基於dp3鑽井船助益快速乙太網系統冗餘支持方法
2023-06-18 04:37:31 3
基於dp3鑽井船助益快速乙太網系統冗餘支持方法
【專利摘要】基於DP3鑽井船助益快速乙太網系統冗餘支持方法；網絡系統分成兩組網絡A與網絡B，且兩組網絡必須是A60分割的。所有的NETWORK?SWITCH?BOX也必須根據A網和B網設計為A,B兩組。而所有的工作站也必須同時接到這A,B兩路上。任何一組網絡（A,B）同時連接了主DP以及備用DP中所有的控制器、傳感器。當網絡A上某點產生故障，系統會自行判斷並通過網絡B獲取數據，反之亦然。採用模塊化設計，完全對接DPS3標準，可以實現鑽井船電能的高效配置、管理與調度；系統結構簡明扼要，且成本控制合理；可顯著提高系統的穩定性、安全性和可靠性。
【專利說明】基於DP3鑽井船助益快速乙太網系統冗餘支持方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及G05B —般的控制或調節系統技術，尤其是基於DP3鑽井船助益快速乙太網系統冗餘支持方法。
【背景技術】
[0002]動態定位技術DP即Dynamic Positioning,已普遍被海洋工程船舶上採用。海洋工程船舶一般是遠離岸的作業船，因故障而停產或返廠維修成本是非常高的。為了減少這種可能，就出現了 DP2，DP3系統；DP3更進一步，單點故障的承受力更強，與DP2不同的是I)DP3需要A60分割；2) DP3必須有DP備用控制室3) DP3最大的單點故障是一個動力艙室，例如一個機艙或者是中壓配電板間；任何一點或者是一條線的故障，甚至是動力艙或控制艙室發生火災或者浸水，能夠保持船位，還能正常在海上作業。MO國際海事組織以及ABS美國船級社對於DP動力定位的附加標誌對比可以看出，ABS中DPS3規定要求任何一艙失火或浸水情況下，仍能自動保持船位和艏向，相應規格下MO中規定標記為3級設備時要求任一艙失火或浸水情況下，不會造成位置丟失。在動力定位DPS3的船舶中，還有一個非常重要的概念就是DP系統的冗餘，鑽井船DP的控制器是3套主的加上一套備用的，三套傳感器分別接入三套主控制器，第三套傳感器同時接入備用控制器。包括DP系統的UPS電源也應滿足冗餘以及A60分割的要求。MO DP3符號要求UPS是2+1，其中之一位於隔離艙室；而ABS DPS3符號要求1+1，其中之一是位於隔離艙室。也就是說主DP與備用DP系統的UPS是需要分開的，而對於主DP的兩套系統則是可以放在一起的。
[0003]由於海洋環境複雜多變，因而對於許多海上作業船來說，動力定位系統已成為必不可少的支持系統。鑽井船在海上進行鑽井工作，因此它對於動力定位的要求非常高，任何在海上的風浪、潮湧，都將使船舶失去原有的位置，最終導致作業失敗，因此其通過GPS衛星信號、海底聲吶系統以及電羅經實施對船舶位置以及艏向的一個反饋，以及風速傳感器測量數據對整個船舶的受風面積計算、船舶附近一定範圍內的浪和湧的測量，而後通過控制器對推進器操控，自動計算出橫向以及縱向所需要的力矩，從而實施船舶的一個位置修復，以保證作業的正常實施。船舶位置以及艏向的失去對於工程船來說影響是非常大的:對於鑽井船來說，如果是作業中的情況，整個鑽杆將被扭斷，其危害是相當大的。可見一個高效、穩定的控制系統對於鑽井船的重要性。
[0004]船舶控制網絡系統由網絡開關盒NSB(Net Switch Box)以及FS工作站(FieldStation)構成。所有的FS都是由一路應急配電板以及另一路UPS供電，而NSB由一路UPS供電。鑽井船網絡設計滿足了從黑電狀態到恢復動力的時間30秒的要求，以及由漂浮狀態到停止漂浮反應的時間3分鐘的要求。快速乙太網對於實現前述目標十分重要，與原來在IOOMbps帶寬下工作的FDDI相比它具有許多的優點，最主要體現在快速乙太網技術可以有效的保障用戶在布線基礎實施上的投資，它支持3、4、5類雙絞線以及光纖的連接，能有效的利用現有的設施。快速乙太網的不足其實也是乙太網技術的不足，那就是快速乙太網仍是基於CSMA/CD技術，當網絡負載較重時，會造成效率的降低，當然這可以使用交換技術來彌補。
