Pozycjonowanie dynamiczne

Pozycjonowanie dynamiczne statku – wykład

Wraz z rozwojem floty morskiej zajmującej się wydobyciem ropy

naftowej z dna morskiego, jak również

potrzeba wykonywania prac

podwodnych (dokonywanie odwiertów w dnie morskim, układanie rurociągów i
kabli na dnie morskim, prowadzenie prac z udziałem nurków, itp.) wymusiła
konieczność zapewnienia statkom zdolności precyzyjnego manewrowania, jak i
utrzymania stałej pozycji, niezależnie od prądu morskiego siły wiatru fal
morskich i innych czynników

. Pierwotnie problem ten rozwiązywano za pomocą

platform  utrzymywanych  na  pozycji  za  pomocą  wielu  kotwic.  Zapewnienie
dokładności  miejsca  postoju  dokonywano  poprzez  odpowiedni  naciąg
łańcuchów kotwic. Manewrowanie taką platformą było bardzo kłopotliwe, gdyż
musiało się odbywać przy pomocy holowników, które wyrywały kotwice z dna
morskiego  i  zrzucały  je  odpowiednio  dalej,  następnie  obsługa  na  platformie
sterując  naciągiem  łańcuchów  przemieszczała  ją  w  żądanym  kierunku.  System
ten  był  szeroko  używany,  ale  powyżej  pewnej  głębokości,  jak  i  ze  względu  na
ukształtowanie  dna,  lub  z  uwagi  na  możliwość  uszkodzenia  urządzeń  już
zainstalowanych na dnie morskim jest niemożliwy do zastosowania. W dodatku
eksploatacja tego rodzaju pozycjonowania jest bardzo droga.

Znacznie lepsze możliwości daje system dynamicznego pozycjonowania

oparty na pracy komputera, otrzymującego dane z referencji, które informują
go o każdym ruchu statku

. Referencje (od łacińskiego: referro – odnosić) są to

zewnętrzne układy odniesienia, względem, których określa się przemieszczenie
statku.  Komputer  informacje  te  otrzymuje,  analizuje,  porównuje  z  wartościami
zadanymi  i  odpowiednio  do  potrzeb  steruje  kierunkiem  i  siłą  oddziaływania
sterów strumieniowych i śrub napędu głównego, przeciwstawiając się naporowi
sił  zewnętrznych,  tj:  prądu  morskiego,  fal,  siły  wiatru  itp.

Na ogół na statkach

wyposażonych w system dynamicznego pozycjonowania stosuje się układ
napędowy typu „Diesel – Electric”.

Polega on na tym ze silniki główne

napędzają  prądnice  wytwarzające  energię  elektryczną,  a  następnie  silniki
elektryczne wprawiają w ruch stery strumieniowe. Za zastosowaniem tego typu
rozwiązania  przemawia  pewność  działania  układu,  nawet  w  sytuacjach
wystąpienia  awarii  jednego  lub  więcej  jego  elementów.  Na  statkach  tych
instaluje  się  zespoły  prądotwórcze  odpowiednio  dużych  mocy  zdolnych  do
długotrwałego  zasilania  wszystkich  napędów  na  maksymalnym  obciążeniu.
System ten w budowie i eksploatacji jest dość drogi, ale charakteryzuje się duża
zdolnością ruchową i bardzo dobrymi możliwościami manewrowymi.

Zaletami swoimi system dynamicznego pozycjonowania przewyższa

pozycjonowanie za pomocą kotwic, dlatego jest bardzo szeroko stosowany, a w
wielu wypadkach jest jedyną możliwością utrzymania statku na niezmiennej
pozycji.

1. RYS HISTORYCZNY

Dynamiczne pozycjonowanie statków jest techniką, która zaczęła

rozwijać  się  od  wczesnych  lat  sześćdziesiątych.  Początkowo  były  to
konwencjonalne  statki  przebudowywane  do  wykonania  określonych  zadań  (tj:
odwierty,  układanie  kabli,  itp.).  Wyposażano  je  w  dodatkowe  stery
strumieniowe,  a  jako  jedyną  referencję  używano

Taut Wire

. Do przetwarzania

danych otrzymanych z referencji służył analogowy komputer, którego praca
polegała na wyświetlaniu kierunku i siły oddziaływania sterów strumieniowych
sterowanych ręcznie.

Na początku lat siedemdziesiątych zastosowano komputery i dzięki temu

technika

dynamicznego

pozycjonowania

uległa

dalszemu

rozwojowi.

Zastosowano referencję hydroakustyczną HPR, wprowadzono do użytku
referencję pozycjonowania satelitarnego DGPS, referencję mikrofalową
ARTEMIS i udoskonalono referencję starego typu, jaką była Taut Wire.

Wraz z rozwojem floty pracującej przy wydobyciu ropy naftowej system

dynamicznego pozycjonowania, dla usprawnienia pracy, zmniejszenia kosztów i
czasu,  jest  montowany  na  wielu  typach  statków,  tj:  statki  do  zadań  z  udziałem
nurków,  barki  z  dźwigami,  statki  do  obserwacji  podwodnych,  statki
opuszczające  roboty  podwodne  tzw:  ROV  (Remote  Operated  Vehicle),  statki
wiertnicze, statki do kładzenia rur i kabli, pływające platformy produkcyjne, itp.

W chwili obecnej system dynamicznego pozycjonowania jest w bardzo

pewny w działaniu, charakteryzuje się prostą obsługą i małą awaryjnością.

Daje

dokładność lokalizacji i utrzymania zadanej pozycji statku z dokładnością do 1
metra.

2. PODSTAWOWE ZADANIA

SIŁY ODDZIAŁYWANIA I SWOBODNE RUCHY STATKU

Statek znajdujący się na morzu jest poddany działaniu siły wiatru, fal i prądu

morskiego.

Czynniki te w danej chwili mogą mieć różne siły i kierunki

oddziaływania. Często zmieniają swoją wartość w krótkich odstępach czasu.
Szczególnie wiatr jest czynnikiem, który zmienia się najczęściej.

Siły te

wywołują sześć ruchów swobodnych statku.

Rys. 1 - Graficzne przedstawienie ruchów swobodnych statku

Ruch  SURGE  (oscylacja  wzdłużna)  jest  określany  jako  przesunięcie  statku  w
płaszczyźnie poziomej w kierunku dziobu lub rufy.
Ruch  SWAY  (oscylacja  poprzeczna)  jest  określany  jako  przesunięcie  statku  w
płaszczyźnie poziomej w kierunku lewej lub prawej burty.
Ruch YAW (ruch skośny, myszkowanie) jest określany jako przesunięcie dziobu
statku w lewo lub w prawo, w płaszczyźnie poziomej.
Ruchy  powyższe  system  dynamicznego pozycjonowania    może  mierzyć  i  nimi
sterować.  Na  konsoli  pulpitu  znajduje  się  przycisk  przełączania  z  operacji
automatycznej  na  ręczną  i  odwrotnie.

