动力定位(DP)系统简介

龙源期刊网动力定位(DP)系统简介作者：王卫卫来源：《广东造船》2014年第01期摘要：随着海洋工程项目的蓬勃发展，动力定位系统(简称DP系统)的应用已越来越广泛。本文对DP系统等级、工作原理以及根据船级社不同入级符号的设备配置等作了简单的介绍，希望能够对大家以后的开发设计及生产有所帮助。关键词：DP；入级符号；特点；工作原理中图分类号：P751文献标识码：AInvestigationofDynamicPositioningSystemWANGWeiwei(GuangzhouShipyardInternationalCo.,Ltd.Guangzhou510382)Abstract:TheapplicationofDynamicPositioningSystem(DPsystem)ismoreandmorepopularbecauseofdevelopmentofoceanproject.ThearticleintroducethelevelofDPsystem,workprinciple,therequirementofequipmentaccordingtodifferentDPnotations.Ihopeitishelpfultoexploder,designandproductioninthefuture.Keywords:DP;Classificationnotation;characteristic;workprinciple1前言动力定位系统（DynamicPositioningSystem）简称DP系统，是从上个世纪70年代逐渐发展起来的，并逐步由浅水海域向深水海域发展，应用于各种海洋工程、海上科考、水下工程等领域。随着船舶自动化程度越来越高，DP系统的定位能力以及自动化程度也越来越高，而以上各类领域的工程项目也越来越离不开带有DP系统的海上钻井平台和船舶。本文简要介绍DP系统的工作原理，以及根据船级社不同入级符号对DP系统的等级和不同等级下设备的配置。2DP系统工作原理龙源期刊网船舶定义为：仅靠推力器的推力作用能够自动保持船舶位置（固定位置或者预定航迹）的船舶。DP系统的工作原理：由于海上海浪、风速、风向的影响，船舶或者平台在海上必然会产生移动，DP系统就是利用计算机软件对采集到的周围的环境因素如水流、风速、风向、海浪等，根据位置参照系统（GPS、罗经等）进行汇总计算后不断控制调整船舶或者平台上的各个推力器的大小和方向，从而使得船舶或者平台保持事先设定的位置。3船级社入级符号随着对具有DP系统的船舶及平台的需求越来越大，各个船级社根据DP系统的功能以及设备冗余度的情况提出了DP系统的等级划分以及相应的附加入级符号，如表1所列，这里要特别说明的是DNV关于DP系统的入级符号有两个系列（DYNPOS–系列和DPS-系列），前者的设计要求要比后者更加严格。表1DP系统等级分类及各船级社入级符号注：对于DYNPOS–系列的符号为必需补充符号；对于DPS系列符号为非必需符号，是可选符号。3.10级DP系统龙源期刊网船舶装备有一套能够自动保持航向的集中控制系统，该控制系统可以是电脑自动控制，也可以是操作手柄集中控制，能在规定的环境条件下，使船舶的位置和航向保持在限定范围之内。对于0级的控制系统，有的船级社要求为自动控制，有的船级社要求为控制手柄。目前使用的动力定位系统等级最低为1级，0级几乎不再使用，因此本文对0级DP系统不做详细介绍。3.21级DP系统船舶装备具有自动定位和航向保持的动力定位系统及一套独立的带自动保持航向的集控手操装置，能在规定的环境条件下，使船舶的位置和航向保持在限定范围之内。根据定义，1级DP系统较0级相比增加了自动定位和航向保持的装置，而另外一套独立的带有自动航向保持功能的集控手操装置作为备用，使得自动控制系统发生故障时，DP系统仍能手动操作。1级DP系统的特点：自动；不冗余。3.32级DP系统船舶装备两个具有自动定位和航向保持的动力定位系统及一套独立的带自动保持航向的集控手操装置，即使发生单个故障（包括火灾、破舱等），也能在规定的环境条件下，使船舶的位置和航向保持在限定范围之内。一个自动控制系统发生故障后，自动切换到另外一个自动控制系统，如两个自动控制系统都失效，可以手动进行集中控制。2级DP系统的特点：自动；有冗余。3.43级DP系统船舶装备三个具有自动定位和航向保持的动力定位系统及一套独立的带自动保持航向的集控手操装置，即使发生单个故障（包括火灾、破舱等），也能在规定的环境条件下，使船舶的位置和航向保持在限定范围之内。其中的两个自动控制系统标准等同于2级配置，第三个自动控制系统独立于其他两个自动控制系统，作为应急备用。如三个自动控制系统都失效，则转入手动集控手柄进行手动操作。3级DP系统的特点：自动；有冗余且物理分隔；相关的电缆布线和管路有冗余且进行相应的防水、A-60防火的物理分隔。`4设备配置要求4.1推进器系统龙源期刊网推进器包括：管遂推进器；全回转推进器；固定或可调桨推进器。推进器应能在规定的环境下提供足够的横向或者纵向的推力，以保证船只定位稳定性。对于2级和3级的DP系统，要有冗余设计，即任意一个推进器发生故障后，剩余的推进器仍能够提供横向或者纵向的推力，保持船只的定位。对于3级的定位系统，不仅要冗余设计，而且各推进器布置上也要分隔，即单个舱室发生火灾、破舱等故障时，也不会影响到其他推进器的工作。4.2电力系统规范主要对发机电、功率管理系统、主配电板等方面进行了要求。对于配有2级入级符号的船只，船上发电机需要进行冗余设计，任意发电机出现单一故障，剩余的发电机仍能保证动力定位的稳定性；配电板应分成两部分或者更多部分，每一部分之间用断路器开关连接。