[0005]隨著網絡的發展，傳統標準的乙太網技術已難以滿足日益增長的網絡數據流量速度需求。在1993年10月以前，對於要求IOMbps以上數據流量的LAN應用，只有光纖分布式數據接口 FDDI可供選擇，但它是一種價格非常昂貴的、基於IOOMbps光纜的LAN。1993年10月，Grand Junction公司推出了世界上第一臺快速乙太網集線器Fastchl0/100和網絡接口卡FastNIClOO，快速乙太網技術正式得以應用。隨後Intel、SynOptics,3COM,BayNetworks等公司亦相繼推出自己的快速乙太網裝置。與此同時，IEEE802工程組亦對IOOMbps乙太網的各種標準，如100BASE — TXUOOBASE 一 T4、M I1、中繼器、全雙工等標準進行了研究。1995年3月IEEE宣布了 IEEE802.3ul00BASE — T快速乙太網標準(FastEthernet),就這樣開始了快速乙太網的時代。
[0006]然而，現有技術中的基於乙太網通常用控制器卻存在關鍵缺陷，即無備份冗餘，系統可靠性低，現有平臺能量管理系統往往採用單一控制器控制，一旦控制器故障，系統將無法實現自動控制功能，在某些情況下，可能會造成嚴重後果，系統可靠性低。因此，有必要在實施DPS3鑽井船快速乙太網時提出一類適應的系統冗餘支持方法。
[0007]中國專利申請CN202632066U—種深海半潛式鑽井平臺雙冗餘能量管理系統，兩臺發電機組組成一個電站，各電站獨立運行，每個電站配置三個控制從站，兩個電站配置一個雙冗餘CPU控制主站，控制主站與控制從站之間採用CS31現場總線通訊，人機界面與控制主站CPU之間採用乙太網通訊，各控制主站CPU之間通過乙太網通訊，所有乙太網埠均匯總到乙太網交換機，最終數據送監測報警系統。
【發明內容】
[0008]本發明的目的是提供一種基於DP3鑽井船助益快速乙太網系統冗餘支持方法，不但有效支持快速乙太網，而且全面控制和監測DPS3的所有設備和系統。
[0009]本發明的目的將通過以下技術措施來實現:網絡系統分成兩組網絡A與網絡B，且兩組網絡必須是A60分割的。所有的NETWORK SWITCH BOX也必須根據A網和B網設計為A，B兩組。而所有的工作站也必須同時接到這A，B兩路上。任何一組網絡(A，B)同時連接了主DP以及備用DP中所有的控制器、傳感器。當網絡A上某點產生故障，系統會自行判斷並通過網絡B獲取數據，反之亦然。所有的440V以及以上的配電板MSB以及馬達控制中心MCC都通過串行鏈路SL接入工作站FS，進而傳輸給整個網絡，整個網絡的任何一點都能共享網絡中的任何數據，而220V以及以下的配電板MSB則都是通過硬連接HARDWIRED接入工作站FS;鑽井控制系統、火氣系統以及應急切斷系統都具有獨立的網絡，分別通過串行鏈路SL接入船舶管理系統VMS系統。
[0010]尤其是，除了推進器工作站以及PMS工作站以外，工作站FS裡的控制器裡都是包含2個PLC模塊，分別是DP模塊的PLC以及VMS的PLC，並且控制器都是冗餘的。
[0011]尤其是，PMS工作站FS裡的控制器包含3個PLC模塊，分別是DP模塊的PLC以及VMS的PLC，以及一個PMS的PLC。
[0012]尤其是，推進裝置的工作站FS是沒有冗餘的，它包含了 DP模塊的PLC，AUTOMATION的PLC，以及DRIVE模塊的PLC。