Przy operowaniu automatycznym

wszystkie trzy ruchy są kontrolowane przez system

. Gdy sterowanie odbywa się

ręcznie, ruchy te są sterowane tylko za pomocą joysticka, lub z kilkoma
możliwymi opcjami, zależnymi od operatora.
Kolejne trzy ruchy swobodne statku to:
Ruch

HEAVE

(oscylacja

pionowa,

nurzanie)

jest

określany

jako

przemieszczenie  się  statku  w  płaszczyźnie  pionowej  równolegle  w  górę  lub  w
dół.
Ruch  PITCH  (kołysanie  wzdłużne)  jest  określany  jako  przemieszczenie
wahadłowe rufy i dziobu statku w przeciwnych kierunkach, rufa do dołu dziób
do góry i odwrotnie.
Ruch  ROLL  (kołysanie  poprzeczne)  jest  określany  jako  przemieszczenie
wahadłowe lewej i prawej burty statku w przeciwnych kierunkach, lewa burta na
dół prawa do góry i odwrotnie.
Ruchy powyższe system dynamicznego pozycjonowania może mierzyć, ale nie
może nimi sterować.

Ruchy PITCH i ROLL są mierzone przez VRS (Vertical Reference Sensor), a
dane są przekazywane do komputera w celu korekcji ruchów SURGE, SWAY i
YAW

. Ruch HEAVE w normalnych warunkach pracy systemu dynamicznego

pozycjonowania nie jest brany pod uwagę. Jest stale mierzony i może zostać

wyświetlony na żądanie operatora. W niektórych przypadkach pracy statków do
zadań specjalistycznych ma on wielkie znaczenie, np: na statkach podnoszących
przedmioty o wielkiej masie (np: Heavy Lift), lub przy opuszczaniu znacznych
ciężarów na duże głębokości (np: batyskafy, elementy instalacji podwodnych,
itp.).

Zadaniem systemu dynamicznego pozycjonowania jest

utrzymanie

zadanego kierunku dziobu i pozycji statku

podczas gdy nieprzerwanie siły

zewnętrzne, w postaci: wiatru, fal i prądu morskiego, próbują zepchnąć go
z  żądanej  pozycji.  W  szczególności  siła  wiatru  ma  silne  oddziaływanie,  gdyż
wywołuje  obrót  statku,  dzięki  niesymetrycznemu  ukształtowaniu  kadłuba,  oraz
występowaniu  na  kadłubie  elementów  dużych  rozmiarów,  tj:  nadbudówek,
masztów, dźwigów, itp.

Nastawa pozycji i kierunku dziobu jest zadawana przez operatora, a następnie

jest  przetwarzana  przez  główny  komputer  systemu,  by  wygenerować  sygnały
sterujące  siłą  i  kierunkiem  oddziaływania  sterów  strumieniowych  i  śrub
napędu  głównego  statku.

System dynamicznego pozycjonowania zawsze

dobiera optymalną siłę i kierunek oddziaływania każdego napędu, w zależności
ile  ich  ma  do  dyspozycji  w  danej  chwili.  Funkcja  ta  jest  wykorzystywana  w
momencie,  gdy  z  przyczyn  technicznych  zostanie  wyłączony  jeden  lub  więcej
napędów,  wtedy  reszta  napędów  pracujących,  automatycznie  przejmie  ich
zadania.  Wiąże  się  to  oczywiście  z  pracą  silników  napędów  strumieniowych,
dostępnych  dla  systemu,  na  o  wiele  większych  obciążeniach,  a  w  sytuacjach
wyjątkowych nawet do ich przeciążenia.

Dla utrzymania właściwego zadanego kierunku dziobu system dynamicznego

pozycjonowania  używa  sygnału  z  jednego,  lub  więcej  żyrokompasów,  podczas
gdy  przynajmniej  jedna  z  referencji  do  utrzymania  stałej  pozycji  ciągle
współpracuje  z  głównym  komputerem.

Zejście statku z zadanej pozycji i

zadanego  kierunku  dziobu  jest  automatycznie  wychwytywane  przez  system  i
korygowane poprzez odpowiednie oddziaływanie sterów strumieniowych i śrub
napędu głównego.
    Możliwe  jest  również  ręczne  sterowanie  pozycją  statku  poprzez  joystick
zamontowany  na  konsoli  pulpitu.  Można  manewrować  statkiem  używając
jedynie  joystick,  lub  za  pomocą  joysticka  w

połączeniu z jedną lub więcej

referencji, jako sterowanie półautomatyczne.

Rys. 2 – Oddziaływanie sterów strumieniowych dla kompensowania sił
zewnętrznych

Rotation centre – środek obrotu,
Tunnel thruster – tunelowy ster strumieniowy,
Direction of thrust – kierunek oddziaływania,
Propeler/ruder – śruba/płetwa steru,
Wake from thruster/propeler – ślad prądu wody wywołany pracą napędu strumieniowego,
Rotational Moment Demand – żądany momentu obrotowego,
Directional Force Demand – żądanay kierunek siły oddziaływania napędów,
Allocation of demand – żądany kierunek przemieszczenia,

System dynamicznego pozycjonowania otrzymuje właściwe dane z referencji
o zejściu statku z zadanej pozycji pod wpływem sił zewnętrznych, i wysyła
sygnały sterujące siłą i kierunkiem oddziaływania sterów strumieniowych i śrub
napędu głównego by skompensować sumę naporu sił zewnętrznych.

     System  dynamicznego  pozycjonowania  ma  dwie  odrębne  funkcje  tj:
utrzymanie stałej zadanej pozycji i utrzymanie stałego kierunku dziobu. W
przypadku  utraty  przez  statek  obu  tych  wartości,  w  pierwszej  kolejności
system  będzie  starał  się

przywrócić żądany kierunek dziobu, a następnie

żą

daną pozycję.

Dzieje się tak, dlatego że dla przywrócenia i utrzymania odpowiedniego
kierunku dziobu zapotrzebowanie na moc jest o wiele mniejsze niż do zmiany
pozycji. Gdyby statek miał wykonywać te dwa manewry jednocześnie dostępna
moc mogłaby okazać się niewystarczająca.

RODEK OBROTU

Dla każdego statku posiadającego zainstalowany system dynamicznego
pozycjonowania musi być określony środek obrotu (Centre of Rotation

). Jest to

dokładnie  określony  punkt  w  kadłubie  statku,  który  podlega  pozycjonowaniu.
Zazwyczaj  jest  to  punkt  leżący  w  osi  symetrii  statku  na  śródokręciu,  lecz
również  może  on  się  znajdować  w  różnych  miejscach  w  kadłubie,  na  różnych
typach  statków.  Dla  statków  opuszczających  sprzęt  z  nurkami  środek  obrotu
wypada  w  studni,  z  której  jest  opuszczany.  Na  statkach  układających  rury  i
kable na dnie morskim z rampą do wypuszczania zamontowaną na rufie, punkt
ten wypada w rufowej części statku. Na tankowcach z przyłączem do pobierania
ropy  naftowej  z  platform  umiejscowionym  na  dziobie,  środek  obrotu  znajduje
się  w  dziobowej  części  statku.  Statek  może  mieć  jeden  lub  więcej  środków
obrotu, w zależności, do czego jest przeznaczony i jaką pracę wykonuje. Punkt
ten każdorazowo może być wybrany przez operatora.

