LAPDorado激光定位系統(tǒng)概述

動力定位系統(tǒng)首先在海洋鉆井船、平臺支持船、潛水器支持船、管道和電纜敷設(shè)船、科學(xué)考察船、深海救生船等方面得到應(yīng)用，其主要原理是利用計(jì)算機(jī)對采集來的環(huán)境參數(shù)(風(fēng)、浪、流)，根據(jù)位置參照系統(tǒng)提供的位置，自動地進(jìn)行計(jì)算，控制各推力器的推力大小，使船舶保持艏向和船位的"紋絲不動"。

動力定位系統(tǒng)簡介

船舶的動力定位系統(tǒng)從70 年代逐漸發(fā)展起來，在海洋工程、科學(xué)考察等領(lǐng)域有著重要的用途。隨著船舶電力推進(jìn)的成熟和自動控制理論的發(fā)展，動力定位系統(tǒng)的性能也不斷提高。動力定位系統(tǒng)的組成動力定位系統(tǒng)包括3 個(gè)分系統(tǒng):動力系統(tǒng)、推力器系統(tǒng)和動力定位控制系統(tǒng)。動力系統(tǒng)動力系統(tǒng)一般來說是給整個(gè)動力定位系統(tǒng)提供電力的。一般的船舶電站可兼作動力系統(tǒng)，但應(yīng)滿足一些特殊要求。輸入(船位、控制器、推力器)輸出(船位、推力器系統(tǒng))推力器系統(tǒng)作為動力定位系統(tǒng)執(zhí)行部分，常用電動機(jī)或柴油機(jī)驅(qū)動的推進(jìn)器。主推進(jìn)裝置(包括其舵系統(tǒng))可兼作動力定位系統(tǒng)的推力器，在船舶進(jìn)入動力定位運(yùn)作模式時(shí)，由動力定位系統(tǒng)的控制器進(jìn)行控制。為提高定位能力，主推進(jìn)裝置可設(shè)計(jì)為全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器，例如Z 型推進(jìn)、SSP 推進(jìn)等。一般各推力器的工作組合應(yīng)產(chǎn)生橫向、縱向推力及回轉(zhuǎn)力矩。動力定位控制系統(tǒng)動力定位控制系統(tǒng)包括控制器和測量系統(tǒng)?？刂破髦傅氖莿恿Χㄎ幌到y(tǒng)總的控制部分，一般采用計(jì)算機(jī)控制的方法。測量系統(tǒng)包括位置參照系統(tǒng)、電羅經(jīng)、風(fēng)向風(fēng)速儀、傾角儀等，測量船舶的船位、艏向、縱傾橫傾角等船舶狀態(tài)，以及風(fēng)向、風(fēng)力、流速等環(huán)境條件，通過接口輸入到控制器中?？刂破鞲鶕?jù)人工輸入的船位和艏向，對測量系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和運(yùn)算，給出推力器的控制指令。動力定位控制系統(tǒng)執(zhí)行的功能可總結(jié)如下:(1) 給出推力器的控制指令。(2) 測量船舶的船位、艏向等船舶狀態(tài)。(3) 測量風(fēng)向、風(fēng)力等環(huán)境條件。(4) 接收各種操縱指令的人工輸入。(5) 動力定位系統(tǒng)的故障檢測及報(bào)警。(6) 動力定位系統(tǒng)工作狀態(tài)的顯示。動力定位系統(tǒng)的系泊試驗(yàn)動力定位系統(tǒng)在進(jìn)行系泊試驗(yàn)之前，應(yīng)確認(rèn)已取得本社頒發(fā)的產(chǎn)品證書，并確認(rèn)布置和安裝已嚴(yán)格按本社審批的圖紙進(jìn)行，采用的工藝滿足本社有關(guān)規(guī)定。動力系統(tǒng)系泊試驗(yàn)動力系統(tǒng)的各組成部分，如發(fā)電機(jī)、發(fā)電機(jī)原動機(jī)、主配電板等，應(yīng)滿足船舶建造檢驗(yàn)的一般要求。另外還應(yīng)進(jìn)行下列檢驗(yàn):發(fā)電機(jī)組一臺發(fā)電機(jī)組不投入運(yùn)行，并聯(lián)運(yùn)行其他發(fā)電機(jī)組，逐個(gè)啟動幾臺功率較大的推力器電動機(jī)。啟動期間引起的電壓降不超過15%。動力管理系統(tǒng)(1) 進(jìn)行發(fā)電機(jī)的自動并聯(lián)及自動解列試驗(yàn)。動力管理系統(tǒng)(通常是船舶電站的自動管理系統(tǒng))應(yīng)能在運(yùn)行的發(fā)電機(jī)負(fù)荷較重時(shí)，自動啟動備用發(fā)電機(jī)投入電網(wǎng)，即自動并聯(lián)。