風電安裝平臺集中控制系統技術研究

劉維，趙秀雙

（1.中國船級社質量認證公司秦皇島分公司；2.大船集團山船重工設計所，河北 秦皇島 066000）

1 研究背景和意義

自升式風電安裝平臺主要用于近海和沿海海域風電設備安裝，其作業功能主要包括海上風機塔筒、機艙、輪轂、葉片等部件的吊裝以及存儲、攜帶，且可進行打樁作業和樁基建設。平臺自動化程度非常高，可實現在中央控制室對動力定位系統、電力推進系統、樁退升降系統、壓載控制系統、液位測量系統、視頻監控系統、通訊導航系統、監測報警系統等進行高度集中自動控制，電氣集中控制系統是平臺用戶直接面對的窗口系統，直接體現著平臺自動化程度，也體現了船廠的設計建造水平，該系統所涉及的各子系統操控界面布置及系統間電氣接口匹配要求高、難度大，對平臺電氣集中控制系統進行專題技術研究，對提高平臺設計建造水平有著深遠意義。

2 風電安裝平臺集中控制系統技術研究內容

2.1 集中控制系統構架技術研究

風電安裝平臺集中控制系統是集主輔機控制監測、航行無線電設備運行、裝載計算、平臺信息管理系統、動力定位系統、升降系統及其它工程作業系統等于一體的多功能綜合系統。該系統采用分散式集中控制，分若干個工作分站組成，分控制系統將根據平臺的種類和自動化的程度而定。所有工作站采用高速傳輸技術組成一個綜合網絡系統，在網絡上根據需要連接一定數量的工作分站，以達到在平臺重要處所對各設備進行監測、控制和操作等目的。同時，工作分站可作為一個窗口，與平臺對外通信設備聯網，借助于數據傳輸、電子郵件等各種通信手段，執行岸與船、船與船之間對話，進行各種信息交流、咨詢、設備維護、故障診斷、資料查閱、備件查詢、船舶管理等業務活動，從而提高平臺運營的安全性、可靠性和經濟性。

平臺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：一是平臺航行主要設備的控制及監控；二是平臺在定位、升降及作業時主要設備的控制及監控。在航行工況下，平臺涉及的系統有推進動力系統、自動化監測系統、航行設備及無線電系統、內部通訊及報警系統、照明系統、航行信號燈系統、網絡及視屏監控系統、船舶信息管理系統等。作業工況下：本平臺涉及到的系統有推進動力系統、動力定位系統、自動化監測系統、閥門遙控及液位遙測系統、配載計算機系統、內部通訊及報警系統、照明系統、航行信號燈系統、網絡及視屏監控系統、船舶信息管理系統、升降系統、吊機系統等（圖1）。

圖1

本平臺根據需要設置3處控制臺，前后中央控制臺、集控室集控臺。

2.2 集中控制系統主要電氣系統接口技術研究

隨著自動化程度的發展以及技術革新，平臺也越發向自動化、集成化方向發展，這涉及平臺各個系統之間的接口問題以及所有系統的分布，特別是集中控制涉及各子系統的接口的設計，關系到平臺集中自動控制的功能與使用，如下對主要電氣系統接口進行論述研究。

（1）電力推進系統單線圖，如圖2所示。

圖2

根據組成設備的功能，電力推進系統主要包括以下子系統。

①配電系統。為全船提供持續穩定的電源，包括發電機組、配電板、率管理系統（PMS）。發電機電站管理系統網絡連接見圖3。

圖3

②推進系統。采用變頻電動機驅動全回轉推進器型式，主要為船舶提供主動力，每套包含推進移相變壓器、推進變頻器、推進電動機、全回轉推進器。

③推進遙控系統。主要包括推進控制單元、駕駛室控制板。推進系統接口連接圖詳見圖4。

圖4

④主配電系統與電力推進系統主要電氣接口（表1）。

表1

⑤機艙自動化系統。主要包含集控臺、輔機采集箱和延伸報警板等。機艙自動化系統接口連接詳見圖5。

⑥監測報警匯集平臺各主要系統狀態與報警信息。主要涉及發電機組、鍋爐、空壓機、泵、箱柜、推進器、其他機艙設備系統、電氣系統等狀態及報警集中監控。

圖5

⑦DP-1動力定位系統和其他系統接口（表2）。

表2

（2）信息管理系統。信息管理系統與平臺導航系統存在接口，由導航系統提供開放式數字接口（含串口、網絡接口、音視頻接口），本系統支持獲取本平臺導航信息、探測及現場采集的信息、電子海圖數據、導航系統及主要設備技術狀態信息等。具體接口要求如表3所示。

