基于dp3钻井船助益快速以太网系统冗余支持方法
【专利摘要】基于DP3钻井船助益快速以太网系统冗余支持方法；网络系统分成两组网络A与网络B，且两组网络必须是A60分割的。所有的NETWORK?SWITCH?BOX也必须根据A网和B网设计为A,B两组。而所有的工作站也必须同时接到这A,B两路上。任何一组网络（A,B）同时连接了主DP以及备用DP中所有的控制器、传感器。当网络A上某点产生故障，系统会自行判断并通过网络B获取数据，反之亦然。采用模块化设计，完全对接DPS3标准，可以实现钻井船电能的高效配置、管理与调度；系统结构简明扼要，且成本控制合理；可显著提高系统的稳定性、安全性和可靠性。
【专利说明】基于DP3钻井船助益快速以太网系统冗余支持方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及G05B —般的控制或调节系统技术，尤其是基于DP3钻井船助益快速以太网系统冗余支持方法。
【背景技术】
[0002]动态定位技术DP即Dynamic Positioning,已普遍被海洋工程船舶上采用。海洋工程船舶一般是远离岸的作业船，因故障而停产或返厂维修成本是非常高的。为了减少这种可能，就出现了 DP2，DP3系统；DP3更进一步，单点故障的承受力更强，与DP2不同的是I)DP3需要A60分割；2) DP3必须有DP备用控制室3) DP3最大的单点故障是一个动力舱室，例如一个机舱或者是中压配电板间；任何一点或者是一条线的故障，甚至是动力舱或控制舱室发生火灾或者浸水，能够保持船位，还能正常在海上作业。MO国际海事组织以及ABS美国船级社对于DP动力定位的附加标志对比可以看出，ABS中DPS3规定要求任何一舱失火或浸水情况下，仍能自动保持船位和艏向，相应规格下MO中规定标记为3级设备时要求任一舱失火或浸水情况下，不会造成位置丢失。在动力定位DPS3的船舶中，还有一个非常重要的概念就是DP系统的冗余，钻井船DP的控制器是3套主的加上一套备用的，三套传感器分别接入三套主控制器，第三套传感器同时接入备用控制器。包括DP系统的UPS电源也应满足冗余以及A60分割的要求。MO DP3符号要求UPS是2+1，其中之一位于隔离舱室；而ABS DPS3符号要求1+1，其中之一是位于隔离舱室。也就是说主DP与备用DP系统的UPS是需要分开的，而对于主DP的两套系统则是可以放在一起的。
[0003]由于海洋环境复杂多变，因而对于许多海上作业船来说，动力定位系统已成为必不可少的支持系统。钻井船在海上进行钻井工作，因此它对于动力定位的要求非常高，任何在海上的风浪、潮涌，都将使船舶失去原有的位置，最终导致作业失败，因此其通过GPS卫星信号、海底声呐系统以及电罗经实施对船舶位置以及艏向的一个反馈，以及风速传感器测量数据对整个船舶的受风面积计算、船舶附近一定范围内的浪和涌的测量，而后通过控制器对推进器操控，自动计算出横向以及纵向所需要的力矩，从而实施船舶的一个位置修复，以保证作业的正常实施。船舶位置以及艏向的失去对于工程船来说影响是非常大的:对于钻井船来说，如果是作业中的情况，整个钻杆将被扭断，其危害是相当大的。可见一个高效、稳定的控制系统对于钻井船的重要性。
[0004]船舶控制网络系统由网络开关盒NSB(Net Switch Box)以及FS工作站(FieldStation)构成。所有的FS都是由一路应急配电板以及另一路UPS供电，而NSB由一路UPS供电。钻井船网络设计满足了从黑电状态到恢复动力的时间30秒的要求，以及由漂浮状态到停止漂浮反应的时间3分钟的要求。快速以太网对于实现前述目标十分重要，与原来在IOOMbps带宽下工作的FDDI相比它具有许多的优点，最主要体现在快速以太网技术可以有效的保障用户在布线基础实施上的投资，它支持3、4、5类双绞线以及光纤的连接，能有效的利用现有的设施。快速以太网的不足其实也是以太网技术的不足，那就是快速以太网仍是基于CSMA/CD技术，当网络负载较重时，会造成效率的降低，当然这可以使用交换技术来弥补。
