船舶动态定位系统研究

朱卫军

摘 要：动态定位介绍： 动态定位是一种相对较新的技术，是20世纪60年代和70年代初快速发展的油气勘探行业的需求不断增长的必然结果。即使是现在，当有超过1000多条 DP能力的船只时，它们中的大多数在操作上与石油和天然气储量的勘探或开发有关，DP吊重，DP3 ER潜水， 挖泥船、敷管船和电缆敷设船得到广泛的应用。

关键词：动力系统;推进系统;故障能力分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.18.054

首先从理论研究出发确定船舶动力定位的系统原理，基本力和运动。最后就三大系统的基础上，阐述了动力定位系统的主要功能，并根据DP等级，并在FMEA的实践中得到坚实的验证。本文对动力定位系统的组成，动力定位控制系统功能，动力定位等级，动力定位故障能力分析，本论文的主要工作包括五个部分：

1 动力定位系统的原理

动态定位可以被定义为一个系统，它可以自动控制以保持它的位置，并且完全是主动推力的方式，是用一种计算机化的自动定位系统，用于船舶航向控制及自动监视，定位和航向控制和船舶自动跟踪控制。为了控制船舶航向，DP系统使用一个或多个船舶的陀螺罗盘数据，而至少有一个位置参考系统（如DGPS）使DP系统能够定位住船。航向和位置点由操作员指定，然后进行处理，DP系统提供推力控制信号给船舶的推进器系统。自动检测到偏离所需的航向和位置时，并由系统作出适当的调整。海船会受风，浪，涌的力和系泊索产生的力和力矩，系统会计算推进器产生的力来控制船舶水平方向的三个自由度（横移，纵移，偏航）的运动。任何船只有六个自由度;三个旋转自由度和三个直线位移自由度，它们可以被描绘成横移，纵移，偏航，纵荡，横荡和垂荡。动力定位主要控制横移，纵移和偏航，另纵荡，横荡和垂荡不受DP系统的控制，然而在为了使定位参考系统能够校正这三个运动，系统必须有它们的信息，这些信息从垂直参考系统VRS中获得，DP系统不控制，但是这些运动是可以测量和显示的。

2 电力系统，推力器系统，DP控制系统

（1）动力系统是保证动态定位系统的动力。发电，配电，功率管理，失电恢复，失电预防，电站保护，发电机及控制系统应符合船级社的规定，在制造，安装和航行试验中，必须经过设计认可和检验。

（2）推进器系统是指为DP系统提供推力和方向所需的所有部件和系统。包括：带有驱动装置和必要辅助系统的推进器，主螺旋桨和舵。有效和可靠的推进和推进器系统是DP能力船的有效运作的核心。三种类型的推进器构成了DP船中的大部分单元，在少数船只中有少量其他类型的推进器，这三种类型是：主螺旋桨、隧道推进器和方位推进器。

（3）DP控制系统是指船舶动态定位所需的所有控制部件和系统、硬件和软件。由以下部分组成：电脑系统/操纵杆系统，传感器系统，显示系统（操作面板），位置参考系统。控制器是计算推进器/螺旋桨施加的合力，使船保持位置定位。DP控制可分为高精度控制，放松控制和绿色控制，高精度控制提供了在任何條件下的保持高精度的位置控制。放松控制主要适用于风平浪静的天气条件。绿色控制是以最小的功耗，将船舶定位在允许的区域内。

3 主要模式及操作程序

动力定位的主要功能包括以下几部分：

（1）待机模式：待机模式是一种等待和复位模式，在这种模式下，系统处于高度准备状态，但不能发出船舶控制命令。这是系统第一次打开时的默认模式。在待机模式下，您可以准备系统运行。

（2）操纵杆模式：在此模式下，操作员使用三轴操纵杆控制船只的运动。

（3）自动定位模式：如果您选择所有三个轴进行自动控制，系统将自动进入自动位置模式。

（4）自动跟踪在DP系统上定义一条至少两条腿的轨道并运行轨道，运行跟踪，并测试反向功能。

（5）跟踪目标测试这个测试需要一个相对位置基准系统和一个固定基准系统。目标通常是ROV上的水声应答器，或者使用相对位置基准系统测量距离和航向到地面位置。

4 动力定位等级

对于设备1类，在发生单一故障时可能发生位置丢失。

对于设备2类，在任何活动部件或系统发生单一故障的情况下，不应发生位置损失。通常情况下，只要有足够的保护措施来防止静态部件损坏，并且可靠性符合管理要求。单一失效标准包括：任何有源元件或系统（发电机、推进器、配电板、遥控阀等）。任何通常静态的部件（电缆、管道、手动阀门等），在保护和可靠性方面没有适当的记录。

对于设备3类，一次故障包括：上面列出的第2类项，任何一个水密舱内的所有部件，不受火灾或水灾的影响。任何一个防火分区的所有组件，来自火灾或浸水。对于第2类和第3类设备，如果某一疏忽行为有合理的可能性，则应将其视为单一故障。

5 动力定位故障能力分析FMEA

船级社，要求FMEA作为IMO2级和3级DP型船舶验收标准的一部分，FMEA应该是DP船整体“最安全工作模式”分析的输入之一。

最坏情况故障设计意图（WCFDI）这通常与推进器和发电机同时失效的数量有关，试验的结果应能满足其附加标志所要求的冗余度。其目的是强调在与近海船舶相关的技术系统中应用失效模式和影响分析（FMEA）技术的最佳实践。FMEA是一种易于使用但功能强大的主动工程质量工具，它可以帮助识别产品和过程早期设计阶段的弱点。其中要求“任何单一故障都不应导致系统或过程的全部故障”。FMEA过程本身并不足以确保有意义的分析。它是一种帮助完成工作的工具。

FMEA应根据其功能目标对所有设备的不同失效模式进行描述。通过这种方式，所有灾难性的或关键的单点故障的可能性都可以被识别出来，并在项目的早期阶段通过设计校正或引入清晰的操作程序来消除或最小化。FMEA在任何时候只考虑单一故障（单点故障），未通过监视和警报向操作员显示的故障被归类为隐藏故障。

6 结论

动力定位系统的不断发展，DP能力分析，DP结果分析，DP下的短路试验，接地试验，不断得到应用，实现DP3 ER，DP2 DP3 close bus tie 并在故障能力分析中得到坚实的验证。

参考文献：

[1]动力定位DP-3系统介绍[M].

[2]动力定位系统简介[M].