唐 莹,冯遵迪

(扬州大洋造船有限公司,江苏扬州 225107)

0 引言

动力定位是一种可以不用锚系而自动保持海上浮动装置位置的定位方法。采用动力定位的海上浮动装置,在海上作业时不需要抛锚,这不仅减少了复杂的抛锚工序,而且工作的水深亦不受锚系长度的限制,甚至可以在水深大于 1 000 m以上的深度进行工作。

当前海上油气勘探和开采的范围越来越广,作业海况也日趋恶劣,为了适应海上石油开发的快速发展,DP控制系统已被广泛地应用在石油平台供应船上。本文以GPA654石油平台供应船为例,介绍动力定位系统DP在船舶上的应用情况。

1 GPA654概况

在动力定位系统 DP状态下,对各台发电机及其他设备的工作状态也是有要求的。本文设定发电机的能量在足够使用的状态下。

2 GPA654—DP介绍

国际海事组织(IMO)根据动力定位系统的功能和冗余度,将其划分为 1级、2级、3级 3个级别,其中第 3级动力定位系统的级别最高,性能最先进。在此基础上,各国船级社制定了自己的等级符号或附加标志。目前,中国船级社、美国船级社规定的 3个级别的动力定位系统附加标志分别为DP-1、DP -2、DP-3。

而本船的动力定位系统依照国际海事组织规则(IMO)和ABS船级社规范DP-2来建造的。它是一个双冗余系统,任何设备的单独失效都不会影响DP系统的连续操作。在这个系统中所有的电脑、可编程控制器PLC、电源、内部LAN数据连接及传感器都是双套的,电脑提供 2个单独的输出以太网给单独的可编程控制器PLC。PLC通过2个单独的Genius输送数据给I/O模块,假使一个控制线路失效,另一控制线路会自动接收处理。

图1为DP系统及控制简图。图 1比较清晰地表示出了VRS、罗经、DGPS、风速风向仪、激光参考系统与DP系统的连接,以及DP系统与各个推进器之间的连接。

DP系统的配置有:控制电脑,其他各种航海数据的输入/出接口,PLC和双Genius Bus连接到船舶和功率管理系统。PLC接收从各个传感器和推进器收集到的信号,然后送到主控制电脑,并将主控制电脑处理的信息再传送到推进器。

驾控台上有DP控制、IJS(手动)控制、自动操舵仪控制及手动控制的切换开关。需要切换时,按相应的开关 2次,开关里面的指示灯亮,此时表示可以进行相应的操作。

DP电脑装入的是Windows XP软件,它们的内部硬件都是防振的。DP控制板上有2个轴向模拟操纵杆、旋转球、指示灯及其他一些电气组件。

图1 DP系统及控制简图

3 船在海上受到的影响参数

船舶在海上航行或停止在海上时,会受到海上各种因素的影响而产生不希望的位置变化;或者需要克服各种因素影响将船开往自己希望的位置。这些因素主要包括:

偏航:船舶的旋转,此参数由电罗经测量。

振动:船舶的前或后移动,此参数由船舶垂直参考系统传感测量。

摆动:船舶的左或右移动,此参数由船舶垂直参考系统传感测量。

风速风向:风速风向信仪测量。

波浪:海浪对船的影响,船发生不希望的位移。

水流:水流对船的影响,导致船发生不希望的位移。

方位推进器:本船船尾所配置,可以随时补偿船舶发生的位移。

轴式艏侧推:本船船首所带,可以随时补偿船舶发生的位移。

为了克服船舶在这些因素的影响下产生不希望的位置变化,首先必须先收集这些变化的数据,并将这些数据全部传送到DP主控制站。DP主控制站对这些各种各样的信息进行综合处理分析,然后发出各种各样的指令去控制其他相关的动力设备。

4 DP需要收集数据而配置的设备

4.1 船舶垂直参考系统传感器

整个系统设计中,安装了2套船舶垂直参考系统传感器(VRS)。此传感器安装在易于到达并不易被损坏的地方,它的安装支架必须完全固定,不能有松动,靠近传感器下方的电缆不能弯曲并固定好。传感器安装尽量靠近船舶重心位置,它的前/后、左/右标记必须标清楚。此传感器对船舶的前后左右产生的倾斜非常敏感。在调试过程中,采用人为使之产生前后左右倾斜。倾斜时动作要缓慢,并有角度限制。DP系统接收到此信号后会发出各种命令给推进装置,让推进装置产生行动以补偿此倾斜。

