Система динамического позиционирования судна что это такое
Система динамического позиционирования судна что это такое
Что такое система Динамического Позиционирования (ДП система)? 
Евгений Богаченко 8 15462
Что такое ДП система?
Система Динамического Позиционирования это интегрированная система управления судном, спроектированная удерживать позицию и курс судна на автоматическом уровне, с высоким процентом точности, вблизи морских навигационных опасностей без использования якорей или швартовных концов, используя лишь судовые движители и средства активного управления (подруливающие устройства).
Математическая модель содержит не только статические данные, но и адаптивную функцию. Можно провести аналогию с управлением судна вручную. Также как и опытному рулевому необходимо приблизительно 5 минут на то, что бы почувствовать судно, так и ДП системе необходимо около 30 минут для полной адаптации к условиям окружающей среды и манёвренным характеристикам судна. В последствии этого периода, система будет адаптироваться к любому изменению условий окружающей среды и характеристик судна, как рулевой приспосабливается к состоянию моря. Эти 30 минут адаптации, должны всегда учитываться при запуске ДП системы, её использовании в определённых условиях и при определённых операциях.
Составляющие ДП системы.
Система ДП состоит из следующих элементов:
1. Системы питания, состоящей из:
2. Движительно-подруливающего комплекса (включает в себя систему контроля движками и подрулями).
3. Вспомогательных систем (Систем ориентирования), их можно разделить на 3 вида:
4. Элемента контроля самой системой, состоящего из Операционного компьютера, Операционной консоли, и, собственно, самого ДП Оператора
Основы и Принцип работы ДП системы
Как уже упоминалось, ДП представляет собой ряд элементов связанных при помощи Локальной Сети во главе с Центральным компьютером. Система контролируется и оперируются при помощи ДП консоли, состоящей из Монитора, контрольной раскладки клавиш и джойстика. ДП консоль располагается в месте, имеющем, лучший обзор окружающего пространства, как правило, это навигационный мостик, либо штурманская рубка. Большинство современных ДП используют WINDOWS как операционную систему, что облегчает работу ДПО, если он ознакомлен с принципами работы этой ОС.
Главным составляющим качественной работы ДП системы является ОПЕРАТОР! Крайне необходимо, что бы ДП оператор был компетентен и мог выполнять маневрирование судном как в режиме ДП, так и на ручном управлении, что в случаи аварийной ситуации может сыграть решающую роль.
Для того, что бы иметь возможность контролировать изменяющиеся функции, необходимо иметь непрерывную возможность качественно измерять разницу показаний. Необходимо, что бы система имела высококачественные показания позиции и курса. Для этого ДП система снабжается высокоточными компасами и разнообразными системами ориентирования.
Системы ориентирования так же являются неотъемлемой частью ДП системы, так как снабжают её значениями позиции судна. В случаи ДП точность позиционирования должна быть гораздо выше, чем в обычной навигации, так как зачастую ДП суда работают на пределе границы риска, что значительно сокращает право и возможность на ошибку. Даже высокоточные системы ориентации как DGPS дают точность 1-2 м, что зачастую бывает недостаточно, так как некоторые оффшорные операции требуют точность выше 1го метра. Для того чтобы достичь более высокой точности используют одновременно несколько систем ориентации, желательно, работающих на разных физических принципах.
Системы ориентации это независимые единицы Навигационного оборудования судна, соединены с ДП системой под средством локальной сети и с выводом показаний на ДП монитор на ДП консоли. Как уже упоминалось, в основе их работы могут лежать разные принципы. Они могут быть: спутниковые (DGPS), лазерно-оптические (Fanbeam,CyScan), радиоволновые (Artemis, Radius, Radascan), акустические, или электромеханические (Taut Wire). Чем больше систем ориентации подсоединено к ДП системе, тем точнее будет показание и предсказание местоположения судна. ДП система имеет свойство автоматически выбирать наиболее точные 2-3 показания, из всех имеющихся, и на их основе делать вычисления.
