动力定位海洋工程船定位级别选择
InternalCombustionEngine&Parts
图
1DP1级系统配置简图0引言动力定位海洋工程船，即利用推进器推力保持船舶在海洋工程作业中定位的船舶。其凭借良好的机动性能，以及在深水工程中不可替代的地位，在海洋工程中被广泛采用。根据国际海事组织制定的《船舶动力定位系统指南》[1]定义，动力定位船舶按动力定位安全能力分为DP1、DP2、DP3三个等级。随着安全等级的提高，船舶技术配置和造价也随之提高。对于海洋工程动力定位工程船，选择适合的动力定位等级对运营船舶的海洋工程公司的经济性有直接影响。本文将以一型起重能力2500吨的海洋工程起重船为例，对3个不同动力定位级别的投资情况进行简述，并根据不同海洋工程作业对此类海洋工程船动力定位能力的需求，简述海洋工程船动力定位级别的选择。1船舶动力定位功能简介船舶动力定位即不采用锚、锚链、锚机等设施将船舶与海底相连接的方式，而利用多个不同方向的推进器所产生的推力使得船舶不偏离设定位置的一种定位方式。船舶动力定位系统[1]主要由推进器及动力系统、控制系统、位置参考系统三大部分组成。整个系统以控制系统为核心。控制系统通过接收位置参考系统中的位置信号、船舶运动状态信号、以及风速、波浪等外部环境信号，对船舶位置、艏向的当前及未来状态进行判断，并以此为依据，向推进器及动力系统发出指令，从而及时修正船舶艏向和位置，及确保未来船舶的艏向和位置。根据国际海事组织（IMO）的定义，动力定位船舶根据动力定位系统设备冗余配置情况分为3个等级：DP1———具有动力定位能力，允许动力定位系统中单个故障导致船舶失位；DP2———具有动力定位能力，动力定位系统中单个活动部件或系统失效，不能导致失位。当有充足的保护，静态部件失效一般不做考虑；DP3———满足2级条件，任何常规静态部件被假设失效，且所有动力定位分组部件应被水密及防火分隔。按上述级别定义，随着级别的提高，船舶安全性将大幅提高，但船舶技术配置也相应提高，船舶造价随之大幅增加。2各级别动力定位船舶建造投资对比下文通过一艘主尺度约为160m伊42m伊12m（船长伊型宽伊型深）的2500T起重船为例，对各级别的投资费用进行对比。DP1：该级动力定位船舶定位系统具有保持船舶位置和艏向的能力，但其动力定位系统设备、设施无冗余配置，系统简图如图1所示。DP2：该级动力定位船舶在满足1级要求外，还需增加必要的冗余设备，以确保最大能力动力定位分组失效时，船舶仍可保持位置和艏向。该级动力定位分组数量可要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要作业简介院王玉峰（1974-），男，河北辛集人，本科，工程师，研究方向为船舶与海洋工程建造技术。动力定位海洋工程船定位级别选择王玉峰（中国船级社实业公司天津分公司，天津300457）摘要院本文通过对动力定位海洋工程船在不同动力定位级别下的技术配置和船舶造价的分析袁以及不同海洋工程作业的技术需求袁从性价比的角度出发袁提出了适用于不同海洋工程作业的动力定位海洋工程船舶动力定位级别的选择建议遥关键词院海洋工程曰动力定位·233·内燃机与配件
图2DP2级系统配置
简图定位类型DP1DP2DP3配置费用配置费用配置费用动力定位分组数量动力定位舱室数量116144推进器2伊4500kW全回转+1伊2000kW艉侧推+2伊2400kW艏侧推40002伊4500kW全回转+1伊2000kW艉侧推+2伊2400kW艏伸缩推+1伊2800kW艏侧推52002伊4500kW全回转+2伊2000kW艉侧推+2伊2000kW艏伸缩推+2伊2000kW艏侧推6200发电机组4伊4000kW+2伊2000kW80005伊4000kW+2伊2000kW90008伊3000kW11000配电系统1伊6600V中压配电系统55006伊6600V中压配电系统60004伊6600V中压配电系统10000动力定位系统1套位置参考系统+1套控制系统，无冗余9003套位置参考系统+2套控制系统，冗余设备无舱室分隔10003套位置参考系统+2套控制系统，冗余设备有舱室分隔2000船舶造价~84000~90000~110000表1各级动力定位配置船舶造价表单位：万元人民币尽量多，从而降低电机组、推进器、配电系统、动力定位系统等冗余设备设施的投资费用。示例船DP2级动力定位系统简图如图2所示。6个动力组可处于同一舱室内，但分别独立成系统，其中1组为冗余备份。2套DP控制系统及相应电缆无需物理分隔，且互为热备份。DP3：该级动力定位船舶在满足DP2级要求外，还需将动力定位分组用水密且满足A60防火要求的舱壁隔离，以确保最大能力动力定位分组失效时，船舶仍可保持定位。