船舶動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)研究

朱衛(wèi)軍

摘 要：動(dòng)態(tài)定位介紹： 動(dòng)態(tài)定位是一種相對較新的技術(shù)，是20世紀(jì)60年代和70年代初快速發(fā)展的油氣勘探行業(yè)的需求不斷增長的必然結(jié)果。即使是現(xiàn)在，當(dāng)有超過1000多條 DP能力的船只時(shí)，它們中的大多數(shù)在操作上與石油和天然氣儲(chǔ)量的勘探或開發(fā)有關(guān)，DP吊重，DP3 ER潛水， 挖泥船、敷管船和電纜敷設(shè)船得到廣泛的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：動(dòng)力系統(tǒng);推進(jìn)系統(tǒng);故障能力分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.18.054

首先從理論研究出發(fā)確定船舶動(dòng)力定位的系統(tǒng)原理，基本力和運(yùn)動(dòng)。最后就三大系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，闡述了動(dòng)力定位系統(tǒng)的主要功能，并根據(jù)DP等級，并在FMEA的實(shí)踐中得到堅(jiān)實(shí)的驗(yàn)證。本文對動(dòng)力定位系統(tǒng)的組成，動(dòng)力定位控制系統(tǒng)功能，動(dòng)力定位等級，動(dòng)力定位故障能力分析，本論文的主要工作包括五個(gè)部分：

1 動(dòng)力定位系統(tǒng)的原理

動(dòng)態(tài)定位可以被定義為一個(gè)系統(tǒng)，它可以自動(dòng)控制以保持它的位置，并且完全是主動(dòng)推力的方式，是用一種計(jì)算機(jī)化的自動(dòng)定位系統(tǒng)，用于船舶航向控制及自動(dòng)監(jiān)視，定位和航向控制和船舶自動(dòng)跟蹤控制。為了控制船舶航向，DP系統(tǒng)使用一個(gè)或多個(gè)船舶的陀螺羅盤數(shù)據(jù)，而至少有一個(gè)位置參考系統(tǒng)（如DGPS）使DP系統(tǒng)能夠定位住船。航向和位置點(diǎn)由操作員指定，然后進(jìn)行處理，DP系統(tǒng)提供推力控制信號給船舶的推進(jìn)器系統(tǒng)。自動(dòng)檢測到偏離所需的航向和位置時(shí)，并由系統(tǒng)作出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。海船會(huì)受風(fēng)，浪，涌的力和系泊索產(chǎn)生的力和力矩，系統(tǒng)會(huì)計(jì)算推進(jìn)器產(chǎn)生的力來控制船舶水平方向的三個(gè)自由度（橫移，縱移，偏航）的運(yùn)動(dòng)。任何船只有六個(gè)自由度;三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度和三個(gè)直線位移自由度，它們可以被描繪成橫移，縱移，偏航，縱蕩，橫蕩和垂蕩。動(dòng)力定位主要控制橫移，縱移和偏航，另縱蕩，橫蕩和垂蕩不受DP系統(tǒng)的控制，然而在為了使定位參考系統(tǒng)能夠校正這三個(gè)運(yùn)動(dòng)，系統(tǒng)必須有它們的信息，這些信息從垂直參考系統(tǒng)VRS中獲得，DP系統(tǒng)不控制，但是這些運(yùn)動(dòng)是可以測量和顯示的。

2 電力系統(tǒng)，推力器系統(tǒng)，DP控制系統(tǒng)

（1）動(dòng)力系統(tǒng)是保證動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)的動(dòng)力。發(fā)電，配電，功率管理，失電恢復(fù)，失電預(yù)防，電站保護(hù)，發(fā)電機(jī)及控制系統(tǒng)應(yīng)符合船級社的規(guī)定，在制造，安裝和航行試驗(yàn)中，必須經(jīng)過設(shè)計(jì)認(rèn)可和檢驗(yàn)。

（2）推進(jìn)器系統(tǒng)是指為DP系統(tǒng)提供推力和方向所需的所有部件和系統(tǒng)。包括：帶有驅(qū)動(dòng)裝置和必要輔助系統(tǒng)的推進(jìn)器，主螺旋槳和舵。有效和可靠的推進(jìn)和推進(jìn)器系統(tǒng)是DP能力船的有效運(yùn)作的核心。三種類型的推進(jìn)器構(gòu)成了DP船中的大部分單元，在少數(shù)船只中有少量其他類型的推進(jìn)器，這三種類型是：主螺旋槳、隧道推進(jìn)器和方位推進(jìn)器。

（3）DP控制系統(tǒng)是指船舶動(dòng)態(tài)定位所需的所有控制部件和系統(tǒng)、硬件和軟件。由以下部分組成：電腦系統(tǒng)/操縱桿系統(tǒng)，傳感器系統(tǒng)，顯示系統(tǒng)（操作面板），位置參考系統(tǒng)?？刂破魇怯?jì)算推進(jìn)器/螺旋槳施加的合力，使船保持位置定位。DP控制可分為高精度控制，放松控制和綠色控制，高精度控制提供了在任何條件下的保持高精度的位置控制。放松控制主要適用于風(fēng)平浪靜的天氣條件。綠色控制是以最小的功耗，將船舶定位在允許的區(qū)域內(nèi)。