[0005]随着网络的发展，传统标准的以太网技术已难以满足日益增长的网络数据流量速度需求。在1993年10月以前，对于要求IOMbps以上数据流量的LAN应用，只有光纤分布式数据接口 FDDI可供选择，但它是一种价格非常昂贵的、基于IOOMbps光缆的LAN。1993年10月，Grand Junction公司推出了世界上第一台快速以太网集线器Fastchl0/100和网络接口卡FastNIClOO，快速以太网技术正式得以应用。随后Intel、SynOptics,3COM,BayNetworks等公司亦相继推出自己的快速以太网装置。与此同时，IEEE802工程组亦对IOOMbps以太网的各种标准，如100BASE — TXUOOBASE 一 T4、M I1、中继器、全双工等标准进行了研究。1995年3月IEEE宣布了 IEEE802.3ul00BASE — T快速以太网标准(FastEthernet),就这样开始了快速以太网的时代。
[0006]然而，现有技术中的基于以太网通常用控制器却存在关键缺陷，即无备份冗余，系统可靠性低，现有平台能量管理系统往往采用单一控制器控制，一旦控制器故障，系统将无法实现自动控制功能，在某些情况下，可能会造成严重后果，系统可靠性低。因此，有必要在实施DPS3钻井船快速以太网时提出一类适应的系统冗余支持方法。
[0007]中国专利申请CN202632066U—种深海半潜式钻井平台双冗余能量管理系统，两台发电机组组成一个电站，各电站独立运行，每个电站配置三个控制从站，两个电站配置一个双冗余CPU控制主站，控制主站与控制从站之间采用CS31现场总线通讯，人机界面与控制主站CPU之间采用以太网通讯，各控制主站CPU之间通过以太网通讯，所有以太网端口均汇总到以太网交换机，最终数据送监测报警系统。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是提供一种基于DP3钻井船助益快速以太网系统冗余支持方法，不但有效支持快速以太网，而且全面控制和监测DPS3的所有设备和系统。
[0009]本发明的目的将通过以下技术措施来实现:网络系统分成两组网络A与网络B，且两组网络必须是A60分割的。所有的NETWORK SWITCH BOX也必须根据A网和B网设计为A，B两组。而所有的工作站也必须同时接到这A，B两路上。任何一组网络(A，B)同时连接了主DP以及备用DP中所有的控制器、传感器。当网络A上某点产生故障，系统会自行判断并通过网络B获取数据，反之亦然。所有的440V以及以上的配电板MSB以及马达控制中心MCC都通过串行链路SL接入工作站FS，进而传输给整个网络，整个网络的任何一点都能共享网络中的任何数据，而220V以及以下的配电板MSB则都是通过硬连接HARDWIRED接入工作站FS;钻井控制系统、火气系统以及应急切断系统都具有独立的网络，分别通过串行链路SL接入船舶管理系统VMS系统。
[0010]尤其是，除了推进器工作站以及PMS工作站以外，工作站FS里的控制器里都是包含2个PLC模块，分别是DP模块的PLC以及VMS的PLC，并且控制器都是冗余的。
[0011]尤其是，PMS工作站FS里的控制器包含3个PLC模块，分别是DP模块的PLC以及VMS的PLC，以及一个PMS的PLC。
[0012]尤其是，推进装置的工作站FS是没有冗余的，它包含了 DP模块的PLC，AUTOMATION的PLC，以及DRIVE模块的PLC。