并在運(yùn)行的發(fā)電機(jī)負(fù)荷較輕時(shí)，自動切斷一臺發(fā)電機(jī)的供電并停止其原動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，即自動解列。建議自動并聯(lián)可設(shè)置在單臺發(fā)電機(jī)的輸出功率超過額定功率的大約85%時(shí)進(jìn)行。自動解列可設(shè)置在單臺發(fā)電機(jī)的輸出功率低于額定功率的大約30%時(shí)進(jìn)行。(2) 進(jìn)行重負(fù)載詢問試驗(yàn)。動力定位系統(tǒng)的重負(fù)載通常是推力器的電動機(jī)。在其啟動前應(yīng)向動力管理系統(tǒng)發(fā)出詢問信號，動力管理系統(tǒng)根據(jù)運(yùn)行發(fā)電機(jī)的功率裕量發(fā)出允許啟動指令。否則啟動備用發(fā)電機(jī)再發(fā)指令?；虍?dāng)整個(gè)動力系統(tǒng)的功率裕量都不足以啟動負(fù)載時(shí)，禁止其啟動，這就是所謂重負(fù)載詢問，或稱為大功率詢問、重載詢問。系統(tǒng)的各個(gè)重負(fù)載均應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)。(3) 試驗(yàn)高電力負(fù)載報(bào)警功能當(dāng)總的電力負(fù)載超過運(yùn)轉(zhuǎn)中發(fā)電機(jī)總?cè)萘康念A(yù)定百分比時(shí)，應(yīng)發(fā)出報(bào)警。報(bào)警的設(shè)定值應(yīng)在運(yùn)轉(zhuǎn)容量50%至100%之間可調(diào)，并應(yīng)按運(yùn)行發(fā)電機(jī)的數(shù)量和任一臺發(fā)電機(jī)失靈的影響加以確定。該報(bào)警的設(shè)定值可設(shè)于自動并聯(lián)時(shí)的功率百分比之上。(4) 發(fā)電機(jī)超負(fù)荷時(shí)，推力器負(fù)載自動調(diào)整功能的試驗(yàn)。運(yùn)行發(fā)電機(jī)負(fù)荷超過100%時(shí)，推力器應(yīng)降低功率運(yùn)行?？筛鶕?jù)實(shí)際情況進(jìn)行模擬試驗(yàn)，如可降低超負(fù)荷的功率設(shè)定值。在發(fā)電機(jī)輸出功率超過設(shè)定值時(shí)，驗(yàn)證推力器進(jìn)行自動降速。(5) 注意動力定位系統(tǒng)控制器與動力管理系統(tǒng)的協(xié)調(diào)。配電板(1) 檢查主配電板匯流排的分段及其連接，對于DP-3 附加標(biāo)志，每一匯流排要以A-60 進(jìn)行分隔，在每個(gè)分隔內(nèi)均應(yīng)設(shè)有斷路器連接。(2) 在DP 控制中心，應(yīng)設(shè)置連續(xù)顯示器，顯示發(fā)電機(jī)的在線功率儲備，即在線發(fā)電機(jī)的容量與輸出功率的差。對于分段式匯流排，每一分段要設(shè)置這種指示器。如果推力器的操作不會引起電站的過載，可不要求設(shè)儲備功率指示器。動力定位控制系統(tǒng)系泊試驗(yàn)計(jì)算機(jī)(1) 如果計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障或未準(zhǔn)備好就進(jìn)行控制，應(yīng)發(fā)出報(bào)警。(2) 當(dāng)檢測出一套計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有故障時(shí)，應(yīng)能自動轉(zhuǎn)至冗余計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制。當(dāng)控制從一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)向另一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)切換時(shí)，應(yīng)保持平穩(wěn)動力定位操作，其變化應(yīng)保持在可接受的操作范圍內(nèi)。應(yīng)試驗(yàn)予以確認(rèn)。