李亮亮，王德開(kāi)

（大連中遠(yuǎn)海運(yùn)重工有限公司，遼寧大連 116113）

0 引言

隨著船舶行業(yè)的快速發(fā)展，船舶動(dòng)力定位（Dynamic Positioning，DP）系統(tǒng)目前廣泛應(yīng)用于各類(lèi)海洋工程船當(dāng)中[1-3]。動(dòng)力定位是一種通過(guò)推進(jìn)器或錨系而自動(dòng)保持海上浮動(dòng)裝置的定位方法。此方法通過(guò)控制推進(jìn)器來(lái)提供抵抗海風(fēng)、海浪、洋流等作用在船上的環(huán)境力，其定位計(jì)算機(jī)可根據(jù)參數(shù)傳感器所測(cè)定的船位數(shù)值自動(dòng)地發(fā)出控制信號(hào)來(lái)調(diào)整推進(jìn)器轉(zhuǎn)速、槳葉方向，從而使船舶盡可能地保持在特定位置[4-5]。動(dòng)力定位的優(yōu)點(diǎn)在于不受水深限制，適合用于深水海域作業(yè)的工程船。本文以某深水平臺(tái)供應(yīng)船為例，結(jié)合動(dòng)力定位的標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)動(dòng)力定位系統(tǒng)與相關(guān)電力系統(tǒng)的配置進(jìn)行介紹，對(duì)動(dòng)力定位系統(tǒng)的相關(guān)操作及應(yīng)用進(jìn)行分析。

1 船舶基本情況

該深水平臺(tái)供應(yīng)船長(zhǎng)85.400 m，型寬20.000 m，吃水7.163 m，入級(jí)中國(guó)船級(jí)社（China Classification Society，CCS），船級(jí)符號(hào)DP-2，具有近海服務(wù)、水下探測(cè)、海上消防等功能。設(shè)備參數(shù)及布置情況分別見(jiàn)表1 和圖1。

圖1 設(shè)備布置圖

表1 設(shè)備參數(shù)表

2 DP 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

本船配備DP 系統(tǒng)，包括控制系統(tǒng)和獨(dú)立的操縱桿系統(tǒng)，具體配置見(jiàn)圖2。

圖2 DP 系統(tǒng)配置圖

2.1 一般操作狀態(tài)

本船DP 系統(tǒng)配置了2 個(gè)DP 操作站，每個(gè)操作站都,連接到1 個(gè)控制器，且主/副操作站和主/副控制器均互相冗余。DP 系統(tǒng)通過(guò)各傳感器和船舶電站獲得環(huán)境數(shù)據(jù)、位置數(shù)據(jù)、功率數(shù)據(jù)等參數(shù)來(lái)保持船位穩(wěn)定。DP 主控制器發(fā)送命令到推進(jìn)器的可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）系統(tǒng)。主操作站連接的主控制器可由操作員人為選定，副操作站連接的副控制器會(huì)自動(dòng)啟用并接管控制。當(dāng)主操作站發(fā)生故障時(shí)，主控制系統(tǒng)傳輸控制和周?chē)h(huán)境信號(hào)到副操作站與副控制系統(tǒng)，副操作站與副控制系統(tǒng)在接管控制時(shí)不會(huì)引起任何擾動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)縫切換。

2.2 獨(dú)立操縱桿系統(tǒng)

獨(dú)立操縱桿系統(tǒng)包括1 個(gè)控制箱和1 個(gè)操縱終端。獨(dú)立操縱桿系統(tǒng)是通過(guò)DP 控制系統(tǒng)對(duì)推進(jìn)器系統(tǒng)進(jìn)行控制，船舶通過(guò)獨(dú)立操縱桿系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)艏向和手動(dòng)位置控制。獨(dú)立操縱桿系統(tǒng)只是一個(gè)備用的系統(tǒng)，其在DP 操作期間處于關(guān)閉狀態(tài)。獨(dú)立操縱桿系統(tǒng)由220 V 應(yīng)急配電板進(jìn)行供電。

2.3 通信系統(tǒng)

操作站包括控制電腦、顯示器和操作控制面板。主控制系統(tǒng)包括PLC、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和通信模塊。每臺(tái)控制電腦均有2 個(gè)網(wǎng)絡(luò)端口，這2 個(gè)網(wǎng)絡(luò)端口為控制電腦和PLC 提供了冗余通信?？刂茊卧凸ぷ髡就ㄓ嵪到y(tǒng)示意圖見(jiàn)圖3。

圖3 控制單元和工作站通訊系統(tǒng)示意圖

2.4 模式選擇開(kāi)關(guān)

操作員可以通過(guò)安裝在DP 控制臺(tái)上的旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)來(lái)選擇工作模式。

