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发布时间：2020-07-13 16:59所属平台：学报论文发表咨询网浏览： 次
摘要：本文简要介绍DP(DynamicPositioningSystem)动力定位系统的定义，入级附加标志(DP1，DP2，DP3)的基本要求，现以海工平台供应船UT771WP的工程项目实例进行动力定位系统设计研究，该船入级满足DNV动力定位2级要求，并在DNV检测下进行安装与测试，试验满足
摘要：本文简要介绍DP(DynamicPositioningSystem)动力定位系统的定义，入级附加标志(DP1，DP2，DP3)的基本要求，现以海工平台供应船UT771WP的工程项目实例进行动力定位系统设计研究，该船入级满足DNV动力定位2级要求，并在DNV检测下进行安装与测试，试验满足DNV动力定位2级要求，主要包括DP操作站，DP主控制箱，信号接口箱，外围设备，位置参考系统，传感器，独立操作杆系统和相关的操作模式，该文是规则的快速指南，有助于改善船厂，船东和制造商对动力定位系统有更深入的了解，对国内其他准备建造动力定位系统船舶项作一个参考。
关键词：动力定位，位置参考系统，冗余
1定义
1.1动力定位船舶：系指仅用推进器的推力保持其自身位置(固定的位置或预先确定的航迹)的船舶。
1.2动力定位系统：系指使动力定位船舶实现动力定位所必须的一整套系统，包括下列分系统：
(1)动力源系统
(2)推进器系统
(3)动力定位控制系统
(4)独立操作杆系统
机械工程师评职知识：投稿给空气动力学学报的文章要经过几次审稿
1.3入级标志：
(1)DYNPOSAUT(DP1)——安装有动力定位系统的船舶，可在规定的环境条件下，自动保持船舶的位置和首向，同时还应设有独立的集中手动船位控制和自动首向控制。有一套备用遥控推进控制系统和一套备用位置参考信号系统。
(2)DYNPOSAUTR(DP2)——安装有动力定位系统的船舶，在出现单个故障(不包括一个舱室或几个舱室的损失)后，可在规定的环境条件下，在规定的作业范围内自动保持船舶的位置和首向。自动位置保持系统，技术设计有冗余。
(3)DYNPOSAUTRO(DP3)——安装有动力定位系统的船舶，在出现任一故障(包括由于失火或进水造成一个舱室的完全损失)后，可在规定的环境条件下，在规定的作业范围内自动保持船舶的位置和首向。自动位置保持系统，技术设计和布置有冗余。
2系统配置
DNV船级社对动力定位系统不同的入级标志有不同的系统配置要求。
3在UT771WP船上的设计与应用
本船安装的是Rolls-Royce公司生产的IconDP2动力定位系统，满足DNVAUTR要求。DP控制系统计算每个推进器的推力大小和方向，以抵消风，潮流和波浪运动的影响。计算是基于从位置参考系统和船舶传感器接收的信息，其系统框图请见图1.