(3) 每一個(gè)動力定位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)必須提供不間斷電源(UPS)，以確保任何動力故障不會影響一臺以上的計(jì)算機(jī)。不間斷電源電池的容量需支持至少30 分鐘的操作。推力器手柄控(1) 在動力定位控制站設(shè)有各個(gè)推力器的手動控制器，逐一試驗(yàn)啟動、停車、方位和螺距/轉(zhuǎn)速控制的操縱控制。對于高壓電動機(jī)可不包括啟動停止的操縱。(2) 動力定位手動控制臺上連續(xù)顯示的各推力器運(yùn)行/停車、螺距/轉(zhuǎn)速和方位應(yīng)精確。(3) 推力器的手動控制應(yīng)在任何時(shí)候都能起作用，包括自動控制和操縱桿控制出現(xiàn)故障的情況下。(4) 在DP控制站逐一試驗(yàn)推進(jìn)器的應(yīng)急停止裝置。推力器的聯(lián)合操縱桿控推力器的聯(lián)合操縱桿控制一般是由設(shè)于動力定位控制站的一個(gè)操縱桿同時(shí)控制多個(gè)推力器的運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)縱向推力、橫向推力、回轉(zhuǎn)力矩及這些分量的組合。通常用于軌跡控制。在碼頭系泊試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)確認(rèn)操縱桿可同時(shí)操縱各推力器。推力器的自動控制推力器的自動控制是人工將給定的船位、艏向輸入到控制器中，由推力器根據(jù)指令自動地將船舶調(diào)整到期望的船位及艏向，并加以保持。(1) 對于DP-1 附加標(biāo)志，模擬計(jì)算機(jī)的嚴(yán)重故障，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行自檢程序時(shí)，應(yīng)停止工作，并通過自動方法或手動方法將轉(zhuǎn)速/螺距設(shè)置到零。(2) 對于DP-2 附加標(biāo)志，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)執(zhí)行探測故障的自檢程序。如果在線工作的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)探出故障，應(yīng)自動轉(zhuǎn)換至備用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。在顯示裝置上應(yīng)顯示正在實(shí)施控制的控制系統(tǒng)的標(biāo)志。(3) 對于DP-3 系統(tǒng)應(yīng)設(shè)有一個(gè)自動備用系統(tǒng)，該備用系統(tǒng)的位置與主系統(tǒng)之間采用A-60級分隔隔離。至少應(yīng)有一個(gè)位置參照系統(tǒng)和一臺羅經(jīng)與備用系統(tǒng)相連接，并獨(dú)立于主控制系統(tǒng)。備用系統(tǒng)應(yīng)由操作者在主動力定位控制站或備用控制站啟動，這種轉(zhuǎn)換應(yīng)確保任何單個(gè)故障不會使主控制系統(tǒng)和備用系統(tǒng)都不能工作。推力器控制方式的選擇(1) 在動力定位控制站，進(jìn)行不同推力器控制方式的轉(zhuǎn)換。(2) 控制方式的選擇應(yīng)布置成當(dāng)動力定位控制方式出現(xiàn)故障后，總是能夠選擇手柄控制。傳感器系統(tǒng)(1) 應(yīng)設(shè)置傳感器故障(過熱失電)報(bào)警及傳感器與動力定位系統(tǒng)通訊故障(短路、低阻、開路)報(bào)警。(2)傳感器間自動轉(zhuǎn)換出現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)在控制站發(fā)出聽覺和視覺報(bào)警。(3)對于DP-3 附加標(biāo)志，每類傳感器的一個(gè)必須和備用控制系統(tǒng)連接，并通過A-60 級分隔和其他傳感器分離。顯示和報(bào)警(1) 動力定位控制站應(yīng)顯示從動力系統(tǒng)、推力器系統(tǒng)和動力定位控制系統(tǒng)傳來的信息，以確保這些系統(tǒng)在正常運(yùn)行。安全操作動力定位系統(tǒng)所必需的信息應(yīng)在任何時(shí)候均可得到。對設(shè)置的報(bào)警和顯示逐一進(jìn)行試驗(yàn)。