船舶动力定位动力定位系统的定义和分类动力定位系统的发展状况8.pdf

船舶动力定位 船舶动力定位(DynamicPositioning，DP) 系统是一种闭环控制系统，它通过控制系统驱 动船舶推进器来抵消风、浪、流等作用于船上的环境外力, 从而使船舶保持在海平面某要求 的位置上。DP 通过测量系统不断检测船舶的实际位置与目标位置的偏差，再根据环境外力 的影响计算出使船舶恢复到目标位置所需推力的大小，进而对全船的各推进器进行推力分 配，使各推进器产生相应的推力以克服风、浪、流等环境外力的干扰，使船舶保持在某确定 位置或沿一定预定航迹航行。DP 广泛用于海上作业船舶和海上平台的定点系泊，具有定位 精度高、灵活性好、机动性强、适用于多种海况作业等诸多优点，受到广泛关注。 动力定位系统是海洋工程装备技术研究中的主要支撑技术研究之一。动力定位系统是进 行深水海洋油气勘探开采，从事海底工程作业，水下打捞，海洋资源调查、海洋工程起重、 海洋工程管缆铺设、深潜水作业支持、水下工程作业、海洋工程综合检测等海上作业不可或 缺的手段。动力定位系统由测量系统、控制系统、电源系统以及推进系统等组成。动力定位 系统具有保持指定位置、目标定位、自动搜寻最佳船首位置、转向点跟踪、ROV 自动跟踪、 变换回转中心、自动航行、平行移动等功能。 动力定位系统的定义和分类 国际海事组织（InternationalMaritimeOrganization，IMO）和国际海洋工程承包商协会 (InternationalMarineContractorsAssociation，IMCA)将DP定义为动力定位船舶需要装备的 全部设备，包括动力系统、推进器系统和动力定位控制系统。 由于海上作业船舶对动力定位系统的可靠性要求越来越高，IMO和各国船级社都对DP 提出了严格要求，制定了三个等级标准。设备等级一(DP1)：在单故障的情况下可能发生定 位失常。设备等级二(DP2)：有源组件或发电机、推进器、配电盘遥控阀门等系统单故障时， 不会发生定位失常，但当电缆、管道、手控阀等静态元件发生故障时可能会发生定位失常。 设备等级三(DP3)：任何单故障都不会导致定位失常。DP 的分级主要是考虑设备的可靠性和 冗余度，目的是对动力定位系统的设计标准、必须安装的设备、操作要求和试验程序等作出 规定，保证DP安全可靠运行，并避免在DP作业时对人员、船舶、其它设备造成损害。 动力定位系统的发展状况 船舶动力定位系统最初的应用开始于20世纪60年代。1961年，美国壳牌石油公司的 钻井船Eureka号完成下水，很快自动控制推进器的设备就进行了装船，它是由HowardShatto 设计完成的。这艘船配备了一套最基本类型的模拟式控制系统，并和外部的一个张紧索参考 系统相连。除了主推进器外，还在船头和船尾加装了易于操纵的推进器，船长为40m，排 水量为450000kg。船上装有动力定位系统后最显著标志是它具有多台推进器。在第一批动 力定位船舶中，最成功最著名的是“格洛马挑战者”号船舶，该船几乎遍游地球的每一个海 洋，收集到水深达6100m处的岩心，为地质学上的发现尤其是为板壳结构理论提供了大量 有利证据。 第二代动力定位系统于20世纪70年代初开始形成。第二代动力定位船舶中最具有代表 性的是“SEDC0445”号，该船于1971 年投入营运，系统具有连续 业50天能力。“SEDC0445” 号也装有多台推力装置，包括11只辅助推进器和2只主螺旋桨。与第一代动力定位系统相 比，主要特点是采用了卡尔曼滤波等现代控制技术，各动力定位船舶都采用几乎相同的 传感元件和数字计算机控制系统，而位置传感器则由单一型发展成综合型，在一个动力定位 系统中可同时采用声学、张紧索和竖管角三种位置基准传感器，系统的各个原件都有冗余， 可长期不间断地运行。 第三代动力定位系统于20世纪80年代初开始形成的，主要采用现代计算机技术和现 场总线技术。经过多年的发展，动力定位系统的鲁棒性、灵活性、功能性和操作的简易性均 提高到新的水平。其中典型的有Kongsberg公司的SDP11系列，Navis 公司的NavDP4000 系列，L3公司的NMS6000系列。这些动力定位系统均具有开放性的结构，能够实现船舶位 置和航向的高精度保持，广泛用于风力发电安装船、溢油回收船、平台供应船、铺管船、辅 缆船、挖泥船、打桩船、半潜运输船、钻井平台、打捞船、起重船、无限区化学品船、LNG 船等船舶和海洋工程领域。目前最先进的DP可以在2级流、6级风的海况下实现0.35m 的 位置定位精度，0.1°的艏向保持精度和1m 的航迹保持精度。船舶定位控制是在不断壮大 的石