[0013]尤其是，电力系统是IlKV的中压系统，整船的电力系统是由3组中压发电机，每组2个中压发电机7370KW分别安装在A60防火分割的三个机舱内，三条主电力系统采用A60防火分割，从相对应的中压配电系统到变压器再到440V低压配电板都是完全互相A60防火分割；3个中压配电板对应的推进器分别是左前推进器T2和左后推进器T5，前中推进器Tl和后中推进器T4，右前推进器T3和右后推进器T6，其中，T5以及T6艉部推进器作为航行用，并且保证航速大于11节。
[0014]本发明的优点和效果:采用模块化设计，完全对接DPS3标准，可以实现钻井船电能的高效配置、管理与调度；系统结构简明扼要，且成本控制合理；可显著提高系统的稳定性、安全性和可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本发明实施例1中推进器在船身的位置示意图。
【具体实施方式】
[0016]本发明中，钻井船的网络系统采用快速以太网，整个网络是冗余的，即划分为互为备份的A、B网络，并且传输速度达到100M/S ;默认情况下所有的信息是通过B网传输的；假如A网中的任何一点产生了故障，仍旧由B网传输；而假如B网中的任何一点产生了故障，則故障的点自动切换到A网工作；主网络系统也是分成两组网络A与网络B，且必须是由A60分割的；所有的控制站NSB (NETWORK SWITCH BOX)根据A网和B网设计为A和B两组，而所有的工作站FS同时接到该A，B两路网络上；A或B网络中任何一组网络都同时连接主DP以及备用DP中所有的控制器、传感器。
[0017]前述中，“A60”级防火分隔系指由符合一定要求的舱壁和甲板所构成的分隔，使用经认可的不可燃材料隔热，在60分钟内，其背火一面的平均温度较原温度升高不超过1400C，且在包括任何接头在内的任何一点上的温度较原温度升高不超过180°C。
[0018]本发明中，网络系统分成两组网络A与网络B，且两组网络必须是A60分割的；所有的NETWORK SWITCH BOX也必须根据A网和B网设计为A，B两组；而所有的工作站也必须同时接到这A, B两路上；网络A与网络B中任何一组网络同时连接了主DP以及备用DP中所有的控制器、传感器；当网络A上某点产生故障，系统会自行判断并通过网络B获取数据，反之亦然；所有的440V以及以上的配电板MSB以及马达控制中心MCC都通过串行链路SL接入工作站FS，进而传输给整个网络，整个网络的任何一点都能共享网络中的任何数据,而220V以及以下的配电板MSB则都是通过硬连接HARDWIRED接入工作站FS ;钻井控制系统、火气系统以及应急切断系统都具有独立的网络，分别通过串行接口 SL接入船舶管理系统VMS系统。
[0019]本发明中，相关工作网络系统归属于一个总的船舶管理系统VMS (VESSELMANAGEMENT SYSTEM)。
[0020]本发明中，钻井控制系统、火气系统以及应急切断系统都具有独立的网络，分别通过串行链路SL接入船舶管理系统VMS系统。
[0021]前述中，除了推进器工作站以及PMS工作站以外，工作站FS里的控制器里都是包含2个PLC模块，分别是DP模块的PLC以及VMS的PLC，并且控制器都是冗余的。
[0022]前述中，PMS工作站FS里的控制器包含3个PLC模块，分别是DP模块的PLC以及VMS的PLC，以及一个PMS的PLC。
[0023]前述中，推进装置的工作站FS是没有冗余的，它包含了 DP模块的PLC,AUTOMATION的PLC，以及DRIVE模块的PLC。