PODSTAWOWE MANEWRY

    Za  pomocą  systemu  dynamicznego  pozycjonowania  można  wykonywać
statkiem wiele manewrów, ustalanych przez operatora. Rodzaj manewru zależy
od  typu  wykonywanego  zadania.  Manewrować  można  ręcznie,  za  pomocą
joysticka, lub automatycznie. Obsługa ręczna stosowana jest rzadko. Stosuje się
ją  podczas  wychodzenia  i  wchodzenia  do  portu  lub,  gdy  jest  konieczność
gwałtownego  wykonania  manewru.  Na  ogół  stosowane  jest  sterowanie
automatyczne.

Aby wykonać dany manewr należy wprowadzić do głównego

komputera  odpowiednie  dane:  żądany  kierunek  dziobu,  żądaną  pozycję,
odległość  lub  trasę  przemieszczania  się,  prędkość  przemieszczenia  się,
dokładność  utrzymania  pozycji

. Powyższe dane wprowadza się do systemu

wpisując ich żądane wartości, we właściwe rubryki w oknach dialogowych,
wyświetlanych na ekranie monitora.

    Rys. 3 – Przykładowe okno dialogowe w wykonaniu firmy KONSBERG

    Do podstawowych manewrów należą:

sterowanie statkiem przy użyciu funkcji autopilota z zadaną prędkością i

kierunkiem dziobu (kursem)
-

zmiana i utrzymywanie kierunku dziobu (kursu)

zmiana i utrzymanie zadanej pozycji

przemieszczenie statku o żądaną odległość z zadaną prędkością, w każdą
stronę

przemieszczanie statku wzdłuż ustalonej trasy z zadaną prędkością

podążanie za obiektem poruszającym się pod wodą (np: ROV)

podążanie wzdłuż trasy wyznaczonej przez transpondery ulokowane na
dnie

    Dokładność  pozycji  określa  się  w  metrach,  a  na  ekranie  jest  wyświetlona  w
postaci  okręgu  otaczającego  punkt,  który  symbolizuje  środek  obrotu  statku
(patrz rys. 3, lewy górny róg okna dialogowego). Każde wyjście statku poza ten
obręb  jest  sygnalizowane  operatorowi  w  postaci  alarmu  akustycznego,  i
wyświetlane jest na liście alarmów.

3. BUDOWA SYSTEMU DYNAMICZNEGO POZYCJONOWANIA

ELEMENTY I WYPOSAŻENIE

System dynamicznego pozycjonowania zbudowany jest z sześciu odrębnych

bloków

. Poprawne działanie systemu jest uzależnione od wielu czynników

zewnętrznych  wchodzących  w  skład  wyposażenia  statku,  tj.:  zasilanie  energią
elektryczną  pulpitu,  poprawne  działanie  UPS-ów,  dobry  stan  baterii  zasilania
awaryjnego,  odpowiedni  zapas  mocy  do  zasilania  sterów  strumieniowych,  itp.
Również  czynnik  ludzki  ma  wielkie  znaczenie.  Załoga  na  mostku  wykonująca
manewrowanie  statkiem  podczas  przeprowadzania  prac  na  morzu  musi  być
odpowiednio  przeszkolona,  od  mechaników  i  elektroautomatyków  wymaga  się
znajomości  budowy  systemu  od  strony  technicznej,  by  właściwie  reagować  na
niedomagania i ewentualne awarie części technicznej.

    Schemat  blokowy  przedstawiający  elementy  systemu  dynamicznego
pozycjonowania zawiera:

- blok manewrowania statkiem, (Operator, Pulpit manewrowy, Komputery)

- blok referencji pozycji, (DGPS, Taut Wire, Hydroakustyczna Referencja

HPR, Mikrofalowa Referencja ARTEMIS

- blok referencji kierunku dziobu, (Żyrokompas)

- blok referencji środowiska zewnętrznego i stabilności statku, (Czujniki

siły i kierunku wiatru, czujniki ruchów roll i pitch tzw. VRS)

- blok wytwarzania i rozdzielania energii elektrycznej, (Zespoły

prądotwórcze, Tablice rozdzielcze)

-blok napędów strumieniowych, (Tunelowe stery strumieniowe, Pędniki

azymutowe, Śruby napędu głównego)

Rys. 4 – Schemat blokowy elementów systemu dynamicznego pozycjonowania

BATTERIES

– baterie akumulatorów

BRIDGE CONSOLE

– pulpit manewrowy DP

COMPUTERS

– główne komputery

CONTROL ELEMENTS

– blok manewrowania statkiem

D.P.O.

– operator pulpitu DP

ENVIROMENT REFERENCE – blok referencji środowiska zewnętrznego
HEADING REFERENCE

– blok referencji kierunku dziobu, kursu

POSITION REFERENCE SYSTEM – blok referencji pozycji
POWER

– blok zasilania

POWER SUPPLY

– zasilanie w energię elektryczną

THRUSTERS

– blok napędów strumieniowych

U.P.S.

– urządzenie zapewniające nieprzerwane zasilanie w energię
elektryczną

BLOK MANEWROWANIA STATKIEM

W skład bloku manewrowania wchodzą: komputery, pulpit i człowiek

zadający określony manewr, zwany operatorem DP.

Rodzaj zainstalowanych

komputerów  i  oprogramowania  jest  zależny  od  zapotrzebowania  na  pewność
działania  systemu.  Na  statkach,  których  zakłócenia  poprawnej  pracy  systemu
dynamicznego  pozycjonowania  (tj:  zawieszenie  się  programu,  awaria
komputera,  chwilowy  brak  zasilania  komputera,  itp.)  mogą  prowadzić  do
ś

mierci ludzi, znacznych strat sprzętu lub opóźnień,

stosuje się systemy

podwójne a nawet potrójne.

Polega to na montowaniu kilku pulpitów, z których

każdy może pracować jako główny, a pozostałe są utrzymywane w stanie
pogotowia jako rezerwowe.

Również stosuje się dublowane referencje, np: dwa

Taut Wire, dwa DGPS, dwa lub trzy żyrokompasy

. Dokonuje się tego na

statkach  wypuszczających  nurków  na  znaczne  głębokości,  na  statkach
wiertniczych, na platformach produkcyjnych. Dla innych typów statków, takich
jak:  prowadzące  obserwacje  podwodne,  zrzucające  kamienie  na  dno  morskie,
statki  wycieczkowe,  instaluje  się  zredukowane  do  minimum  systemy
dynamicznego  pozycjonowania,  czyli  pojedynczy  pulpit  i  kilka  podstawowych
referencji.  Zawsze  za  stopniem  rozbudowania  systemu  przemawiają  względy
ekonomiczne.

    W  każdym  systemie  dynamicznego  pozycjonowania  zasady  pracy  głównego
procesora i jego współpraca z pozostałymi elementami systemu, są identyczne.
Dane  wejściowe  są  wysyłane  do  głównego  komputera  z  czujników
referencyjnych  (żyrokompas,  Taut  Wire  czujnik  wiatru,  VRS,  itd.)  i  razem  z
sygnałami  sprzężenia  zwrotnego  (z  sterów  strumieniowych,  pędników
azymutowych, śrub napędu głównego) są przetwarzane przez wiele programów
głównego komputera, a w efekcie końcowym porównywana jest pozycja zadana
z pozycją rzeczywistą. Jeśli różnica między nimi jest poza skalą dopuszczalnego
błędu  system  generuje  odpowiednie  sygnały  i  wysyła  je  do  napędów,  sterując
kierunkiem oraz siłą ich oddziaływania.

