风电安装平台集中控制系统技术研究

刘维，赵秀双

（1.中国船级社质量认证公司秦皇岛分公司；2.大船集团山船重工设计所，河北 秦皇岛 066000）

1 研究背景和意义

自升式风电安装平台主要用于近海和沿海海域风电设备安装，其作业功能主要包括海上风机塔筒、机舱、轮毂、叶片等部件的吊装以及存储、携带，且可进行打桩作业和桩基建设。平台自动化程度非常高，可实现在中央控制室对动力定位系统、电力推进系统、桩退升降系统、压载控制系统、液位测量系统、视频监控系统、通讯导航系统、监测报警系统等进行高度集中自动控制，电气集中控制系统是平台用户直接面对的窗口系统，直接体现着平台自动化程度，也体现了船厂的设计建造水平，该系统所涉及的各子系统操控界面布置及系统间电气接口匹配要求高、难度大，对平台电气集中控制系统进行专题技术研究，对提高平台设计建造水平有着深远意义。

2 风电安装平台集中控制系统技术研究内容

2.1 集中控制系统构架技术研究

风电安装平台集中控制系统是集主辅机控制监测、航行无线电设备运行、装载计算、平台信息管理系统、动力定位系统、升降系统及其它工程作业系统等于一体的多功能综合系统。该系统采用分散式集中控制，分若干个工作分站组成，分控制系统将根据平台的种类和自动化的程度而定。所有工作站采用高速传输技术组成一个综合网络系统，在网络上根据需要连接一定数量的工作分站，以达到在平台重要处所对各设备进行监测、控制和操作等目的。同时，工作分站可作为一个窗口，与平台对外通信设备联网，借助于数据传输、电子邮件等各种通信手段，执行岸与船、船与船之间对话，进行各种信息交流、咨询、设备维护、故障诊断、资料查阅、备件查询、船舶管理等业务活动，从而提高平台运营的安全性、可靠性和经济性。

平台的主要控制在中央控制室，采用分散式集中控制。按照功能分为两大块：一是平台航行主要设备的控制及监控；二是平台在定位、升降及作业时主要设备的控制及监控。在航行工况下，平台涉及的系统有推进动力系统、自动化监测系统、航行设备及无线电系统、内部通讯及报警系统、照明系统、航行信号灯系统、网络及视屏监控系统、船舶信息管理系统等。作业工况下：本平台涉及到的系统有推进动力系统、动力定位系统、自动化监测系统、阀门遥控及液位遥测系统、配载计算机系统、内部通讯及报警系统、照明系统、航行信号灯系统、网络及视屏监控系统、船舶信息管理系统、升降系统、吊机系统等（图1）。

图1

本平台根据需要设置3处控制台，前后中央控制台、集控室集控台。

2.2 集中控制系统主要电气系统接口技术研究

随着自动化程度的发展以及技术革新，平台也越发向自动化、集成化方向发展，这涉及平台各个系统之间的接口问题以及所有系统的分布，特别是集中控制涉及各子系统的接口的设计，关系到平台集中自动控制的功能与使用，如下对主要电气系统接口进行论述研究。

（1）电力推进系统单线图，如图2所示。

图2

根据组成设备的功能，电力推进系统主要包括以下子系统。

①配电系统。为全船提供持续稳定的电源，包括发电机组、配电板、率管理系统（PMS）。发电机电站管理系统网络连接见图3。

图3

②推进系统。采用变频电动机驱动全回转推进器型式，主要为船舶提供主动力，每套包含推进移相变压器、推进变频器、推进电动机、全回转推进器。

③推进遥控系统。主要包括推进控制单元、驾驶室控制板。推进系统接口连接图详见图4。

图4

④主配电系统与电力推进系统主要电气接口（表1）。

表1

⑤机舱自动化系统。主要包含集控台、辅机采集箱和延伸报警板等。机舱自动化系统接口连接详见图5。

⑥监测报警汇集平台各主要系统状态与报警信息。主要涉及发电机组、锅炉、空压机、泵、箱柜、推进器、其他机舱设备系统、电气系统等状态及报警集中监控。

图5

⑦DP-1动力定位系统和其他系统接口（表2）。

表2

（2）信息管理系统。信息管理系统与平台导航系统存在接口，由导航系统提供开放式数字接口（含串口、网络接口、音视频接口），本系统支持获取本平台导航信息、探测及现场采集的信息、电子海图数据、导航系统及主要设备技术状态信息等。具体接口要求如表3所示。