由于该级动力定位分组需要在布置空间上进行物理分隔，其分组数量应根据船舶技术方案和投资情况进行综合评价。示例船DP3级动力定位系统简图如图3所示。2套动力定位控制系统及相关与传感器、参考系统和与动力组交互的两套电缆，被满足A60防火及水密的舱壁分隔。4套动力组的发电机组及其辅助设施、配电板、推进器及其相应的管系、电缆分别被满足A60防火及水密的舱壁分隔。表1为上述三种配置的船舶预估造价。由表1可见，对于同规格尺度船舶，由DP1级提高至DP2级，由于冗余设备、设施的增加，船舶造价增加约7%，但其定位可靠性发生质的飞跃；由DP2级提高至DP3级时，由于A60防火及水密物理分隔的增加，造价增加超过20%，其定位可靠性得到进一步提升。虽然DP3级动力定位船舶可通过优化动力定位系统冗余配置，而降低船舶造价。但对于同规格尺度船舶，由于各动力定位系统分组之间A60防火及水密分隔的增加势必导致船舶尺度较DP2级有所增加。究其原因可从动力定位系统配置优化的两方面说明：淤增加动力定位冗余分组数量，降低最大单点故障所损失功率，从而降低总装机功率。按此思路，同规格DP2级的冗余分组应是单组功率最低的冗余配置方案，但由于DP3级所需的A60防火及水密分隔需求，该DP3级船舶尺度势必较DP2级有所增加，从而导致动力定位所需的装机功率增加，相关的结构、机、电、舾装等工作量和工程施工难度大幅增加，船舶造价也随之大幅提升。于考虑A60防火及水密分隔的影响，优化减少动力定位系统冗余分组，从而优化配置方案。按此思路，当动力定位冗余组减少的情况下，为了满足动力定位船舶在最大单点故障情况下，仍能保持定位和艏向的能力，整船动力定位系统总装机功率势必较DP2级有所增加，加之动力定位冗余组之间增加A60防火及水密分隔，相关的结构、机、电、舾装等工作量和工程施工难度的增·234·InternalCombustionEngine&Parts
图3DP3级系统配置简图加，船舶造价势必较DP2级有所增加。总而言之，动力定位能力从DP2级提升至DP3级，无论如何优化配置方案，船舶造价大幅增加是必然趋势。由上述可见，从性能造价比来看，DP1级对于用于风险性较大的海洋工程的动力定位工程船而言意义不大。动力定位海洋工程船应至少具备DP2级能力。如何从目标海洋工程作业项目需求，以及投资经济效益方面进行分析，在DP2和DP3两个级别间做出合适的选择，是动力定位海洋工程船投资项目的关键。3主要海洋工程对动力定位船舶能力需求目前海洋工程主要有水上结构物吊装、水下结构物吊装、海底管线铺设、海底电缆铺设、潜水作业等。3.1水上结构物吊装目前海洋工程水上结构物吊装已普遍达到千吨以上。发生事故时，起重工程船一般无法及时安全释放被吊结构物。事故可能对被吊结构物自身，或周边设施、船舶、甚至起重船本身产生严重后果。因此，用于水上结构物吊装的动力定位工程船的可靠性要求较高。特别是在海况较复杂、恶劣的深水区域，DP3级动力定位级别将是首选。对于作业于海况较好海域的动力定位起重船，DP2级动力定位也可以接受。3.2水下结构物吊装由于水下结构物吊装不易观察，一旦发生失位，其后果难以预料，所以执行作业的动力定位工程船的定位功能必须十分可靠。DP3级动力定位是用于水下结构物吊装的海洋工程船的必要配置。3.3海底管线、电缆铺设动力定位工程船在进行海底管线、电缆铺设时，一旦发生船舶失位，一般可通过抛弃管线、电缆等方法暂停作业，从而减小对工程项目和船舶的危害，并在故障排除后再行恢复作业。相比于结构物吊装、潜水作业等，其对定位可靠性要求相对较低，一般DP2级动力定位可满足要求。3.4潜水作业潜水作业安全关系到水下潜水员的生命安全。根据国际海事承包商协会规范[3][4]和国际潜水协会规范[5]，用于潜水作业的动力定位工程船必须具备DP2级以上动力定位级别，以确保潜水员的生命安全。对于进行饱和潜水作业的动力定位船舶，因潜水作业深度大、技术复杂，潜水员救援更加繁杂、困难，对动力定位潜水工程船的可靠性要求更高。DP3级动力定位应是必须的。考虑到浅水区域空气潜水救援难度较低，相应的动力定位工程船的动力定位级别可相对较低。为船舶提高性价比，DP2级也可适用。4结论综上所述，在高风险的海洋工程中，动力定位工程船的可靠性尤为重要。从上述分析可见，出于可靠性考虑，动力定位海洋工程船的动力定位级别应不低于DP2级。而DP2、DP3级之间的选择，则应根据作业安全性的需要，并结合船舶性价比进行确定。根据文中论述，表2是对不同海洋工程作业中动力定位工程船的动力定位级别选择的总结，以供参考。表2不同海工作业动力定位级别选择参考表浅水深水水上结构物吊装水下结构物吊装海底管线、电缆铺设潜水作业DP2DP3DP2DP2（空气潜水）DP3DP3DP2DP3（饱和潜水）参考文献院[1]徐海祥，冯辉.