深水平臺供應船動力定位系統的操作及應用

李亮亮，王德開

（大連中遠海運重工有限公司，遼寧大連 116113）

0 引言

隨著船舶行業的快速發展，船舶動力定位（Dynamic Positioning，DP）系統目前廣泛應用于各類海洋工程船當中[1-3]。動力定位是一種通過推進器或錨系而自動保持海上浮動裝置的定位方法。此方法通過控制推進器來提供抵抗海風、海浪、洋流等作用在船上的環境力，其定位計算機可根據參數傳感器所測定的船位數值自動地發出控制信號來調整推進器轉速、槳葉方向，從而使船舶盡可能地保持在特定位置[4-5]。動力定位的優點在于不受水深限制，適合用于深水海域作業的工程船。本文以某深水平臺供應船為例，結合動力定位的標準要求，對動力定位系統與相關電力系統的配置進行介紹，對動力定位系統的相關操作及應用進行分析。

1 船舶基本情況

該深水平臺供應船長85.400 m，型寬20.000 m，吃水7.163 m，入級中國船級社（China Classification Society，CCS），船級符號DP-2，具有近海服務、水下探測、海上消防等功能。設備參數及布置情況分別見表1 和圖1。

圖1 設備布置圖

表1 設備參數表

2 DP 系統簡介

本船配備DP 系統，包括控制系統和獨立的操縱桿系統，具體配置見圖2。

圖2 DP 系統配置圖

2.1 一般操作狀態

本船DP 系統配置了2 個DP 操作站，每個操作站都,連接到1 個控制器，且主/副操作站和主/副控制器均互相冗余。DP 系統通過各傳感器和船舶電站獲得環境數據、位置數據、功率數據等參數來保持船位穩定。DP 主控制器發送命令到推進器的可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）系統。主操作站連接的主控制器可由操作員人為選定，副操作站連接的副控制器會自動啟用并接管控制。當主操作站發生故障時，主控制系統傳輸控制和周圍環境信號到副操作站與副控制系統，副操作站與副控制系統在接管控制時不會引起任何擾動，可實現無縫切換。

2.2 獨立操縱桿系統

獨立操縱桿系統包括1 個控制箱和1 個操縱終端。獨立操縱桿系統是通過DP 控制系統對推進器系統進行控制，船舶通過獨立操縱桿系統可實現自動艏向和手動位置控制。獨立操縱桿系統只是一個備用的系統，其在DP 操作期間處于關閉狀態。獨立操縱桿系統由220 V 應急配電板進行供電。

2.3 通信系統

操作站包括控制電腦、顯示器和操作控制面板。主控制系統包括PLC、網絡交換機和通信模塊。每臺控制電腦均有2 個網絡端口，這2 個網絡端口為控制電腦和PLC 提供了冗余通信。控制單元和工作站通訊系統示意圖見圖3。

圖3 控制單元和工作站通訊系統示意圖

2.4 模式選擇開關

操作員可以通過安裝在DP 控制臺上的旋轉開關來選擇工作模式。

2.5 不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）分配

DP 系統配備2 套UPS，1 號UPS 為1 號電源供應模塊、1 號操作站、報警打印機、1 號羅經、1號風速儀、1 號差分全球定位系統（Differential Global Position System，DGPS）、微波定位參考系統、1 號垂直參考單元供電。2 號UPS 為3 號電源供應模塊、2號操作站、2號羅經、2號風速儀、2號DGPS，2 號垂直參考單元進行供電。

2.6 DP 參考系統

2.6.1 DGPS

DGPS是一個GPS和天基增強系統信號接收單元，具備接收國際航標協會（The International Association of Marine Aids to Navigation and Lighthouse Authorities，IALA）岸基信號和 FUGRO SeaStar SGG 信號的能力，分別通過IALA 天線和Spot Beam 天線接收差分信號。DPS112 可以接收L1 和L2 波段衛星傳輸信號來自動執行電離子層失真誤差校正。

2.6.2 微波雷達參考系統RADius

微波雷達參考系統RADius 用于提供精確的位置數據給船舶的DP 系統。RADius 包括2 個收發機和1 個應答機。收發機安裝在平臺供應船的主甲板上，應答機安裝在對方的船舶或鉆井平臺上。RADius 提供平臺供應船到對方船舶或鉆井平臺的距離和方位到DP 系統，并以此來移動本船靠近或者遠離目標。

2.6.3 羅經系統

本船配備2 套羅經系統，提供艏向信號到DP系統。1 號羅經同時提供艏向信號到獨立操縱桿系統和其他通信導航系統。羅經輸出標準的NMEA0183 格式信號到DP 系統。每個羅經的主電源由DP 系統的UPS 供電。

2.6.4 風速儀系統

本船裝配有超聲波風速儀，風速儀的數據可顯示在駕駛室的顯示單元上，供平時航行使用。風速儀提供標準的NMEA0183 格式的信號到DP 系統。1 號風速儀還提供信號到獨立操縱桿系統。