3 主要模式及操作程序

動(dòng)力定位的主要功能包括以下幾部分：

（1）待機(jī)模式：待機(jī)模式是一種等待和復(fù)位模式，在這種模式下，系統(tǒng)處于高度準(zhǔn)備狀態(tài)，但不能發(fā)出船舶控制命令。這是系統(tǒng)第一次打開時(shí)的默認(rèn)模式。在待機(jī)模式下，您可以準(zhǔn)備系統(tǒng)運(yùn)行。

（2）操縱桿模式：在此模式下，操作員使用三軸操縱桿控制船只的運(yùn)動(dòng)。

（3）自動(dòng)定位模式：如果您選擇所有三個(gè)軸進(jìn)行自動(dòng)控制，系統(tǒng)將自動(dòng)進(jìn)入自動(dòng)位置模式。

（4）自動(dòng)跟蹤在DP系統(tǒng)上定義一條至少兩條腿的軌道并運(yùn)行軌道，運(yùn)行跟蹤，并測試反向功能。

（5）跟蹤目標(biāo)測試這個(gè)測試需要一個(gè)相對位置基準(zhǔn)系統(tǒng)和一個(gè)固定基準(zhǔn)系統(tǒng)。目標(biāo)通常是ROV上的水聲應(yīng)答器，或者使用相對位置基準(zhǔn)系統(tǒng)測量距離和航向到地面位置。

4 動(dòng)力定位等級

對于設(shè)備1類，在發(fā)生單一故障時(shí)可能發(fā)生位置丟失。

對于設(shè)備2類，在任何活動(dòng)部件或系統(tǒng)發(fā)生單一故障的情況下，不應(yīng)發(fā)生位置損失。通常情況下，只要有足夠的保護(hù)措施來防止靜態(tài)部件損壞，并且可靠性符合管理要求。單一失效標(biāo)準(zhǔn)包括：任何有源元件或系統(tǒng)（發(fā)電機(jī)、推進(jìn)器、配電板、遙控閥等）。任何通常靜態(tài)的部件（電纜、管道、手動(dòng)閥門等），在保護(hù)和可靠性方面沒有適當(dāng)?shù)挠涗洝?/p>

對于設(shè)備3類，一次故障包括：上面列出的第2類項(xiàng)，任何一個(gè)水密艙內(nèi)的所有部件，不受火災(zāi)或水災(zāi)的影響。任何一個(gè)防火分區(qū)的所有組件，來自火災(zāi)或浸水。對于第2類和第3類設(shè)備，如果某一疏忽行為有合理的可能性，則應(yīng)將其視為單一故障。

5 動(dòng)力定位故障能力分析FMEA

船級社，要求FMEA作為IMO2級和3級DP型船舶驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的一部分，F(xiàn)MEA應(yīng)該是DP船整體“最安全工作模式”分析的輸入之一。

最壞情況故障設(shè)計(jì)意圖（WCFDI）這通常與推進(jìn)器和發(fā)電機(jī)同時(shí)失效的數(shù)量有關(guān)，試驗(yàn)的結(jié)果應(yīng)能滿足其附加標(biāo)志所要求的冗余度。其目的是強(qiáng)調(diào)在與近海船舶相關(guān)的技術(shù)系統(tǒng)中應(yīng)用失效模式和影響分析（FMEA）技術(shù)的最佳實(shí)踐。FMEA是一種易于使用但功能強(qiáng)大的主動(dòng)工程質(zhì)量工具，它可以幫助識別產(chǎn)品和過程早期設(shè)計(jì)階段的弱點(diǎn)。其中要求“任何單一故障都不應(yīng)導(dǎo)致系統(tǒng)或過程的全部故障”。FMEA過程本身并不足以確保有意義的分析。它是一種幫助完成工作的工具。

FMEA應(yīng)根據(jù)其功能目標(biāo)對所有設(shè)備的不同失效模式進(jìn)行描述。通過這種方式，所有災(zāi)難性的或關(guān)鍵的單點(diǎn)故障的可能性都可以被識別出來，并在項(xiàng)目的早期階段通過設(shè)計(jì)校正或引入清晰的操作程序來消除或最小化。FMEA在任何時(shí)候只考慮單一故障（單點(diǎn)故障），未通過監(jiān)視和警報(bào)向操作員顯示的故障被歸類為隱藏故障。

6 結(jié)論

動(dòng)力定位系統(tǒng)的不斷發(fā)展，DP能力分析，DP結(jié)果分析，DP下的短路試驗(yàn)，接地試驗(yàn)，不斷得到應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)DP3 ER，DP2 DP3 close bus tie 并在故障能力分析中得到堅(jiān)實(shí)的驗(yàn)證。

參考文獻(xiàn)：

[1]動(dòng)力定位DP-3系統(tǒng)介紹[M].

[2]動(dòng)力定位系統(tǒng)簡介[M].