Для полного и точного анализа окружающей среды системе ДП необходимы показания системы датчиков и сенсоров. ДП контроллерам необходимо постоянные и точные показания углов бортовой и продольной качки. Эти значения предоставляются, так званным, Motion Reference Unit (MRU), Встроенным Датчиком Движения. Он предоставляет информацию не только по качке, а также и вертикальному смещению судна относительно ватерлинии, что играет очень важную роль в обработке и корректировки информации главным процессором, получаемой от акустических вспомогательных систем ориентации, или таких как Taut Wire. Так же все эти три показания необходимы для избегания принятия качки за смещение судна.
Ещё одним фактором окружающей среды, влияющим на позиционирование судна является течение. Но получить значение течения с помощью каких-либо навигационных приборов практически невозможно, поэтому течение просчитывается главным процессором на основе полученных данных, методом исключения. Это осуществляется после исключения всех действующих на судно сил, и счисления невязки между просчитываемой позицией и обсервованной. Но ДПО должен осознавать, что просчитанный с помощью ДП системы вектор течения, является лишь остаточной силой, действующей на судно, после исключения всех остальных известных факторов! И принятое за течение отклонение судна, может оказаться остаточным движением от ВРШ или ВРК, не учитываемое ДП системой, либо погрешность в работе Анемометров. В Динамическом позиционировании это движущую силу принято называть «ДП течением»: то есть, течением рассчитанным ДП системой!
Такое вот краткое описание основных принципов и составляющих ДП систем.
Система динамического позиционирования судов
Применение системы динамического позиционирования (СДП; система ДП) в морском флоте растет, и теперь различные типы судов оборудуются системами ДП для улучшения контроля и управления судами в море. Хотя суда с динамическим позиционированием обычно используются для операций на шельфе, многие современные грузовые и пассажирские суда также оснащаются системами ДП.
Система Динамического Позиционирования это интегрированная система управления судном, спроектированная удерживать позицию и курс судна на автоматическом уровне, с высоким процентом точности, вблизи морских навигационных опасностей без использования якорей или швартовных концов, используя лишь судовые движители и средства активного управления (подруливающие устройства).
Математическая модель содержит не только статические данные, но и адаптивную функцию. Можно провести аналогию с управлением судна вручную. Также как и опытному рулевому необходимо приблизительно 5 минут на то, что бы почувствовать судно, так и ДП системе необходимо около 30 минут для полной адаптации к условиям окружающей среды и манёвренным характеристикам судна. В последствии этого периода, система будет адаптироваться к любому изменению условий окружающей среды и характеристик судна, как рулевой приспосабливается к состоянию моря. Эти 30 минут адаптации, должны всегда учитываться при запуске ДП системы, её использовании в определённых условиях и при определённых операциях.
Система ДП состоит из следующих элементов:
Ниже перечислены некоторые основные типы судов, обеспеченные, в настоящее время, системами ДП
Судно снабжения платформ (PSV) / оффшорное судно снабжения (OSV)
Суда обеспечения водолазных работ (DSV) и суда обеспечения подводных аппаратов с дистанционным управлением (ROV)
Суда с буровой установкой
Для проведения буровых работ на мелководье и на глубине, для судна жизненно важно сохранять свое место (удерживать своё положение с точностью в пределах 1 метра) над нефтяной/газовой скважиной, чтобы трубопровод (стояк), соединяющий судно со скважиной находился почти в прямом и вертикальном положении. Поэтому, суда с буровой установкой оснащены системами динамического позиционирования. Наклон нижней части главного стояка постоянно контролируется и поддерживается точно на заданном уровне, чтобы избежать нежелательных разъединений. В настоящее время, буровые суда с ДП спроектированы таким образом, чтобы работать на глубинах до 3000 м и больше с помощью высокотехнологичных дифференциальных глобальных систем позиционирования (DGPS) и акустических систем подводного позиционирования на основе длинной базы (LBL), входящих в модуль ДП.
Современные оптико-волоконные кабели, используемые для соединения всего мира через Интернет, являются более хрупкими, чем использовавшиеся прежде более толстые традиционные кабели. Поэтому, у них больше ограничений по нагрузке и перегибам. Во избежание нанесения серьёзных повреждений этим кабелям, сейчас является обычной практикой использование судов с ДП для работ по укладке и ремонту кабелей. На большинстве современных судов-кабелеукладчиков установлены системы ДП.