2.6.5 垂直信號參考單元

垂直號參考單元通過使用加速度計技術，以對船舶3 個位面的運動進行檢測。這些裝置通常不能進行船上維修，而必須承受設備更換的影響。

3 電力系統

3.1 電力系統組成

電力系統根據系統邏輯可分為A 網和B 網。3臺690 V/1 689 kW柴油發電機和1臺690 V/1 670 kW柴油發電機為整個電力系統供電。電力系統單線圖見圖4。

圖4 電力系統單線圖

在進行DP 操作時，2 個配電板之間的聯絡開關保持斷開的狀態，1 號和2 號發電機并機工作，給690 V 配電板A 供電；3 號和4 號發電機并機工作，給690 V 配電板B 供電。400 V 應急配電板通常由400V配電板A供電。2個400 V/220 V 150 kVA的變壓器同時為220 V 配電板A 和B 供電。220 V應急配電板由應急變壓器ET1 或ET2 供電。在任意時間，只有1 個變壓器處于工作狀態。在啟動DP操作之前，所有的配置狀態應該羅列于機艙的日常檢查列表并報告到DP 操作站。

3.2 電源功率管理系統（Power Management 3.2 System，PMS）

本船的電源功率管理系統包括ABB ACS800M微處理器、通信模塊、輸入輸出模塊等。本船的PMS安裝在主配電板的專用小柜子內，包括2 個PLC。每個PLC 的中央處理器（Central Processing Unit，CPU）由PMS 的UPS 供電。

3.3 UPS 系統

本船配有4套UPS系統，分別為UPS10、UPS20、UPS30 和UPS40。

4 DP 操作

4.1 DP 操作時的系統配置

DP 操作時發電機和推進器的配置如下：

1）4 臺發電機同時在線。

2）所有推進器均在線。

3）1 號側推由690 V 配電板A 供電。

4）左主推由690 V 配電板A 供電，其轉舵系統電源由400 V 主配電板供電。

5）2 號側推由690 V 配電板B 供電。

6）右主推由690 V 配電板B 供電，其轉舵系統電源由400 V 主配電板供電。

DP 操作時的開關狀態如下：

1）690 V 配電板A 與B 間的聯絡開關6ACB處于斷開狀態。

2）400 V 配電板A 與B 之間的聯絡開關13ACB 處于斷開狀態。

3）220 V 配電板A 與B 之間的聯絡開關BT/MCCB 處于斷開狀態。

4）690 V/400 V，800 kVA 變壓器1 號和2 號同時在線。

5）400 V/220 V，150 kVA 變壓器3 號和4 號同時在線。

6）400 V 應急配電板主要供電由400 V 配電板A 供電。

7）應急發電機處于備用模式。

8）400 V/220 V，50 kVA 的應急變壓器1 號在線，2 號備用。

9）UPS10 和UPS20 之間的機械化開關處于斷開狀態。

10）UPS30 和UPS40 之間的機械化開關處于斷開狀態。

11）連接220 V 應急配電板和航行分電箱的開關均斷開。

12）連接220 V 應急配電板和UPS10～UPS40的開關都斷開。

在進行DP 操作時，燃油系統、滑油系統、滑油系統、艏側推淡水冷卻系統、啟動空氣系統的相關隔離閥門狀態需保持一致。

4.2 操作員工作站

該船配有2 個DP 操作員工作站，每個工作站包括1 個用于對系統進行監控和操作的高分辨率彩色純平觸摸屏和1 個包含多個按鈕、指示燈和控制操縱桿的操作面板。電源開關和用于顯示的調節控制器位于屏幕下方。操作面板主要包括專用按鈕、狀態指示燈、鍵盤、軌跡球、3 軸操縱桿和艏向控制旋鈕，見圖5。

圖5 操作面板

4.3 操作注意事項

4.3.1 參考傳感器

該船配備3 個獨立的參考傳器。在大型設施（如海上平臺）附近作業時，2 個微波雷達位置參考系統都有可能遭到來自衛星或多徑反射的屏蔽，這可能會造成定位系統常見的位置漂移。如果2 個位置參考系統一同漂移，DP 系統將會剔除微波雷達位置參考系統，只剩下DPGS。

4.3.2 風傳感器

當在海上平臺的背風側作業時，風傳感器可能會被遮蔽，同時船舶的一部分會暴露在巨大的風力下。這會導致惡劣天氣條件下的航跡精度較差，從而影響船舶定位的穩定性。

4.3.3 通信

必須建立同平臺間的通信，以獲得進入其500 m范圍的許可。在此之后，必須建立并測試同吊機操作員和甲板管理人員的通信渠道。

5 結論

本文以某深水平臺供應船為例，結合動力定位的標準要求，介紹了動力定位系統與相關電力系統的配置，并分析了動力定位系統的相關操作及應用。研究成果可為動力定位系統在深水平臺供應船的應用提供一定參考。