GB∕T 39035-2020 冗余动力定位系统冗余设计和试验规程.pdf
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1、书 书 书犐 犆犛 犝 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?犌犅犜 ?犆狅 犱 犲狅 犳狆 狉 犪 犮 狋 犻 犮 犲犳 狅 狉狉 犲 犱 狌 狀 犱 犪 狀 狋犱 犲 狊 犻 犵 狀犪 狀 犱狋 犲 狊 狋狅 犳狉 犲 犱 狌 狀 犱 犪 狀 狋犱 狔 狀 犪犿 犻 犮狆 狅 狊 犻 狋 犻 狅 狀 犻 狀 犵狊 狔 狊 狋 犲犿 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?书 书 书目次前言范围术语和定义冗余动力定位系统的冗余设计 冗余设计理念 冗余动力定位系统的配置要求 推进器系统 动力系统 动力定位控制系统 动力定位控制系统的布置 动力定位控
2、制站 控制面板的布置 控制系统的信息显示 推进器控制模式选择 独立的联合操纵杆系统 位置参考系统 传感器系统 动力定位监测系统 动力定位在线结果分析 数据通信 应急停止系统 双向语音通信 辅助系统 不间断电源 故障模式与影响分析() 试验规程 一般要求 系泊试验 航行试验 试验 附录(资料性附录)系泊试验记录表 附录(资料性附录)航行试验记录表 犌犅犜 前言本标准按照 给出的规则起草。本标准由全国海洋船标准化技术委员会( )提出并归口。本标准起草单位:中船黄埔文冲船舶有限公司、哈尔滨工程大学、上海船舶研究设计院、中国船级社、中国船舶工业综合技术经济研究院。本标准主要起草人:樊斌、王永珊、张本伟
3、、李素美、阮红军、谢勰、钟美达、唐瑞芳、唐彪、朱佳帅、段仲兵、李细根、王耀、杨清峡、张馨予。犌犅犜 冗余动力定位系统冗余设计和试验规程范围本标准规定了船舶或海上设施冗余动力定位系统冗余设计、试验要求。本标准适用于在船舶或海上设施(以下简称船舶)上的 和 动力定位系统的冗余设计和试验。注:动力定位系统的试验包括:动力定位控制系统、独立的联合操纵杆系统及动力定位系统故障模式和影响试验。术语和定义下列术语和定义适用于本文件。 动力定位犱 狔 狀 犪犿 犻 犮狆 狅 狊 犻 狋 犻 狅 狀 犻 狀 犵犇犘凭借自动和或手动控制的水动力系统,使船舶在其作业时,能够在规定的作业范围和环境条件下保持其船位和艏
4、向。 动力定位船舶犱 狔 狀 犪犿 犻 犮 犪 犾 犾 狔狆 狅 狊 犻 狋 犻 狅 狀 犲 犱狏 犲 狊 狊 犲 犾通过推进器推力能够自动保持位置和艏向(固定的位置、相对的位置或预设航迹)的船舶。 动力定位系统犱 狔 狀 犪犿 犻 犮狆 狅 狊 犻 狋 犻 狅 狀 犻 狀 犵狊 狔 狊 狋 犲犿动力定位船舶实现动力定位必需的一整套系统。注:包括推进器系统、动力系统、动力定位控制系统、独立的联合操纵杆系统。 推进器系统狋 犺 狉 狌 狊 狋 犲 狉狊 狔 狊 狋 犲犿用于动力定位的推进器及其控制装置。注:包括具有驱动设备和必要的附属系统(包括管路)的推进器、在动力定位系统控制下的主推进器和舵、
5、推进器控制设备、手动推进器控制器以及相关的电缆和电缆布线。 动力系统狆 狅狑 犲 狉狊 狔 狊 狋 犲犿向动力定位系统提供动力的所有部件和系统。注:包括原动机、发电机、配电板、不间断电源()和蓄电池、配电系统(包括电缆敷设及线路选择) 、功率管理系统以及支持上述系统的辅助系统。 动力定位控制系统犱 狔 狀 犪犿 犻 犮狆 狅 狊 犻 狋 犻 狅 狀 犻 狀 犵犮 狅 狀 狋 狉 狅 犾狊 狔 狊 狋 犲犿动力定位船舶必需的所有控制元件和或系统、硬件和软件。注:包括计算机系统、显示及操作面板(工作站) 、位置参考系统、传感器系统、相关的电缆和电缆布线、网络。 联合操纵杆系统犼 狅 狔 狊 狋 犻