船舶动力定位系统原理[M].国防出版社，2016-12-1.[2]GUIDELINESFORVESSELSWITHDYNAMICPOSITIONINGSYSTEMS，IMOMSC/Circ.645.[3]InternationalGuidelinesforTheSafeOperationofDynamicallyPositionedOffshoreSupplyVessels（国际海事承包商协会IMCA）.[4]Divingoperationsfromvesselsoperatingindynamicallypositionedmode（国际海事承包商协会IMCA）.[5]国际公认标准国际潜水协会规范（国际潜水承包商协会ADCI）.[6]郭佳.大数据在船舶与海洋工程行业的应用基础和展望[J].内燃机与配件，2017（19）：87-89.·235·
船舶动力定位系统的使用
船舶动力定位系统的使用国家海洋局北海分局陆会胜随着计算机的应用领域不断扩大，船舶动力定位系统，被逐渐广泛地应用在一些工程船和海洋调查船上。这些船舶在作业中对于保持船位的要求特别高。最近几年，在一些新造的港作船和大吨位的客滚船上也装有动力定位系统。本文以“大洋一号”为例介绍动力定位系统的使用。“大洋一号”远洋科学考察船于２００２年进行现代化增改装时，增加了一套动力定位系统，自２００３年开始，一直应用在海洋调查作业中。１“大洋一号”船动力定位系统简介动力定位系统由测量系统、控制系统和推进装置组成。控制系统接受测量系统发出的位置信息和环境力信息，通过计算机自动控制船上的各推进装置，对抗船舶受到的各种外力（风、流、浪和惯性），使船舶保持所希望的（固定的或变化的）位置和船首向。具备定点控位、水下目标跟踪与自动循迹航行能力。“大洋一号”船动力定位系统的控制系统是挪威Ｋｏｎｇｓｂｅｒｇ公司生产的，型号ＳＤＰ一１１型，设计指标是在风力不大于６级，海流不大于１ｋｎ时，利用广域差分全球卫星定位系统的定点控位精度不低于４０ｍ。为方便操作，本系统配有一个便携式手操终端和３个插座，可在驾驶室两舷或尾部控制室对动力定位系统实施手动控制。测量系统的功能是测量船的位置信息、运动信息和环境信息，并将信号输出至控制系统。由船上的下列测量设备组成：（１）风速风向仪，提供风速风向的数字信号；（２）激光惯性导航系统，其中ＰＨＩＮＳ提供数字航向信号，ｏＣＴＡＮＳ提供模拟量纵横摇信号；（３）超短基线水下声学定位系统；（４）广域差分全球定位系统（ＤＧＰＳ）。推进装置接受控制系统发出的指令，产生足够的推力和力矩以抵抗船舶受到的各种外力（风、流、浪和惯性），实现动力定位。“大洋一号”船的舵机和主推进装置一可变螺距桨均纳入动力定位系统，２台ＰＣ２—５Ｌ柴油机，并设有２台轴带发电机。主柴油机除了驱动可变螺距桨外，还需带动轴带发电机。主柴油机额定功率２５７２．５ｋＷ，轴带发电机额定功率１６００ｋＷ。另增设辅助推力装置：船首部设１台可伸缩全回转舵桨装置，最大推力１２５ｋＮ，输入功率７３５ｋＷ；尾部增设一台尾侧推装置，最大推力６５ｋＮ，输入功率５５０ｋＷ。２动力定位系统的作用船舶动力定位系统具有定点控位、水下目标跟踪与自动循迹航行能力。水下目标跟踪应用在水下机器人的作业过程中，自动循迹航行则是在高速航行时的一种控制方式，对于船舶的首尾侧推负荷要求不高。在实际应用中，定点控位功能适用的场合最为广泛。在几千米水深的大洋中进行海洋调查作业时，需要把调查设备悬挂在钢缆或铠装电缆的端部，停船向、＞，＞》ｂ＞，ｏ，ｏ’ｏ≯＞，＿＞７０，ｏ’ｏ’０７０＇ｏ’ｏ’ｏ＇ｏ．，０７０’ｏ’ｏ’ｏ’ｏ’ｏ’ｏ＿，ｏ＿，０９０’ｏ’ｏ’ｏ，ｏ’ｏ’ｏ＇ｏ，ｏ’０７０’ｏ’ｏ’ｏ，ｏ’ｏ’ｏ’ｏ’ｏ’ｏ，ｏ’０７和必要的。建议有关标准对ＶＤＲ记录ＡＩＳ数据进行规定，这样只要获得一船的ＶＤＲ回放数据，就可同时获得他船的有关数据，不仅可以很好地解决未安装记录设备的事故船舶的数据源问题，从而可以更有效地利用“基于航行记录数据的船舶碰撞过程仿真系统”进行碰撞事故分析【９】，而且也可以有助于有关部门，如ＶＴＳ、船公司，了解其他海事事故、附近船舶的航行动态和进行更有效的船舶管理。５结束语本文在分析了目前船舶碰撞分析的现状，结合ＡＩＳ的数据类型、数据更新率、安装期限等特点，提出了要求ＶＤＲ记录ＡＩＳ数据的建议。此外，本文是从ＶＤＲ的角度出发，建议对ＡＩＳ数据进行记录，也可以从ＡＩＳ角度出发进行研究，即ＡＩＳ发射数据信息可以从ＶＤＲ中进行读取，以实现ＶＤＲ与ＡＩＳ的完美结合。＊注：基金项目：上海市教育委员会科研项目（２００４０９７）参考文献１吴兆麟编．海上避碰与交通安全研究［Ｍ】．