其中位置参考系统是最重要的传感器，因为DP控制系统直接使用它来确定所需的推力保持在位置上。为了遵守DP2规范要求，船舶配备了卫星导航系统，激光扫描定位系统，雷达定位系统等系统配合，达到定位要求。
3.1双冗余操作站
操作站是操作员和在操作员控制下的处理器之间的主要接口。每个操作站都运行Rolls-RoyceDP2软件，并指定主控制箱里面的一个DP控制器为服务器。这是一个定制的软件包，可以配置DP功能，包括设置一些警报级别，船舶传感器设置等。它可以显示许多不同的MIMIC图，包括推进器视图，电源视图和传感器视图.每个操作站有三个主要部分：
a：船舶使用的计算机
b:带按钮的操作面板和一个轨迹球
c:彩色显示器
3.2DP主控制箱
主控制箱是DP操作的控制中心。控制箱位于仪表室，由DPUPS1和DPUPS2供电，包含三个子系统。每个子系统包括两个电源单元，一个DP控制器，一个IO控制器，一个现场IO模块和一个网络交换机。IMODP2级冗余ICON系统是基于三控制器解决方案。传感器接口和位置参考系统，电力系统被分成逻辑组，基于规范要求和系统隔离。三冗余方案的动机是为操作者提供一个简单易懂的解决方案。在失败的情况下，你有一个简单的三选二的投票原则。检测到控制器上的严重可错误也会使控制器无效。如果控制器故障，系统仍将遵守DP规范要求。
3.3信号接口箱
内部共安装了4个IO卡和1个船舶控制器。
3.4位置参考系统
2套卫星导航系统(DGPS)
该船配备了两个VERIPOSLD6全球导航卫星系统。DGPS是一种卫星定位参考系统，使用已知轨道上的一组卫星。DGPS接收器利用几个卫星同时发出的信号来计算“定位”。这组卫星被称为星座。VERIPOSLD6型GNSS1和GNSS2系统都从其专用天线接收双频GPS信号和Glonass信号，并可接受来自单独的点光源和IALA天线的校正(全球导航卫星系统的“差分”部分)。DGPS接收机还从单独的电罗经中接受NMEA0183信号输入。GNSS1由UPS1供电，GNSS2由UPS2供电。DGPS精度在3米范围内，DGPS天线位于雷达桅最顶部两侧，水平和垂直不被障碍，推荐水平距离C站天线2-3米，垂直距离0.5-1米。
1套RADIUS1000(主动发射)
RADIUS1000是一种基于短程相对定位系统，设计用于恶劣和苛刻的环境，在这种环境下一般不使用DGPS和安全性至关重要。是一种微波定位原理，通过测量信标的方位，距离来定位的，只能用在平台或者固定物附近使用，有效距离500米，工作站位于驾驶室后台上，RADIUS天线感器布置在激光传感器两侧，成左右对称布置。
1套CyScan系统(激光)(被动接收)
CyScan是一种基于激光的短程相对定位系统，设计用于恶劣和苛刻的环境，在这种环境下一般不使用DGPS和安全性至关重要。自动跟踪船舶，在固定位置的反射(在岸边)，计算船舶的位置和方位，工作站位于驾驶室后台上，激光扫描装置安装在在驾驶室顶，船舶中心线上。
3.5传感器
DP系统传感器监测船舶的航向、升沉/纵摇/横摇和风速/风向。这些传感器用于保持航向，显示船舶运动和估计风力。该传感器由三个电罗经、三个风速风向仪和三个运动参考单元组成。
3套电罗经
装有三套安修斯标准22型电罗经，用以连续自动的指示船舶航向，并且提供航向信号给DP主控制箱和独立操作杆系统控制箱。
3套运动参考单元MRU
装有三套型号SeatexMRU-D运动参考单元。MRU-D运动参考单元用于DP作业时的实时纵摇，横摇，升沉的测量，用来校准测量从位置参考系统，为了保证测量数据的准确性，运动参考单元的理论安装位置是船舶重心。当这个位置不可能时，则尽量安装在靠近船舶重心的位置。
3套风速风向仪
装有三个DEIFWSS风速风向仪。DEIF-WSS是一个超声波测风系统，是一个快速响应、准确测量风速和风向的系统。该传感器是由三个超声波换能器组成的三角形，用于测量风速和风向。通过测量一组超声波脉冲从每个换能器到另外两个换能器所需的时间，可以计算出风速和风向。
3.6外围设备
包括：1个打印机，2个不间断电源，5个报警指示面板，5个模式转换开关面板。
DP报警状态系统:
RRMDP警报状态系统是一个警告系统，通过灯光和声音报警指示船舶在DP操作过程中的位置保持能力。该系统采用了绿色，黄色和红色状态级别的概念是由控制控制台面板上的操作员选择的。选择的状态灯颜色显示在专用报警面板上。
模式转换开关面板:
模式转换开关(MMS)面板用于选择所需机动模式。可以选择的模式有：
·手动模式：推进器由手动推进装置控制
·操纵杆模式：操纵杆系统控制推进器
·DP模式：推进器由DP系统控制
该系统的设计和实现基于这样的思想，即用于控制推力器的每一个控制系统都应该是可独立选择的。即，一个系统中的故障不应阻止另一个系统用作备用来使用。
模式转换开关系统有五个模式转换开关面板安装在船上(前驾控台，左翼驾控台，右翼驾控台，左后驾控台，右后驾控台)。
当激活的系统出现故障时(如DP、操纵杆或自动舵)或默认的信号通信失败时，手动释放按钮是一个备用解决方案。
按下按钮，就可以确保安全从当前系统释放，改变推进器控制到手动推进控制。释放到手动按钮在不同的控制面板都有单独接触每个推进器的控制系统。控制推进器将被设置为手动推进装置控制，当工作站按钮被激活。
3.5Joystick(操作杆系统)
操纵杆系统(IJS)是一个Rolls-Royce公司POSCON系统，由一个单独的控制箱、一个操作员操作系统单元和一个便携式面板组成。有一个单独的船舶控制器安装在控制箱内，不会和DP控制系统共用同一个UPS，有自动航向控制功能.
