動力定位系統(Dynamic Positioning System)是一種閉環的控制系統，其採用推力器來提供抵抗風、浪、流等作用在船上的環境力，從而使船儘可能地保持在海平面上要求的位置上，其定位成本不會隨著水深增加而增加，並且操作也比較方便。
基本介紹
- 中文名：動力定位系統
- 外文名：Dynamic Positioning System
- 性質：閉環的控制系統
- 套用：海洋鑽井船、平台支持船
套用,DP3動力系統,
套用
動力定位系統首先在海洋鑽井船、平台支持船、潛水器支持船、管道和電纜敷設船、科學考察船、深海救生船等方面得到套用，其主要原理是利用計算機對採集來的環境參數（風、浪、流），根據位置參照系統提供的位置，自動地進行計算，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”。
動力定位系統簡介
船舶的動力定位系統從70 年代逐漸發展起來，在海洋工程、科學考察等領域有著重要的用途。隨著船舶電力推進的成熟和自動控制理論的發展，動力定位系統的性能也不斷提高。動力定位系統的組成動力定位系統包括3 個分系統：動力系統、推力器系統和動力定位控制系統。動力系統動力系統一般來說是給整個動力定位系統提供電力的。一般的船舶電站可兼作動力系統，但應滿足一些特殊要求。輸入（船位、控制器、推力器）輸出（船位、推力器系統)推力器系統作為動力定位系統執行部分，常用電動機或柴油機驅動的推進器。主推進裝置(包括其舵系統)可兼作動力定位系統的推力器，在船舶進入動力定位運作模式時，由動力定位系統的控制器進行控制。為提高定位能力，主推進裝置可設計為全迴轉推進器，例如Z 型推進、SSP 推進等。一般各推力器的工作組合應產生橫向、縱向推力及迴轉力矩。動力定位控制系統動力定位控制系統包括控制器和測量系統。控制器指的是動力定位系統總的控制部分，一般採用計算機控制的方法。測量系統包括位置參照系統、電羅經、風向風速儀、傾角儀等，測量船舶的船位、艏向、縱傾橫傾角等船舶狀態，以及風向、風力、流速等環境條件，通過接口輸入到控制器中。控制器根據人工輸入的船位和艏向，對測量系統提供的數據進行分析和運算，給出推力器的控制指令。動力定位控制系統執行的功能可總結如下：（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。（3） 測量風向、風力等環境條件。（4） 接收各種操縱指令的人工輸入。（5） 動力定位系統的故障檢測及報警。（6） 動力定位系統工作狀態的顯示。動力定位系統的系泊試驗動力定位系統在進行系泊試驗之前，應確認已取得本社頒發的產品證書，並確認布置和安裝已嚴格按本社審批的圖紙進行，採用的工藝滿足本社有關規定。動力系統系泊試驗動力系統的各組成部分，如發電機、發電機原動機、主配電板等，應滿足船舶建造檢驗的一般要求。另外還應進行下列檢驗：發電機組一台發電機組不投入運行，並聯運行其他發電機組，逐個啟動幾台功率較大的推力器電動機。啟動期間引起的電壓降不超過15%。動力管理系統（1） 進行發電機的自動並聯及自動解列試驗。動力管理系統（通常是船舶電站的自動管理系統）應能在運行的發電機負荷較重時，自動啟動備用發電機投入電網，即自動並聯。並在運行的發電機負荷較輕時，自動切斷一台發電機的供電並停止其原動機的運轉，即自動解列。建議自動並聯可設定在單台發電機的輸出功率超過額定功率的大約85%時進行。自動解列可設定在單台發電機的輸出功率低於額定功率的大約30%時進行。（2） 進行重負載詢問試驗。動力定位系統的重負載通常是推力器的電動機。在其啟動前應向動力管理系統發出詢問信號，動力管理系統根據運行發電機的功率裕量發出允許啟動指令。否則啟動備用發電機再發指令。或當整個動力系統的功率裕量都不足以啟動負載時，禁止其啟動，這就是所謂重負載詢問，或稱為大功率詢問、重載詢問。系統的各個重負載均應進行試驗。（3） 試驗高電力負載報警功能當總的電力負載超過運轉中發電機總容量的預定百分比時，應發出報警。報警的設定值應在運轉容量50%至100%之間可調，並應按運行發電機的數量和任一台發電機失靈的影響加以確定。該報警的設定值可設於自動並聯時的功率百分比之上。（4） 發電機超負荷時，推力器負載自動調整功能的試驗。運行發電機負荷超過100%時，推力器應降低功率運行。可根據實際情況進行模擬試驗，如可降低超負荷的功率設定值。在發電機輸出功率超過設定值時，驗證推力器進行自動降速。（5） 注意動力定位系統控制器與動力管理系統的協調。配電板（1） 檢查主配電板匯流排的分段及其連線，對於DP-3 附加標誌，每一匯流排要以A-60 進行分隔，在每個分隔內均應設有斷路器連線。