KR20140043227A

KR20140043227A - Ｄｐｓ를 시뮬레이션하는 시뮬레이션 시스템

Info

Publication number: KR20140043227A
Application number: KR1020120107569A
Authority: KR
Inventors: 이근보; 김세원; 최진우; 장연욱
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2012-09-27
Filing date: 2012-09-27
Publication date: 2014-04-08
Anticipated expiration: 2032-09-27
Also published as: KR101419822B1

Abstract

본 발명은 부유식 구조물의 위치 유지에 사용되는 값을 계측기로부터 측정한 측정값을 사용함으로써 DPS 시뮬레이션의 정확도를 높일 수 있는 DPS를 시뮬레이션하는 시뮬레이션 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 부유식 해상 구조물의 위치 유지와 관련된 적어도 하나의 정보를 측정하는 계측기와, 상기 계측기로부터 측정된 측정값을 이용하여 상기 부유식 해상 구조물에 설치된 복수의 위치 조정 장치에 제어신호를 출력하는 제어기와, 상기 제어기에 연결된 조작 스테이션과, 상기 계측기로부터 측정된 측정값에 따라 상기 부유식 구조물에 설치된 위치유지시스템의 성능을 시뮬레이션하는 시뮬레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템이 제공된다.

Description

ＤＰＳ를 시뮬레이션하는 시뮬레이션 시스템{SIMULATION SYSTEM FOR SIMULITING A DYNAMIC POSITIONING SYSTEM}

본 발명은 DPS를 시뮬레이션하는 시뮬레이션 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 부유식 구조물의 위치 유지에 사용되는 값을 계측기로부터 측정한 측정값을 사용함으로써 DPS 시뮬레이션의 정확도를 높일 수 있는 DPS를 시뮬레이션하는 시뮬레이션 시스템에 관한 것이다.

최근 들어 국제적으로 급격한 산업화 현상 및 공업 발전 추이에 따라 한정된 지구 자원은 점차 바닥을 들어내고 있으며, 이에 따른 원유의 안정적인 생산 및 공급은 대단히 중요한 사안이 되고 있다.

따라서, 최근에는 해저에 있는 석유 채굴기술의 발달과 더불어 대형 석유회사들은 지금까지 경제성을 상실했던 군소 한계유전(marginal field)이나 심해 유전의 개발에 적합한 시추설비를 구비한 시추선의 필요성을 절실히 느끼고 있고, 이에 대한 개발을 적극 모색하고 있는 현실이다.

이러한 해양의 지하에 존재하는 석유나 가스 등을 정제 및 저장할 수 있는 FPSO(Floating Production Storage Offloading), 드릴쉽 등의 부유식 구조물이 점진적으로 늘어나고 있다. 이러한 부유식 구조물은 특성상 일정 위치에서 오랜 작업을 수행하기 때문에 조류 및 풍향, 풍속 파고에 의하여 흔들림이나, 위치변화가 적을 수록 보다 안전한 유전 개발을 이룰 수 있고, 시추작업이 완료된 어느 한 장소에서 다른 장소로 이동하는데 소요되는 시간 및 조작성은 가능한 짧고 간단할 수록 좋다. 이때 조류 및 풍향, 풍속, 파고에 의하여 선체가 흔들려 위치가 변하는 현상은 부유식 구조물의 위치유지시스템(Dynamic Positioning System, 이하 'DPS'라 한다)에 의해 해소될 수 있다.

그러나, 이러한 DPS를 시뮬레이션하는 시뮬레이터는 DPS와 독립적으로 설치되어 DPS에 사용되는 외력 정보, 즉 위치, 바람, 조류, 파고 등을 사용자가 임의로 입력하여 시뮬레이션을 진행하였다.

따라서 종래의 DPS 시뮬레이터는 이와 같이 해상의 환경 변화를 사용자가 임의로 조정하면서 DPS의 성능을 테스트하고 거동을 예측하기 때문에 시뮬레이션의 정확도가 낮은 문제점이 있다.