BLOK REFERENCJI POZYCJI

Sprawnie działający system dynamicznego pozycjonowania daje dokładność

pozycji do 1 metra

. Aby tego dokonać musi współpracować z zewnętrznymi

układami  odniesienia,  aby  miał  możliwość  wychwycenia  nawet  najmniejszego
ruchu statku. W historii rozwoju dynamicznego pozycjonowania stosowane było
wiele  referencji  pozycji,  w  sumie  około  40.  W  chwili  obecnej  dopracowane  i
najczęściej  używane  są  cztery:  Taut  Wire,  Hydroakustyczna  referencja  HPR,
DGPS i Mikrofalowa referencja ARTEMIS.

Taut Wire

Referencja Taut Wire

składa się z windy zamontowanej na burcie statku,

mającej  ramie  wysuwane  poza  jego  obrys.  Na  końcu  ramienia  znajduje  się
bloczek,  po  którym  opuszcza  się  na  ciężarek  dno  morskie.  Gdy  osiądzie  on  na
dnie  winda  podciąga  stalową  linkę,  lecz  nie  unosi  ciężarka  z  dna.  Specjalnej
konstrukcji  silnik  elektryczny  utrzymuje  stały  naciąg  linki,  niezależnie  od
wysokości  fali.  Na  końcu  ramienia  windy  zainstalowane  są  dwa  czujniki,
ustawione  względem  siebie  pod  kątem  90º,  wychwytujące  zmiany  położenia
linki. Stałość pozycji odczytuje się z kąta, jaki tworzy linka względem pionu, i z
głębokości wody.

Rys. 6 – Poglądowe zilustrowanie referencji Taut Wire

    Typowym  przykładem  tego  typu  referencji  jest  produkt  firmy  SIMRAD,
zwany  ,,Simrad  Albatross  Light  Weight  Taut  Wire  Mark  VIII”.  W  wykonaniu
tym  ciężarek  ma  masę  350  kilogramów,  na  szpuli  nawinięte  jest  500  metrów
linki stalowej o grubości 5 milimetrów, maksymalny kąt linki względem pionu
wynosi  35º  w  każdą  stronę,  maksymalna  głębokość  wody,  do  której  może  być
używany  to  350  metrów.  Szafka  sterownicza,  szpula,  napęd  i  ramię  tworzy
zwartą  konstrukcję,  montuje  się  go  na  pokładzie  przy  burcie  statku.  Gdy  Taut
Wire nie pracuje ramię jest złożone i przyjmuje pozycje pionową.

Przemieszczenia statku w każdą stronę odczytywane są z czujników

położenia linki. Mierzona jest każda zmiana kąta, jaki tworzy linka stalowa z
kierunkiem pionowym

. Wielkości zmiany kątów

(rys 6) są wysyłane do

systemu, lecz przed podaniem ich jako dane do głównego komputera trzeba

dokonać ich korekty ze względu na ruchy roll i pitch

, jakie wykonuje statek.

Przez występowanie powyższych ruchów zmienia się także kąt linki, ale statek
w rzeczywistości się nie przemieszcza. Informacje o ruchach roll i pitch brane
są z referencji VRS.

Dopiero po korekcie dane z czujników Taut Wire są

kierowane do systemu i przetwarzane do utrzymania zadanej pozycji.

    Referencja  Taut  Wire  jest  używana,  gdy  statek  utrzymuje  się  na  pozycji  lub
gdy  porusza  się  bardzo  wolno,  dlatego  nie  ma  możliwości  stosowania  go  przy
pracach podwodnych z udziałem ROV. Po zamierzonym przemieszczeniu statku
gdy  kąt  linki  względem  pionu  osiągnie  35º  istnieje  konieczność  uniesienia
ciężarka  i  ponownego  położenia  go  na  dnie.  Po  przekroczeniu  tego  kąta  jest
możliwość przesuwania ciężarka po dnie morskim, co dawałoby przekłamania i
błędne  dane  do  systemu.  Nie  może  być  stosowany  na  głębokich  wodach,
poprawność działania jest ograniczona do 350 metrów.
     Często na statkach  wyposażonych  w system  dynamicznego  pozycjonowania
instaluje się dwie referencje Taut Wire, po jednej na każdej z burt. Każdorazowo
operator  może  wybrać,  którą  z  nich  aktualnie  używa,  przy  pracach
wymagających bardzo dużej dokładności pozycji włącza się do pracy obydwa.

Zazwyczaj Taut Wire instaluje się przy burcie statku możliwie blisko połowy

długości kadłuba statku w celu maksymalnego wyeliminowania oscylacji
ruchów kadłuba wywołanych ruchem swobodnym pitch.

    Do  sprawnej  pracy  Taut  Wire  wymaga  ciągłego  zasilania  w  energię
elektryczną  i  w  sprężone  powietrze.  W  porównaniu  z  innymi  referencjami
pochłania  dużą  ilość  energii  elektrycznej.  Nie  wymaga  stosowania  UPS-ów,
zasilanie jest podłączone bezpośrednio do głównej tablicy rozdzielczej.
    Rodzaj  referencji  typu  Taut  Wire  jest  wyjątkowo  dokładny  i  sprawny  w
działaniu, ale  wymaga  ciągłej  konserwacji  i  przeglądów.

Statkowi mechanicy i

elektroautomatycy są w stanie utrzymać go w dobrym stanie technicznym

. W

zapasie  musi  być  kilka  ciężarków,  a  postrzępiona  linka  stalowa  musi  być
wymieniona.  Żeby  zapobiec  strzępieniu  się  liny  zaleca  się  jej  skracanie  od
strony  ciężarka  o  około  10  metrów  po  każdych  kilku  tygodniach  pracy.
Powoduje  to  zmianę  miejsca  przylegania  linki  do  rolki  na  końcu  ramienia  i
odnawia połączenie linki z ciężarkiem.

Hydroakustyczna referencja HPR (Hydro-acustic Position Reference)

System referencji hydroakustycznej HPR składa się z transducerów

umiejscowionych w dnie statku i transponderów lokowanych na dnie morskim.

Sygnał  akustyczny  jest  emitowany  z  transducerów  i  po  dotarciu  do
transpondera  natychmiastowo  jest  wysyłany  z  powrotem  do  transducerów.  Po
otrzymaniu  sygnału  powrotnego  system  dynamicznego  pozycjonowania  jest  w
stanie określić kierunek i odległość statku od transpondera, który jest dla niego
układem odniesienia, dla określenia jego pozycji i ewentualnych przemieszczeń.

    Rys. 7 – Poglądowe zilunstrowanie referencji HPR [1]


    Typowy  system  referencji  HPR  pracuje  na  częstotliwości 20  – 40  KHz i  ma
do  dyspozycji  16  kanałów  komunikacyjnych.  Referencja  HPR  posiada  dwa
transducery, po lewej i prawej burcie, zamontowane w specjalnych przedziałach
wodoszczelnych.  Wysuwane  są  zdalnie  z  pulpitu  operatora,  z  dna  statku  przez
siłowniki elektryczne, na odległość około czterech metrów.
    Transpondery  lokowane  są  na  dnie  za  pomocą  specjalnej  windy  lub  przez
asystujący statek pomocniczy. W danej chwili w użytku może być jeden, kilka a
nawet  kilkanaście  transponderów.  Pojedynczy  transponder  ustawiony  na  dnie
jest układem odniesienia dla statku który stoi w miejscu lub porusza się bardzo
wolno.  Ustawienie  w  odpowiedniej  odległości  od  siebie  kilku  transponderów
wytycza  trasę  przemieszczania  się  statku.  Każdy  z  nich  ma  swój  adres  i  jest
identyfikowany

przez

system

dynamicznego

pozycjonowania.