6、 犮 犽狊 狔 狊 狋 犲犿具有集中的手动船位控制和手动或自动艏向控制的系统。犌犅犜 冗余狉 犲 犱 狌 狀 犱 犪 狀 犮 狔当发生单一故障时,单元或系统保持或恢复其功能的能力。注:它可通过设置多重单元、系统或其他实现同一功能的装置来实现。 冗余分组狉 犲 犱 狌 狀 犱 犪 狀 狋犮 狅犿狆 狅 狀 犲 狀 狋犵 狉 狅 狌 狆 狊由于单一故障的发生而导致同时受到影响的系统,通常以推进器组、发电机组或配电板进行划分。 冗余设计狉 犲 犱 狌 狀 犱 犪 狀 狋犱 犲 狊 犻 犵 狀系统为实现冗余意图而需满足的技术配置和物理布置的要求。 故障犳 犪 犻 犾 狌 狉 犲执行某个功能的系统和或设
7、备失去所具备的能力。 单一故障狊 犻 狀 犵 犾 犲犳 犪 犻 犾 狌 狉 犲部件或系统出现的单个故障,可能会造成下列影响中的一个或两个:)部件或系统的功能损失;)功能的退化达到了明显降低船舶、人员或环境的安全的程度。 最大单一故障狑狅 狉 狊 狋犮 犪 狊 犲狊 犻 狀 犵 犾 犲犳 犪 犻 犾 狌 狉 犲通过故障模式与影响分析确定的、导致对动力定位能力产生最大有害作用的动力定位系统所标识的单一故障。 隐性故障犺 犻 犱 犱 犲 狀犳 犪 犻 犾 狌 狉 犲对操作或维修人员而言不是显而易见的故障,且其具有导致设备功能失效的可能性。 公共故障犮 狅犿犿狅 狀犳 犪 犻 犾 狌 狉 犲因为单个原
8、因引起的不同冗余分组的部件故障。 动力定位系统分级犇犘狉 犪 狋 犻 狀 犵根据动力定位系统不同的冗余度以及单一故障可能造成的最大影响划分的级别。注:动力定位系统分为以下三个等级:) :安装有动力定位系统的船舶,可在规定的环境条件下,自动保持船舶的位置和艏向。单一故障后,可能出现丢失船位。) :安装有动力定位系统的船舶,在出现单一故障(不包括一个舱室或几个舱室的损失)后,可在规定的环境条件下,在规定的作业范围内自动保持船舶的位置和艏向。) :安装有动力定位系统的船舶,在出现单一故障(包括由于失火或进水造成一个舱室的完全损失)后,可在规定的环境条件下,在规定的作业范围内自动保持船舶的位置和艏向。
9、 冗余动力定位系统狉 犲 犱 狌 狀 犱 犪 狀 狋犱 狔 狀 犪犿 犻 犮狆 狅 狊 犻 狋 犻 狅 狀 犻 狀 犵狊 狔 狊 狋 犲犿 动力定位系统。犌犅犜 功率管理系统狆 狅狑 犲 狉犿犪 狀 犪 犵 犲犿犲 狀 狋狊 狔 狊 狋 犲犿在所有操作条件下确保连续供电的系统。 故障模式与影响分析犳 犪 犻 犾 狌 狉 犲犿狅 犱 犲犪 狀 犱犲 犳 犳 犲 犮 狋犪 狀 犪 犾 狔 狊 犻 狊犉犕犈犃对船舶动力定位系统可能的故障模式及故障影响进行分析和评估,以确定船舶动力定位系统的可靠性。冗余动力定位系统的冗余设计 冗余设计理念 在动力定位船舶设计初期,应确定冗余设计理念和最大单一故障后预期
10、的船舶动力定位能力,并确认是否满足动力定位船舶动力定位作业安全撤离作业需求。 冗余分组的划分应描述属于每个冗余分组的主要部件、物理位置、水密和防火分隔等,主要包括:)动力定位控制系统;)推进器、桨和舵(简称推进器系统) ;)主机、发电机组;)主配电板的布置;)显示不同冗余组区域划分的总布置图( ) 。 动力定位工况下系统结构,至少说明:)在不同的操作模式下,配电板汇流排断路器的状态;)在不同的操作模式下,最少运行的发电机的数量;)发电机操作模式:下垂模式或者同步模式。 最大单一故障的冗余设计理念至少包括:)船舶的设计特性。)动力定位作业工况。)最大单一故障,对于 船舶,典型最大单一故障是失去一
