5000t起重船集成自動化系統設計

劉偉平

摘? ? 要：以DP-3附加標志的5000t起重船自動化系統為研究對象，通過分類統計全船信號采集點，確定集成自動化系統的網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、DP-3動力定位控制系統以及電力推進控制系統等重要子系統結合DP-3要求進行研究分析，保證自動化各子系統都能安全穩定運行，滿足工程作業要求和中國船級社入級規范要求。

關鍵詞：起重船;集成自動化系統;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

受計算機及網絡技術的限制，在傳統船舶中，各控制系統如推進器、自動電站、閥門、液位測量及機艙輔助等系統等均相互獨立[1]。但對于5 000 t起重船來講，其組成的設備/系統較多，數據傳輸處理量較大，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。集成自動化系統設計將打破傳統控制系統各自獨立的格局，建立綜合監控平臺，有機地整合各子系統，依托安全可靠的網絡管理技術，確保各子系統在相對獨立與可靠的同時，實現數據高效傳輸、共享與處理。

2? ? 集成自動化系統網絡結構及組成

2.1? ?信號采集點分布

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

2.2? ?數據采集

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

2.2.1現場總線協議

針對ICMS中存在較多的通訊設備和通訊點，采用符合現場設備特點、滿足系統采樣時間的現場總線協議，可以有效地控制數據流和優化網絡。主要有以下三種情況：

Modbus-RTU：發電機組、閥門等系統的通訊設備距離為幾十米范圍內，采用該通訊協議;

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

NMEA0183：航行設備、火災探測及機艙局部水霧等系統，采用該通訊協議。

2.2.2以太網傳輸協議

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

2.3? ?網絡結構

全船的采樣點共有8 014點，傳統的現場總線作為傳輸主干網絡已經不能滿足要求，需采用速率更高的環形以太網。

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

2.4? ?網絡組成

ICMS集船舶控制、監測和報警系統于一體，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視。

ICMS系統主要由以下子系統組成：

（1）常規監控報警系統（含火警、壓載、閥門遙控、液位測量及其他系統等）;