Przed

rozpoczęciem  zadania  należy  wprowadzić  do  systemu  adres  każdego  z
transponderów.
    Zazwyczaj  transponder  ma  kształt  rury  o  średnicy  około  15  centymetrów  i
długości  około  1  metra.  Wyposażony  jest  w  ciężarek  przytwierdzający  go
stabilnie do dna morskiego, łańcuch o długości 2 metrów, i w górnej części ma
element wypornościowy, który ma za zadanie utrzymywać go w toni morskiej w
pozycji pionowej.

    Rys. 8 – Winda transpondera i sposób ulokowania na dnie [1]

    Działanie  referencji  HPR  polega  na  wysyłaniu  fal  akustycznych  przez
transducery

toń

morską.

Transpondery

otrzymaniu

sygnału

natychmiastowo emitują sygnał powrotny. Zwłoka czasowa sygnału powrotnego
jest proporcjonalna do odległości statku od transpondera. Z danych powyższych
jest odczytywany kierunek i kąt, jaki tworzą względem siebie nadajnik i
odbiornik w odniesieniu do pionu.

Wskazania powyższe zanim trafią jako dane

do systemu muszą zostać poddane korekcji ze względu na ruchy roll i pitch
jakie wykonuje statek, odczytane z referencji VRS

. W korekcie również musi

zostać  uwzględniona  odległość  między  transducerem  a  środkiem  obrotu.
Dopiero  dane  w  tej  postaci  kierowane  są  do  głównego  komputera,  a  tam  są
porównywane  z  innymi  referencjami,  następnie  system  dynamicznego
pozycjonowania  po  skalkulowaniu  danych  wysyła  odpowiedni  sygnał,
kontrolujący oddziaływanie siłą i kierunkiem sterów strumieniowych.

Referencja HPR jest ogólnie stosowana do określenia pozycji statku, do

wytyczenia  trasy  przemieszczania  się  statku,  do  lokalizacji  urządzeń
zainstalowanych  na  dnie  morskim,  (studnie  ujęcia  ropy  naftowej,  trasa
przebiegu rurociągu, itp.), a także do podążania za robotem do przeprowadzania
prac podwodnych ROV.

W nowszych rozwiązaniach ten rodzaj referencji zwany jest HiPAP

(High

Precision Acustic Positioning). Zasada działania jest identyczna, ale jest
technologicznie doskonalsza, wykazuje się mniejszą awaryjnością i ma zdolność
dokładniejszego określania przemieszczeń statku.

Rys. 9 – Zobrazowanie podążania statku za transponderem umieszczonym na
               robocie do zadań podwodnych ROV [1]

  System  referencji  HPR  jest  szeroko  stosowany  i  do  jego  niewątpliwych  zalet
należy:  bardzo  dokładne  określanie  pozycji  statku,  możliwość  podążania  za
robotem  w  toni  morskiej,  możliwość  identyfikowania obiektów  na dnie  morza.
Pomimo  szeregu  zalet  system  ten  posiada  wiele  wad:  jest  czuły  na  zakłócenia
sygnału wywołane pracą sterów strumieniowych, reaguje również na operujące
w  pobliżu  statki  i  platformy,  zakłócenia  pracy  systemu  wywołuje  wydychany
przez  nurków  gaz,  ograniczona  żywotność  baterii  transponderów,  limitowana
głębokość i obszar pracy.

DGPS (Differental Global Positioning System)

    Tradycyjny  system  nawigacji  satelitarnej  GPS  składa  się  z  trzech
zasadniczych  segmentów:  segment  przestrzeni,  segment  kontroli  i  sterowania
sygnałem i segment użytkownika.
Segment  przestrzeni  posiada  w  kosmosie,  w  odległości  20000  kilometrów  od
Ziemi,  układ  21  satelitów,  umiejscowionych  na  6  orbitach.  Pracuje  na  dwóch
zakresach  częstotliwości:  1575,42  MHz  (częstotliwość  L1)  i  1227,  60  MHz
(częstotliwość L2). Wszystkie satelity pracują na obu tych zakresach, przy czym
częstotliwość  L1  jest  udostępniona  do  użytku  cywilnego  tzw:  SPS  (Standard
Positioning  Service)  i  daje  dokładność  pozycji  do  około  100  metrów,  a
częstotliwość  L2  jest  używana  do  celów  militarnych  tzw:  PPS,  (Precise
Positioning  Service)  i  zapewnia  dokładność  wskazania  pozycji  do  około  20
metrów.

Segment kontroli i sterowania sygnałem posiada wiele naziemnych stacji
monitorowania systemu GPS, rozmieszczonych na całym świecie. Stacje te
ś

ledzą wszystkie satelity, badają ich odległość od Ziemi, pilnują właściwego

utrzymywania  się  ich  na  określonych  orbitach,  i  przekazują  dane  do  centrum
kontroli  systemu  GPS.  Dane  powyższe  są  odpowiednio  przetwarzane  i
transmitowane  z  powrotem  do  satelitów  wraz  z  sygnałami  częstotliwości  L1  i
L2 wykorzystywanymi do określania pozycji.
Segment  użytkownika  jest  nim  odbiornik  GPS.  Typowy  odbiornik  pracuje  na
czterech  kanałach  i  ma  zdolność  przetwarzania  danych  z  ograniczeniem  do
określenia  pozycji  i  czasu.  Do  właściwej  pracy  odbiornika  potrzebna  jest
komunikacja z kilkoma satelitami, zazwyczaj w granicach od 5 do 9.
    Wielkości,  które  służą  do  określenia  pozycji  to  w  rzeczywistości  czasy
trwania  transmisji  fal  radiowych  pomiędzy  satelitami  a  poruszającym  się
odbiornikiem  GPS.  Czasy  te  są  mierzone  osobno  dla  każdego  satelity,  którą
odbiornik  może  w  przestrzeni  namierzyć.  Następnie  każdy  z  osobna  jest
przeliczany  na  odległość  w  metrach.  W  efekcie  linie  odległości  satelitów  od
odbiornika  GPS  dają  kształt  ostrosłupa,  po  przeliczeniu  jego  wymiarów
wierzchołek ostrosłupa jest lokalizacją odbiornika, czyli pozycją statku.
    Pomimo powszechnej dostępności systemu GPS nie może on być stosowany
jako  referencja  współpracująca  z  systemem  dynamicznego  pozycjonowania,
gdyż  nawet  na  zakresie  częstotliwości  L2  daje  zbyt  małą  dokładność  pozycji.
Ż