11、个机舱和或主配电板间;对于 船舶,典型最大单一故障是失去一段汇流排或者失去一台主机等。)动力定位工况下采用的系统结构,典型的是配电系统和推进器系统的系统结构。若动力定位工况可以采用多种系统结构,则对每一个系统结构,应说明其最大单一故障后的预期动力定位能力。)若采用双路供电以提高最大单一故障发生后船舶的定位能力,应说明。)若动力系统是基于不同冗余分组之间汇流排断路器闭合,应说明。 冗余动力定位系统的配置要求冗余动力定位系统的配置要求见表。犌犅犜 表冗余动力定位系统的配置要求系统和设备 推进器系统推进器布置有冗余有冗余,舱室分开推进器的手动控制有有(主动力定位控制站)动力系统发动机和原动机有冗余有
12、冗余,舱室分开配电板,舱室分开功率管理系统有冗余有冗余,舱室分开动力定位控制系统自动控制,计算机系统(其中之一位于备用控制站)位置参考系统运动传感器系统艏向传感器系统风速风向传感器系统其中之一位于备用控制站电源,舱室分开独立的联合操纵杆系统备用控制站无要求有报警打印机 推进器系统 动力定位系统的每个推进器应能单独遥控,并独立于动力定位控制系统。 推进器系统应提供足够的纵向和横向推力,并提供艏向控制的转向力矩。在有冗余的推进器布置中,任意一个推进器发生故障后,仍应有足够的横向和纵向推力以及控制艏向的转向力矩。 推进器系统与动力系统的连接方式应在组成的动力系统和与其相连的推进器发生故障后,仍应有足
13、够的横向和纵向推力以及控制艏向的转向力矩。 用于动力定位能力分析的推进器的推力值,应考虑推进器间的干扰以及其他可能降低有效推力的因素并加以修正,包括:)推进器位置应尽可能减小推进器与船壳之间、推进器与推进器之间的干扰;)推进器的浸没深度应足以降低吸入漂浮物或形成旋涡的可能性。 推进器系统的故障(包括螺距、方位和或速度控制) ,不应造成推力值的升高或推力方向的变化。 应在动力定位控制站布置各推进器应急停车系统。对于 ,推进器应急停车系统应设有回路监测;对于 ,应考虑火灾和进水的后果。 动力系统 动力系统对动力需求变化应有足够的响应时间。 对于 ,动力系统可分为两个或多个系统,当一个系统发生故障后
14、,至少另一系统仍能工作,为定位提供足够的动力。在动力定位操作时,动力系统可以作为一个系统运行,但应设有母联断路器,以便当有诸如短路等引起部分系统故障时,能够自动分断,避免故障从一个系统扩散到另一个系统。 对于 ,动力系统可分成两个或多个系统,当一个系统发生故障后,至少另一系统仍能工作,犌犅犜 为定位提供足够的动力。分开的动力系统应位于由 级分隔的不同处所。如动力系统位于破损水线以下,分隔也应水密。在 操作时,母联断路器应断开,除非能够达到等效完整性。 应有足够的用于船位保持的动力,以维持发生最大单一故障后船舶的位置。 应设有至少一套功率管理系统,并满足相应冗余。 因一台或几台发电机的停止而引起
15、的突然过载不应造成电源的全部中断,在起动一台备用的发电机并使其开始发电的过程中应减小螺距和或降低转速以减小推进器的负载。如动力定位系统的计算机系统能完成这一功能,则应与功率管理系统相协调。 若符合相关动力定位系统分级所有相关冗余、独立性和分隔要求,可以使用其他动力储备(如电池和飞轮)作为推进器的能源。若能为计算提供可靠的能量测量,可以将这类可用的能源包括在结果分析内。 由单一故障或设备故障造成的突然的负载变化不应造成不同冗余分组汇流排同时失电。 在动力定位控制站,应连续显示发电机的在线功率储备,即在线发电机的容量与消耗的功率之差。对于分段式汇流排,每一分段要设置这种指示器。若推进器的操作不会引