Суда-трубоукладчики
Многие операции по укладке труб выполняются баржами или судами-трубоукладчиками, оснащенными системой ДП. Суда-трубоукладчики используют различные способы укладки трубопровода. К таким основным способам относятся способы укладки трубопроводов методом S-Lay, J-Lay и Reel-Lay. Каждый из этих методов имеет свои особенности.
Дноуглубительные суда
В настоящее время большинство дноуглубительных судов нового поколения используют методы ДП для безопасного и точного выполнения операций по дноуглублению вдоль аналогичных путей. Поскольку эти пути должны находиться близко друг к другу без существенных наложений, высокий уровень точности при дноуглубительных работах в узкостях достигается с помощью применения системы ДП.
Кран-баржа или судно-кран (плавкраны)
Кран-баржи или суда-краны помогают в операциях по монтажу и демонтажу в отраслях, связанных с нефтью и газом. Эти типы судов используются также в спасательных операциях или в операциях по удалению затонувших судов. Многие кран-баржи и строительные суда, в настоящее время, оснащены системами ДП.
Суда для насыпания каменной наброски
Суда для насыпания каменной наброски используются для укладки каменной наброски (измельченной породы) на морском дне настолько точно и безопасно, насколько возможно, чтобы обеспечить защиту трубопроводам. Поэтому, эти суда оснащены системами ДП, позволяющими хорошо контролировать путь и скорость, чтобы обеспечить ровное распределение породы вдоль запланированной трассы. Этот тип судов также полезен в обеспечении достаточно защиты против рисков эрозии, вызванной приливами и отливами, которая случается в районах течений при высоких приливах.
Пассажирские суда
Современные пассажирские суда имеют небольшую осадку, чтобы получить безопасный доступ к большему количеству мест для посещения во время круизов, и спроектированы таким образом, чтобы быть способными перевозить больше пассажиров, чем когда-либо ранее, даже при большей высоте надводного борта. Эта комбинация малой осадки и высокого надводного борта может привести к многочисленным проблемам при управлении судном в местах с ограниченным местом для швартовки. В этих случаях система ДП позволяет этим рукотворным роскошным плавучим отелям маневрировать, швартоваться и даже становиться на якорь гораздо более безопасно для экипажа и пассажиров.
Полупогружные суда для перевозки тяжеловесных грузов
Суда, способные перевозить тяжеловесное оборудование в самые отдаленные места, часто будут испытывать трудности при погрузке и выгрузке своих грузов. Некоторые из этих судов являются однокорпусными или полупогружными, и могут погружаться до погрузочной осадки, позволяя, таким образом, «заплывать» грузу на борт. Типичным примером такого груза может быть буровая установка, которую необходимо перевезти на большое расстояние. Система ДП, установленная на таких судах, может быть использована для удержания положения судна во время погрузочных и разгрузочных операций.
Передвижные морские буровые установки / суда (MODU)
Применение системы ДП, в этом случае, является единственным выбором при работе на глубоководных шельфовых месторождениях. Системы ДП всё чаще используются для определения положения буровых установок перед закреплением их на якорях даже в менее глубоких водах. Системы ДП позволяют сберечь много времени, особенно при краткосрочном бурении.
Челночный танкер
Челночный танкер, как можно предположить из его названия, это судно, предназначенное для перевозки нефти или газа с морского нефтяного месторождения в любое место, где они могут потребоваться. Эти танкеры очень современны и хорошо оснащены оборудованием для погрузки и выгрузки, совместимым с инфраструктурами нефтяных месторождений. Выдерживание положения судов в течение более длительного времени обычно выполняется с помощью систем динамического позиционирования и производится в отношении расположения сооружений или плавучих установок нефтедобычи, хранения и выгрузки (FPSO). Многократно продублированные системы безопасности обеспечивают безопасное обращение с потенциально горючими нефтью и природным газом.
Плавучие установки для добычи, хранения и выгрузки или суда FPSO
Плавучая установка для добычи, хранения и выгрузки – это судно, используемое, в основном, в индустрии шельфовой добычи нефти и газа для обработки и хранения нефти и газа. Суда FPSO спроектированы для получения нефти и газа с находящихся рядом платформ или подводных структур, их обработки и хранения до момента, когда эти нефть или газ смогут быть отгружены на морской танкер или перекачаны по трубопроводу. Суда FPSO, обычно, представляют собой реконструированные нефтяные или газовые танкеры, или это могут быть суда, специально построенные для такого использования и применения. Судно, используемое только для целей хранения нефти, называется плавучее нефтехранилище (FSU).