大连海事大学出版社，２００１２中华人民共和国海事局．１９７４年国际海上人命安全公约第Ｖ章航行安全及其相关导则【Ｍ】．大连海事大学，２００２３中国船级社．国际海事组织第７９届海上安全委员会情况介绍（上）【Ｚ】．中国船级社，２００４４国际海事组织．ＰｅｒｆｏｍａｎｃｅＳｔａｎｄａｒｄｓｆｏｒｓｈｉｐｂｏｍｅｖｏｙａｇｅｄａｔａｒｅｃｏｒｄｓ（ＶＤＲｓ）【ｓ】．国际海事组织，１９９７５陈宇里．孔凡郡．船舶“黑匣子”的最新发展及选用【Ｊ】．航海技术．２００５（４）６任松涛．浅谈船舶自动识别系统一ＡＩＳ【Ｊ】．浙江交通职业技术学院学报．２００２（３）７中国船级社．船舶自动识别系统检验指南（ＡＩＳ）【ｓ】．人民交通出版社，２００３８赵劲松．王逢辰等编．船舶避碰学原理［Ｍ】．大连海事大学出版社，１９９９９孔凡酆，胡勤友，陈宇里．基于ｖＤＲ回放数据的船舶碰撞过程仿真系统的设计［Ｊ】．中国航海．２００４（２）船舶动力定位系统的使用——陆会胜
海洋石油286船三级动力定位系统设计
海洋石油286船三级动力定位系统设计
刘喜传
【摘 要】从船舶动力定位的基本原理出发,以海洋石油286船为实例,简要介绍了动力定位系统的组成和三级动力定位系统电站配置的设计.
【期刊名称】《船舶设计通讯》
【年(卷),期】2012(000)001
【总页数】4页(P52-55)
【关键词】动力定位系统;单个故障;电站
【作 者】刘喜传
【作者单位】中国海洋石油总公司,北京100010
【正文语种】中 文
【中图分类】U674.38
0 前言
船舶在海洋中所受的外力主要是由风、浪、流等产生的。它们会造成船舶的横移、纵移、垂荡、首摇、横摇和纵摇。船舶动力定位系统即DP系统的基本功能是通过计算机自动或手动控制船上的各个推进器，对抗船舶受到的各种环境外力（风、浪、流和外部作用力等），使船舶保持所预定的位置和首向。随着海洋工程技术的发展，动力定位的应用也在扩大。采用动力定位系统，可使船舶与其他船舶保持相对位置不变、使船舶按预定的轨迹移位、按预定计划的航线以预定航速航行，从而实现船舶自动驾驶、对水下目标进行自动跟踪等功能。由于动力定位系统有定位精度高、提高船舶安全性能和作业安全、可以使船舶智能化、节省能源等优点，因此被广泛应用于大型海工装备上，在多用途工作船、科研调查船等船舶上也有较多的应用。
海洋石油286船是深水多功能水下工程船，能在深海恶劣海况下进行大型深水水下结构物安装、软管铺设、锚系处理和潜水支持作业，配置了三级动力定位系统，具有在风、浪、流的作用下无须借助锚泊系统而是利用自身的推力系统便可使船舶保持预定的位置和首向或者按照预定的轨迹运动，大大提高了船舶在恶劣海况下作业的可靠性、安全性和准确性。本文介绍了船舶动力定位系统的原理和组成，并从配电系统和电站管理等方面就海洋石油286船上三级动力定位系统电站的设计进行了阐述。
1 动力定位系统原理
图1 动力定位系统原理框图
典型的动力定位系统控制原理图如图1所示。动力定位船舶在海上所受的环境外力来自于风、浪、流等。在这些外力的作用下，船舶会产生位置、首向等状态的变化。这些状态的变化可以被动力定位系统的传感器系统探测到，如位置参照系统探测位置的变化，罗经系统探测首向的变化。这些信息传输到动力定位计算机系统。动力定位计算机系统首先计算出船舶的位置和首向的设定值与实际值之间的偏差数值，然后计算出消除这些偏差所需要的船舶推力器的推力，并向船舶的各个推力器发出控制信号，最优化地给每个推力器分配推力任务，以使实际值和设定值之间的偏差在作业允许的范畴内。风速和风向传感器探测船舶所在位置的风速和风向作为前馈输入至计算机系统，以提高系统的响应速度。动力定位系统可以控制船舶在三个自由度内的运动，即横移、纵移和首摇。
动力定位系统介绍
动力定位系统介绍
1、 动力定位系统的产生和发展
动力定位系统于上世纪70年代后期由美国海军研制成功，起初主要应用于潜水艇支持船、军用海底电缆铺设等作业。从上世纪80年代初开始，随着北海油田、墨西哥湾油田的大规模开发，动力定位系统被广泛应用于油田守护、平台避碰、水下工程施工、海底管线检修、水下机器人(ROV)跟踪等作业。尤其是90年代以来，随着海上勘探开发逐步向深水
(500m～1500m)和超深水(1500m以上)发展，几乎所有的深水钻井船、油田守护船都装备了动力定位系统。据初步估计，目前全世界装备动力定位系统的各类船只已超过1 000艘。
2、动力定位系统简述
海洋中的船舶因不可避免的受到风、波浪与水流产生的力的影响，船舶在这些环境外力的干扰作用下，将产生六个自由度(纵荡、横荡、升沉、纵摇、横摇、艏摇)运动，而对于定位船舶而言，需要控制的只是水平面内的三个运动，即纵荡(Surge)、横荡(Sway)和艏摇(Yaw)运动。