2.5 不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）分配

DP 系統(tǒng)配備2 套UPS，1 號(hào)UPS 為1 號(hào)電源供應(yīng)模塊、1 號(hào)操作站、報(bào)警打印機(jī)、1 號(hào)羅經(jīng)、1號(hào)風(fēng)速儀、1 號(hào)差分全球定位系統(tǒng)（Differential Global Position System，DGPS）、微波定位參考系統(tǒng)、1 號(hào)垂直參考單元供電。2 號(hào)UPS 為3 號(hào)電源供應(yīng)模塊、2號(hào)操作站、2號(hào)羅經(jīng)、2號(hào)風(fēng)速儀、2號(hào)DGPS，2 號(hào)垂直參考單元進(jìn)行供電。

2.6 DP 參考系統(tǒng)

2.6.1 DGPS

DGPS是一個(gè)GPS和天基增強(qiáng)系統(tǒng)信號(hào)接收單元，具備接收國(guó)際航標(biāo)協(xié)會(huì)（The International Association of Marine Aids to Navigation and Lighthouse Authorities，IALA）岸基信號(hào)和 FUGRO SeaStar SGG 信號(hào)的能力，分別通過(guò)IALA 天線和Spot Beam 天線接收差分信號(hào)。DPS112 可以接收L1 和L2 波段衛(wèi)星傳輸信號(hào)來(lái)自動(dòng)執(zhí)行電離子層失真誤差校正。

2.6.2 微波雷達(dá)參考系統(tǒng)RADius

微波雷達(dá)參考系統(tǒng)RADius 用于提供精確的位置數(shù)據(jù)給船舶的DP 系統(tǒng)。RADius 包括2 個(gè)收發(fā)機(jī)和1 個(gè)應(yīng)答機(jī)。收發(fā)機(jī)安裝在平臺(tái)供應(yīng)船的主甲板上，應(yīng)答機(jī)安裝在對(duì)方的船舶或鉆井平臺(tái)上。RADius 提供平臺(tái)供應(yīng)船到對(duì)方船舶或鉆井平臺(tái)的距離和方位到DP 系統(tǒng)，并以此來(lái)移動(dòng)本船靠近或者遠(yuǎn)離目標(biāo)。

2.6.3 羅經(jīng)系統(tǒng)

本船配備2 套羅經(jīng)系統(tǒng)，提供艏向信號(hào)到DP系統(tǒng)。1 號(hào)羅經(jīng)同時(shí)提供艏向信號(hào)到獨(dú)立操縱桿系統(tǒng)和其他通信導(dǎo)航系統(tǒng)。羅經(jīng)輸出標(biāo)準(zhǔn)的NMEA0183 格式信號(hào)到DP 系統(tǒng)。每個(gè)羅經(jīng)的主電源由DP 系統(tǒng)的UPS 供電。

2.6.4 風(fēng)速儀系統(tǒng)

本船裝配有超聲波風(fēng)速儀，風(fēng)速儀的數(shù)據(jù)可顯示在駕駛室的顯示單元上，供平時(shí)航行使用。風(fēng)速儀提供標(biāo)準(zhǔn)的NMEA0183 格式的信號(hào)到DP 系統(tǒng)。1 號(hào)風(fēng)速儀還提供信號(hào)到獨(dú)立操縱桿系統(tǒng)。

2.6.5 垂直信號(hào)參考單元

垂直號(hào)參考單元通過(guò)使用加速度計(jì)技術(shù)，以對(duì)船舶3 個(gè)位面的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)。這些裝置通常不能進(jìn)行船上維修，而必須承受設(shè)備更換的影響。

3 電力系統(tǒng)

3.1 電力系統(tǒng)組成

電力系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)邏輯可分為A 網(wǎng)和B 網(wǎng)。3臺(tái)690 V/1 689 kW柴油發(fā)電機(jī)和1臺(tái)690 V/1 670 kW柴油發(fā)電機(jī)為整個(gè)電力系統(tǒng)供電。電力系統(tǒng)單線圖見(jiàn)圖4。

圖4 電力系統(tǒng)單線圖

在進(jìn)行DP 操作時(shí)，2 個(gè)配電板之間的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)保持?jǐn)嚅_(kāi)的狀態(tài)，1 號(hào)和2 號(hào)發(fā)電機(jī)并機(jī)工作，給690 V 配電板A 供電；3 號(hào)和4 號(hào)發(fā)電機(jī)并機(jī)工作，給690 V 配電板B 供電。400 V 應(yīng)急配電板通常由400V配電板A供電。2個(gè)400 V/220 V 150 kVA的變壓器同時(shí)為220 V 配電板A 和B 供電。220 V應(yīng)急配電板由應(yīng)急變壓器ET1 或ET2 供電。在任意時(shí)間，只有1 個(gè)變壓器處于工作狀態(tài)。在啟動(dòng)DP操作之前，所有的配置狀態(tài)應(yīng)該羅列于機(jī)艙的日常檢查列表并報(bào)告到DP 操作站。

3.2 電源功率管理系統(tǒng)（Power Management 3.2 System，PMS）

本船的電源功率管理系統(tǒng)包括ABB ACS800M微處理器、通信模塊、輸入輸出模塊等。本船的PMS安裝在主配電板的專(zhuān)用小柜子內(nèi)，包括2 個(gè)PLC。每個(gè)PLC 的中央處理器（Central Processing Unit，CPU）由PMS 的UPS 供電。