[0013]尤其是，電力系統是IlKV的中壓系統，整船的電力系統是由3組中壓發電機，每組2個中壓發電機7370KW分別安裝在A60防火分割的三個機艙內，三條主電力系統採用A60防火分割，從相對應的中壓配電系統到變壓器再到440V低壓配電板都是完全互相A60防火分割；3個中壓配電板對應的推進器分別是左前推進器T2和左後推進器T5，前中推進器Tl和後中推進器T4，右前推進器T3和右後推進器T6，其中，T5以及T6艉部推進器作為航行用，並且保證航速大於11節。
[0014]本發明的優點和效果:採用模塊化設計，完全對接DPS3標準，可以實現鑽井船電能的高效配置、管理與調度；系統結構簡明扼要，且成本控制合理；可顯著提高系統的穩定性、安全性和可靠性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明實施例1中推進器在船身的位置示意圖。
【具體實施方式】
[0016]本發明中，鑽井船的網絡系統採用快速乙太網，整個網絡是冗餘的，即劃分為互為備份的A、B網絡，並且傳輸速度達到100M/S ;默認情況下所有的信息是通過B網傳輸的；假如A網中的任何一點產生了故障，仍舊由B網傳輸；而假如B網中的任何一點產生了故障，則故障的點自動切換到A網工作；主網絡系統也是分成兩組網絡A與網絡B，且必須是由A60分割的；所有的控制站NSB (NETWORK SWITCH BOX)根據A網和B網設計為A和B兩組，而所有的工作站FS同時接到該A，B兩路網絡上；A或B網絡中任何一組網絡都同時連接主DP以及備用DP中所有的控制器、傳感器。
[0017]前述中，「A60」級防火分隔係指由符合一定要求的艙壁和甲板所構成的分隔，使用經認可的不可燃材料隔熱，在60分鐘內，其背火一面的平均溫度較原溫度升高不超過1400C，且在包括任何接頭在內的任何一點上的溫度較原溫度升高不超過180°C。
[0018]本發明中，網絡系統分成兩組網絡A與網絡B，且兩組網絡必須是A60分割的；所有的NETWORK SWITCH BOX也必須根據A網和B網設計為A，B兩組；而所有的工作站也必須同時接到這A, B兩路上；網絡A與網絡B中任何一組網絡同時連接了主DP以及備用DP中所有的控制器、傳感器；當網絡A上某點產生故障，系統會自行判斷並通過網絡B獲取數據，反之亦然；所有的440V以及以上的配電板MSB以及馬達控制中心MCC都通過串行鏈路SL接入工作站FS，進而傳輸給整個網絡，整個網絡的任何一點都能共享網絡中的任何數據,而220V以及以下的配電板MSB則都是通過硬連接HARDWIRED接入工作站FS ;鑽井控制系統、火氣系統以及應急切斷系統都具有獨立的網絡，分別通過串行接口 SL接入船舶管理系統VMS系統。
[0019]本發明中，相關工作網絡系統歸屬於一個總的船舶管理系統VMS (VESSELMANAGEMENT SYSTEM)。
[0020]本發明中，鑽井控制系統、火氣系統以及應急切斷系統都具有獨立的網絡，分別通過串行鏈路SL接入船舶管理系統VMS系統。
[0021]前述中，除了推進器工作站以及PMS工作站以外，工作站FS裡的控制器裡都是包含2個PLC模塊，分別是DP模塊的PLC以及VMS的PLC，並且控制器都是冗餘的。
[0022]前述中，PMS工作站FS裡的控制器包含3個PLC模塊，分別是DP模塊的PLC以及VMS的PLC，以及一個PMS的PLC。
[0023]前述中，推進裝置的工作站FS是沒有冗餘的，它包含了 DP模塊的PLC,AUTOMATION的PLC，以及DRIVE模塊的PLC。
[0024]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