본 발명의 목적은, 부유식 구조물의 위치 유지에 사용되는 값을 계측기로부터 측정한 측정값을 사용함으로써 DPS 시뮬레이션의 정확도를 높일 수 있는 DPS를 시뮬레이션하는 시뮬레이션 시스템을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따르면, 부유식 해상 구조물의 위치 유지와 관련된 적어도 하나의 정보를 측정하는 계측기와, 상기 계측기로부터 측정된 측정값을 이용하여 상기 부유식 해상 구조물에 설치된 복수의 위치 조정 장치에 제어신호를 출력하는 제어기와, 상기 제어기에 연결된 조작 스테이션과, 상기 계측기로부터 측정된 측정값에 따라 상기 부유식 구조물에 설치된 위치유지시스템의 성능을 시뮬레이션하는 시뮬레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템이 제공된다.

상기 계측기는 차동위치계측기 또는 위치계측기, 풍량계, 자이로스포크 및 운동계측기를 포함하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명의 실시예에 따른 시뮬레이션 시스템은 상기 시뮬레이터과 상기 조작 스테이션간을 연결하는 통신 라인을 포함하여,상기 시뮬레이터는 상기 제어기를 통해 측정값을 수집한 상기 조작 스테이션으로부터 상기 통신 라인을 거쳐 상기 측정값을 수신하는 것이 바람직하다.

상기 통신 라인은 이더넷 케이블인 것이 바람직하다.

상기 조작 스테이션은 허브에 연결되고, 상기 시뮬레이터와 연결된 이더넷 케이블은 상기 허브에 연결되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명의 실시예에 따른 시뮬레이션 시스템은 상기 시뮬레이터와 상기 제어기간을 연결하는 통신 라인을 포함하여, 상기 시뮬레이터는 상기 제어기로부터 상기 통신 라인을 거쳐 상기 측정값을 수신하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명의 실시예에 따른 시뮬레이션 시스템은 상기 시뮬레이터와 상기 측정부에 구비된 복수의 센서를 각각 연결하는 복수의 통신 라인을 포함하여, 상기 시뮬레이터는 상기 복수의 통신 라인을 거쳐 상기 측정부로부터 측정된 측정값을 직접 수신하는 것이 바람직하다.

상기 통신 라인은 시리얼 케이블인 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에 따르면 부유식 구조물의 위치 유지에 사용되는 값을 계측기로부터 측정한 측정값을 사용함으로써 DPS 시뮬레이션의 정확도를 높일 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명의 실시예에 따르면 위치유지시스템을 공급하는 업체와 시뮬레이터를 공급하는 업체가 같은 경우 조작 스테이션에 연결된 허브에 추가의 이더넷 케이블을 연결시켜 DPS 시뮬레이터와 연결함으로써 용이하게 DPS 시뮬레이터에서 조작 스테이션을 거쳐 계측기의 측정값을 수신할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명의 실시예에 따르면 위치유지시스템과 시뮬레이터를 공급하는 업체가 다른 경우 DP 제어기와 시리얼 케이블을 통해 DP 제어기와 DPS 시뮬레이터간의 통신을 가능하게 하여, DPS 시뮬레이터에서 DPS 제어기를 거쳐 계측기의 측정값을 수신할 수 있는 효과가 있다.

그리고 본 발명의 실시예에 따르면 계측기로부터 직접 시리얼 케이블을 통해 DPS 시뮬레이터로 측정값을 수신함으로써 조작스테이션이나 DP 제어기로부터 측정값을 수신하는 것보다 빠르게 측정값을 수신할 수 있어 신속하게 시뮬레이션 결과를 제공할 수 있는 효과도 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 DPS를 시뮬레이션하는 시뮬레이션 시스템을 설명하기 위한 도면,
도 2는 도 1에 도시된 DPS를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 DPS를 시뮬레이션하는 시뮬레이션 시스템을 설명하기 위한 도면, 그리고
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 DPS를 시뮬레이션하는 시뮬레이션 시스템을 설명하기 위한 도면.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 DPS를 시뮬레이션하는 시뮬레이션 시스템을 설명하기 위한 도면을 도시하고 있다.