使用动力定位控制系统能够抵消那些作用在船体上不断变化的阻力，维持操作员指定的位置与航向，或者使船舶沿着需要的轨迹移动。
动力定位控制系统使用来自一个或多个电罗经的数据来控制船舶航向；至少使用一个位置参考系统（如DGPS或声纳）的数据来控制船舶位置，从而进行船舶定位。 风传感可以测量船舶受到的风阻力的大小和方向，但是海流力和波浪力不是测量出来的，而是由船舶数学模型计算得出。
动力定位中的船舶数学模型是由扩展卡尔曼滤波算法建立的，该算法用于估计船舶航向、位置以及在各个方向运动的自由度：纵荡，横荡与艏摇，它合并了估计海洋水流与波浪影响的算法。但是该数学模型是无法100％准确代表真正的船舶，因此根据位置参考系与传感器的测量值来不断修正该船舶数学模型，这是一个闭环控制过程。下图是动力定位系统的控制原理图：
动力定位系统可以检测与显示船舶的实际航向和位置与期望的航向和位置之间发生偏离的情况，控制器基于这些信息来控制船舶。
大洋一号_科学考察船动力定位系统的设计
“大洋一号”科学考察船动力定位系统的设计
何崇德研究员中国船舶重工集团公司第七〇一研究所上海分部［201102］
摘要船舶动力定位系统的应用近年在国外发展迅猛，在国内也引起了愈来愈多的关注。我国的“大洋一号”船于2002年增设了动力定位系统，成为达到国际先进水平的现代化远洋科学考察船。本文介绍了该船动力定位系统的设计要点，对于国内船舶动力定位系统的应用与发展有一定借鉴意义。关键词船舶科学考察船船舶设计动力定位中图分类号U675.9
年第卷第期!概述
“大洋一号”船是我国唯一的一艘专门从事国际
海底区域资源勘查研究开发的远洋科学考察船。该
船于2002年进行了高起点的增改装工程，大大提高
了全船的技术水平，成为达到国际先进水平的现代
化综合性科学考察船。增改装工程中最重要的内容
之一便是增设动力定位系统，以满足科学调查作业
的需要。
作为国内第一艘自行设计增设动力定位系统的
大型特种船舶，该船动力定位系统经历了论证、设
计、调试与试验，成功地达到了预定目标，技术指标
超过了预定要求。本文介绍了该系统设计要点，以
供国内同行参考。
"实船动力定位系统方案
1.1“大洋一号”船增设动力定位系统的要求
“大洋一号”船为双柴油主机带轴带发电机、单
轴、单调距桨、单舵的钢质船舶。其主要参数如下：
船长104.5m型宽16.0m型深10.2m满载排水量!5500t吃水!5.8m该船的主要任务是在北太平洋进行国际海底区
域资源勘察研究与开发，能搭载水下遥控潜器ROV与水下自主机器人AUV。此船增设动力定位系统
的要求是船舶能定点控位以便进行海底地层钻探等
海底作业，并能实现ROV跟踪以及循迹航行以便
进行走航式探测。
1.2定位能力的确定船舶动力定位能力应根据该船任务需要以及作
业海域条件来决定。根据统计资料，“大洋一号”船
主要作业海域的海流0!1.0kn出现概率为86.8%，
风力小于或等于7级的概率为98%。因此将动力
定位系统的定位能力确定为能抵抗1.0kn海流、7级风较为合理。这能保证该船动力定位系统在接近
海洋石油286船三级动力定位系统设计 2
第１期（总第１３０期） ２０１２年６月 船舶设计通讯 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＳＨＩＰ ＤＥＳＩＧＮ ＮＯ．１（ＳｅｆｉＭ ＮＯ．１３０） Ｊｕｎｅ ２０１２
海洋石油２８６船三级动力定位系统设计 刘喜传 （中国海洋石油总公司，北京１０００１０） ［摘 要］从船舶动力定位的基本原理出发，以海洋石油２８６船为实例，简要介绍了动力定位系统的组成和三级动力 定位系统电站配置的设计。 ［关键词］动力定位系统；单个故障；电站 ［中图分类号］Ｕ６７４．３８ ［文献标志码］Ａ ［文章编号］１００１—４６２４（２０１２）０１—００５２—０４ Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ３ Ｃｌａｓｓ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ Ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ ＨＡＩＹＡＮＧＳＨＩＹｏＵ ２８６ Ｌｉｕ Ｘｉ－ｃｈｕａｎ （Ｃｈｉｎａ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｏｆｆｓｈｏｒｅ Ｏｉｌ Ｃｏｒｐ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００１０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｐｈｉｌｏｓｏｐｈｙ ｏｆ ｄｙｎａｍｉｃ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ３ ｃｌａｓｓ ｄｙｎａｍｉｃ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ＨＡＩＹＡＮＧＳＨＩＹＯＵ ２８６． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｙｎａｍｉｃ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ；ｓｉｎｇｌｅ ｆａｕｌｔ；ｐｏｗｅｒ ｐｌａｎｔ Ｕ 刖置 船舶在海洋中所受的外力主要是由风、浪、流等 产生的。它们会造成船舶的横移、纵移、垂荡、首摇、 横摇和纵摇。船舶动力定位系统即ＤＰ系统的基本 功能是通过计算机自动或手动控制船上的各个推进 器，对抗船舶受到的各种环境外力（风、浪、流和外部 作用力等），使船舶保持所预定的位置和首向。随着 海洋工程技术的发展．动力定位的应用也在扩大。 采用动力定位系统，可使船舶与其他船舶保持相对 位置不变、使船舶按预定的轨迹移位、按预定计划的 航线以预定航速航行，从而实现船舶自动驾驶、对水 下目标进行自动跟踪等功能。由于动力定位系统有 定位精度高、提高船舶安全性能和作业安全、可以使 船舶智能化、节省能源等优点，因此被广泛应用于大 型海工装备上．在多用途工作船、科研调查船等船舶 上也有较多的应用。 海洋石油２８６船是深水多功能水下工程船，能 在深海恶劣海况下进行大型深水水下结构物安装、 软管铺设、锚系处理和潜水支持作业，配置了三级动 力定位系统，具有在风、浪、流的作用下无须借助锚 泊系统而是利用自身的推力系统便可使船舶保持预 定的位置和首向或者按照预定的轨迹运动，大大提 高了船舶在恶劣海况下作业的可靠性、安全性和准 确性。本文介绍了船舶动力定位系统的原理和组成， 并从配电系统和电站管理等方面就海洋石油２８６船 上三级动力定位系统电站的设计进行了阐述。 １ 动力定位系统原理 典型的动力定位系统控制原理图如图１所示。 动力定位船舶在海上所受的环境外力来自于风、浪、 流等。在这些外力的作用下，船舶会产生位置、首向 等状态的变化。这些状态的变化可以被动力定位系 统的传感器系统探测到，如位置参照系统探测位置 ［收稿日期】２０１２—０６—２５ 【作者简介】刘喜传（１９５４一），男，高级经济师，长期从事海洋工程船舶建造管理工作。
IMO动力定位系统规范介绍
４９卷增刊２２００８年１１月中国造船ＳＨＩＰＢＵＩＬＤＩＮＧＯＦＣＨｒＮＡＶ０１．４９Ｓｐｅｃｉａｌ２ＮＯＶ．２００８
文章编号：１０００－４８８２（２００８）￥２—６２４—０４
ＩＭ０动力定位系统规范介绍
耿焘
（海洋石油工程股份有限公司，天津３００４５２）
摘要
介绍目前国际上权威的国际海事组织的动力定位系统的规范．
关键词：动力定位；国际海事组织；规范
１引言
动力定位系统（ＤｙｎａｍｉｃＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｓｙｓｔｅｍ）是伴随着海洋石油工程开发技术的发展而产生的。
海上油田的开发起源于里海。１８世纪，在巴库附近距离海岸线３０ｍ的海域发现石油。１９世纪，
在里海开采出第一个油井。随着海洋石油油气开发的深入，在更深水域的油气田逐渐被发现，４００ｍ
水深的油气田开发被提上日程。采用原有的锚系作为工程船舶和海上装置在海中系泊固定的方式从技
术上无法实现，从成本上也过于昂贵。于是，动力定位的概念和系统诞生了。
自上个世纪６０年代开始，国外尤其伴随着欧洲北海海上油田的开发，众多船级社和国际组织对
ＤＰ系统的规范进行了研究，出台了众多的规范。这其中，国际海事组织（ＩＭＯ）集众家之大成，于１９９４年出台了ＭＳＣ／Ｃｉｒｃ．６４５｛ＧＵＩＤＥＬＩＮＥＳＦＯＲＶＥＳＳＥＬＳＷＩＴＨＤＹＮＡＭＩＣＰＯＳＩＴＩＯＮＩＮＧＳＹＳＴＥＭＳ）），这在国
际动力定位系统的历史上是个里程碑。
本文从１９９４年版本的ＩＭＯ规范出发，根据这些年来管理动力定位船舶的经验，从动力定位系统
设计冗余原理、不同级别的设备配套等方面，对该规范作分析和阐述。
２ＩＭＯ的相关定义
２．１动力定位船舶
国际海事组织（ＩＭＯ）对动力定位船舶（Ｄｙｎａｍｉｃｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｖｅｓｓｅｌ）的定义如下：
动力定位船意味着：该船舶或装置可以自动保持自己的位置，也就是通过推进器施加的力，保持固定的位置，或沿着预先设定的移动轨迹移动。
