風(fēng)電安裝平臺(tái)集中控制系統(tǒng)技術(shù)研究

劉維，趙秀雙

（1.中國(guó)船級(jí)社質(zhì)量認(rèn)證公司秦皇島分公司；2.大船集團(tuán)山船重工設(shè)計(jì)所，河北 秦皇島 066000）

1 研究背景和意義

自升式風(fēng)電安裝平臺(tái)主要用于近海和沿海海域風(fēng)電設(shè)備安裝，其作業(yè)功能主要包括海上風(fēng)機(jī)塔筒、機(jī)艙、輪轂、葉片等部件的吊裝以及存儲(chǔ)、攜帶，且可進(jìn)行打樁作業(yè)和樁基建設(shè)。平臺(tái)自動(dòng)化程度非常高，可實(shí)現(xiàn)在中央控制室對(duì)動(dòng)力定位系統(tǒng)、電力推進(jìn)系統(tǒng)、樁退升降系統(tǒng)、壓載控制系統(tǒng)、液位測(cè)量系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、通訊導(dǎo)航系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)等進(jìn)行高度集中自動(dòng)控制，電氣集中控制系統(tǒng)是平臺(tái)用戶直接面對(duì)的窗口系統(tǒng)，直接體現(xiàn)著平臺(tái)自動(dòng)化程度，也體現(xiàn)了船廠的設(shè)計(jì)建造水平，該系統(tǒng)所涉及的各子系統(tǒng)操控界面布置及系統(tǒng)間電氣接口匹配要求高、難度大，對(duì)平臺(tái)電氣集中控制系統(tǒng)進(jìn)行專題技術(shù)研究，對(duì)提高平臺(tái)設(shè)計(jì)建造水平有著深遠(yuǎn)意義。

2 風(fēng)電安裝平臺(tái)集中控制系統(tǒng)技術(shù)研究?jī)?nèi)容

2.1 集中控制系統(tǒng)構(gòu)架技術(shù)研究

風(fēng)電安裝平臺(tái)集中控制系統(tǒng)是集主輔機(jī)控制監(jiān)測(cè)、航行無線電設(shè)備運(yùn)行、裝載計(jì)算、平臺(tái)信息管理系統(tǒng)、動(dòng)力定位系統(tǒng)、升降系統(tǒng)及其它工程作業(yè)系統(tǒng)等于一體的多功能綜合系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用分散式集中控制，分若干個(gè)工作分站組成，分控制系統(tǒng)將根據(jù)平臺(tái)的種類和自動(dòng)化的程度而定。所有工作站采用高速傳輸技術(shù)組成一個(gè)綜合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，在網(wǎng)絡(luò)上根據(jù)需要連接一定數(shù)量的工作分站，以達(dá)到在平臺(tái)重要處所對(duì)各設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制和操作等目的。同時(shí)，工作分站可作為一個(gè)窗口，與平臺(tái)對(duì)外通信設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，借助于數(shù)據(jù)傳輸、電子郵件等各種通信手段，執(zhí)行岸與船、船與船之間對(duì)話，進(jìn)行各種信息交流、咨詢、設(shè)備維護(hù)、故障診斷、資料查閱、備件查詢、船舶管理等業(yè)務(wù)活動(dòng)，從而提高平臺(tái)運(yùn)營(yíng)的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

平臺(tái)的主要控制在中央控制室，采用分散式集中控制。按照功能分為兩大塊：一是平臺(tái)航行主要設(shè)備的控制及監(jiān)控；二是平臺(tái)在定位、升降及作業(yè)時(shí)主要設(shè)備的控制及監(jiān)控。在航行工況下，平臺(tái)涉及的系統(tǒng)有推進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)、自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、航行設(shè)備及無線電系統(tǒng)、內(nèi)部通訊及報(bào)警系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、航行信號(hào)燈系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)及視屏監(jiān)控系統(tǒng)、船舶信息管理系統(tǒng)等。作業(yè)工況下：本平臺(tái)涉及到的系統(tǒng)有推進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)、動(dòng)力定位系統(tǒng)、自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、閥門遙控及液位遙測(cè)系統(tǒng)、配載計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、內(nèi)部通訊及報(bào)警系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、航行信號(hào)燈系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)及視屏監(jiān)控系統(tǒng)、船舶信息管理系統(tǒng)、升降系統(tǒng)、吊機(jī)系統(tǒng)等（圖1）。