[0024]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0025]实施例1:如附图1所示，网络系统分成两组网络A与网络B，且两组网络必须是A60分割的；所有的NETWORK SWITCH BOX也必须根据A网和B网设计为A，B两组；而所有的工作站也必须同时接到这A, B两路上；网络A与网络B中任何一组网络同时连接了主DP以及备用DP中所有的控制器、传感器；当网络A上某点产生故障，系统会自行判断并通过网络B获取数据，反之亦然；电力系统是IlKV的中压系统，整船的电力系统是由3组中压发电机，每组2个中压发电机7370KW分别安装在A60防火分割的三个机舱内，三条主电力系统采用A60防火分割，从相对应的中压配电系统到变压器再到440V低压配电板都是完全互相A60防火分割；3个中压配电板对应的推进器分别是左前推进器T2和左后推进器T5，前中推进器Tl和后中推进器T4，右前推进器T3和右后推进器T6，其中，T5以及T6艉部推进器作为航行用，并且保证航速大于11节。
[0026]本发明实施例中，钻井船全部的IO共计约13000左右，包括了钻井监控系统DCMS和船舶管理系统VMS。VMS部分全船分布了一共23个工作站FS，这些站将信号采集后通过快速以太网高速地在各个控制站之间进行控制和传输。
[0027]本发明中，整个钻井船网络系统的安全性以及可靠性得到重要的支持和维护，有效降低故障和损害发生几率，冗余度符合DP3船舶标志的要求，从多个方面保证船舶高效稳定地作业。以可靠的网络支持更精准的控制，使得定位的精度更高，对于整个作业的安全操作也是起到了最根本的保障。
【权利要求】
1.基于DP3钻井船助益快速以太网系统冗余支持方法；其特征在于，网络系统分成两组网络A与网络B，且两组网络必须是A60分割的；所有的NETWORK SWITCH BOX也必须根据A网和B网设计为A, B两组；而所有的工作站也必须同时接到这A, B两路上；网络A与网络B中任何一组网络同时连接了主DP以及备用DP中所有的控制器、传感器；当网络A上某点产生故障，系统会自行判断并通过网络B获取数据，反之亦然；所有的440V以及以上的配电板MSB以及马达控制中心MCC都通过串行链路SL接入工作站FS，进而传输给整个网络，整个网络的任何一点都能共享网络中的任何数据，而220V以及以下的配电板MSB则都是通过硬连接HARDWIRED接入工作站FS ;钻井控制系统、火气系统以及应急切断系统都具有独立的网络，分别通过串行链路SL接入船舶管理系统VMS系统。
2.如权利要求1所述的基于DP3钻井船助益快速以太网系统冗余支持方法，其特征在于，除了推进器工作站以及PMS工作站以外，工作站FS里的控制器里都是包含2个PLC模块，分别是DP模块的PLC以及VMS的PLC，并且控制器都是冗余的。
3.如权利要求1所述的基于DP3钻井船助益快速以太网系统冗余支持方法，其特征在于，PMS工作站FS里的控制器包含3个PLC模块，分别是DP模块的PLC以及VMS的PLC，以及一个PMS的PLC。
4.如权利要求1所述的基于DP3钻井船助益快速以太网系统冗余支持方法，其特征在于，推进装置的工作站FS是没有冗余的，它包含了 DP模块的PLC,AUTOMATION的PLC，以及DRIVE模块的PLC。
5.如权利要求1所述的基于DP3钻井船助益快速以太网系统冗余支持方法，其特征在于，电力系统是IIKV的中压系统，整船的电力系统是由3组中压发电机，每组2个中压发电机7370KW分别安装在A60防火分割的三个机舱内，三条主电力系统采用A60防火分割，从相对应的中压配电系统到变压器再到440V低压配电板都是完全互相A60防火分割；3个中压配电板对应的推进器分别是左前推进器T2和左后推进器T5，前中推进器Tl和后中推进器T4，右前推进器T3和右后推进器T6，其中，T5以及T6艉部推进器作为航行用，并且保证航速大于11节。
【文档编号】G05B19/418GK103744400SQ201410014985
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2014年1月13日 优先权日:2014年1月13日
【发明者】汪达, 丁海, 郑志峰, 万洁, 曾国咏, 段陟, 杨巍巍 申请人:上海中远船务工程有限公司