5000t起重船集成自动化系统设计

刘伟平

摘    要：以DP-3附加标志的5000t起重船自动化系统为研究对象，通过分类统计全船信号采集点，确定集成自动化系统的网络拓扑结构以及设备具体配置。进一步分析其可靠性与安全性，对电站管理系统、DP-3动力定位控制系统以及电力推进控制系统等重要子系统结合DP-3要求进行研究分析，保证自动化各子系统都能安全稳定运行，满足工程作业要求和中国船级社入级规范要求。

关键词：起重船;集成自动化系统;动力定位

中图分类号：U674.35                              文献标识码：A

Abstract： Taking the automatic system of the 5 000 t derrick ship with DP-3 notation as the research object， the network topology and equipment configuration of the integrated automatic system are determined by classifying and counting the signal collection points of the whole ship.   Further analysis of the reliability and safety are made for the automation system， and the subsystems such as the power management system， DP-3 dynamic positioning system and electric propulsion control system are studied and analyzed as per the DP-3 notation requirement. The safe and stable operation of each subsystem of the automation system are ensured to satisfy the requirement of engineering operation and the rules of China Classification Society.

Key words： Derrick ship; Integrated automatic system; Dynamic positioning

1    引言

受计算机及网络技术的限制，在传统船舶中，各控制系统如推进器、自动电站、阀门、液位测量及机舱辅助等系统等均相互独立[1]。但对于5 000 t起重船来讲，其组成的设备/系统较多，数据传输处理量较大，加之船东对高效管理模式的要求较严，传统的设计理念在应对以上问题时显得捉襟见肘。集成自动化系统设计将打破传统控制系统各自独立的格局，建立综合监控平台，有机地整合各子系统，依托安全可靠的网络管理技术，确保各子系统在相对独立与可靠的同时，实现数据高效传输、共享与处理。

2    集成自动化系统网络结构及组成

2.1   信号采集点分布

信号采集点遍布全船各个处所，对信号采集点的数量、信号类型等进行统筹分析，是选择网络组成的先决条件。通过全船主要机电设备进行分类，对于自动化系统的信号点按系统整理统计，如见表1所列。

2.2   数据采集

该船集成自动化系统（以下简称ICMS系统）中数据采集分为两种形式：硬件通道（含数字量、模拟量、温度量及脉冲量等）;现场总线通讯（含Modbus-RTU、Profibus-DP及NMEA0183通讯等[5]）。

2.2.1现场总线协议

针对ICMS中存在较多的通讯设备和通讯点，采用符合现场设备特点、满足系统采样时间的现场总线协议，可以有效地控制数据流和优化网络。主要有以下三种情况：

Modbus-RTU：发电机组、阀门等系统的通讯设备距离为几十米范围内，采用该通讯协议;

Profibus-DP：电力推进相关的设备和高速通信的PMS等系统，采用该通讯协议;

NMEA0183：航行设备、火灾探测及机舱局部水雾等系统，采用该通讯协议。

2.2.2以太网传输协议

Modbus TCP协议用于传输发电机组、推进装置、电站管理系统、阀门遥控、泵组遥控和辅助设备的实时通讯数据。需要进行三次“握手”方可完成连接，具有较好的稳定性与安全性。

2.3   网络结构

全船的采样点共有8 014点，传统的现场总线作为传输主干网络已经不能满足要求，需采用速率更高的环形以太网。

网络中每个节点首尾相连接并形成闭合回路，其结构相对简单，使用的网间连线也较少;如需对网络改造只需增加设备和较少的连线，维护成本低;通过对环形网络流向加以控制，可以满足系统中任意连线或设备故障不会影响整个网络的运行。

2.4   网络组成

ICMS集船舶控制、监测和报警系统于一体，可以在驾驶室、动力定位控制室和集控室对船舶进行控制与监视。

ICMS系统主要由以下子系统组成：

（1）常規监控报警系统（含火警、压载、阀门遥控、液位测量及其他系统等）;