도 1을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 DPS를 시뮬레이션하는 시뮬레이션 시스템은 부유식 구조물의 위치 제어에 필요한 정보를 측정하기 위한 계측기(110)와, 계측기(110)의 측정값을 받아 부유식 구조물의 위치 제어를 위한 제어신호를 생성하는 제어기(130)(이하, 'DP 제어기'라 한다)와, DP 제어기(130)와 연결되어 DP 제어기(130)로부터 수신된 정보를 표시하는 조작 스테이션(140)과, 부유식 구조물의 위치 제어에 사용되는 정보, 즉 계측기(110)로부터 측정된 측정값을 이용하여 DPS 성능 및 거동을 시뮬레이션하는 시뮬레이터(150)(이하 'DPS 시뮬레이터'라 한다)를 포함하여 구성될 수 있다. 이때 DP 제어기(130)와 계측기(110) 사이에는 I/O모듈(120)이 구비된다.

DPS, 즉 위치유지시스템(Dynamic Positioning System)이 적용되는 부유식 구조물로는 쓰러스터를 이용하여 자기 위치 제어를 수행할 필요가 있는 드립쉽(drillship), 쇄빙선, 드릴링 리그(drilling rig), 셔틀 탱커(shuttle tanker), FPSO(Floating Production Storage Offloading), LNG-RV(LNG-Regasfication Vessel), 극지 항해 화물선, 여객선 등을 비롯한 다양한 선박이 포함될 수 있다.

계측기(110)는 위치 계측기(111), 풍량계(112), 운동 계측기(113), 자이로스코프(114) 등을 포함한다. 도 1에 도시된 계측기(110)에는 미도시된 파고 센서, 조류 센서 등이 더 포함될 수 있다. 파고 센서 및 조류 센서는 구조물의 위치 제어에 직접 사용되지는 않지만 조작 스테이션(140)에 전송되어 파고 및 조류 정도를 모니터링할 수 있도록 한다.

위치 계측기(111)는 GPS이거나, 차동 위치계측기(DGPS, Differencial GPS)일 수 있다. 이와 같은 위치 계측기(111)는 부유식 구조물의 위치를 측정하여 이에 대응하는 전기적 신호를 DP 제어기(130)에 출력한다. 본 실시예에서는 일례로 GPS(Global Positioning System) 등을 이용하여 부유식 구조물의 위치를 확인할 수 있으며, 그 밖에 부유식 구조물의 위치 확인을 위한 다양한 센서들이 포함될 수 있다.

또한 위치 계측기(111)는 부유식 구조물에 대한 상대적인 위치를 측정하여 이에 대응하는 전기적 신호를 DP 제어기(130)에 출력하는 팬빔, Cyscan(레이저 반사 이용), Artemis 혹은 RadaScan(마이크로파 반사 이용) 및 Acoustic Sensor(수중 음파 이용) 중 적어도 하나를 포함한다.

풍량계(112)는 풍향 및 풍속을 측정하여 이에 대응하는 전기적 신호를 DP 제어기(130)에 출력한다.

운동 계측기(Motiuon Reference Uint, MRU)(113)는 부유식 구조물의 자세, 즉 피치, 롤, 히브를 측정하여 이에 대응하는 전기적 신호를 DP 제어기(130)에 출력한다.

자이로스코프(114)는 부유식 구조물의 헤딩 각도를 측정하여 이에 대응하는 전기적 신호를 DP 제어기(130)에 출력한다.

DP 제어기(130)는 이와 같은 계측기(110)로부터 출력된 외력정보에 기초하여 부유식 구조물이 정해진 위치를 유지하기 위한 제어신호를 위치조정장치(160)에 출력한다. 또한 DP 제어기(130)는 조작 스테이션(140)을 통해 오퍼레이터의 명령을 입력받는다. 본 실시예에서 DP 제어기(130)가 PLC(Programmable Logic Controller)로 구현될 수 있다.

위치조정장치(160)는 프로펠러, 쓰러스터(Thruster), 러더(rudder) 등을 포함한다. 프로펠러는 부유식 구조물의 전후 방향으로의 위치를 유지시키며 DP 제어기(130)에 의해 그 추력이 제어된다. 쓰러스터는 부유식 구조물의 좌우 방향으로의 위치를 유지시켜, DP 제어기(130)에 의해 그 추력이 제어된다. 특히, 쓰러스터는 부유식 구조물에 프로펠러의 360도 선회가 가능하도록 다수, 예컨대 선미측과 선수측에 각각 설치되는 전(全)방향 추진기이고, 부유식 구조물이 자유롭게 추진 및 역추진 또는 선회할 수 있도록 추진력을 발생시킨다. 러더는 부유식 구조물의 회전방향을 조정하며, DP 제어기(130)에 의해 제어된다.