16、起电站的过载,可不要求设置储备功率指示器。 动力定位控制系统 控制系统应包括自动和手动控制两种方式,自动控制模式应包括船位和艏向控制,应能独立地选择船位和艏向的设置点;手动控制模式包括用单独的控制器来控制各个推进器的螺距转速和方向,以及使用联合操纵杆进行组合推力遥控。 当计算机停止时,系统应能自动将推进器转速和螺距归零,也可以通过手动方式将推进器转速和螺距归零。 对于 ,在计算机系统或其辅助设备出现任何单一故障后,执行推进自动控制的计算机系统应能控制推进器,该要求可通过两个或两个以上并行工作的计算机系统来完成,可选择一个计算机系统在线工作,其他的计算机系统作为热备用。 对于 ,至少应有一个位置
17、参考系统和一台罗经与备用系统相连接,并独立于主控制系统。备用系统应由操作者在主动力定位控制站或备用控制站起动,该转换应确保任何单一故障不会造成主控制系统和备用控制系统同时失效。 当一套计算机系统失效时,应能自动转换至冗余计算机系统控制。当控制位置从一套计算机系统向另一套计算机系统切换时,动力定位操作应保持平稳,其变化应保持在可接受的操作范围内。 若同时使用两个及以上的定位控制系统,应设有自检和系统之间的比较功能,以便在探测到推进器或船位或艏向指令出现明显差别时,发出运行报警。该技术应不危及每个系统的独立性或引起公共故障的风险。 操作之间的转换应方便,而且应清楚地显示目前操作方式以及不同分系统的
18、操作状态。 操作员控制装置应设计成任何误操作都不会导致极限状况的发生。 动力定位控制系统的布置 对于 ,应设置两个独立的动力定位控制系统和一个自动艏向控制的联合操纵杆系统。一个自动控制系统故障,控制应能自动转换到另一系统。若自动控制系统失效,可通过联合操纵杆系统手动集中控制。 对于 ,在 基础上增加一套备用动力定位控制系统,布置在备用动力定位控制站。 可采用手动方式从动力定位控制站切换至备用动力定位控制站,切换开关应布置在备用动力定犌犅犜 位控制站。如在动力定位控制站也设有功能相同的开关,则动力定位控制站受损时不应影响备用动力定位控制站的切换功能。 动力定位控制站 位于动力定位控制站的设备应包
19、括但不限于:)动力定位自动手动控制的人机界面(动力定位操作站) ;)推进器控制手柄;)独立的联合操纵杆;)模式转换系统;)推进器应急停车;)内部通信;)位置参考系统人机界面。 动力定位控制站的布置应使动力定位操作人员有良好的船舶外围视线和环境区域。 推进器的遥控操纵手柄、独立的操纵杆应从动力定位操作站易于接近。推进器的应急停止和模式切换应布置在动力定位操作人员易于到达的区域。 船舶应设有两套相互独立的动力定位操作站; 船舶还应设有一套备用动力定位控制站,备用动力定位控制站的设备应包括但不限于:)动力定位自动手动控制的人机界面(动力定位操作站) ;)内部通信。 备用动力定位控制站与动力定位控制站
20、之间应设有 防火分隔。 备用动力定位控制站的设置应与动力定位控制站有类似的船舶外围视线和环境区域,可通过电视监控系统()来实现。 控制面板的布置 动力定位控制站的指示器和操作面板,应符合人体工程学原理。对不同的指示器和控制面板应进行逻辑分组,当这些指示器和控制面板与其相关的设备在船上的相对位置有关时,应与之相协调,显示器上的指示也应满足同等要求。 操作模式之间的转换应方便,而且应清楚地显示目前操作模式。不同分系统的操作状态也应显示一致。 若系统及其分系统的控制可从其他控制站上进行,每个控制站应指示正在实施控制的控制站。 显示器和指示器的信息应便于使用,操作者应能立即获得动作后的信息。一般情况下