eby temu zaradzić skonstruowano system DGPS. Wykorzystuje on do pracy

tradycyjny GPS, a dodatkowo otrzymuje sygnały ze stacji naziemnych, których
globalna  pozycja  jest  dokładnie  znana.  Stacje  te,  nazywane  stacjami
różnicowymi, opracowują poprawki na podstawie porównania znanej dokładnie
pozycji  własnej  z  pozycją  satelitarną.  Następnie  stacje  transmitują  tak
opracowane  poprawki  różnicowe  (PRC  –  Pseudorange  Correction)  do
odbiornika  pokładowego  w  formie  umożliwiającej  korektę  współrzędnych
pozycji  określonych  przez  GPS.  Po  otrzymaniu  powyższych  danych  system
DGPS  odpowiednio  je  przelicza  i  wprowadza  korekty  do  wskazań  GPS,  dla
wyznaczenia  dokładnej  pozycji  statku,  w  granicy  błędu  od  1  do  3  metrów.
Sygnał  korekty  ze  stacji  naziemnych  może  być  transmitowany  za  pomocą
radiowych  fal  krótkich  wielkiej  lub  średniej  częstotliwości,  radiowych  fal
długich  niskiej  częstotliwości  i  również  poprzez  ogólnoświatową  komunikację
satelitarną  INMARSAT.  Zawsze  o  wyborze  sposobu  odbierania  sygnałów
korekcyjnych  decyduje  odległość  statku  od  najbliższych  stacji  naziemnych
systemu  DGPS.  Najdokładniejsze  wskazanie  pozycji  daje  używanie  fal
radiowych wielkiej częstotliwości, ale zakres ich stosowania jest ograniczony do
70 kilometrów.
Po  dokładnym  określeniu  lokalizacji  statku  referencja  DGPS  wysyła
odpowiednie

dane

głównego

komputera

systemu

dynamicznego

pozycjonowania, tam są one przetwarzane, porównywane ze wskazaniami

innych referencji i są brane pod uwagę podczas analizowania przez system
różnicy wskazań między pozycją zadaną a rzeczywistą pozycją statku.

Rys. 10 – Poglądowy szkic działania systemu DGPS [1]

Po dokładnym określeniu lokalizacji statku referencja DGPS wysyła

odpowiednie

dane

głównego

komputera

systemu

dynamicznego

pozycjonowania, tam są one przetwarzane, porównywane ze wskazaniami
innych referencji i są brane pod uwagę podczas analizowania przez system
różnicy wskazań między pozycją zadaną a rzeczywistą pozycją statku.

    System DGPS sprawdza się najlepiej na otwartym morzu. Sygnał korekty ze
stacji  naziemnych  może  zostać  zakłócony,  gdy  statek  pracuje  w  pobliżu
platformy.  Zalecane  jest  instalowanie  anten  odbiorników  sygnału  DGPS  na
możliwie  najwyższym  punkcie  statku.  Zazwyczaj  instaluje  się  na  statkach  dwa
niezależne  systemy  DGPS,  zasilane  z  dwóch  osobnych  UPS-ów.  Każdy  z
zamontowanych systemów DGPS pracuje jako osobna referencja.

Mikrofalowa referencja ARTEMIS

W skład mikrofalowej referencji ARTEMIS wchodzą dwie stacje. Jedna jest

stale zamontowana na statku zazwyczaj na najwyższym maszcie, a druga jest
stacja przenośną montowaną czasowo na brzegu, platformie lub innym obiekcie
względem, którego ma być określane przemieszczenie statku

. Działanie polega

na transmisji mikrofal pomiędzy tymi stacjami. Stacja przenośna jest traktowana
jako nieruchoma, a stacja zamontowana na statku jako poruszająca się. Żeby

referencja ARTEMIS rozpoczęła pracę stacje te muszą być ustawione w pewnej
odległości od siebie, i za pomocą funkcji wyszukiwania znajdują się nawzajem i
ustawiają nadajniki równolegle względem siebie. Stacja ruchoma wysyła sygnał
mikrofalowy,  zostaje  on  odebrany  przez  stacje  nieruchomą,  która  natychmiast
sygnał  ten  retransmituje  do  stacji  ruchomej.  Dla  określenia  odległości  między
nadajnikami  zlicza  się  czas  transmisji  fal,  który  jest  proporcjonalny  do
odległości.  Przemieszczenie  się  statku  na  boki  jest  odczytywane  z  kąta
ustawienia  nadajnika  stacji  nieruchomej.  Wielkość  ta  jest  wysyłana  do  stacji
ruchomej  razem  z  retransmisją  fal.  Dane  z  referencji  ARTEMIS  trafiają  do
głównego komputera systemu dynamicznej pozycji, lecz zanim dotrą jako dane
do  analizy  przez  system  musza  zostać  poddane  korekcji,  ze  względu  na  ruchy
roll i pitch jakie wykonuje statek, odczytane z referencji VRS. Następnie dane te
są  odpowiednio  przeliczane,  porównywane  ze  wskazaniami  innych  referencji  i
uwzględniane  przez  system  dynamicznego  pozycjonowania  przy  korekcie
różnicy rzeczywistej pozycji statku w odniesieniu do pozycji zadanej.

Rys. 11 – Elementy wyposażenia referencji ARTEMIS [1]

Referencja ARTEMIS pracuje na falach radiowych o częstotliwości 9GHz.

Maksymalny zasięg pracy wynosi 30 kilometrów, lecz do celów współpracy z
systemem dynamicznego pozycjonowania nie przekracza się dystansu 5
kilometrów

. Referencja ta jest bardzo dokładna, jest zdolna wychwycić

przemieszczenie statku na odległości pomiędzy stacją nieruchomą a ruchomą o

0,5 metra, a przemieszczenie kątowe o 0,03º.

Pomimo wielu zalet referencja ARTEMIS posiada również

wady: praca może

zostać zakłócona przez padający deszcz lub śnieg.

Przygotowanie systemu do

pracy  zajmuje  dużo  czasu  przez  konieczność  zainstalowania  i  uruchomienia
stacji  przenośnej,  uzależnienie  stacji  przenośnej  od  zasilania  w  miejscu
montażu, zakłócenia może wywołać pracujący w pobliżu radar.

3.

BLOK REFERENCJI KIERUNKU DZIOBU

Jako blok referencji kierunku dziobu wykorzystywane są tradycyjne

yrokompasy

identyczne, jakie można spotkać na wielu statkach handlowych.

Każdy z pulpitów dynamicznego pozycjonowania ma swój osobny żyrokompas,
przy czym jest możliwość przełączania między pulpitami ich sygnałów
wyjściowych w razie awarii któregoś z nich.

W latach minionych były

stosowane  żyrokompasy  analogowe,  obecnie  stosowane  są  żyrokompasy  z
cyfrowymi sygnałami wyjściowymi. Dane z żyrokompasu o kierunku dziobu są
transmitowane  do  systemu  dynamicznego  pozycjonowania.  Służą  jako
referencja  rzeczywistego  kierunku  dziobu  w  odniesieniu  do  wartości  zadanego
kierunku dziobu.

4.

BLOK REFERENCJI ŚRODOWISKA ZEWNĘTRZNEGO I STABILNOŚCI STATKU

    W  skład  bloku  referencji  środowiska  zewnętrznego  i  stabilności  statku
wchodzą:  czujniki  pomiaru  siły  i  kierunku  wiatru  (Wind  Sensors)  oraz  układ
pomiarowy ruchów swobodnych statku VRS (Vertical Reference Sensor).