도 2를 참조하면 DP 제어기(130)는 위치계측기(111)로부터 감지신호를 수신받으며, 선박(200)이 목표 지점에 정지하도록 쓰러스터(T)를 제어하는데, 이를 위해 일례로, 위치계측기(111)로부터 수신되는 신호를 처리하는 신호처리부(131)와, 신호처리부(131)에 의해 처리된 신호를 통해서 선박(200)의 모션을 예측하는 선박모션예측부(132)와, 선박모션예측부(132)의 결과에 따라 쓰러스터(T)를 제어하도록 하는 컨트롤러(133)와, 풍량계(112)로부터 측정된 풍속을 통해서 풍력을 산출하는 풍력산출부(135)와, 컨트롤러(133)로부터 쓰러스터(T)의 제어에 대한 신호와 풍력산출부(135)로부터 풍력에 대한 신호를 각각 수신받아 쓰러스터(T)의 추력을 분배하도록 하는 쓰러스터분배부(136)를 포함할 수 있다.

다시 도 1에서, DP 제어기(130)는 계측기(110)로부터 수신된 측정값을 조작 스테이션(140)에 전송한다.

조작 스테이션(140)은 DP 제어기(130)에서 전송된 부유식 구조물의 위치 제어에 사용된 측정값을 수집하고, 수집된 측정값을 표시할 수 있다. 이에 따라, 운동계측기(113), 위치조정장치(160)로부터 입력된 자세, 피치, 러더 각도 및 RPM 등을 오퍼레이터가 모니터링할 수 있다.

또한 조작 스테이션(140)은 DP 제어기(130)로부터 수집된 측정값을 통신 라인(L)을 거쳐 DPS 시뮬레이터(150)에 전송한다. 조작 스테이션(140)과 DPS 시뮬레이터(150)는 이더넷(ethernet) 케이블로 연결되어 있다.

본 실시예에서는 조작 스테이션(140)과 DPS 시뮬레이터(150)을 연결하는 통신 라인(L)이 구비되어, 조작 스테이션(140)에서 계측기(110)의 측정값을 DPS 시뮬레이터(150)에 전송한다. 이에 따라 DPS 시뮬레이터(150)는 조작 스테이션(140)과 연결된 통신 라인(L)을 거쳐 계측기(110)의 측정값, 즉 위치, 풍향, 풍속, 자세, 헤딩각도 등을 수신할 수 있다.

DPS 시뮬레이터(150)는 직접 측정값을 입력하지 않고 계측기(110)에 의해 실제 측정된 측정값을 수신하여 수신된 측정값을 기반으로 DPS의 성능을 시뮬레이션할 수 있다. 또한 DPS 시뮬레이터(150)는 DPS의 성능 뿐만 아니라, 부유식 구조물의 거동정도를 시뮬레이션할 수 있다. 이에 따라 해상에서 발생가능한 실제 측정값을 기반으로 부유식 구조물의 거동 예측할 수 있고, DPS 작업 관련자에게 계측기(110)로 측정된 측정값에 따라 시뮬레이션되는 DPS의 성능 및 거동정도를 교육시킬 수 있다.

DPS의 성능은 외력, 즉 계측기(110)로부터 측정된 측정값에 대항해서 목표점을 유지하는지를 나타내는 정보, 현재의 외력에 대하여 예를 들면 4개의 쓰러스터 중 한대의 쓰러스터가 고장일때 목표점을 유지하는지를 나타내는 정보 등이 포함된다.

조작 스테이션(140)은 허브(H)와 연결되어 있고, 허브(H)를 통해 DP 제어기 (130)및 DPS 시뮬레이터(150)와 통신을 수행할 수 있다. 즉 DPS 시뮬레이터(150)는 허브(H)에 이더넷 케이블(L)을 연결시킴에 따라 조작 스테이션(140)과 통신 가능하다. 이에 따라 DPS 시뮬레이터(150)는 조작 스테이션(140)에서 수집된 계측기(110)의 측정값을 수신할 수 있다. 이와 같이 허브(H)에 이더넷 케이블(L)만 연결시켜 조작 스테이션(140)과 DPS 시뮬레이터(150)간의 정보 공유를 가능하게 할 수 있다. 또한 허브(H)에 이더넷 케이블(L)만 연결해서 조작 스테이션(140)과 DPS 시뮬레이터(150)를 연결하기 때문에, 조작 스테이션(140)에서 DPS 시뮬레이터(150)로의 데이터의 전송이 용이하다.

