5000t起重船集成自動化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉偉平

摘? ? 要：以DP-3附加標(biāo)志的5000t起重船自動化系統(tǒng)為研究對象，通過分類統(tǒng)計(jì)全船信號采集點(diǎn)，確定集成自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及設(shè)備具體配置。進(jìn)一步分析其可靠性與安全性，對電站管理系統(tǒng)、DP-3動力定位控制系統(tǒng)以及電力推進(jìn)控制系統(tǒng)等重要子系統(tǒng)結(jié)合DP-3要求進(jìn)行研究分析，保證自動化各子系統(tǒng)都能安全穩(wěn)定運(yùn)行，滿足工程作業(yè)要求和中國船級社入級規(guī)范要求。

關(guān)鍵詞：起重船;集成自動化系統(tǒng);動力定位

中圖分類號：U674.35 ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)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(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的限制，在傳統(tǒng)船舶中，各控制系統(tǒng)如推進(jìn)器、自動電站、閥門、液位測量及機(jī)艙輔助等系統(tǒng)等均相互獨(dú)立[1]。但對于5 000 t起重船來講，其組成的設(shè)備/系統(tǒng)較多，數(shù)據(jù)傳輸處理量較大，加之船東對高效管理模式的要求較嚴(yán)，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念在應(yīng)對以上問題時(shí)顯得捉襟見肘。集成自動化系統(tǒng)設(shè)計(jì)將打破傳統(tǒng)控制系統(tǒng)各自獨(dú)立的格局，建立綜合監(jiān)控平臺，有機(jī)地整合各子系統(tǒng)，依托安全可靠的網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)，確保各子系統(tǒng)在相對獨(dú)立與可靠的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高效傳輸、共享與處理。

2? ? 集成自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及組成

2.1? ?信號采集點(diǎn)分布

信號采集點(diǎn)遍布全船各個(gè)處所，對信號采集點(diǎn)的數(shù)量、信號類型等進(jìn)行統(tǒng)籌分析，是選擇網(wǎng)絡(luò)組成的先決條件。通過全船主要機(jī)電設(shè)備進(jìn)行分類，對于自動化系統(tǒng)的信號點(diǎn)按系統(tǒng)整理統(tǒng)計(jì)，如見表1所列。

2.2? ?數(shù)據(jù)采集

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

2.2.1現(xiàn)場總線協(xié)議

針對ICMS中存在較多的通訊設(shè)備和通訊點(diǎn)，采用符合現(xiàn)場設(shè)備特點(diǎn)、滿足系統(tǒng)采樣時(shí)間的現(xiàn)場總線協(xié)議，可以有效地控制數(shù)據(jù)流和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)。主要有以下三種情況：

Modbus-RTU：發(fā)電機(jī)組、閥門等系統(tǒng)的通訊設(shè)備距離為幾十米范圍內(nèi)，采用該通訊協(xié)議;

Profibus-DP：電力推進(jìn)相關(guān)的設(shè)備和高速通信的PMS等系統(tǒng)，采用該通訊協(xié)議;

NMEA0183：航行設(shè)備、火災(zāi)探測及機(jī)艙局部水霧等系統(tǒng)，采用該通訊協(xié)議。

2.2.2以太網(wǎng)傳輸協(xié)議

Modbus TCP協(xié)議用于傳輸發(fā)電機(jī)組、推進(jìn)裝置、電站管理系統(tǒng)、閥門遙控、泵組遙控和輔助設(shè)備的實(shí)時(shí)通訊數(shù)據(jù)。需要進(jìn)行三次“握手”方可完成連接，具有較好的穩(wěn)定性與安全性。

2.3? ?網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

全船的采樣點(diǎn)共有8 014點(diǎn)，傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線作為傳輸主干網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不能滿足要求，需采用速率更高的環(huán)形以太網(wǎng)。

網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)首尾相連接并形成閉合回路，其結(jié)構(gòu)相對簡單，使用的網(wǎng)間連線也較少;如需對網(wǎng)絡(luò)改造只需增加設(shè)備和較少的連線，維護(hù)成本低;通過對環(huán)形網(wǎng)絡(luò)流向加以控制，可以滿足系統(tǒng)中任意連線或設(shè)備故障不會影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行。

2.4? ?網(wǎng)絡(luò)組成

ICMS集船舶控制、監(jiān)測和報(bào)警系統(tǒng)于一體，可以在駕駛室、動力定位控制室和集控室對船舶進(jìn)行控制與監(jiān)視。

ICMS系統(tǒng)主要由以下子系統(tǒng)組成：

（1）常規(guī)監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)（含火警、壓載、閥門遙控、液位測量及其他系統(tǒng)等）;