石油平臺供應船GPA654的DP控制系統

唐 瑩,馮遵迪

(揚州大洋造船有限公司,江蘇揚州 225107)

0 引言

動力定位是一種可以不用錨系而自動保持海上浮動裝置位置的定位方法。采用動力定位的海上浮動裝置,在海上作業時不需要拋錨,這不僅減少了復雜的拋錨工序,而且工作的水深亦不受錨系長度的限制,甚至可以在水深大于 1 000 m以上的深度進行工作。

當前海上油氣勘探和開采的范圍越來越廣,作業海況也日趨惡劣,為了適應海上石油開發的快速發展,DP控制系統已被廣泛地應用在石油平臺供應船上。本文以GPA654石油平臺供應船為例,介紹動力定位系統DP在船舶上的應用情況。

1 GPA654概況

在動力定位系統 DP狀態下,對各臺發電機及其他設備的工作狀態也是有要求的。本文設定發電機的能量在足夠使用的狀態下。

2 GPA654—DP介紹

國際海事組織(IMO)根據動力定位系統的功能和冗余度,將其劃分為 1級、2級、3級 3個級別,其中第 3級動力定位系統的級別最高,性能最先進。在此基礎上,各國船級社制定了自己的等級符號或附加標志。目前,中國船級社、美國船級社規定的 3個級別的動力定位系統附加標志分別為DP-1、DP -2、DP-3。

而本船的動力定位系統依照國際海事組織規則(IMO)和ABS船級社規范DP-2來建造的。它是一個雙冗余系統,任何設備的單獨失效都不會影響DP系統的連續操作。在這個系統中所有的電腦、可編程控制器PLC、電源、內部LAN數據連接及傳感器都是雙套的,電腦提供 2個單獨的輸出以太網給單獨的可編程控制器PLC。PLC通過2個單獨的Genius輸送數據給I/O模塊,假使一個控制線路失效,另一控制線路會自動接收處理。

圖1為DP系統及控制簡圖。圖 1比較清晰地表示出了VRS、羅經、DGPS、風速風向儀、激光參考系統與DP系統的連接,以及DP系統與各個推進器之間的連接。

DP系統的配置有:控制電腦,其他各種航海數據的輸入/出接口,PLC和雙Genius Bus連接到船舶和功率管理系統。PLC接收從各個傳感器和推進器收集到的信號,然后送到主控制電腦,并將主控制電腦處理的信息再傳送到推進器。

駕控臺上有DP控制、IJS(手動)控制、自動操舵儀控制及手動控制的切換開關。需要切換時,按相應的開關 2次,開關里面的指示燈亮,此時表示可以進行相應的操作。

DP電腦裝入的是Windows XP軟件,它們的內部硬件都是防振的。DP控制板上有2個軸向模擬操縱桿、旋轉球、指示燈及其他一些電氣組件。

圖1 DP系統及控制簡圖

3 船在海上受到的影響參數

船舶在海上航行或停止在海上時,會受到海上各種因素的影響而產生不希望的位置變化;或者需要克服各種因素影響將船開往自己希望的位置。這些因素主要包括:

偏航:船舶的旋轉,此參數由電羅經測量。

振動:船舶的前或后移動,此參數由船舶垂直參考系統傳感測量。

擺動:船舶的左或右移動,此參數由船舶垂直參考系統傳感測量。

風速風向:風速風向信儀測量。

波浪:海浪對船的影響,船發生不希望的位移。

水流:水流對船的影響,導致船發生不希望的位移。

方位推進器:本船船尾所配置,可以隨時補償船舶發生的位移。

軸式艏側推:本船船首所帶,可以隨時補償船舶發生的位移。

為了克服船舶在這些因素的影響下產生不希望的位置變化,首先必須先收集這些變化的數據,并將這些數據全部傳送到DP主控制站。DP主控制站對這些各種各樣的信息進行綜合處理分析,然后發出各種各樣的指令去控制其他相關的動力設備。

4 DP需要收集數據而配置的設備

4.1 船舶垂直參考系統傳感器

整個系統設計中,安裝了2套船舶垂直參考系統傳感器(VRS)。此傳感器安裝在易于到達并不易被損壞的地方,它的安裝支架必須完全固定,不能有松動,靠近傳感器下方的電纜不能彎曲并固定好。傳感器安裝盡量靠近船舶重心位置,它的前/后、左/右標記必須標清楚。此傳感器對船舶的前后左右產生的傾斜非常敏感。在調試過程中,采用人為使之產生前后左右傾斜。傾斜時動作要緩慢,并有角度限制。DP系統接收到此信號后會發出各種命令給推進裝置,讓推進裝置產生行動以補償此傾斜。