[0025]實施例1:如附圖1所示，網絡系統分成兩組網絡A與網絡B，且兩組網絡必須是A60分割的；所有的NETWORK SWITCH BOX也必須根據A網和B網設計為A，B兩組；而所有的工作站也必須同時接到這A, B兩路上；網絡A與網絡B中任何一組網絡同時連接了主DP以及備用DP中所有的控制器、傳感器；當網絡A上某點產生故障，系統會自行判斷並通過網絡B獲取數據，反之亦然；電力系統是IlKV的中壓系統，整船的電力系統是由3組中壓發電機，每組2個中壓發電機7370KW分別安裝在A60防火分割的三個機艙內，三條主電力系統採用A60防火分割，從相對應的中壓配電系統到變壓器再到440V低壓配電板都是完全互相A60防火分割；3個中壓配電板對應的推進器分別是左前推進器T2和左後推進器T5，前中推進器Tl和後中推進器T4，右前推進器T3和右後推進器T6，其中，T5以及T6艉部推進器作為航行用，並且保證航速大於11節。
[0026]本發明實施例中，鑽井船全部的IO共計約13000左右，包括了鑽井監控系統DCMS和船舶管理系統VMS。VMS部分全船分布了一共23個工作站FS，這些站將信號採集後通過快速乙太網高速地在各個控制站之間進行控制和傳輸。
[0027]本發明中，整個鑽井船網絡系統的安全性以及可靠性得到重要的支持和維護，有效降低故障和損害發生機率，冗餘度符合DP3船舶標誌的要求，從多個方面保證船舶高效穩定地作業。以可靠的網絡支持更精準的控制，使得定位的精度更高，對於整個作業的安全操作也是起到了最根本的保障。
【權利要求】
1.基於DP3鑽井船助益快速乙太網系統冗餘支持方法；其特徵在於，網絡系統分成兩組網絡A與網絡B，且兩組網絡必須是A60分割的；所有的NETWORK SWITCH BOX也必須根據A網和B網設計為A, B兩組；而所有的工作站也必須同時接到這A, B兩路上；網絡A與網絡B中任何一組網絡同時連接了主DP以及備用DP中所有的控制器、傳感器；當網絡A上某點產生故障，系統會自行判斷並通過網絡B獲取數據，反之亦然；所有的440V以及以上的配電板MSB以及馬達控制中心MCC都通過串行鏈路SL接入工作站FS，進而傳輸給整個網絡，整個網絡的任何一點都能共享網絡中的任何數據，而220V以及以下的配電板MSB則都是通過硬連接HARDWIRED接入工作站FS ;鑽井控制系統、火氣系統以及應急切斷系統都具有獨立的網絡，分別通過串行鏈路SL接入船舶管理系統VMS系統。
2.如權利要求1所述的基於DP3鑽井船助益快速乙太網系統冗餘支持方法，其特徵在於，除了推進器工作站以及PMS工作站以外，工作站FS裡的控制器裡都是包含2個PLC模塊，分別是DP模塊的PLC以及VMS的PLC，並且控制器都是冗餘的。
3.如權利要求1所述的基於DP3鑽井船助益快速乙太網系統冗餘支持方法，其特徵在於，PMS工作站FS裡的控制器包含3個PLC模塊，分別是DP模塊的PLC以及VMS的PLC，以及一個PMS的PLC。
4.如權利要求1所述的基於DP3鑽井船助益快速乙太網系統冗餘支持方法，其特徵在於，推進裝置的工作站FS是沒有冗餘的，它包含了 DP模塊的PLC,AUTOMATION的PLC，以及DRIVE模塊的PLC。
5.如權利要求1所述的基於DP3鑽井船助益快速乙太網系統冗餘支持方法，其特徵在於，電力系統是IIKV的中壓系統，整船的電力系統是由3組中壓發電機，每組2個中壓發電機7370KW分別安裝在A60防火分割的三個機艙內，三條主電力系統採用A60防火分割，從相對應的中壓配電系統到變壓器再到440V低壓配電板都是完全互相A60防火分割；3個中壓配電板對應的推進器分別是左前推進器T2和左後推進器T5，前中推進器Tl和後中推進器T4，右前推進器T3和右後推進器T6，其中，T5以及T6艉部推進器作為航行用，並且保證航速大於11節。
【文檔編號】G05B19/418GK103744400SQ201410014985
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月13日 優先權日:2014年1月13日
【發明者】汪達, 丁海, 鄭志峰, 萬潔, 曾國詠, 段陟, 楊巍巍 申請人:上海中遠船務工程有限公司