3.3 UPS 系統(tǒng)

本船配有4套UPS系統(tǒng)，分別為UPS10、UPS20、UPS30 和UPS40。

4 DP 操作

4.1 DP 操作時(shí)的系統(tǒng)配置

DP 操作時(shí)發(fā)電機(jī)和推進(jìn)器的配置如下：

1）4 臺(tái)發(fā)電機(jī)同時(shí)在線。

2）所有推進(jìn)器均在線。

3）1 號(hào)側(cè)推由690 V 配電板A 供電。

4）左主推由690 V 配電板A 供電，其轉(zhuǎn)舵系統(tǒng)電源由400 V 主配電板供電。

5）2 號(hào)側(cè)推由690 V 配電板B 供電。

6）右主推由690 V 配電板B 供電，其轉(zhuǎn)舵系統(tǒng)電源由400 V 主配電板供電。

DP 操作時(shí)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)如下：

1）690 V 配電板A 與B 間的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)6ACB處于斷開(kāi)狀態(tài)。

2）400 V 配電板A 與B 之間的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)13ACB 處于斷開(kāi)狀態(tài)。

3）220 V 配電板A 與B 之間的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)BT/MCCB 處于斷開(kāi)狀態(tài)。

4）690 V/400 V，800 kVA 變壓器1 號(hào)和2 號(hào)同時(shí)在線。

5）400 V/220 V，150 kVA 變壓器3 號(hào)和4 號(hào)同時(shí)在線。

6）400 V 應(yīng)急配電板主要供電由400 V 配電板A 供電。

7）應(yīng)急發(fā)電機(jī)處于備用模式。

8）400 V/220 V，50 kVA 的應(yīng)急變壓器1 號(hào)在線，2 號(hào)備用。

9）UPS10 和UPS20 之間的機(jī)械化開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)狀態(tài)。

10）UPS30 和UPS40 之間的機(jī)械化開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)狀態(tài)。

11）連接220 V 應(yīng)急配電板和航行分電箱的開(kāi)關(guān)均斷開(kāi)。

12）連接220 V 應(yīng)急配電板和UPS10～UPS40的開(kāi)關(guān)都斷開(kāi)。

在進(jìn)行DP 操作時(shí)，燃油系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)、艏側(cè)推淡水冷卻系統(tǒng)、啟動(dòng)空氣系統(tǒng)的相關(guān)隔離閥門(mén)狀態(tài)需保持一致。

4.2 操作員工作站

該船配有2 個(gè)DP 操作員工作站，每個(gè)工作站包括1 個(gè)用于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和操作的高分辨率彩色純平觸摸屏和1 個(gè)包含多個(gè)按鈕、指示燈和控制操縱桿的操作面板。電源開(kāi)關(guān)和用于顯示的調(diào)節(jié)控制器位于屏幕下方。操作面板主要包括專(zhuān)用按鈕、狀態(tài)指示燈、鍵盤(pán)、軌跡球、3 軸操縱桿和艏向控制旋鈕，見(jiàn)圖5。

圖5 操作面板

4.3 操作注意事項(xiàng)

4.3.1 參考傳感器

該船配備3 個(gè)獨(dú)立的參考傳器。在大型設(shè)施（如海上平臺(tái)）附近作業(yè)時(shí)，2 個(gè)微波雷達(dá)位置參考系統(tǒng)都有可能遭到來(lái)自衛(wèi)星或多徑反射的屏蔽，這可能會(huì)造成定位系統(tǒng)常見(jiàn)的位置漂移。如果2 個(gè)位置參考系統(tǒng)一同漂移，DP 系統(tǒng)將會(huì)剔除微波雷達(dá)位置參考系統(tǒng)，只剩下DPGS。

4.3.2 風(fēng)傳感器

當(dāng)在海上平臺(tái)的背風(fēng)側(cè)作業(yè)時(shí)，風(fēng)傳感器可能會(huì)被遮蔽，同時(shí)船舶的一部分會(huì)暴露在巨大的風(fēng)力下。這會(huì)導(dǎo)致惡劣天氣條件下的航跡精度較差，從而影響船舶定位的穩(wěn)定性。

4.3.3 通信

必須建立同平臺(tái)間的通信，以獲得進(jìn)入其500 m范圍的許可。在此之后，必須建立并測(cè)試同吊機(jī)操作員和甲板管理人員的通信渠道。

5 結(jié)論

本文以某深水平臺(tái)供應(yīng)船為例，結(jié)合動(dòng)力定位的標(biāo)準(zhǔn)要求，介紹了動(dòng)力定位系統(tǒng)與相關(guān)電力系統(tǒng)的配置，并分析了動(dòng)力定位系統(tǒng)的相關(guān)操作及應(yīng)用。研究成果可為動(dòng)力定位系統(tǒng)在深水平臺(tái)供應(yīng)船的應(yīng)用提供一定參考。