出现单一故障时，断路器开关自动断开，出现故障的配电板被隔离，不会造成电源的全部中断，这里的单一故障是指系统或部件的技术性损坏；对于3级入级符号的船只，发电机与主配电板除了满足2级入级符号技术设计上的冗余，还应使发电机与主配电板分布在两个或两个以上的舱室中，舱室之间进行水密、防火分隔。即发生除了系统或部件的技术性损坏外，由于失火、浸水等引起的故障，也不会影响到船舶的定位性能。对于2级和3级入级符号的船只，还应该有功率管理系统且冗余，此系统能使发电机随着负荷的变化而起动和停止。当没有足够大电功率来起动大功率负载时，能够阻止大功率负载设备的启动，按照要求起动备用的发电机获得足够大功率时，才能起动大功率设备。另外，IMO要求3级入级符号的船只在进行动力定位操作时，不同冗余部分配电系统之间的断路器开关应该断开。除非采用特殊的构造，无论发生任何单一故障时，船舶仍能保持动力定位能力。4.3控制系统控制系统主要包括：自动控制（基于计算机控制）；操纵手柄控制；手动控制。相应等级的动力定位系统，至少需要与之等级类别相同的计算机：1级DP系统，需要1台计算机；2级DP系统，需要两台计算机且冗余设计；3级DP系统，需要3台计算机且冗余设计和物理分割。每一计算机系统都需要配一台UPS，持续时间为至少30min。龙源期刊网~3级的DP系统，IMO要求在各个控制站都要求配有独立的联合操控手柄，联合操控手柄可以综合控制船上的各个推进器、舵机等。在每个控制站都需要提供能观察到各推进器的运行、停止、螺距、方位、转速等的仪器仪表。另外，IMO还要求在每个控制站都配备各个推进器的单独的操作手柄.4.4传感器系统传感器主要包括：位置参照系统和外部传感器系统。一套动力定位系统至少应包括两套位置参照系统，对于2级和3级的DP系统应该配备有3套位置参照系统。当使用两个或两个以上的位置参照系统时，这些系统不应该采用同一工作原理。常见的位置参照系统主要有GPS、DGPS、Loran、Arthemis、水下声学位置参照系统等。外部传感器系统主要包括：垂直面参照系统；陀螺罗经系统（首向）；风速风向仪系统。这些传感器的作用主要是输入风速、风向等信号到DP系统中，通过电脑计算，消除风、浪、水流等对动力定位的影响，从而使定位更加精确。不同的船级社对于外部传感器的要求配置不同。对于3级DP系统，其中一套传感器系统应该连接到备用控制站，并且用A-60级分割与其他传感器系统分开。5故障模式与影响分析（FMEA）故障模式与影响分析（FailureModeandEffectsAnalysis），缩写为FMEA。2级和3级的DP系统要求有FMEA报告。FMEA的主要目的是说明与动力定位系统有关的系统设备的不同的故障模式，以及发生故障后对动力定位所产生的影响分析。通常由船厂和DP系统供应商以外的第三方完成FMEA分析报告和试验程序及海试验证。常见的机构有C-MCR、DNV、ULSTEIN、MARINE、GLOBALMAEINE等。应该尽可能详尽地包括所有系统的主要部件，内容至少应该包括：所有系统的主要部件的描述及相互之间的作用；所有的故障模式；探测故障的方法；故障对船位及系统的影响分析等。除此之外，各个船级社还有一些其他的要求，详见各个船级社规范。6动力定位能力龙源期刊网~3级入级符号外，大部分船级社会有关于动力定位能力的补充入级符号，各个船级社动力定位能力符号见表1。动力定位能力:表示在给定的环境条件下保持定位能力的时间百分比，通常是由厂家或者咨询公司来完成并送审船级社。虽然每个船级社所要求计算的故障模式不同，但是厂家或咨询公司在完成定位能力报告时，还是会按照自己的习惯计算下述情况下的能力：所有推进器工作；出现推进器最小单个故障；出现推进器最严重的单个故障；出现最严重的单个故障。以ABS符号为例，SKP（95,95,85,75,2,NorthSea）表示：（1）在北海海况（风速和浪高），2kt水流，所有推进器都工作时，95%的时间船舶能够保持定位稳定；（2）在北海海况（风速和浪高），2kt水流，出现推进器最小单个故障时，95%的时间船舶能够保持定位稳定；（3）在北海海况（风速和浪高），2kt水流，出现推进器最严重单个故障时，85%的时间船舶能够保持定位稳定；（4）在北海海况（风速和浪高），2kt水流，出现最严重单个故障时，75%的时间船舶能够保持定位稳定。7结束语随着海洋开发事业的不断发展，海工设备不断增加，动力定位系统也将越来越多地被应用，最终成为海洋工程的必备设备。本文仅对DP系统作简单的概括介绍，每个船级社对于各个系统的设计及布置都有更加详细的要求，我们需要对各个船级社规范详加了解，希望本文能对大家以后的设计生产有所帮助。参考文献[1]MSC/Circular.645-GuidelinesforVesselswithDynamicPositioningSystems-(adoptedon6June1994)[2]Lloyd’sRegisterRulesandRegulations-RulesandRegulationsfortheClassificationofShips,July2013龙源期刊网[3]DNVRulesforShips,2013-07[4]中国船级社.钢质海船入级规范[S].北京:人民交通出版社,2012.[5]ABS-GUIDEFORDYNAMICPOSITIONINGSYSTEMS,2012[6]BureauVeritas-RulesfortheClassificationofSteelShips,2013[7]RINARules,2011[8]GL-RulesforClassificationandConstruction,2012作者简介：王卫卫（1985-）男，助理工程师。主要从事船舶电气研究和设计工作。收稿日期：201