21、,既要显示发出的指令,还应显示反馈信息或动作的确认信息。 若操作面板的误操作可能导致危险状态,则应采取预防措施来避免该控制操作。这些预防措施可以是将手柄等置于适当位置、采用凹进的或有盖的开关、或按一定的逻辑进行操作。 若操作次序的错误会导致危险状态或设备损坏,则应采取连锁措施。 安装在驾驶室内的控制面板和指示器应有充分的照明,并可调光,报警指示不准许调至零。 控制系统的信息显示 典型的信息显示内容应包括但不限于:)船舶的位置图(包含位置、速度、艏向) ;)推进器命令及反馈显示方向、转速、螺距(若有) ;犌犅犜 )电站的状态显示(在线负荷、可用功率) ;)位置参考系统显示;)传感器系统显示;)在
22、线能力、结果分析显示;)状态和报警显示。 动力定位控制站应显示从动力系统、推进器系统和动力定位控制系统传来的信息,典型的信息指示包括:)“运行”状态;) “可以用于动力定位”状态;) “正在参与动力定位”状态。 显示系统,尤其是位于动力定位控制站的显示系统,应符合人体工程学原理。动力定位控制系统应易于选择控制模式(如手动、自动等) ,并能清晰显示运行中的控制模式。显示系统应符合下列原则:)隔离冗余设备以降低公共故障产生的可能性;)易于维护;)防止来自环境和电磁干扰的负面影响。 如果动力定位控制站的报警是其他报警系统的延伸信号,应有本地的消声和确认装置。消声装置不应抑制新的报警。 推进器控制模式
23、选择 动力定位典型的控制模式包括:)手动控制;)动力定位控制;)独立的操纵杆控制。 推进器控制模式应能通过动力定位控制站的一个简单的装置来选择,控制模式选择器可以是一个选择开关,或者为每个推进器设置独立的选择开关。 控制模式的选择应布置成当动力定位控制模式出现故障后,总是能够选择手动控制。 推进器的控制模式选择应提供动力定位自动控制系统和独立的操纵杆控制系统所需要的完整性和独立性。推进器的控制模式选择不应违反冗余的要求,包括其本身的故障也不应违背冗余的要求。 推进器的控制模式选择应布置在推进器控制手柄所布置的位置,推进器操作手柄典型的布置位置包括:)航行控制台;)动力定位主控制中心。 对于 ,
24、推进器的控制模式选择系统因为火灾而破坏后,仍可以选择至备用动力定位控制系统;备用动力定位控制系统可以在备用动力定位控制中心被动力定位操作人员选择激活。转换开关应满足任何单一故障不会造成备用控制系统和主控制系统同时失效。 独立的联合操纵杆系统 应布置独立于动力定位控制系统的联合操纵杆系统,其电源应独立于动力定位控制系统的不间断电源,系统故障时应发出警报。 独立联合操纵杆系统应具有自动艏向控制功能。犌犅犜 在独立联合操纵杆系统中,如出现任一故障会导致操作人员对推进器失去控制时,应将推进命令自动归零。如果故障仅影响一部分有限的推进器,对这些受影响的推进器其控制命令应自动归零,而此时保持其他未受影响的
25、推进器仍处于操纵杆控制下。 位置参考系统 典型的位置参考系统应包括但不限于:)卫星定位系统;)水声位置参考系统;)微波位置参考系统;)激光位置参考系统;)张紧索系统。 对于冗余动力定位系统,若需要两个或更多位置参考系统,它们应基于至少两种不同的原理且适合操作条件。 位置参考系统产生的数据对预期的动力定位操作应足够准确并可重复。 应至少安装三套独立的位置参考系统,并且在运行时同时对动力定位控制系统有效。 对于 ,至少一套位置参考系统应直接连接到备用控制系统并由 级分隔与其他位置参考系统分开。 位置参考系统的监测设计包括:)当位置参考系统的信号错误或强度明显降低时应发出警告;)当使用水声位置参考系
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