Czujniki siły i kierunku wiatru

   Dane  o  sile  i  kierunku  wiatru  wysyłane  są  nieprzerwanie  z  czujników  do
systemu dynamicznego pozycjonowania. Wielkości te mają zdolność szybkiego
zmieniania się  w  krótkich  odstępach  czasu.  Przesyłanie do  systemu  aktualnych
informacji  o  wszelkich  zmianach  tych  parametrów  jest  bardzo  istotne,  gdyż
dzięki temu system jest w stanie przewidzieć ruch statku wywołany siłą naporu
wiatru i zawczasu temu przeciwdziałać, poprzez odpowiednie zwiększenie siły i
kierunku oddziaływania sterów strumieniowych.

Zazwyczaj montowane są dwa czujniki na najwyższym maszcie

. W

warunkach  pracy  czujników  możliwa  jest  nawet  bardzo  duża  różnica  wskazań
między  nimi.  Zakłócenia  w  ich  pracy  mogą  wystąpić,  gdy  statek  pracuje  po
zawietrznej  stronie  platformy  lub  może  je  wywołać  zawirowanie  powietrza  o
sąsiadujące elementy zamontowane na maszcie. W przypadku awarii jednego z
nich operator może wyeliminować go z pracy, w celu uniknięcia wprowadzenia
błędnych  danych  o  sile  i  kierunku  wiatru  do  systemu  dynamicznego
pozycjonowania.

System posiada zdolność analizowania wskazań czujników, gdy ich dane

wyjściowe po porównaniu przez system są w miarę jednakowe to je uśrednia,

gdy wskazania są rozbieżne dane z jednego z nich, które uznał za
prawdopodobne uwzględnia do korekty pozycji, a dane z drugiego odrzuca.

    Sytuacje  błędnych  wskazań  czujników  w  pewnych  okolicznościach  można
przewidzieć. Lądowanie helikoptera na pokładzie wywołuje błąd wskazań siły i
kierunku  wiatru,  więc  odpowiednio  wcześniej  operator  z  pulpitu  wyłącza  je,  i
dzięki  temu  system  dynamicznego  pozycjonowania  nie  bierze  ich  pod  uwagę
przy analizowaniu przemieszczeń statku.

Czujnik ruchów swobodnych VRS
    Istnieje  konieczność  wprowadzania  do  głównego  komputera  systemu
dynamicznego  pozycjonowania  danych  o  ruchach  swobodnych  statku.  System
cały  czas  na  bieżąco  musi  być  informowany  o  kątach  odchylenia  osi  środka
obrotu  statku  od  pionu.  Kąty  odchylenia  są  skutkiem  występowanie  ruchów
swobodnych  statku  roll  i  pitch.

Dane z czujnika VRS są wprowadzane jako

korekta wskazań referencji pozycji (Taut Wire, HPR, ARTEMIS), gdyż podczas
występowania ruchów swobodnych statku powyższe referencje wychwytują
zmiany kątów pomiędzy własnymi czujnikami a elementami odniesienia. W
rzeczywistości jednak statek nie przemieszcza się.

      Jako  czujnik  ruchów  swobodnych  w  nowszym  wykonaniu  można  spotkać
MRU  (Movment  Reference  Unit),  zadania  i  zasada  działania  czujnika  są
identyczne.

Rys. 12 – Zilustrowanie rozmieszczenia referencji [3]

BLOK WYTWARZANIA I ROZDZIELANIA ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wymagania dotyczące dostępnego zapasu energii elektrycznej na statkach

wyposażonych w system dynamicznego pozycjonowania są o wiele większe niż
na  konwencjonalnych  jednostkach.  Najczęściej  stosowanym  systemem
energetycznym  jest tzw:  Diesel –  Electric.  Silniki  główne  napędzają  prądnice
synchroniczne  wytwarzające  energię  elektryczną  oddawaną  na  wspólne  szyny
zbiorcze  tablicy  rozdzielczej  wysokiego  napięcia  (Bus  Bars).  Stamtąd  zasilane
są  silniki  elektryczne  wszystkich  sterów  strumieniowych  i  śrub  napędu
głównego

Zespoły prądotwórcze wytwarzają napięcie rzędu 6 kV prądu
przemiennego.

Każdy z silników napędowych powinien mieć osobny system

zasilania w paliwo, osobny system chłodzenia i smarowania.

Zainstalowanie

wielu  zespołów  prądotwórczych  daje  możliwość  lepszej  dyspozycji  mocą  w
zależności  od  potrzeb,  jak  również  podwyższa  pewność  działania  układu
energetycznego.  Nad  poprawnością  pracy  elektrowni  statkowej  czuwa
skomputeryzowany

system zarządzania energią PMS

(Power Management

System).  Dzięki  wielu  czujnikom  zamontowanym  w  urządzeniach  bez  przerwy
monitorowany  jest  stan  parametrów  pracy  siłowni,  tj:  ciśnienia,  temperatury,
stopień  obciążenia  zespołów  prądotwórczych,  dostępny  zapas  mocy,  itp.  W
normalnych  warunkach  część  zespołów  prądotwórczych  znajduje  się  pod
obciążeniem,  reszta  jest  utrzymywana  w  stanie  gotowości  (tzw:  standby).  W
przypadku  awarii  jednego  z  pracujących  zespołów  prądotwórczych,  pozostałe,
będące  w  dyspozycji  układu  energetycznego  przejmują  jego  moc  obciążenia,
następnie automatycznie startuje jeden z zespołów utrzymywanych w rezerwie,
synchronizuje  się  z  siecią  i  przejmuje  symetrycznie  moc  obciążenia  szyn
zbiorczych.  Gdy  nastąpi  przeciążenie  pracujących  prądnic  poprzez  zmianę
zapotrzebowania

moc

(np:

nagłe

pogorszenie

się

warunków

atmosferycznych,  konieczność  wykonania  gwałtownego  manewru,  itp.)
automatycznie  uruchamia  się  jeden  lub  więcej  zespołów  prądotwórczych
utrzymywanych  w  rezerwie,  synchronizują  się  i  symetrycznie  dzielą  się  mocą
obciążenia z pozostałymi zespołami.

     Rys. 13 – Przykład rozwiązania wytwarzania i rozdziału energii elektrycznej
                     na statku wyposażonym w system dynamicznego pozycjonowania

MAIN GENERATORS – prądnice główne, H.T. SWITCHBOARD – tablica rozdzielcza

wysokiego  napięcia,  THRUSTERS  –  stery  strumieniowe,  EMERGENCY  GENERATORS  –
prądnice  awaryjne,              EMERGENCY  SWITCHBOARD  –  awaryjna  tablica  rozdzielcza,
MAIN SWITCHBOARD  - główna tablica rozdzielacza,         CONSUMERS – odbiory energii,
DOMESTIC SWITCHBOARD – tablica odbiorów wewnętrznych,

Szyny zbiorcze wysokiego napięcia składają się z dwóch sekcji połączonych

ze sobą wyłącznikiem (Bus Tie).