Военные корабли и операции
Несколько передовых государств успешно используют системы ДП в своём военном флоте, береговой охране и вспомогательном флоте. Суда, используемые в море, – для противоминной борьбы, морских десантов, спасения подводных лодок и борьбы с загрязнением – все являются хорошим примером судов, оборудованных системами ДП.
LiveInternetLiveInternet
—Поиск по дневнику
—Подписка по e-mail
—Статистика
Динамическое позиционирование
Что такое ДП система?
Система Динамического Позиционирования это интегрированная система управления судном, спроектированная удерживать позицию и курс судна на автоматическом уровне, с высоким процентом точности, вблизи морских навигационных опасностей без использования якорей или швартовных концов, используя лишь судовые движители и средства активного управления (подруливающие устройства).
Математическая модель содержит не только статические данные, но и адаптивную функцию. Можно провести аналогию с управлением судна вручную. Также как и опытному рулевому необходимо приблизительно 5 минут на то, что бы почувствовать судно, так и ДП системе необходимо около 30 минут для полной адаптации к условиям окружающей среды и манёвренным характеристикам судна. В последствии этого периода, система будет адаптироваться к любому изменению условий окружающей среды и характеристик судна, как рулевой приспосабливается к состоянию моря. Эти 30 минут адаптации, должны всегда учитываться при запуске ДП системы, её использовании в определённых условиях и при определённых операциях.
Составляющие ДП системы.
Система ДП состоит из следующих элементов:
1. Системы питания, состоящей из:
2. Движительно-подруливающего комплекса (включает в себя систему контроля движками и подрулями).
3. Вспомогательных систем (Систем ориентирования), их можно разделить на 3 вида:
4. Элемента контроля самой системой, состоящего из Операционного компьютера, Операционной консоли, и, собственно, самого ДП Оператора
Основы и Принцип работы ДП системы
Как уже упоминалось, ДП представляет собой ряд элементов связанных при помощи Локальной Сети во главе с Центральным компьютером. Система контролируется и оперируются при помощи ДП консоли, состоящей из Монитора, контрольной раскладки клавиш и джойстика. ДП консоль располагается в месте, имеющем, лучший обзор окружающего пространства, как правило, это навигационный мостик, либо штурманская рубка. Большинство современных ДП используют WINDOWS как операционную систему, что облегчает работу ДПО, если он ознакомлен с принципами работы этой ОС.
Главным составляющим качественной работы ДП системы является ОПЕРАТОР! Крайне необходимо, что бы ДП оператор был компетентен и мог выполнять маневрирование судном как в режиме ДП, так и на ручном управлении, что в случаи аварийной ситуации может сыграть решающую роль.
Для того, что бы иметь возможность контролировать изменяющиеся функции, необходимо иметь непрерывную возможность качественно измерять разницу показаний. Необходимо, что бы система имела высококачественные показания позиции и курса. Для этого ДП система снабжается высокоточными компасами и разнообразными системами ориентирования.
Системы ориентирования так же являются неотъемлемой частью ДП системы, так как снабжают её значениями позиции судна. В случаи ДП точность позиционирования должна быть гораздо выше, чем в обычной навигации, так как зачастую ДП суда работают на пределе границы риска, что значительно сокращает право и возможность на ошибку. Даже высокоточные системы ориентации как DGPS дают точность 1-2 м, что зачастую бывает недостаточно, так как некоторые оффшорные операции требуют точность выше 1го метра. Для того чтобы достичь более высокой точности используют одновременно несколько систем ориентации, желательно, работающих на разных физических принципах.
Системы ориентации это независимые единицы Навигационного оборудования судна, соединены с ДП системой под средством локальной сети и с выводом показаний на ДП монитор на ДП консоли. Как уже упоминалось, в основе их работы могут лежать разные принципы. Они могут быть: спутниковые (DGPS), лазерно-оптические (Fanbeam,CyScan), радиоволновые (Artemis, Radius, Radascan), акустические, или электромеханические (Taut Wire). Чем больше систем ориентации подсоединено к ДП системе, тем точнее будет показание и предсказание местоположения судна. ДП система имеет свойство автоматически выбирать наиболее точные 2-3 показания, из всех имеющихся, и на их основе делать вычисления.