（2） 在DP 控制中心，應設定連續顯示器，顯示發電機的線上功率儲備，即線上發電機的容量與輸出功率的差。對於分段式匯流排，每一分段要設定這種指示器。如果推力器的操作不會引起電站的過載，可不要求設儲備功率指示器。動力定位控制系統系泊試驗計算機（1） 如果計算機出現故障或未準備好就進行控制，應發出報警。（2） 當檢測出一套計算機系統有故障時，應能自動轉至冗餘計算機系統控制。當控制從一個計算機系統向另一個計算機系統切換時，應保持平穩動力定位操作，其變化應保持在可接受的操作範圍內。應試驗予以確認。（3） 每一個動力定位計算機系統必須提供不間斷電源（UPS），以確保任何動力故障不會影響一台以上的計算機。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有各個推力器的手動控制器，逐一試驗啟動、停車、方位和螺距/轉速控制的操縱控制。對於高壓電動機可不包括啟動停止的操縱。（2） 動力定位手動控制台上連續顯示的各推力器運行/停車、螺距/轉速和方位應精確。（3） 推力器的手動控制應在任何時候都能起作用，包括自動控制和操縱桿控制出現故障的情況下。（4） 在DP控制站逐一試驗推進器的應急停止裝置。推力器的聯合操縱桿控推力器的聯合操縱桿控制一般是由設於動力定位控制站的一個操縱桿同時控制多個推力器的運轉，實現縱向推力、橫向推力、迴轉力矩及這些分量的組合。通常用於軌跡控制。在碼頭系泊試驗時，應確認操縱桿可同時操縱各推力器。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，由推力器根據指令自動地將船舶調整到期望的船位及艏向，並加以保持。（1） 對於DP-1 附加標誌，模擬計算機的嚴重故障，計算機系統執行自檢程式時，應停止工作，並通過自動方法或手動方法將轉速/螺距設定到零。（2） 對於DP-2 附加標誌，計算機系統應執行探測故障的自檢程式。如果線上工作的計算機系統探出故障，應自動轉換至備用計算機系統。在顯示裝置上應顯示正在實施控制的控制系統的標誌。（3） 對於DP-3 系統應設有一個自動備用系統，該備用系統的位置與主系統之間採用A-60級分隔隔離。至少應有一個位置參照系統和一台羅經與備用系統相連線，並獨立於主控制系統。備用系統應由操作者在主動力定位控制站或備用控制站啟動，這種轉換應確保任何單個故障不會使主控制系統和備用系統都不能工作。推力器控制方式的選擇（1） 在動力定位控制站，進行不同推力器控制方式的轉換。（2） 控制方式的選擇應布置成當動力定位控制方式出現故障後，總是能夠選擇手柄控制。感測器系統（1） 應設定感測器故障（過熱失電）報警及感測器與動力定位系統通訊故障（短路、低阻、開路）報警。（2）感測器間自動轉換出現故障時，應在控制站發出聽覺和視覺報警。（3）對於DP-3 附加標誌，每類感測器的一個必須和備用控制系統連線，並通過A-60 級分隔和其他感測器分離。顯示和報警（1） 動力定位控制站應顯示從動力系統、推力器系統和動力定位控制系統傳來的信息，以確保這些系統在正常運行。安全操作動力定位系統所必需的信息應在任何時候均可得到。對設定的報警和顯示逐一進行試驗。（2） 對於具有DP-2 和DP-3 附加標誌的船舶，操作員控制裝置應設計成操作屏的任何誤操作都不會導 致極限狀況。（3） 當動力定位系統及其控制的設備發生故障時，應發出聽覺和視覺報警。對這些故障的發生及狀態應進行永久的記錄。通信系統（1） 試驗下列雙向通信設施的有效性：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控制室的雙向通信c.動力定位控制中心與有關操作控制站的雙向通信（2） 確認通信系統獨立於船舶主電源。推力器系統系泊試驗推力器也可以在非動力定位狀態使用，其各部分應滿足一般的建造檢驗要求。如果操作次序的錯誤會導致危險狀態或設備損壞時，則應聯鎖。對設定的聯鎖功能進行試驗。安裝在駕駛室內的控制器和指示器應有充分的照明，並可調光。對DP-2 附加標誌，對動力定位系統至關重要的燃油、滑油、液壓油、冷卻水和氣動管路，以及電纜的布置應充分考慮火災和機械損壞。對於DP-2 附加標誌，冗餘管系（燃油、滑油、液壓油、冷卻水和氣動管路）不得與主系統一起穿越同一艙室。當不可避免時，管路必須安裝在A-60 級管道內。冗餘設備或系統的電纜不得與主系統一起穿越同一艙室，當不可避免時，電纜必須安裝A-60 級電纜通道內，電纜的接線箱不允許設定在這類電纜通道內。動力定位系統的航行試驗動力定位系統的航行試驗大綱應根據船舶的實際情況與設計部門及船廠商定。聯合操縱桿模式的試驗動力定位系統的聯合操縱桿模式可進行航跡控制，可採用下列兩種方法試驗其有效性及控制精度。保持艏第一項試驗：（1） 系統準備，系統各部分投入工作，各部分之間通訊正常。