表3

與監控系統接口，由監控系統提供系統綜合技術狀態信息開放式IP數字接口，本系統支持獲取平臺機艙設備、電氣設備、消防設備、通風設備等綜合監視信息。

與環境監測系統接口，主要接入全球氣象服務和各主要氣象臺、水文站的預報信息。

與岸基數據中心接口，平臺智能化信息管理系統支持與公司岸基數據中心相關系統設備之間的數據交互。

充分考慮系統接口的預留，保證系統的可擴展性，軟件系統應充分適應當前可能存在的接口擴展對系統帶來的影響。

2.3 集中控制系統操控布置人性化技術研究

集中控制臺的布置要與船體中控室結構相配合，且中控臺設備布置應使操作人員既能方便操控，又要確保設備布局美觀、合理，方便檢修。

集中控制系統操控布置分區原則：整個中控臺根據功能分區，臺面布置疏密有致，滿足人機工程原理，將視覺、判斷誤差和操作失誤減至最低限度，真正做到簡潔適用、操作便利。

（1）功能分區注意事項。①操縱臺位于中控臺中臺T字的結構部分，與操縱船舶相關的設備都要盡量靠中臺T字的最遠端，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，所以內部通信（廣播對講裝置、自動電話、聲力電話）、外部通信（VHF電話）也盡量擺在中間臺，而且中控臺左右兩側均伸手可及，如果是兩套VHF電話，可以在中間臺左側和右側各布置1套；③關于雷達的布置，也要布置在中控臺的中間部分。一般情況下，我們選擇右側作為航行交通監控和操縱工作站，因此雷達和電子海圖的布置順序為：T字臺右側1臺雷達和1臺電子海圖，電子海圖布置在雷達右側；④中控臺比較靠邊的左右兩個部分作為安全操作工作站，為了方便值班駕駛員統一操作和有效的識別，左側可作為報警臺，布置報警設備和應急操作按鈕（火警指示板、通用報警控制器、病房冷庫呼叫報警單元、水密門指示板、應急停止按鈕等），右側作為遙控臺，布置遙控板和遙控按鈕（航行燈控制板、信號燈控制板、外燈控制板、遙控板等）；⑤其他設備沒有固定的安裝地點，在安裝之前要考慮與哪個操作臺的功能關系比較密切就布置在哪個操作臺。

（2）臺面布置注意事項。①駕駛臺上的儀表面對準前視的人，操作表面應盡可能垂直操作人員的視線，因此顯示的儀表（單獨的）必須放到斜面上，方便人觀察；②原則上同一個系統的面板設備（顯示儀表）和臺內設備不要分臺布置，這樣會增加工作量，增加過臺線的根數；③臺面布置美觀簡潔，功能和外形尺寸差不多的設備可以并排布置，而且臺面的布置要疏密有致，避免設備過于集中或分散，不方便操作也影響美觀；④駕駛臺的銘牌盡量用白底黑字，因為夜航時駕駛室不能有燈光，也不能有反光而影響航行的視線。

2.4 集中控制系統配備整體技術研究

風電安裝平臺項目集中控制系統可實現在中央控制室對動力定位系統、電力推進系統、樁退升降系統、壓載控制系統、液位測量系統、視頻監控系統、通訊導航系統、監測報警系統等進行高度集中自動控制。平臺中控臺分前控制臺和后控制臺兩大部分。前控制臺的主要設備包括通訊導航設備、監測報警設備、壓載控制設備、液位測量設備、視頻監控設備、電力推進設備等；后控制臺主要包括動力定位設備、樁腿升降設備、電力推進設備等。集控室集控臺包含：機艙監測系統、機艙設備運行指示、閥門遙控液位測量系統、火警系統、內部通訊系統、視頻監控等。集中控制系統設計通過上述各主要子系統精準的電氣接口匹配連接，科學合理的人性化布置，可提供給用戶完美的高度自動控制人機界面。

3 結語

風電安裝平臺電氣集中控制系統是船員使用平臺直接面對的窗口系統，也是平臺自動化程度及科技含量的集中代表和體現，該系統設計是否合理化、人性化直接體現著船廠建造技術水平。對平臺電氣集中控制系統進行專題技術研究，旨在為船廠提高設計建造效率和質量，提高企業的技術水平和競爭力。