5000t起重船集成自動化系統(tǒng)設計

劉偉平

摘? ? 要：以DP-3附加標志的5000t起重船自動化系統(tǒng)為研究對象，通過分類統(tǒng)計全船信號采集點，確定集成自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡拓撲結構以及設備具體配置。進一步分析其可靠性與安全性，對電站管理系統(tǒng)、DP-3動力定位控制系統(tǒng)以及電力推進控制系統(tǒng)等重要子系統(tǒng)結合DP-3要求進行研究分析，保證自動化各子系統(tǒng)都能安全穩(wěn)定運行，滿足工程作業(yè)要求和中國船級社入級規(guī)范要求。

關鍵詞：起重船;集成自動化系統(tǒng);動力定位

中圖分類號：U674.35 ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Abstract： Taking the automatic system of the 5 000 t derrick ship with DP-3 notation as the research object， the network topology and equipment configuration of the integrated automatic system are determined by classifying and counting the signal collection points of the whole ship.? ?Further analysis of the reliability and safety are made for the automation system， and the subsystems such as the power management system， DP-3 dynamic positioning system and electric propulsion control system are studied and analyzed as per the DP-3 notation requirement. The safe and stable operation of each subsystem of the automation system are ensured to satisfy the requirement of engineering operation and the rules of China Classification Society.

Key words： Derrick ship; Integrated automatic system; Dynamic positioning

1? ? 引言

受計算機及網(wǎng)絡技術的限制，在傳統(tǒng)船舶中，各控制系統(tǒng)如推進器、自動電站、閥門、液位測量及機艙輔助等系統(tǒng)等均相互獨立[1]。但對于5 000 t起重船來講，其組成的設備/系統(tǒng)較多，數(shù)據(jù)傳輸處理量較大，加之船東對高效管理模式的要求較嚴，傳統(tǒng)的設計理念在應對以上問題時顯得捉襟見肘。集成自動化系統(tǒng)設計將打破傳統(tǒng)控制系統(tǒng)各自獨立的格局，建立綜合監(jiān)控平臺，有機地整合各子系統(tǒng)，依托安全可靠的網(wǎng)絡管理技術，確保各子系統(tǒng)在相對獨立與可靠的同時，實現(xiàn)數(shù)據(jù)高效傳輸、共享與處理。

2? ? 集成自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡結構及組成

2.1? ?信號采集點分布

信號采集點遍布全船各個處所，對信號采集點的數(shù)量、信號類型等進行統(tǒng)籌分析，是選擇網(wǎng)絡組成的先決條件。通過全船主要機電設備進行分類，對于自動化系統(tǒng)的信號點按系統(tǒng)整理統(tǒng)計，如見表1所列。

2.2? ?數(shù)據(jù)采集

該船集成自動化系統(tǒng)（以下簡稱ICMS系統(tǒng)）中數(shù)據(jù)采集分為兩種形式：硬件通道（含數(shù)字量、模擬量、溫度量及脈沖量等）;現(xiàn)場總線通訊（含Modbus-RTU、Profibus-DP及NMEA0183通訊等[5]）。

2.2.1現(xiàn)場總線協(xié)議

針對ICMS中存在較多的通訊設備和通訊點，采用符合現(xiàn)場設備特點、滿足系統(tǒng)采樣時間的現(xiàn)場總線協(xié)議，可以有效地控制數(shù)據(jù)流和優(yōu)化網(wǎng)絡。主要有以下三種情況：

Modbus-RTU：發(fā)電機組、閥門等系統(tǒng)的通訊設備距離為幾十米范圍內，采用該通訊協(xié)議;

Profibus-DP：電力推進相關的設備和高速通信的PMS等系統(tǒng)，采用該通訊協(xié)議;

NMEA0183：航行設備、火災探測及機艙局部水霧等系統(tǒng)，采用該通訊協(xié)議。

2.2.2以太網(wǎng)傳輸協(xié)議

Modbus TCP協(xié)議用于傳輸發(fā)電機組、推進裝置、電站管理系統(tǒng)、閥門遙控、泵組遙控和輔助設備的實時通訊數(shù)據(jù)。需要進行三次“握手”方可完成連接，具有較好的穩(wěn)定性與安全性。

2.3? ?網(wǎng)絡結構

全船的采樣點共有8 014點，傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線作為傳輸主干網(wǎng)絡已經(jīng)不能滿足要求，需采用速率更高的環(huán)形以太網(wǎng)。

網(wǎng)絡中每個節(jié)點首尾相連接并形成閉合回路，其結構相對簡單，使用的網(wǎng)間連線也較少;如需對網(wǎng)絡改造只需增加設備和較少的連線，維護成本低;通過對環(huán)形網(wǎng)絡流向加以控制，可以滿足系統(tǒng)中任意連線或設備故障不會影響整個網(wǎng)絡的運行。

2.4? ?網(wǎng)絡組成

ICMS集船舶控制、監(jiān)測和報警系統(tǒng)于一體，可以在駕駛室、動力定位控制室和集控室對船舶進行控制與監(jiān)視。

ICMS系統(tǒng)主要由以下子系統(tǒng)組成：

（1）常規(guī)監(jiān)控報警系統(tǒng)（含火警、壓載、閥門遙控、液位測量及其他系統(tǒng)等）;