Для полного и точного анализа окружающей среды системе ДП необходимы показания системы датчиков и сенсоров. ДП контроллерам необходимо постоянные и точные показания углов бортовой и продольной качки. Эти значения предоставляются, так званным, Motion Reference Unit (MRU), Встроенным Датчиком Движения. Он предоставляет информацию не только по качке, а также и вертикальному смещению судна относительно ватерлинии, что играет очень важную роль в обработке и корректировки информации главным процессором, получаемой от акустических вспомогательных систем ориентации, или таких как Taut Wire. Так же все эти три показания необходимы для избегания принятия качки за смещение судна.
Ещё одним фактором окружающей среды, влияющим на позиционирование судна является течение. Но получить значение течения с помощью каких-либо навигационных приборов практически невозможно, поэтому течение просчитывается главным процессором на основе полученных данных, методом исключения. Это осуществляется после исключения всех действующих на судно сил, и счисления невязки между просчитываемой позицией и обсервованной. Но ДПО должен осознавать, что просчитанный с помощью ДП системы вектор течения, является лишь остаточной силой, действующей на судно, после исключения всех остальных известных факторов! И принятое за течение отклонение судна, может оказаться остаточным движением от ВРШ или ВРК, не учитываемое ДП системой, либо погрешность в работе Анемометров. В Динамическом позиционировании это движущую силу принято называть «ДП течением»: то есть, течением рассчитанным ДП системой!
Системы динамического позиционирования: новые задачи и тенденции развития
 |
Буровое судно или буровая платформа оборудовались системой ДП в помощь якорным системам удержания, а затем, с переходом на все большие глубины бурения, ДП стало единственным средством удержания судна (платформы) в точке. Система ДП здесь используется для удержания и перемещения судна таким образом, чтобы буровая колонна имела требуемую конфигурацию. Кроме того, применяется автоматическое управление курсом, обеспечивающее минимизацию воздействия на судно возмущающих воздействий: течения, ветра и волн.
Кроме нефтяной индустрии, развитию ДП судов способствовал и ряд других отраслей. Интенсивное развитие телекоммуникационной отрасли и интернета породило потребность в судах для прокладки легких сигнальных (оптоволоконных) кабелей. Появление морской ветроэнергетики привело к созданию кабелеукладчиков тяжелых силовых кабелей.
При ремонте кабеля используется большее число ДП режимов, в том числе при поиске обрыва – сопровождение судном телеуправляемого подводного аппарата (ROV), а также позиционирование в точке при подъеме кабеля на борт для ремонта.
В режиме ДП винты работают враздрай для создания нулевой продольной управляющей силы. ДП винты, будучи спроектированными для работы на максимальной скорости, оказываются «тяжелыми», что приводит к перегрузке двигателей уже на 50% от максимальных оборотов. Проблему можно решить либо использованием ВРШ, что существенно увеличивает стоимость судна, либо установкой двухступенчатого редуктора с использованием пониженной передачи в режимах ДП. Последнее также недешево, но позволяет обеспечить необходимое качество позиционирования. На некоторых судах устанавливаются муфты скольжения (trolling valves), позволяющие обеспечить скорость вращения винта, близкую к нулю. Это решение, немного улучшает ситуацию, но не решает проблему так радикально, как двухступенчатый редуктор.
Приведенный анализ различных приложений ДП на судах показывает, что в настоящее время происходят изменения массового сознания и подхода к системам ДП.
Возникает все больше приложений ДП, появляются новые классы судов для этих приложений. Системы ДП становятся более массовыми и дешевыми. При этом они усложняются, приобретая способность решать задачи, для которых еще недавно их не пытались использовать. Ситуация напоминает истории с внедрением радара на судах в 50-х – 60-х годах и ECDIS в 90-х годах прошлого века: первоначально это оборудование устанавливалось только на уникальных судах, а в настоящее время оно устанавливается на все суда и является обязательным.