（2） 在DP 控制台上，設定艏向並記錄船位。（3） 啟動操縱桿。（4） 操縱船向正前方移動20 米。（5） 操縱船向正後方移動40 米。（6） 操縱船向正前方移動20 米。（7） 記錄船位與艏向並與初始船位及設定的艏向對照，誤差應在設計要求範圍之內。第二項試驗：（1） 系統準備，系統各部分投入工作，各部分之間通訊正常。（2） 在DP 控制台上，設定艏向並記錄船位。（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） 記錄船位與艏向並與初始船位及設定的艏向對照，誤差應在設計要求範圍之內。保持船位的旋轉試驗第一項試驗：（1） 系統準備，系統各部分投入工作，各部分之間通訊正常。（2） 在DP 操縱台上，輸入自動保持的船位並設定船旋轉的圓心。（3） 在系統穩定後，啟動操縱桿。（4） 操縱船順時針旋轉360 度。（5） 記錄船位並與初始船位相對照，誤差應在設計要求範圍之內。第二項試驗：（1） 系統準備，系統各部分投入工作，各部分之間通訊正常。（2） 在DP 操縱台上，輸入自動保持的船位並設定船旋轉的圓心。（3） 在系統穩定後，啟動操縱桿。（4） 操縱船逆時針旋轉360 度。（5） 記錄船位並與初始船位相對照，誤差應在設計要求範圍之內。自動模式的試驗動力定位系統的自動模式是根據人工輸入的船位和艏向自動定位並加以保持。可採用下列方式進行試驗：（1） 系統準備，系統各部分投入工作，各部分之間通訊正常。（2） 在DP 操縱台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。期間每隔一段時間記錄其船位及艏向或由系統自動記錄。（4） 考察船位及艏向的誤差，應在設計要求範圍之內。注意：在整個系統進行操作時，至少有連續2 小時的氣候條件達到一定水平，即使推力器上的平均載荷達到50%或更高。當環境條件無法達到上述要求時，可推遲到在適當場合下作為一個特殊的試驗來進行。故障模式與影響分析試驗DP 定位系統應進行故障模式與影響分析（FMEA），編制FMEA 報告或作為替向的位移試驗代，可對每一種故障模式下的系統冗餘度進行試驗。試驗的結果應能滿足其附加標誌所要求的冗餘度。詳細的冗餘度試驗程式應提交審查。DP-2 附加標誌進行FMEA 試驗時，應儘可能詳細地包括動力系統定位系統所有組成部分的主要部件，如發電機、推力器、配電板、GPS、電羅經等，但可不包括具有適當保護的電纜和管系。在出現單一故障時（不包括一個艙室或幾個艙室的損失），在固定的作業範圍內，在規定的作業環境條件下，自動保持船舶的位置和艏向。DP-3 附加標誌的船舶，FMEA 試驗同上條，但需要進行由於失火或進水造成一個艙室完全損失的模擬試驗。同時不論有無保護均要考慮電纜和管系故障的情況。對於DP-2 和DP-3 附加標誌，進行“結果分析”試驗。這是一項軟體功能，可以連續驗證在出現最嚴重的故障時，船舶也可保持其位置。該分析可以證明當最嚴重的故障發生後，後續工作推力器可產生與故障前所要求的相同的合力和力矩。當最嚴重的故障會導致位置偏移（由於在當時的環境條件推力不足）時，“結果分析”應發出報警。對於需長時間才能安全終止的操作，“結果分析”應包括一項在人工輸入氣候趨勢的基礎上模擬當最嚴重故障發生後剩餘推力及動力的能力。最嚴重的單個故障應包括一台推力器不能工作、一台發電機組不能工作、一個匯流排分段不能工作。應以實際的操作進行驗證。具體試驗的實施應按已審查的試驗程式進行。主要的試驗方法是模擬某一設備故障，考察其對系統的影響。實際有兩種情況：一種是備用設備投入工作，對系統無影響；另外一種是導致系統能力下降，如一台推力器故障不工作，導致系統剩餘能力減少，這時需要確認是否可以在規定環境條件下，仍然能夠定位。
DP3動力系統
由中海油海洋石油工程股份有限公司全額投資，江蘇熔盛重工建造的“海洋石油201”，它是世界上第一艘同時具備3000米級深水鋪管能力、4000噸級重型起重能力和DP3級全電力推進的動力定位，並具備自航能力的深水工程作業船，能在除北極外的全球無限航區作業，集成創新了多項世界頂級裝備技術，船舶的詳細設計建造在國內自主完成，其總體技術水平和綜合作業能力在世界同類工程船舶中處於領先地位，代表了國際海洋工程裝備製造的最高水平。 該船總長達204.65米，型寬39.2米，艙室頂層甲板設定有直升機平台。據海油工程總裁姜錫肇介紹，該船可鋪設口徑為6英寸至60英寸的海管，並設有電驅動、最大起重能力達4000噸的起重機。而其具有自航能力的動力定位系統特別值得一提，DP3級是國際海事組織的最高動力定位級別，可依靠自身的自控系統和衛星定位，自動測定風向等海況，將船穩穩停泊在作業點。