操纵杆控制箱为双电源。主电源来自交流230V电源来自L11分电箱，备用电源是24V电源来自DC11直流分电箱。它利用一个单独的以太网网络，连接到推进器遥控系统，并通过推进器遥控系统控制四个推进器。IJS接收1号电罗经和1号DGPS的航向信息。这两个系统中的任何一个都不会影响正常的DP操作。
4DP操作模式
Standbymode待命模式
待命是一种监视模式，在这种模式下，DP系统将不生成任何控制信号输出(如推进器动作)。如果传感器和位置参考系统可用，所有的信号都可以在操作员站上被监控。推力装置和动力系统也可以被监控。从其他模式进入待命模式将立即停止任何推进器的动作，这些推进器是选择给DP使用的。DP系统已经准备好了但是没有控制，随时可以进行控制。
4.2Manualmode手动模式
DP操作员通过位于控制台上的推进器操作手柄手动控制每个推进器螺柜，速度，方位，手动起停。
4.3Joystickmode操纵杆模式
在手动操纵杆模式中，操作员使用三轴操纵杆沿三个主轴操纵船舶，推进器产生的风浪，摇摆力和偏航力矩和操作杆位置直接有关。操作员通过位于控制台上的操纵杆和鼠标球可以实现船舶的前后、左右及瞬间位移。
4.4Automaticmode自动模式
自动位置，自动航向或者两者都有，位置控制通过位置信号参考系统产生的位置信号将船舶位置自动维持在一固定点上，航向控制使船舶自动保持在固定的航向上。航向参考信号来自于3套电罗经
4.5Followtargetmode追踪模式
目标跟踪是一种功能，它可以让DP船在固定距离和方位上内跟踪另一物体(遥控车辆或其他船舶)。航向既可以由操作员引导，也可以自动跟随目标的路径，在操作过程中可以调整跟踪对象的距离和方位。
4.6WaypointTrackingmode(lowspeed)航迹跟踪模式
航迹跟踪是一种低速跟踪功能，使DP船遵循由航路点定义的预定义航迹，在航迹分解过程中，航向可以由操作者手动设置的航迹或航向自动设置，跟踪操作可以随时暂停并恢复。航迹点能从电子海图导入。通过这种控制方式可以使船舶自动沿着操纵者预先设定的一个或若干个设定点行驶。
4.7AutomaticChangePositionandChangeHeading(DPcontrol)自动改变位置和改变方位模式
更改位置/更改航向是指船舶自动从当前位置移动到操作员设置的新参考位置的操作。运动设置定义船舶从一个位置移动到另一个位置的速度。更改位置操作可以与更改航向操作在任何时候结合逐步在一起。
5结束语
本文对UT771WP动力定位系统设计进行一个简单的介绍，对国内其他准备建造的动力定位系统船舶项作一个参考。
参考文献
CAA-111279-01MU(A)IconDP2UserManual
RulesforClassificationofShipsJuly2013
作者简介：戴长生
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《UT771WP动力定位系统设计》