２．２动力定位系统
国际海事组织（ＩＭＯ）对动力定位系统（Ｄｙｎａｍｉｃｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｓｙｓｔｅｍ）的定义如下：
船舶动力定位系统的总体设计
船舶动力定位系统的总体设计
摘要：现如今，伴随着世界人口的急速增长，能源紧缺的问题正在变得越来越尖锐，这样的问题也引起了世界各国的广泛关注。海洋领域的资源非常丰富，而且目前开发的程度并不高，这让越来越多的国家把目光投入到海洋资源开发之中，特别是深海资源开发上面。而由于动力定位技术在深海开发上所起到的关键作用，现在已经成为近年来海洋开发最为热门的研究课题之一。
关键词：船舶动力，定位系统，设计探究
1前言
随着当前船舶与海洋工程的不断开发和快速发展，动力定位系统已然广泛应用于多种船舶和海洋平台上，并在其中发挥了重要的作用。
所谓动力定位系统，即是指船舶在不借助锚泊系统的作用下，通过测量系统不断检测船舶的实际位置与目标位置之间出现的偏差，再根据风、浪、流等海洋环境干扰的影响，计算出使船舶恢复到目标位置所需要的推力和力矩的大小，并对安装在船舶上的各推力器进行推力分配，进而使其产生相应的推力和推力矩来抵抗外界环境的干扰，使船舶保持在海面上某设定的目标位置，以顺利完成海面作业。这样的一种闭环控制系统，即为船舶动力定位系统。
与传统锚泊系统相比，动力定位系统具有定位成本不会随着水深的增加而增加的优点，而且这一系统的机动性强、定位精度高、操纵也比较简单。近年来，随着船舶与海洋工程的不断发展，动力定位系统也被广泛地应用到各类海面作业船舶。例如救助船、钻井平台、采矿船、海洋考察船、海底管道和电缆铺设的工作船等等。它们在进行海面及潜水作业时，都需要用到动力定位系统，也就是按照预定的目的、预定位置对船舶进行精确的定位控制。
2 船舶动力定位系统的总体设计
2.1船舶动力控制系统 控制系统：由自动控制系统和联合操纵杆控制系统（IJ）构成，包括带自动与手动控制功能相互热冗余的 DP-A/DP-B 操作站、带自动定向、手动控制功 能的 IJ 操作站、DP-A 控制单元、DP-B 控制单元、IJ 控制单元、便携式控制面板、不间断电源（UPS）和 报警打印机等等，详见图 1。控制系统对位置参考与传感器系统传输过来的信息进行滤波处理后，连同由功率管理系统（PMS）发送过来的发电机功率、断路器状态等数据进行软件综合计算与最优化决策，将控制船舶姿态所需要的推力指令通过 IO 单元传输给各推进器。
“海洋石油295”号管道挖沟动力定位工程船
95船型推介2018年·第2期·总第172期
“海洋石油２９５”号管道挖沟动力定位工程船DOI:10.19423/ki.31-1561/u.2018.02.095
“海洋石油295”号是由中国船舶与海洋工程设计研究院（MARIC）完全自主开发设计，中船黄埔文冲船舶有限公司承制，为海洋石油工程股份有限公司精细打造的管道挖沟动力定位工程船。该船采用全电力推进系统，配备DP2级动力定位系统，可配置自行式挖沟机、浅水射流挖沟机和深水挖沟机等世界主流管道挖沟设备，主要用于中国渤海及东海海域海底管道挖沟、膨胀弯安装、清管试压、应急抢修、潜水作业、ROV支持、海底电缆敷设等作业。“海洋石油295”号是海油工程“十三五”期间重点投资项目之一，是国内首艘自主设计建造的管道挖沟动力定位工程船，2017年11月投入使用，填补了国内专业管道挖沟工程船舶的空白，进一步提升了海管铺设的综合能力。该船主要尺寸及参数见表1。“海洋石油295”号采用综合电力系统，配有4台2400kW主柴油发电机组，驱动尾部2台2500kW全回转推进器和首部3台800kW隧图1 “海洋石油295”号表１ “海洋石油２９５”号主要尺度及参数总长/m95.01型宽/m22.60型深/m8.60设计吃水/m6.20最大航速/kn14.7主甲板面积/m2900甲板载荷/（t·m-2）10定员/人90载重量/t3818续航力/nmile12000
船级符号★CSAOffshoreEngineeringSupportShip，SPS，IceClassB，PSPC(B)，LiftingAppliance，In-WaterSurvey，ERS，HelicopterFacilities★CSMAUT-0，DP-2，ElectricalPropulsionSystem，Clean，FTP，BWMS，BWMP，COMF（NOISE3），COMF(VIB3)“海洋石油295”号管道挖沟动力定位工程船
船舶动力定位系统在海洋工程中的应用
标准与实践 ＳＴＡＮＤＡＲＤＳ＆ＰＲＡＣＴｌＣＥ
