Что такое система ДП. Написать и объяснить структуру системы 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).

Все ДП системы используют принцип математического моделирования как основу функции позиционирования. ДП система содержит в себе математическую модель или описание динамики судового перемещения, что используется для предопределения позиции судна, его курса, а также перемещения. Использование этой информации, в сочетании с обработкой непрерывно поступающей информации от систем ориентации и датчиков, вырабатывает управляющие сигналы в энергоустановку и движительно-подруливающий комплекс, при помощи которых компенсируется суммарный вектор сил внешнего воздействия на судно (ветра, течения, волнения). Для качественного удержания ДП система всегда использует информацию от систем ориентации, работающих на разных физических принципах – гидроакустической, радиоволновой, спутниковой, электромеханической, лазерно-оптической и др. Отсюда логично, что ДП система является примером автоматического комплекса замкнутого цикла.

Составляющие ДП системы.

Система ДП состоит из следующих элементов:

1. Системы питания, состоящей из:

-энергоустановки;
- стабилизатора напряжения и батарей аварийного питания, так называемого UPS (Uninterruptеble Power Supply Unit).

2. Движительно-подруливающего комплекса (включает в себя систему контроля движками и подрулями).

3. Вспомогательных систем (Систем ориентирования), их можно разделить на 3 вида:

- системы контроля позиции (DGPS, SYSCAN, FANBEAM и др.);
- система контроля курса (ГИРОКОМПАС);
- сенсоры (датчики) такие как (WIND SENSOR, VERTICAL MOTION UNIT).

4. Элемента контроля самой системой, состоящего из Операционного компьютера, Операционной консоли, и, собственно, самого ДП Оператора

 

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.

Гирокомпас – это стандартное судовое оборудование, и одна из основных составляющих ДП системы. Поэтому для того, что бы обеспечить ДП систему точными показаниями направления, ДП суда оборудуются 2, а то и 3 гирокомпасами в зависимости от ДП класса судна. Более редко суда оборудуются фибр-оптическими компасами.

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.

Следующим, но не менее важным сенсором является Анемометр, измеряющий силу и направление ветра. Логично сделать вывод, что эти данные используются ДП системой для просчёта и компенсации, математической моделью, влияния ветра на корпус судна. Также есть возможность резкого изменения силы и направления ветра, что может привезти к потере позиции судном, в этом случае математическая модель не будет актуальна, поскольку, ей требуется определённое количество времени на просчёт поступающих данных. В данном случае в силу вступает опция известная под названием “wind feed-forward”, что является, непосредственно, прямым ответом на влияние ветра. Сигнал, поступающий от Анемометра, пропускает математическую модель и генерирует прямую команду на движительно-подруливающий комплекс, что является наиболее актуальным действием в данной ситуации. Очень важно осознавать, что для правильной реакции системы на такого рода ситуацию, необходимо, что бы Анемометр получал адекватную, и чёткую информацию, незагрязнённую помехами. ДПО должен увериться в том, что Анемометр получает значения истинного ветра без каких-либо препятствий и помех, созданных искусственно.

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!

Чтобы эффективно справляться со своей основной и принципиально-главной задачей: удерживать судно в заданной позиции и в заданном направлении, судно должно иметь Движительно-подруливающий комплекс способный выполнять задачи, обозначенные в маневренно-технических характеристиках судна и его назначении. Обычно однокорпусные суда, оснащённые системой ДП, оборудуются двумя главными двигателями и либо ВРШ (CPP – Controllable Pitch Propeller), либо ВРК (Azimuth Drive Thrusters), двумя-тремя носовыми туннельными или азимутальными подруливающими устройствами и иногда кормовым трастером. Самоходные нефтедобывающие полупогружные платформы, оснащённые, как правило системами класса ДП2 или ДП3, и имеют по 6-8 азимутальных движителей, способных удерживать платформу в заданной позиции при любых погодных условиях.

Ну и, естественно, жизненно-необходимым условием стабильной работы ДП системы является бесперебойное электропитание! Электроснабжение является такой же частью системы, как и все вышеперечисленные, возможно, даже более важным. Так как выход из строя одной из систем ориентации, или одного из движителей не повлечёт за собой мгновенной угрозы безопасности, а потеря питания системой может привести к полной потери управляемости. Поэтому все системы ДП оборудуются аварийными аккумуляторами и Стабилизаторами питания (UPS – Uninterruptable Power Supply). Большинство ДП судов, как и любые другие суда оснащены дизельно-электрической системой питания, распределение которого происходит при помощи распределительных щитов. Движительно-подруливающий комплекс, в основном, работает на высоком напряжении (6 – 6,6 kV), тогда как все остальные энергопотребители используют 440V, 380V или 240V.

28. В системах ДП какие параметры измеряются, а какие вычисляются? Как это происходит?

Известно, что все суда и ППБУ подвергаются действию ветра, волн и течения. В систему ДПпоступают данные, определяющие фактическую позицию и курс судна. Шумы отсеиваются с помощью техники фильтрации Калмана. В программное обеспечение компьютера входит математическая модель судна, имитирующая его динамику. Компьютер осуществляет проверку поступающих данных, отвергая при этом ложные или недостоверные сигналы. Результирующая оценка состояния судна или платформы обрабатывается оптимальным регулятором, который вырабатывает сигналы управления гребными винтами, подруливающими устройствами и рулями. В результате обеспечиваются максимальная

способность стабилизации положения и минимальный расход топлива. Особо важно отметить высокую гибкость конфигурации системы ДП, благодаря которой можно выбрать любую комбинацию имеющихся сегодня на рынке систем ориентации. Морское судно подвергается действию ветра, волн и течения (рис. 2). Скорость и направление ветра измеряются датчиком, а волнение и течение рассчитываются системой с помощью математической модели судна. Система ДП контролирует три степени свободы судна – ВДОЛЬ, ПОПЕРЁК и РЫСКАНИЕ. Перемещения измеряются гирокомпасом и системами ориентации. Данные потом корректируются на бортовую и килевую качку с помощью датчика вертикальной ориентации (ДВО)