表3

与监控系统接口，由监控系统提供系统综合技术状态信息开放式IP数字接口，本系统支持获取平台机舱设备、电气设备、消防设备、通风设备等综合监视信息。

与环境监测系统接口，主要接入全球气象服务和各主要气象台、水文站的预报信息。

与岸基数据中心接口，平台智能化信息管理系统支持与公司岸基数据中心相关系统设备之间的数据交互。

充分考虑系统接口的预留，保证系统的可扩展性，软件系统应充分适应当前可能存在的接口扩展对系统带来的影响。

2.3 集中控制系统操控布置人性化技术研究

集中控制台的布置要与船体中控室结构相配合，且中控台设备布置应使操作人员既能方便操控，又要确保设备布局美观、合理，方便检修。

集中控制系统操控布置分区原则：整个中控台根据功能分区，台面布置疏密有致，满足人机工程原理，将视觉、判断误差和操作失误减至最低限度，真正做到简洁适用、操作便利。

（1）功能分区注意事项。①操纵台位于中控台中台T字的结构部分，与操纵船舶相关的设备都要尽量靠中台T字的最远端，便于座下的驾驶员操纵；②考虑到值班操作人员在船舶操纵中需要喊话和通讯，所以内部通信（广播对讲装置、自动电话、声力电话）、外部通信（VHF电话）也尽量摆在中间台，而且中控台左右两侧均伸手可及，如果是两套VHF电话，可以在中间台左侧和右侧各布置1套；③关于雷达的布置，也要布置在中控台的中间部分。一般情况下，我们选择右侧作为航行交通监控和操纵工作站，因此雷达和电子海图的布置顺序为：T字台右侧1台雷达和1台电子海图，电子海图布置在雷达右侧；④中控台比较靠边的左右两个部分作为安全操作工作站，为了方便值班驾驶员统一操作和有效的识别，左侧可作为报警台，布置报警设备和应急操作按钮（火警指示板、通用报警控制器、病房冷库呼叫报警单元、水密门指示板、应急停止按钮等），右侧作为遥控台，布置遥控板和遥控按钮（航行灯控制板、信号灯控制板、外灯控制板、遥控板等）；⑤其他设备没有固定的安装地点，在安装之前要考虑与哪个操作台的功能关系比较密切就布置在哪个操作台。

（2）台面布置注意事项。①驾驶台上的仪表面对准前视的人，操作表面应尽可能垂直操作人员的视线，因此显示的仪表（单独的）必须放到斜面上，方便人观察；②原则上同一个系统的面板设备（显示仪表）和台内设备不要分台布置，这样会增加工作量，增加过台线的根数；③台面布置美观简洁，功能和外形尺寸差不多的设备可以并排布置，而且台面的布置要疏密有致，避免设备过于集中或分散，不方便操作也影响美观；④驾驶台的铭牌尽量用白底黑字，因为夜航时驾驶室不能有灯光，也不能有反光而影响航行的视线。

2.4 集中控制系统配备整体技术研究

风电安装平台项目集中控制系统可实现在中央控制室对动力定位系统、电力推进系统、桩退升降系统、压载控制系统、液位测量系统、视频监控系统、通讯导航系统、监测报警系统等进行高度集中自动控制。平台中控台分前控制台和后控制台两大部分。前控制台的主要设备包括通讯导航设备、监测报警设备、压载控制设备、液位测量设备、视频监控设备、电力推进设备等；后控制台主要包括动力定位设备、桩腿升降设备、电力推进设备等。集控室集控台包含：机舱监测系统、机舱设备运行指示、阀门遥控液位测量系统、火警系统、内部通讯系统、视频监控等。集中控制系统设计通过上述各主要子系统精准的电气接口匹配连接，科学合理的人性化布置，可提供给用户完美的高度自动控制人机界面。

3 结语

风电安装平台电气集中控制系统是船员使用平台直接面对的窗口系统，也是平台自动化程度及科技含量的集中代表和体现，该系统设计是否合理化、人性化直接体现着船厂建造技术水平。对平台电气集中控制系统进行专题技术研究，旨在为船厂提高设计建造效率和质量，提高企业的技术水平和竞争力。