Surface digunakan untuk mengetahui posisi secara vertical.

·         Outsude Pressure digunakan untuk mengetahui tekanan yang menimpa kapal selam berdasarkan tekanan hidrostatis air.

·         Air Tank Pressure digunakan untuk mengetahui tekanan udara di dalam tangka udara. Sesuai dengan hokum termodinamika.

·         Air Pomp On adalah indicator hidup atau matinya pompa yang bekerja untuk mentransfer udara dari tangka air ke tangka udara dan sebaliknya.

·         Shut Valve adalah indicator vlve penutup antara rangki udara dan tangka air.

·         Water Valve adalah indicator valve antara air di luar dengan tangka air yang berada di dalam kapal selam.

·         Total Mass adalah indicator total massa kapal selam beserta air di dalamnya, karena massa kapal selam dengan tangka air kosong adalah 170 Ton, dengan volume total 220m2 Untuk dapat turun massa jenis kapal selam harus sama dengan massa jenis air, sehingga massa total harus 220 Ton.

·         Air Volume adalah indikator total udara yang berada di tangka air maupun tangka udara. Di tangka udara volumnya adalah 10m2.

·         Water Volume adalah indikator volume air yang memenuhi tangka.

·         Horizontal Velocity adalah kecepatan kapal selam berdasarkan kekuatan mesin kearah horizontal dengan satuan mil/jam (KNOT).

·         Fule Indikator digunakan untuk mengetahui jumlah bahan bakar. Terdapat juga indikator peringatan bahwa bahan bakar akan habis (fuel empty).

Control :

·         V POSITION digunakan untuk mengontrol posisi kedalam (vertical) dari kapal selam. Hanya dapat digunakan ketika massa jenis kapal selam sama dengan massa jenis air.

·         UP, SHUT, DOWN adalah pengontrol yang terdiri dari tiga keadaan. Ketika UP maka air di tangka air ditekan keluar menggunakan udara di dalam tangka udara. Ketika SHUT maka dikunci di keadaan yang terjadi. Ketika DOWN maka air dari laut dimasukkan ke tangka air sampai penuh. Ketika sudah penuh atau habis, otomatis akan ke keadaan SHUT.

·         Reset digunakan untuk mengembalikan simulasi ke keadaan tangka air kosong.

·         H VELOCITY digunakan untuk mengontrol mesin penggerak baling-baling sehingga kecepatan horizontal kapal selam dapat diatur. Hanya dapat digunakan jika mesin sudah menyala.

·         START ENGINE digunakan untuk menghidupkan atau mematikan mesin penggerak baling-baling. Jika mesin dalam keadaan mati, maka H VELOCITY tidak berfungsi.

·         FULE CHARGE digunakan untuk mengisi tangka bahan bakar.

·         STOP digunakan untuk menghentikan simulasi.

Keterangan sisi SIMULATION :

·         Vertical Position adalah simulasi psosi kapal selam di permukaan atau di dalam air. Ada gambar kapal di sana yang akan naik turun sesuai dengan posisinya.

·         Water Tank dan Air Tank adalah simulasi air dan udara di dalam tangka yang disertai dengan simulasi katup dan pompa udara.

·         HORIZONTAL VELOCITY adalah simulasi kecepatan kapal selam secara horizontal. Yang mana pergerakan dari gambar kapal akan pelan dan cepat sesuai dengan kecepatannya.

·         ENGINE SIMULATION adalah simulasi mati atau hidupnya mesin, dilengkapi dengan baling-baling yang dapat berputar dengan kecepatan sesuai dengan kerja mesin. Juga terdapat FULE TANK yang mensimulasikan keadaan bahan bakar.

sumber :

https://forums.ni.com/t5/LabVIEW-Team-Indonesia/Simulasi-Kapal-Selam-Submarine/gpm-p/3481639?profile.language=en

Ananda Adhe Suqma (16051204002)

Wahyu Ari Y. (18051204079)