圖1

本平臺(tái)根據(jù)需要設(shè)置3處控制臺(tái)，前后中央控制臺(tái)、集控室集控臺(tái)。

2.2 集中控制系統(tǒng)主要電氣系統(tǒng)接口技術(shù)研究

隨著自動(dòng)化程度的發(fā)展以及技術(shù)革新，平臺(tái)也越發(fā)向自動(dòng)化、集成化方向發(fā)展，這涉及平臺(tái)各個(gè)系統(tǒng)之間的接口問題以及所有系統(tǒng)的分布，特別是集中控制涉及各子系統(tǒng)的接口的設(shè)計(jì)，關(guān)系到平臺(tái)集中自動(dòng)控制的功能與使用，如下對(duì)主要電氣系統(tǒng)接口進(jìn)行論述研究。

（1）電力推進(jìn)系統(tǒng)單線圖，如圖2所示。

圖2

根據(jù)組成設(shè)備的功能，電力推進(jìn)系統(tǒng)主要包括以下子系統(tǒng)。

①配電系統(tǒng)。為全船提供持續(xù)穩(wěn)定的電源，包括發(fā)電機(jī)組、配電板、率管理系統(tǒng)（PMS）。發(fā)電機(jī)電站管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接見圖3。

圖3

②推進(jìn)系統(tǒng)。采用變頻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器型式，主要為船舶提供主動(dòng)力，每套包含推進(jìn)移相變壓器、推進(jìn)變頻器、推進(jìn)電動(dòng)機(jī)、全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器。

③推進(jìn)遙控系統(tǒng)。主要包括推進(jìn)控制單元、駕駛室控制板。推進(jìn)系統(tǒng)接口連接圖詳見圖4。

圖4

④主配電系統(tǒng)與電力推進(jìn)系統(tǒng)主要電氣接口（表1）。

表1

⑤機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)。主要包含集控臺(tái)、輔機(jī)采集箱和延伸報(bào)警板等。機(jī)艙自動(dòng)化系統(tǒng)接口連接詳見圖5。

⑥監(jiān)測(cè)報(bào)警匯集平臺(tái)各主要系統(tǒng)狀態(tài)與報(bào)警信息。主要涉及發(fā)電機(jī)組、鍋爐、空壓機(jī)、泵、箱柜、推進(jìn)器、其他機(jī)艙設(shè)備系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等狀態(tài)及報(bào)警集中監(jiān)控。

圖5

⑦DP-1動(dòng)力定位系統(tǒng)和其他系統(tǒng)接口（表2）。

表2

（2）信息管理系統(tǒng)。信息管理系統(tǒng)與平臺(tái)導(dǎo)航系統(tǒng)存在接口，由導(dǎo)航系統(tǒng)提供開放式數(shù)字接口（含串口、網(wǎng)絡(luò)接口、音視頻接口），本系統(tǒng)支持獲取本平臺(tái)導(dǎo)航信息、探測(cè)及現(xiàn)場(chǎng)采集的信息、電子海圖數(shù)據(jù)、導(dǎo)航系統(tǒng)及主要設(shè)備技術(shù)狀態(tài)信息等。具體接口要求如表3所示。

表3

與監(jiān)控系統(tǒng)接口，由監(jiān)控系統(tǒng)提供系統(tǒng)綜合技術(shù)狀態(tài)信息開放式IP數(shù)字接口，本系統(tǒng)支持獲取平臺(tái)機(jī)艙設(shè)備、電氣設(shè)備、消防設(shè)備、通風(fēng)設(shè)備等綜合監(jiān)視信息。

與環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)接口，主要接入全球氣象服務(wù)和各主要?dú)庀笈_(tái)、水文站的預(yù)報(bào)信息。

與岸基數(shù)據(jù)中心接口，平臺(tái)智能化信息管理系統(tǒng)支持與公司岸基數(shù)據(jù)中心相關(guān)系統(tǒng)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交互。

充分考慮系統(tǒng)接口的預(yù)留，保證系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，軟件系統(tǒng)應(yīng)充分適應(yīng)當(dāng)前可能存在的接口擴(kuò)展對(duì)系統(tǒng)帶來的影響。

2.3 集中控制系統(tǒng)操控布置人性化技術(shù)研究

集中控制臺(tái)的布置要與船體中控室結(jié)構(gòu)相配合，且中控臺(tái)設(shè)備布置應(yīng)使操作人員既能方便操控，又要確保設(shè)備布局美觀、合理，方便檢修。

集中控制系統(tǒng)操控布置分區(qū)原則：整個(gè)中控臺(tái)根據(jù)功能分區(qū)，臺(tái)面布置疏密有致，滿足人機(jī)工程原理，將視覺、判斷誤差和操作失誤減至最低限度，真正做到簡(jiǎn)潔適用、操作便利。