DP系统主机工作时,必须有1套 VRS在工作。如果VRS全部都不能工作,很多参数将不能测到,整个动力定位系统的定位能力将被整体降级。

正常情况下,2套VRS均为可使用状态,系统会接收所有的信息并作比较。如果它们所测到的参数又都正确,此时,系统会自动选择VRS1来使用。

4.2 DGPS全球定位系统

本船有2套DGPS系统。DGPS是差分全球定位系统,方法是在一个精确的已知位置上安装监测接收机,计算得到它能跟踪的每颗GPS卫星的距离误差。该差值通常称为PRC(伪距离修正值),将此数据传送给用户接收机作误差修正。本船上所测出的高精确度的全球的经度和纬度联合信息通过适当的接口传给DP系统。

4.3 风速风向仪系统

本船有 2套风速风向仪传感器,传感器适当地安装在能经受住强风的地方,无振动/遮蔽的区域。工作时操作者可以随意选择 1套系统,便于能提供稳定的风的速度和方向数据给 DP系统。如果第 1套风速风向仪系统失效,在屏幕上会显示“1号风速风向仪失效”。

如果所有的传感器都失效。系统将自动采用最近时间所测得的风速和风向信息。

4.4 电罗经系统

本船有 2套电罗经系统。任何时候都要有 1套罗经系统在工作,提供船首向信息给DP系统。当 2套电罗经都可以使用时,系统会自动选择第 1套电罗经使用。如果使用中的罗经测出来的值跟其他传感器测出来的值相差太大,系统会自动转到另一电罗经,并发出报警:罗经1失效。

4.5 激光参考系统

此系统里的扇形射束装置被固定在罗经甲板上,能不停地发送脉冲信号出去。当它一旦收回反射回来的信号后,通过内部软件的计算分析,能立刻判断出反射物体相对于本船的距离和方向。此系统针对靠近船舶的物体,是对DGPS系统的补充。

DP系统收集到的其他系统的各种信息数据后,通过内部信号转换器变为自己需要的地理性数据。

5 DP系统调试前后的注意事项

船厂为了满足DP系统的要求,在设计图纸时应该考虑周全。在船上能够影响 DP系统的能力因素的系统,主要包括:电气电力系统图、推进器控制系统图、空压机系统图、燃油系统图、滑油系统图、冷却水系统图、通风系统图。

相关的系统图和布置图都要经过专门而仔细的设计,并经船厂提供给DP操作手册编写公司。

操作手册编写公司根据国际海事协会IMCA里面的“动力定位船舶的设计和操作的指导原则”来编写。操作手册的编写必须考虑船将面临的各种不同的地方和环境以及一些需要靠近的灯塔等。航海图及工作区的海底深度也必须考虑进去。操作手册编制完毕后,送至船级社认可,经退审的操作手册方可供船上DP操作者使用。

船厂交船前的DP调试必须按照操作手册编写的操作程序来进行。设备调试由厂家服务工程师总负责,船检部门、船东、船厂负责人参加。要进行现场逐步调试,并经船东船检部门现场签字认可。

DP系统的操作是一项技术性非常强的工作。调试时,船上每个相关人员之间都必须有良好的通迅,能明白自己的责任,做到最密切的配合和协作。

DP的现场调试项目很多,现举一例说明:让船自动到达指定位置。首先我们预先在显示器上设定船想到达某处,将它们之间的距离、目前行使的船首向、速度设定好,船就会根据收集到的各项参数自动到达指定位置。

船在海面总有一定的漂移,船首向也会不时的发生变化,位置移动超过 5 m,船首向偏移 3°而没有回复到原来的位置,系统将会发生报警。

而DP的FMEA(失效模式及结果分析)也是必做的项目。这个项目由 DP厂家预先进行调试,程序编写公司再进行综合调试。

整个船舶动力定位是一个先进而又复杂的系统,设备厂家会根据船东的需要进行系统及设备的配置。

本船的结果分析程序监视船舶的功率状态和推进器的输出情况。当它计算出船由于各种事故将失去它的定位能力时,系统会发出报警,随即系统会立即改变它的操作方式以保证人和船的安全。

当船在 DP模式下正常工作时,驾驶室工作台上只需 2个操作人员,其中一个必须经过专门培训的DP高级操作者。他们轮流在工作台上观察船的安全和工作情况。集控室里也必须有 2个轮机员,随时监测周围环境情况,一旦观测到环境在恶化,严重降低DP需要的级数时,要将DP操作关闭。他们把当天的DP情况如实地记在记录本上,并汇报给船长和轮机长。