DP2自航式船舶電力推進系統邏輯分析

王 剛，張興權

（招商局重工（江蘇）有限公司，江蘇南通 226116）

0 引言

隨著動態定位技術愈發成熟，動力定位（Dynamic Positioning，DP）系統在船舶和海洋平臺應用更加廣泛，平臺支持船、風電安裝船和鋪管船對于推進組合功能的要求也越來越多。因此，出現很多帶有DP功能的自航式電力推進船舶。推進系統包括推進器、推進馬達、推進變頻器、推進控制系統以及讓推進系統順暢運行的輔助系統（見圖1）。本文以某具有自航功能的DP2風電安裝船為實例，對DP2自航式船舶電力推進系統的控制方法進行分析。

圖1 常見推進系統的配置

1 推進系統的控制和配置

根據《國際海上人命安全公約》（International Convention for Safety of Life at Sea，SOLAS）要求[1]，所有對船舶推進、控制和安全所必需的控制系統應獨立設計，無法實現獨立設計時應保證系統失效時不會影響其他系統的運行。即在遙控系統的任一部分發生故障時，推進機械仍能就地進行控制。因此，控制箱配置需要包括本地控制和遙控兩部分。

本地控制包括舵機控制和馬達控制。舵機控制需要實現應急的操舵功能。若變頻器設備放置在本地，可通過控制變頻器實現馬達的啟停和調速。若變頻器不在本地，則需要通過推進器控制箱或遙控箱來控制推進馬達。操舵控制裝置和馬達控制裝置需要就近布置，可根據空間和設備的搭配選擇不同本地配置方案。

遙控部分主要通過操作站手柄實現功能，包括單個推進器的操縱手柄、聯合操作手柄、命令轉換裝置、應急停止按鈕、模式選擇裝置和顯示儀表等。根據SOLAS要求，推進機械在同一時間內僅能由一處進行遙控，各處所間允許設置互相連接的控制位置。各處所應設置指示器用于指示正在控制推進裝置的控制地點。駕駛室和機器處所之間的控制轉換只能在主要機器處所或主機控制室進行。

推進控制涉及的部件和方式較多，控制方式和模式也較多?？刂七壿嬙硎窍缺镜睾筮b控，所有遙控的接口均通過本地控制箱直接連接，可選擇網絡和硬線兩種連接方式，備用部分最好采用硬線連接。當設備處于非隨動模式，且變頻器和舵機都處于停止工況時，不能通過遙控啟動推進系統。推進系統各部件之間的聯絡關系見圖 2，推進系統啟動命令和停止命令的傳送過程分別見圖3和圖4。

圖2 推進系統各部件之間的聯絡框圖

圖3 推進系統啟動命令傳送過程

圖4 推進系統停止命令傳送過程

2 推進系統外部接口

本文僅闡述動力定位和自航的控制要求，不討論監測部分。這是由于不同船級社的入級符號要求不同，推進部分監測點的布置可參照相關船級社的要求。

船舶操作系統分為以下4部分：1）手動遙控操作部分（操作手柄）；2）動力定位系統；3）自動舵系統；4）電子海圖系統。手動遙控操作部分僅涉及人為操作，無其他輔助操作，僅需連接推進器和推進馬達接口即可。動力定位和自動舵是帶有控制參照和反饋的智能形態，是現代船舶的體現。下文重點介紹這兩部分內容。

2.1 動力定位系統

動力定位系統指的是通過推進器推力能維持海上物體位置和朝向在可接受限制范圍內運動的系統。動態定位的設備包括所有能提供給動態定位系統的定位控制的元器件及系統。根據規范要求，DP2船舶推進系統需要進行冗余設計，當有源組件（發電機和配電板）、推進器、控制裝置等任何系統產生單一故障時，不會發生失位。冗余設計不需要考慮電纜、管道、手控閥等靜態部件，也不考慮火災或者水淹等極端情況[2-5]。

船舶在水面上的受力情況見圖 5，動力定位操作系統的是利用推進器的推力去對抗風速、洋流及船舶縱橫傾的閉環操作系統。動力定位系統包括計算機系統、操作系統、位置參考系統和傳感器系統（見圖6）；根據冗余要求，需提供備用的操作操控裝置。

圖5 船舶在水面上的受力情況

圖6 傳感器類型

動力定位系統通過控制箱接入推進器系統，船舶處于動力定位操作模式時，動力操作系統根據傳感器給出的信息和船舶的受力面積得到船舶受力方向，定位控制箱的分析給出推進器轉速和轉向的要求，推進系統反饋實際執行情況。動力定位系統的備用控制箱需要通硬線或雙環網與本地控制相連。

2.2 自動舵

自航的船舶在長距離航行時通常需要使用自動舵系統以便減少船舶操作人員的工作量。自動舵可分為航向控制系統和航跡控制系統。航向控制系統是在船舶可操縱性的相關限制內結合其航向信息源，在最低船舶操舵裝置使用條件下使船舶保持預定的航向。航跡控制系統要確保在船舶操縱性受到一定限制的條件下，使船舶自動地保持在預先計劃的對地航線上。不管何種模式下，自動舵一般只是控制推進器的轉向功能。自動舵配置情況見圖 7，自動舵命令傳輸情況見圖8。

圖7 自動舵配置情況

圖8 自動舵命令傳輸情況

一般情況下，自動舵只是控制主推進的方向，給出?35°～35°的命令，通過推進器的反饋核實轉向信息。通過操作手輪或電子海圖給出轉向命令，在完成推進動作后將相關信息信息反饋自動舵，進而完成控制。

3 結論

本文以某具有自航功能的 DP2風電安裝船為實例，對DP2自航式船舶電力推進系統的控制方法進行介紹，分析推進遙控與推進器各部件之間的連接關系，以及推進遙控與外部的動力定位系統和自動舵系統之間的接口和控制邏輯，實現推進控制要求。希望本文可為船舶電力推進系統的設計提供一定參考。