Dp-3级动力定位系统及其保障定位作业的方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及船舶动力定位中所用的定位系统，具体地指一种DP-3级动力定位系统及其保障定位作业的方法。
【背景技术】
[0002]船舶动力定位(Dynamic Posit1ning Vessel)，表示只通过推进器自动保持位置(固定位置或预设航迹)的船舶。
[0003]动力定位系统(Dynamic Posit1ning System)，表示船舶动力定位需要的全部设备，包括:测量系统、动力系统、推进系统和动力定位控制系统。
[0004]动力定位控制系统(Dynamic Posit1ning Control System)，表示船舶动力定位需要的所有控制系统和部件。动力定位控制系统包括计算机系统/操纵杆系统、传感器系统、显示系统(操纵面板)、位置参考系统以及相关的电缆、线路、串口。
[0005]国际海事组织(Internat1nal Marine Organizat1n, IMO)文件《动力定位船舶指南(Guidelines for Vessel with Dynamic Posit1ning System)》和国际海洋工程承包协会(Internat1nal Marine Contractors Associat1n, IMCA)文件《动力定位船舶设计和操作参考准则(Gui de I ine s for the Design&Operat1n of DynamicallyPosit1ned Vessels)》定义了设备等级。共定义了三个“设备等级”，在IMCA指南中总结如下:
[0006]DPI(设备等级I)一一在单故障的情况下可能发生定位失常。
[0007]DP2(设备等级2)—一有源组件或发电机、推力器、配电盘遥控阀门等系统单位故障时，不会发生定位失常。但是当电缆、管道、手控阀等静态元件发生故障时可能会发生定位失常。
[0008]DP_3(设备等级3)——任何单故障(包括水密室被淹)都不会导致定位失常。DP-3级动力定位系统结构设计是DP-3级动力定位系统的构建基础。
【发明内容】
[0009]本发明目的在于克服上述现有技术的不足而提供一种DP-3级动力定位系统，该系统能够保障DP-3级动力定位系统对外部恶劣环境的耐受度和内部数据交换通讯的稳定和冗余，满足国际海事组织对DP-3级动力定位系统的要求。
[0010]实现本发明目的采用的技术方案是:一种DP-3级动力定位系统，该系统包括控制层和设备层；
[0011]所述控制层包括:
[0012]第一控制台、第二控制台和设于A60隔离舱室内的备用控制台；
[0013]双冗余网络，所述三个控制台分别连接在该双冗余网络中；
[0014]所述设备层包括:
[0015]第一远程控制单元RCU、第二远程控制单元RCU和设于A60隔离舱室备用远程控制单元RCU;
[0016]第一传感器、第二传感器和第三传感器；
[0017]第一串口HUB，三个传感器分别与第一串口HUB连接，第一串口HUB连接还分别与所述第一远程控制单元R⑶、第二远程控制单元R⑶连接；
[0018]第二串口HUB，其分别与第三传感器和备用远程控制单元RCU连接；
[0019]主控CAN/CANOpen总线，所述第一远程控制单元RCU、第二远程控制单元RCU分别连接在该主控CAN/CANOpen总线上；
[0020]备用CAN/CANOpen总线，所述备用远程控制单元RCU连接在该备用CAN/CANOpen总线上，备用CAN/CANOpen总线与所述主控CAN/CANOpen总线通过主/备切换开关连接；
[0021 ] 驱动器，连接在所述主控CAN/CANOpen总线上；以及
[0022]推进器，与所述驱动器连接。
[0023]在上述技术方案中，所述三个控制台均包括显示终端、操控面板和交换机;每个控制台中的交换机连接于双冗余网络中。
[0024]在上述技术方案中，所述三个远程控制单元RCU均包括一台上位机和一台下位机，每个远程控制单元RCU内的上位机和一台下位机通过工业以太网连接;且第一远程控制单元R⑶与第二远程控制单元R⑶内的上位机通过环形同步冗余网络连接。
[0025]在上述技术方案中，所述三个远程控制单元R⑶均连接有UPS。
[0026]在上述技术方案中，第一远程控制单元RCU与第二远程控制单元RCU内的上位机分别与第一串口HUB连接;所述第三远程控制单元R⑶内的上位机与第二串口HUB连接。
[0027]在上述技术方案中，所述传感器均包括位置参考系统和其他传感器装置;所述位置参考系统为DGPS、RADius或HiPAP系统，所述其他传感器装置包括MRU、电罗经和风速风向仪。
[0028]上述的DP-3级动力定位系统保障定位作业的方法包括:
[0029]1、在未出现任何故障的情况下，船舶进行动力定位作业；
[0030]操作人员利用第一控制台中的显示终端来获取系统运行信息，通过操控面板向第一远程控制单元R⑶发出配置及动力定位作业指令，并指定第一远程控制单元R⑶为主RCU;第一控制台通过双冗余网络接收来自于主RCU的实时数据并在显示终端上显示；第一远程控制单元RCU中的上位机通过第一串口HUB中获取三套传感器的实时数据，并基于核心算法计算出实时的推力指令，发送给下位机;下位机收到推力指令会对其进行解析，并将处理后的数据命令通过主控CAN/CANOpen主控总线传输给推进器的驱动器;驱动器驱动推进器动作，从而使得船舶执行动力定位作业指令；
[0031]同时，第二控制台和第二远程控制单元RCU也处于运行状态，第二远程控制单元中的上位机通过环形同步冗余网络将第一远程控制单元RCU中上位机的运行状态及与数据实时同步给第二远程控制单元RCU，保证第一远程控制单元RCU与第二远程控制单元RCU时刻处于相同的运行状态；
[0032]2、操控层双冗余网络中单网络出现故障时，船舶仍能进行动力定位作业；
[0033]此时设备层主RCU检测到该故障，将自动切换使用双冗余网络中另一网络与操控层的操控台进行通信，保障动力定位作业时动力定位系统操控层与设备层间的数据链路不中断。
[0034]3、在第一控制台或第一远程控制单RCU出现故障的情况下，船舶仍能进行动力定位作业；
[0035]若第一控制台发生故障，操作人员可利用第二控制台或备用控制台中的显示终端来获取系统运行信息，并通过操控面板来发出配置及动力定位作业指令;第二控制台或备用控制台与双冗余网络连接，与设备层的主RCU进行实时传输数据。
[0036]若第一远程控制单元RCU发生故障，第二远程控制单元RCU中上位机内的故障检测模块将在第一时间检测到第一 RCU中的故障，通过操控层双冗余网络，并立即基于环形同步冗余网络同步的第一远程控制单元RCU中的状态及数据，接管第一远程控制单元R⑶的工作成为主RCU，并取得主控CAN/CANOpen主控总线的控制权向推进器的驱动器发送控制指令，进而驱动推进器动作，保障动力定位作业的连续顺畅运行；
[0037]4、在第一远程控制单元RCU与第二远程控制单元RCU均出现故障的情况下，船舶仍可进行动力定位作业；
[0038]发生该种故障后，操作人员可通过操控层的控制台观察到第一远程控制单元RCU与第二远程控制单元RCU均已发生故障，此时立刻将主/备切换开关切换到备用一端，通过备用CAN/CANOpen总线与推进器的驱动器进行通信;备用远程控制单元R⑶中的上位机通过双冗余网络与操控层中的控制台进行通信，并通过第二串口 HUB获取第三传感器的实