(2) 對于具有DP-2 和DP-3 附加標(biāo)志的船舶，操作員控制裝置應(yīng)設(shè)計(jì)成操作屏的任何誤操作都不會導(dǎo) 致極限狀況。(3) 當(dāng)動力定位系統(tǒng)及其控制的設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)發(fā)出聽覺和視覺報(bào)警。對這些故障的發(fā)生及狀態(tài)應(yīng)進(jìn)行永久的記錄。通信系統(tǒng)(1) 試驗(yàn)下列雙向通信設(shè)施的有效性:a.動力定位控制中心與駕駛室的雙向通信b.動力定位控制中心與主機(jī)控制室的雙向通信c.動力定位控制中心與有關(guān)操作控制站的雙向通信(2) 確認(rèn)通信系統(tǒng)獨(dú)立于船舶主電源。推力器系統(tǒng)系泊試驗(yàn)推力器也可以在非動力定位狀態(tài)使用，其各部分應(yīng)滿足一般的建造檢驗(yàn)要求。如果操作次序的錯誤會導(dǎo)致危險(xiǎn)狀態(tài)或設(shè)備損壞時(shí)，則應(yīng)聯(lián)鎖。對設(shè)置的聯(lián)鎖功能進(jìn)行試驗(yàn)。安裝在駕駛室內(nèi)的控制器和指示器應(yīng)有充分的照明，并可調(diào)光。對DP-2 附加標(biāo)志，對動力定位系統(tǒng)至關(guān)重要的燃油、滑油、液壓油、冷卻水和氣動管路，以及電纜的布置應(yīng)充分考慮火災(zāi)和機(jī)械損壞。對于DP-2 附加標(biāo)志，冗余管系(燃油、滑油、液壓油、冷卻水和氣動管路)不得與主系統(tǒng)一起穿越同一艙室。當(dāng)不可避免時(shí)，管路必須安裝在A-60 級管道內(nèi)。冗余設(shè)備或系統(tǒng)的電纜不得與主系統(tǒng)一起穿越同一艙室，當(dāng)不可避免時(shí)，電纜必須安裝A-60 級電纜通道內(nèi)，電纜的接線箱不允許設(shè)置在這類電纜通道內(nèi)。動力定位系統(tǒng)的航行試驗(yàn)動力定位系統(tǒng)的航行試驗(yàn)大綱應(yīng)根據(jù)船舶的實(shí)際情況與設(shè)計(jì)部門及船廠商定。聯(lián)合操縱桿模式的試驗(yàn)動力定位系統(tǒng)的聯(lián)合操縱桿模式可進(jìn)行航跡控制，可采用下列兩種方法試驗(yàn)其有效性及控制精度。保持艏第一項(xiàng)試驗(yàn):(1) 系統(tǒng)準(zhǔn)備，系統(tǒng)各部分投入工作，各部分之間通訊正常。(2) 在DP 控制臺上，設(shè)定艏向并記錄船位。(3) 啟動操縱桿。(4) 操縱船向正前方移動20 米。(5) 操縱船向正后方移動40 米。(6) 操縱船向正前方移動20 米。(7) 記錄船位與艏向并與初始船位及設(shè)定的艏向?qū)φ?，誤差應(yīng)在設(shè)計(jì)要求范圍之內(nèi)。第二項(xiàng)試驗(yàn):(1) 系統(tǒng)準(zhǔn)備，系統(tǒng)各部分投入工作，各部分之間通訊正常。(2) 在DP 控制臺上，設(shè)定艏向并記錄船位。(3) 啟動操縱桿。(4) 操縱船向正左方移動20 米。(5) 操縱船向正右方移動40 米。(6) 操縱船向正左方移動20 米。(7) 記錄船位與艏向并與初始船位及設(shè)定的艏向?qū)φ?，誤差應(yīng)在設(shè)計(jì)要求范圍之內(nèi)。保持船位的旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)第一項(xiàng)試驗(yàn):(1) 系統(tǒng)準(zhǔn)備，系統(tǒng)各部分投入工作，各部分之間通訊正常。(2) 在DP 操縱臺上，輸入自動保持的船位并設(shè)定船旋轉(zhuǎn)的圓心。(3) 在系統(tǒng)穩(wěn)定后，啟動操縱桿。(4) 操縱船順時(shí)針旋轉(zhuǎn)360 度。(5) 記錄船位并與初始船位相對照，誤差應(yīng)在設(shè)計(jì)要求范圍之內(nèi)。第二項(xiàng)試驗(yàn):(1) 系統(tǒng)準(zhǔn)備，系統(tǒng)各部分投入工作，各部分之間通訊正常。(2) 在DP 操縱臺上，輸入自動保持的船位并設(shè)定船旋轉(zhuǎn)的圓心。(3) 在系統(tǒng)穩(wěn)定后，啟動操縱桿。(4) 操縱船逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)360 度。