DP系統主機工作時,必須有1套 VRS在工作。如果VRS全部都不能工作,很多參數將不能測到,整個動力定位系統的定位能力將被整體降級。

正常情況下,2套VRS均為可使用狀態,系統會接收所有的信息并作比較。如果它們所測到的參數又都正確,此時,系統會自動選擇VRS1來使用。

4.2 DGPS全球定位系統

本船有2套DGPS系統。DGPS是差分全球定位系統,方法是在一個精確的已知位置上安裝監測接收機,計算得到它能跟蹤的每顆GPS衛星的距離誤差。該差值通常稱為PRC(偽距離修正值),將此數據傳送給用戶接收機作誤差修正。本船上所測出的高精確度的全球的經度和緯度聯合信息通過適當的接口傳給DP系統。

4.3 風速風向儀系統

本船有 2套風速風向儀傳感器,傳感器適當地安裝在能經受住強風的地方,無振動/遮蔽的區域。工作時操作者可以隨意選擇 1套系統,便于能提供穩定的風的速度和方向數據給 DP系統。如果第 1套風速風向儀系統失效,在屏幕上會顯示“1號風速風向儀失效”。

如果所有的傳感器都失效。系統將自動采用最近時間所測得的風速和風向信息。

4.4 電羅經系統

本船有 2套電羅經系統。任何時候都要有 1套羅經系統在工作,提供船首向信息給DP系統。當 2套電羅經都可以使用時,系統會自動選擇第 1套電羅經使用。如果使用中的羅經測出來的值跟其他傳感器測出來的值相差太大,系統會自動轉到另一電羅經,并發出報警:羅經1失效。

4.5 激光參考系統

此系統里的扇形射束裝置被固定在羅經甲板上,能不停地發送脈沖信號出去。當它一旦收回反射回來的信號后,通過內部軟件的計算分析,能立刻判斷出反射物體相對于本船的距離和方向。此系統針對靠近船舶的物體,是對DGPS系統的補充。

DP系統收集到的其他系統的各種信息數據后,通過內部信號轉換器變為自己需要的地理性數據。

5 DP系統調試前后的注意事項

船廠為了滿足DP系統的要求,在設計圖紙時應該考慮周全。在船上能夠影響 DP系統的能力因素的系統,主要包括:電氣電力系統圖、推進器控制系統圖、空壓機系統圖、燃油系統圖、滑油系統圖、冷卻水系統圖、通風系統圖。

相關的系統圖和布置圖都要經過專門而仔細的設計,并經船廠提供給DP操作手冊編寫公司。

操作手冊編寫公司根據國際海事協會IMCA里面的“動力定位船舶的設計和操作的指導原則”來編寫。操作手冊的編寫必須考慮船將面臨的各種不同的地方和環境以及一些需要靠近的燈塔等。航海圖及工作區的海底深度也必須考慮進去。操作手冊編制完畢后,送至船級社認可,經退審的操作手冊方可供船上DP操作者使用。

船廠交船前的DP調試必須按照操作手冊編寫的操作程序來進行。設備調試由廠家服務工程師總負責,船檢部門、船東、船廠負責人參加。要進行現場逐步調試,并經船東船檢部門現場簽字認可。

DP系統的操作是一項技術性非常強的工作。調試時,船上每個相關人員之間都必須有良好的通迅,能明白自己的責任,做到最密切的配合和協作。

DP的現場調試項目很多,現舉一例說明:讓船自動到達指定位置。首先我們預先在顯示器上設定船想到達某處,將它們之間的距離、目前行使的船首向、速度設定好,船就會根據收集到的各項參數自動到達指定位置。

船在海面總有一定的漂移,船首向也會不時的發生變化,位置移動超過 5 m,船首向偏移 3°而沒有回復到原來的位置,系統將會發生報警。

而DP的FMEA(失效模式及結果分析)也是必做的項目。這個項目由 DP廠家預先進行調試,程序編寫公司再進行綜合調試。

整個船舶動力定位是一個先進而又復雜的系統,設備廠家會根據船東的需要進行系統及設備的配置。

本船的結果分析程序監視船舶的功率狀態和推進器的輸出情況。當它計算出船由于各種事故將失去它的定位能力時,系統會發出報警,隨即系統會立即改變它的操作方式以保證人和船的安全。

當船在 DP模式下正常工作時,駕駛室工作臺上只需 2個操作人員,其中一個必須經過專門培訓的DP高級操作者。他們輪流在工作臺上觀察船的安全和工作情況。集控室里也必須有 2個輪機員,隨時監測周圍環境情況,一旦觀測到環境在惡化,嚴重降低DP需要的級數時,要將DP操作關閉。他們把當天的DP情況如實地記在記錄本上,并匯報給船長和輪機長。