船舶动力定位系统在海 洋工程中的应用 沈锦康 （中国石化集团上海海洋石油局，上海２００１２０） 提要：围绕ＤｙｎａｍｉＣ ＰｏｓｉｔｉＯｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ（ＤＰ）船舶动力定位系统的基 本组成、基本原理、操作模式、系统功能、能力分析等介绍，来说明了该 系统在海洋工程中的应用。 关键词：ＤＰ应用 Ｉ１、刖舌 ｌ １．１当前的金融危机并未改变各国 ｆ对能源需求增长的长期趋势，随着全 球油气需求的快速增长和陆上油气资 源日渐减少，海洋油气资源无论对世 界石油工业，还是对未来世界经济的 发展，都具有非常重要的意义。世界 海洋蕴藏着极其丰富的油气资源，海 洋中的大陆架和大陆坡是海洋沉淀物 堆积的区域，据地质学家估计，那里 至少蕴藏着全球３０００亿吨石油储量的 一半以上。目前，全世界有将近ｌｏ０个 国家正在水深不足２０００米的近海水域 进行普查和钻探。在已发现的大量油 气田中，仅大陆架的油气田就有近 ２０００个。专家指出，随着海上石油勘 探技术的不断改进，世界石油生产的 重心将不断移向深水海域，那里将是 未来获取油气资源的主战场。 世界各国对石油天然气资源的争夺 重点已从陆地转向了海洋，海洋油气勘 探正由浅海向深海过渡，要求与之配套 的海洋平台工作船逐步往大型化、规模 化方向发展，以适应不同水深条件的作 业海况，切实提升海洋石油勘探开发的 能力和保证平台作业安全，全面强化海 洋石油钻井平台的远距离拖带、供应和 守护、环境保护、及恶劣海况条件下的 救助和应变能力。 １．２深海区域作业（水深１０００米以 上），海况更为恶劣，作业难度、作 业风险更大，常规性的海洋平台工作 船因不配备船舶自动动力定位（ＤＰ） 系统，船舶操纵和机动性能差，从而 无法确保平台海上作业的连续性、高 效性、可靠性和安全性，不能有效控 制风险和降低作业成本。配备ＤＰ系统 的船舶能依靠自身推进器推力来自动 保持船位和艏向，即使在恶劣海况下， 该船也能稳住船位，做到安全靠离平 台，完成平台的各种海上作业任务， 并大大地加强了平台以及船舶的安全 应急保障能力。 ２、ＤＰ系统介绍 动力定位（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ， ＤＰ）是一项快速发展的技术，因２Ｏ世纪 ６Ｏ一７０年代初石油和天然气开采业的迅速 发展而来，Ｎ７ｏ年代末，ＤＰ已成为一项完 善成熟的技术。 ２．１、ＤＰ系统的组成和原理 ２．１．１ ＤＰ系统基本框图 ＤＰ船舶指只靠自身推进器推力来 自动保持船位和艏向的船舶。ＤＰ系统 是一个计算机化的船舶自动定位和艏 向控制系统，它使用来自电罗径的艏向 ６０船舶标准化工程师２０１ ０／
动力定位的名词解释
动力定位的名词解释
动力定位是一种技术手段，通过使用推进系统组合和姿态控制系统，使船舶、深潜器或无人潜水器能够在海洋中精确地定位并保持合适的位置。它是一项关键的海洋工程技术，广泛应用在海洋科研、海洋石油勘探、海底管道铺设、海底救援等领域，为人类在海洋环境中开展各种活动提供了重要的支持。
一、动力定位的基本原理
动力定位的基本原理是通过利用船舶或潜水器上的推进系统和姿态控制系统，根据外部环境的变化实时调整，以保持船舶或潜水器的位置和方向稳定。
推进系统能控制船舶或潜水器的位置和运动速度，常用的推进系统包括船舶的推进螺旋桨和潜水器的水动力推进器。当环境变化导致船舶或潜水器偏离目标位置时，推进系统会相应地调整船舶或潜水器的推进力，使其回到目标位置。
姿态控制系统用于控制船舶或潜水器的姿态，包括船舶的舵机和潜水器的姿态控制锚。当环境变化导致船舶或潜水器产生偏航、横倾或纵倾等姿态变化时，姿态控制系统会相应地通过调整舵角或改变锚点位置来保持船舶或潜水器的稳定姿态。
二、动力定位的关键技术
1. 定位系统
动力定位依赖于先进的定位系统来获取船舶或潜水器的当前位置信息。常用的定位系统包括全球定位系统（GPS）、惯性导航系统（INS）、声纳测距系统和激光测距系统等。借助这些系统，船舶或潜水器可以获取准确的位置信息，并通过与目标位置进行比对，实现精确的定位和控制。
2. 船舶或潜水器的动力系统 动力定位需要可靠、高效的动力系统来提供推进力。船舶常使用内燃机、电动机或涡轮机等推进设备，而潜水器则通常采用水动力推进器。这些动力系统能够根据实时的环境变化，精确地调整推进力，使船舶或潜水器能够保持目标位置的稳定性。
3. 自适应控制算法
自适应控制算法是动力定位的核心技术之一。通过传感器监测环境变化和目标位置信息，控制算法可以实时调整推进系统和姿态控制系统，以实现船舶或潜水器的精确定位。自适应控制算法能够根据环境的复杂性和实时需求，快速响应并调整系统参数，以适应不同情况下的定位需求。