（1）功能分區(qū)注意事項(xiàng)。①操縱臺(tái)位于中控臺(tái)中臺(tái)T字的結(jié)構(gòu)部分，與操縱船舶相關(guān)的設(shè)備都要盡量靠中臺(tái)T字的最遠(yuǎn)端，便于座下的駕駛員操縱；②考慮到值班操作人員在船舶操縱中需要喊話和通訊，所以內(nèi)部通信（廣播對(duì)講裝置、自動(dòng)電話、聲力電話）、外部通信（VHF電話）也盡量擺在中間臺(tái)，而且中控臺(tái)左右兩側(cè)均伸手可及，如果是兩套VHF電話，可以在中間臺(tái)左側(cè)和右側(cè)各布置1套；③關(guān)于雷達(dá)的布置，也要布置在中控臺(tái)的中間部分。一般情況下，我們選擇右側(cè)作為航行交通監(jiān)控和操縱工作站，因此雷達(dá)和電子海圖的布置順序?yàn)椋篢字臺(tái)右側(cè)1臺(tái)雷達(dá)和1臺(tái)電子海圖，電子海圖布置在雷達(dá)右側(cè)；④中控臺(tái)比較靠邊的左右兩個(gè)部分作為安全操作工作站，為了方便值班駕駛員統(tǒng)一操作和有效的識(shí)別，左側(cè)可作為報(bào)警臺(tái)，布置報(bào)警設(shè)備和應(yīng)急操作按鈕（火警指示板、通用報(bào)警控制器、病房冷庫呼叫報(bào)警單元、水密門指示板、應(yīng)急停止按鈕等），右側(cè)作為遙控臺(tái)，布置遙控板和遙控按鈕（航行燈控制板、信號(hào)燈控制板、外燈控制板、遙控板等）；⑤其他設(shè)備沒有固定的安裝地點(diǎn)，在安裝之前要考慮與哪個(gè)操作臺(tái)的功能關(guān)系比較密切就布置在哪個(gè)操作臺(tái)。

（2）臺(tái)面布置注意事項(xiàng)。①駕駛臺(tái)上的儀表面對(duì)準(zhǔn)前視的人，操作表面應(yīng)盡可能垂直操作人員的視線，因此顯示的儀表（單獨(dú)的）必須放到斜面上，方便人觀察；②原則上同一個(gè)系統(tǒng)的面板設(shè)備（顯示儀表）和臺(tái)內(nèi)設(shè)備不要分臺(tái)布置，這樣會(huì)增加工作量，增加過臺(tái)線的根數(shù)；③臺(tái)面布置美觀簡(jiǎn)潔，功能和外形尺寸差不多的設(shè)備可以并排布置，而且臺(tái)面的布置要疏密有致，避免設(shè)備過于集中或分散，不方便操作也影響美觀；④駕駛臺(tái)的銘牌盡量用白底黑字，因?yàn)橐购綍r(shí)駕駛室不能有燈光，也不能有反光而影響航行的視線。

2.4 集中控制系統(tǒng)配備整體技術(shù)研究

風(fēng)電安裝平臺(tái)項(xiàng)目集中控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)在中央控制室對(duì)動(dòng)力定位系統(tǒng)、電力推進(jìn)系統(tǒng)、樁退升降系統(tǒng)、壓載控制系統(tǒng)、液位測(cè)量系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、通訊導(dǎo)航系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)等進(jìn)行高度集中自動(dòng)控制。平臺(tái)中控臺(tái)分前控制臺(tái)和后控制臺(tái)兩大部分。前控制臺(tái)的主要設(shè)備包括通訊導(dǎo)航設(shè)備、監(jiān)測(cè)報(bào)警設(shè)備、壓載控制設(shè)備、液位測(cè)量設(shè)備、視頻監(jiān)控設(shè)備、電力推進(jìn)設(shè)備等；后控制臺(tái)主要包括動(dòng)力定位設(shè)備、樁腿升降設(shè)備、電力推進(jìn)設(shè)備等。集控室集控臺(tái)包含：機(jī)艙監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、機(jī)艙設(shè)備運(yùn)行指示、閥門遙控液位測(cè)量系統(tǒng)、火警系統(tǒng)、內(nèi)部通訊系統(tǒng)、視頻監(jiān)控等。集中控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)通過上述各主要子系統(tǒng)精準(zhǔn)的電氣接口匹配連接，科學(xué)合理的人性化布置，可提供給用戶完美的高度自動(dòng)控制人機(jī)界面。

3 結(jié)語

風(fēng)電安裝平臺(tái)電氣集中控制系統(tǒng)是船員使用平臺(tái)直接面對(duì)的窗口系統(tǒng)，也是平臺(tái)自動(dòng)化程度及科技含量的集中代表和體現(xiàn)，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否合理化、人性化直接體現(xiàn)著船廠建造技術(shù)水平。對(duì)平臺(tái)電氣集中控制系統(tǒng)進(jìn)行專題技術(shù)研究，旨在為船廠提高設(shè)計(jì)建造效率和質(zhì)量，提高企業(yè)的技術(shù)水平和競(jìng)爭(zhēng)力。