(5) 記錄船位并與初始船位相對照，誤差應(yīng)在設(shè)計(jì)要求范圍之內(nèi)。自動模式的試驗(yàn)動力定位系統(tǒng)的自動模式是根據(jù)人工輸入的船位和艏向自動定位并加以保持?？刹捎孟铝蟹绞竭M(jìn)行試驗(yàn):(1) 系統(tǒng)準(zhǔn)備，系統(tǒng)各部分投入工作，各部分之間通訊正常。(2) 在DP 操縱臺上輸入給定的船位和艏向。(3) 啟動自動控制模式，保持6 至8 小時(shí)。期間每隔一段時(shí)間記錄其船位及艏向或由系統(tǒng)自動記錄。(4) 考察船位及艏向的誤差，應(yīng)在設(shè)計(jì)要求范圍之內(nèi)。注意:在整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行操作時(shí)，至少有連續(xù)2 小時(shí)的氣候條件達(dá)到一定水平，即使推力器上的平均載荷達(dá)到50%或更高。當(dāng)環(huán)境條件無法達(dá)到上述要求時(shí)，可推遲到在適當(dāng)場合下作為一個(gè)特殊的試驗(yàn)來進(jìn)行。故障模式與影響分析試驗(yàn)DP 定位系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行故障模式與影響分析(FMEA)，編制FMEA 報(bào)告或作為替向的位移試驗(yàn)代，可對每一種故障模式下的系統(tǒng)冗余度進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)的結(jié)果應(yīng)能滿足其附加標(biāo)志所要求的冗余度。詳細(xì)的冗余度試驗(yàn)程序應(yīng)提交審查。DP-2 附加標(biāo)志進(jìn)行FMEA 試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)盡可能詳細(xì)地包括動力系統(tǒng)定位系統(tǒng)所有組成部分的主要部件，如發(fā)電機(jī)、推力器、配電板、GPS、電羅經(jīng)等，但可不包括具有適當(dāng)保護(hù)的電纜和管系。在出現(xiàn)單一故障時(shí)(不包括一個(gè)艙室或幾個(gè)艙室的損失)，在固定的作業(yè)范圍內(nèi)，在規(guī)定的作業(yè)環(huán)境條件下，自動保持船舶的位置和艏向。DP-3 附加標(biāo)志的船舶，F(xiàn)MEA 試驗(yàn)同上條，但需要進(jìn)行由于失火或進(jìn)水造成一個(gè)艙室完全損失的模擬試驗(yàn)。同時(shí)不論有無保護(hù)均要考慮電纜和管系故障的情況。對于DP-2 和DP-3 附加標(biāo)志，進(jìn)行"結(jié)果分析"試驗(yàn)。這是一項(xiàng)軟件功能，可以連續(xù)驗(yàn)證在出現(xiàn)最嚴(yán)重的故障時(shí)，船舶也可保持其位置。該分析可以證明當(dāng)最嚴(yán)重的故障發(fā)生后，后續(xù)工作推力器可產(chǎn)生與故障前所要求的相同的合力和力矩。當(dāng)最嚴(yán)重的故障會導(dǎo)致位置偏移(由于在當(dāng)時(shí)的環(huán)境條件推力不足)時(shí)，"結(jié)果分析"應(yīng)發(fā)出報(bào)警。對于需長時(shí)間才能安全終止的操作，"結(jié)果分析"應(yīng)包括一項(xiàng)在人工輸入氣候趨勢的基礎(chǔ)上模擬當(dāng)最嚴(yán)重故障發(fā)生后剩余推力及動力的能力。最嚴(yán)重的單個(gè)故障應(yīng)包括一臺推力器不能工作、一臺發(fā)電機(jī)組不能工作、一個(gè)匯流排分段不能工作。應(yīng)以實(shí)際的操作進(jìn)行驗(yàn)證。具體試驗(yàn)的實(shí)施應(yīng)按已審查的試驗(yàn)程序進(jìn)行。主要的試驗(yàn)方法是模擬某一設(shè)備故障，考察其對系統(tǒng)的影響。實(shí)際有兩種情況:一種是備用設(shè)備投入工作，對系統(tǒng)無影響;另外一種是導(dǎo)致系統(tǒng)能力下降，如一臺推力器故障不工作，導(dǎo)致系統(tǒng)剩余能力減少，這時(shí)需要確認(rèn)是否可以在規(guī)定環(huán)境條件下，仍然能夠定位。