Każdą z sekcji zasila połowa zespołów

prądotwórczych  układu  energetycznego.  Silniki  sterów  strumieniowych
podłączone  są  do  szyn  zbiorczych  w  taki  sposób,  aby  z  tej  samej  sekcji  był
zasilany,  co  drugi  ster  strumieniowy.  Śruby  napędów  głównych  muszą  być
również  zasilane  z  dwóch  osobnych  sekcji

. System tego typu zapewnia

maksymalne  bezpieczeństwo  i  pewność  utrzymania  pozycji  w  przypadku
wystąpienia zwarcia na jednej z sekcji szyn zbiorczych wysokiego napięcia. W
takim  przypadku  wyłącznik  (Bus  Tie)  odseparowuje  uszkodzoną  część  szyn
zbiorczych, lecz system dynamicznego pozycjonowania nadal ma do dyspozycji
połowę  zainstalowanych  sterów  strumieniowych  i  jedną  ze  śrub  napędu
głównego.
    Do  szyn  zbiorczych  wysokiego  napięcia  podłączone  są

transformatory

zasilające tablice rozdzielcze niskiego napięcia,

zazwyczaj 660V lub 440V

. Z

nich są zasilane inne odbiorniki, np.: pompy, dźwigi, wentylatory, urządzenia
grzejne, itp. Następna grupa tablic rozdzielczych służy do zasilania oświetlenia,
gniazd kabinowych i innych odbiorników małych mocy wyposażenia

statkowego.  Zasilane  są  ze  specjalnych  transformatorów  energetycznych.
Zazwyczaj wykonywane na napięcie 220 V prądu przemiennego.

Elementy dynamicznego pozycjonowania, które współpracują z układami

komputerowymi i same komputery muszą być zasilane poprzez UPS-y
(Uninterruptible Power Supply).

Zapewniają one ciągłość zasilania w przypadku

krótkotrwałych  awarii  rozdzielnic  jak  i  w  razie  zupełnego  zaniku  energii
elektrycznej  (tzw:  blackout),  eliminują  niestabilności  napięcia  sieci  wywołane
stanami  nieustalonymi.  Do  zasilania  bardzo  ważnych  urządzeń  stosuje  się  dwa
niezależne  UPS-y,  podłączone  do  osobnych  źródeł.  Jeden  z  nich  pracuje  jako
główny  (master)  a  drugi  jako  zapasowy  (slave).

Pojemność baterii UPS

wystarcza na około 30 minut nieprzerwanej pracy.

Posiadają wbudowany

system  samodiagnozujący.  Wszelkiego  rodzaju  zakłócenia  w  poprawnej  pracy
(np:  pogorszenie  się  stanu  technicznego  baterii  akumulatorów,  nadmierna
temperatura wewnątrz obudowy, przeciążenie, itp.) są sygnalizowane za pomocą
lampek  kontrolnych,  a  w  niektórych  typach  sygnałem  akustycznym.  Do  zadań
załogi technicznej należy czasowe sprawdzanie poprawności działania UPS-ów.

Rys. 14 – Przykładowe rozwiązanie zasilania systemu dynamicznego
pozycjonowania za pomocą UPS-ów

SWITCHBOARD – tablica rozdzielcza,  MASTER SUPPLY – zasilanie główne,  ALTERNATIV
SUPPLY  –  zasilanie  pomocnicze,    CHARGING  RECTIFIER  –  prostownik,    INVERTER  –
falownik,    BATTERIES  –  bateria  akumulatorów,    STATIC  SWITCH  –  przełącznik  zasilania,
DP SYSTEM – system dynamicznego pozycjonowania,

    W sytuacji, gdy sprawność działania systemu dynamicznego pozycjonowania
ma  szczególne  znaczenie  (np.:  życie  ludzi,  niebezpieczeństwo  utraty  lub
zniszczenia  drogiego  sprzętu,  nadmierne  opóźnienie  wykonania  prac,  itp.)
stosuje się układ UPS-ów posiadających

dwie osobne baterie akumulatorów

    Rys. 15 – Przykładowe rozwiązanie zasilania systemu dynamicznego
           pozycjonowania za pomocą UPS-ów z osobnymi bateriami akumulatorów

BLOK NAPĘDÓW STRUMIENIOWYCH

   Manewrowanie statkiem i utrzymywanie go na żądanej pozycji odbywa się za
pomocą  sterów  strumieniowych  (thrusters).  Istnieją  trzy  główne  wykonania
sterów  strumieniowych:  śruby  napędu  głównego  (main  propellers),  tunelowe
stery strumieniowe (tunnel thrusters) i pędniki azymutowe (azimuth thrusters).

    Typowy statek wyposażony w system dynamicznego pozycjonowania posiada
dwie  śruby  napędu  głównego.  Zazwyczaj  są  to  śruby  o  regulowanym
wychyleniu  płatów,  obracające  się  w  jednym  kierunku  ze  stałą  prędkością
obrotową,  napędzane  elektrycznymi  silnikami  asynchronicznymi.  W  nowszych
wykonaniach  spotyka  się  śruby  o  stałym  skoku,  z  możliwością  nastawy
prędkości  obrotowej  i  możliwością  zmiany  kierunku  wirowania,  zasilane
poprzez falowniki z regulowana częstotliwością napięcia wyjściowego.

    Tunelowe stery strumieniowe instaluje się, odpowiednio do wielkości statku i
konieczności  zapewnienia  zdolności  manewrowych,  zależnych  od  wymagań
stawianych przez rodzaj prac podwodnych, do których statek jest przewidziany.
Typowe rozwiązanie posiada trzy tunelowe stery strumieniowe na dziobie (bow
tunnel thrusters) i dwa na rufie (aft tunnel thrusters). Podobnie jak śruby napędu
głównego,  stery  strumieniowe  mogą  wirować  ze  stałą  prędkością  obrotową  i

mieć  regulację  kąta  wychylenia  płatów  lub  mogą  być  zasilane  poprzez
falowniki.
    Pędniki azymutowe są teleskopowo wysuwane z dna statku. Mają możliwość
obrotu  o  kąt  360º,  czyli  w  zależności  od  potrzeb  mogą  oddziaływać  w  każdą
stronę.  W  typowych  rozwiązaniach  mają  śrubę  o  stałym  skoku,  regulowaną
prędkość  i  kierunek  obrotów  za  pomocą  falowników.  W  starszych  typach
spotyka się pędniki azymutowe wysuwane wahadłowo z dna statku, wirujące ze
stałą  prędkością  obrotową,  posiadające  śrubę  o  regulowanym  skoku.  Statki
wyposażone  w  system  dynamicznego  pozycjonowania  mogą  mieć  jeden  lub
kilka  pędników  azymutowych  rozmieszczonych  wzdłuż  dna  kadłuba.  Innym
rozwiązaniem  napędu  strumieniowego  jest  azipod  thruster,  stosowany  jako
napęd główny. Elektryczny silnik napędowy znajduje się w korpusie pod wodą i
bezpośrednio  na  wale  silnika  osadzona  jest  śruba  o  stałym  skoku.  Silnik  ma
możliwość  wirowania  w  obu  kierunkach  ze  zmienna  prędkością  obrotową,
zasilany  jest  poprzez  falowniki.  Rozwiązanie  to  jest  nowe  i  coraz  częściej
stosowane, najczęściej do bardzo dużych mocy. Napięcie zasilania dochodzi do
11kV, a moc silnika nawet do 8MW.

Rys. 16 – Przykłady rozwiązań napędów strumieniowych