Для справки:
Компания «Навис» является разработчиком, производителем и поставщиком систем управления движением и одним из немногих мировых экспертов в области динамического позиционирования судов. В 2002 году компания первой на мировом судостроительном рынке предложила решение для позиционирования легкокорпусных скоростных судов для перевозки персонала морских платформ. Система управления динамическим позиционированием (ДП) судна Navis NavDP 4000 установлена более чем на 100 судах этого класса, из них более 30 судов спроектировано и построено на верфях голландской компании «Damen Shipyard» по проекту «FSV 5009». К настоящему времени это решение обеспечило компании лидирующие позиции в мире по производству систем управления ДП для данного типа судов.
| Bourbon Liberty 101 / «Навис», ЗАО |
Система Navis NavDP 4000 установлена на суда снабжения проекта «Bourbon Liberty 100/150» и суда буксиры-якорезаводчики серии «Bourbon Liberty 200». Системами управления ДП производства компании «Навис» оснащены более 90 судов этих трех серий. Сегодня компания «Навис» – основной поставщик систем управления ДП французской судоходной компании «Bourbon», владеющей одним из самых больших оффшорных флотов в мире.
|
| Don Daniel / «Навис», ЗАО |
Исключительно высокие требования к безопасности и надежности функционирования системы управления ДП предъявляются на водолазных судах. Например, такие суда как DSV «Constructor», принадлежащее голландской компании «Smit Subsea» и судно «Don Amado» мексиканской компании «Oceanografía S.A. de C.V.» имеют системы Navis NavDP 4000.
Системой Navis NavDP 4000 оснащен инновационный 214-метровый круизный паром «Viking Grace», который использует в качестве альтернативного топлива сжиженный природный газ. Паром принадлежит компании «Viking Line». Система управления ДП производства компании «Навис» также установлена на новый высокотехнологичный круизный лайнер премиум класса «Mein Schiff 3» водоизмещением 99 430 тонн, спроектированный и построенный на верфи «STX» (г. Турку, Финляндия) для компании «TUI Cruises». Система разработана в тесном сотрудничестве с заказчиком и имеет специальные функции, которые обеспечивают существенное сокращение расхода топлива, особенно во время стоянки лайнера на рейде для осуществления высадки пассажиров на небольших катерах на берег и доставки обратно на судно (так называемый tendering).
|
| Ледокол ЛК-7 / «Aker Arctic» |
Система Navis NavDP 4000 установлена на уникальном многофункциональном аварийно-спасательном судне ледокольного класса «Балтика» (Росморречфлот, Россия). Спроектированное компанией «Aker Arctic» (г. Хельсинки, Финляндия) судно было построено на верфи «Arctech» (г. Хельсинки, Финляндия). Впервые в истории судостроения удалось успешно решить задачу управления движением ледокола с ассиметричной формой корпуса и ассиметричным расположением пропульсивных устройств.
|
| Ледокол проекта 22600 / «Навис», ЗАО |
Один из недавно осуществленных проектов – система управления ДП для самого мощного в мире неатомного многофункционального линейного ледокола мощностью 25 МВт (проект 22600, Росморречфлот, Россия), строящегося в настоящий момент на Балтийском заводе в городе Санкт-Петербурге.
Компания «Навис» является одной из немногих в мире, успешно расширивших функциональность системы динамического позиционирования специальными режимами для дноуглубительных судов (земснарядов). Такая система установлена на судно «Reimerswaal» голландской компании «Reimerswaal Dredging», а также на одно из самых больших дноуглубительных судов в Азии «Tong Tu» китайской компании «China Communications Construction Co Ltd» с ёмкостью бункера более 15000 м³ и максимальной рабочей глубиной 90 м.
Компания «Навис» входит в пятерку мировых лидеров рынка систем динамического позиционирования, разработанных с учетом последних достижений в области технологии и дизайна, пожеланий опытных операторов систем ДП, рекомендаций Международной ассоциации морских подрядчиков (IMCA) и требований ведущих морских классификационных обществ (DNV, ABS, LR, BV, CCS, GL, RS).
За время работы компания «Навис» поставила более 500 ДП систем на суда самых различных типов и признана в мире надежным поставщиком систем динамического позиционирования.
Мирошников А.Н.
Генеральный директор ЗАО «Навис»
Антоненко В.П.
Заместитель директора по проектам и технической поддержке продаж ЗАО «Навис»