도 1에서는 허브(H)에 하나의 조작 스테이션(140)이 연결된 것으로 설명하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 복수의 조작 스테이션이 연결될 수 있다.

도 1에서는 조작 스테이션(140)을 만드는 업체와 DPS 시뮬레이터(150)를 만드는 업체가 같은 경우 조작 스테이션(140)과 DPS 시뮬레이터(150)가 통신 라인(L)으로 연결되어 간편하게 조작 스테이션(140)의 정보, 예를 들면 계측기(110)의 측정값을 DPS 시뮬레이터(150)에서 공유할 수 있는 환경을 도시하였지만, 반드시 도 1의 환경으로만 제한되지 않고 공급업체가 다른 경우 도 3 및 도 4와 같은 환경으로 구현 가능하다.

도 3은 도 1의 실시예와 달리, DPS 시뮬레이터(150)와 DP 제어기(130) 사이에 통신 라인(L)이 구비되어, DP 제어기(130)로부터 계측기(110)의 측정값을 DPS 시뮬레이터(150)에서 수신받을 수 있는 환경을 도시하고 있다. 이때 통신 라인(L)은 시리얼 케이블이다.

이에 따라 공급업체가 다른 경우 DP 제어기(130)에서 계측기(110)의 측정값을 DPS 시뮬레이터(150)와 공유할 수 있다.

더 설명하면 위치제어시스템을 위한 장비로 구성된 패키지와 DPS 시뮬레이션을 위한 장비로 구성된 패키지로 나눠질때, 두 패키지를 공급하는 공급업체가 같은 경우 조작 스테이션(140)에 연결된 허브(H)에 DPS 시뮬레이터(150)와 연결된 이더넷 케이블을 연결시켜 조작 스테이션(140)과 DPS 시뮬레이터(150) 간의 통신을 가능하게 하고, 업체가 다를 경우 DP 제어기(130)와 DPS 시뮬레이터(150)를 시리얼 케이블로 연결시켜 DPS 제어기(130)와 DPS 시뮬레이터(150)간의 통신, 즉 이종간의 통신을 가능하게 한다.

도 4는 도 1 및 도 3의 실시예와 달리, DPS 시뮬레이터(150)와 계측기(110) 사이에 제 1 내지 제 4 통신 라인(L1, L2, L3, L4)이 구비되어 계측기(110)에 구비된 위치 계측기(111), 풍량계(112), 운동 계측기(113), 자이로스코프(114)로부터 측정된 측정값을 각각의 해당 통신 라인을 거쳐 직접 DPS 시뮬레이터(150)에서 수신받을 수 있는 환경을 도시하고 있다. 이때 제 1 내지 제 4 통신 라인(L1, L2, L3, L4)는 시리얼 케이블이다.

이와 같이 계측기(110)와 DPS 시뮬레이터(150)가 직접 연결된 구조에 의해, DP 제어기(130)나 조작 스테이션(140)로부터 측정값을 수신하는 것에 비해 신속하게 측정값을 수신할 수 있다. DP 제어기(130)나 조작 스테이션(140)에서는 신호의 가공 시간을 필요로 한다.

이와 같이 조작 스테이션(140) 또는 DP 제어기(130)에서 계측기(110)의 측정값을 수신하거나 계측기(110)에서 측정된 측정값을 직접 수신하여 DPS의 성능을 시뮬레이션함으로써 환경 상태를 사용자에 의해 임의로 조정하면서 DPS 성능을 시뮬레이션하는 것에 비해 시뮬레이션의 정확도를 높일 수 있다.

이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.

110 : 계측기 111 : 위치 계측기
112 : 풍량계 113 : 운동계측기
114 : 자이로스코프 120 : I/O모듈
130 : DP 제어기 140 : 조작 스테이션
150 : DPS 시뮬레이션 H : 허브
L : 통신 라인

Claims

부유식 해상 구조물의 위치 유지와 관련된 적어도 하나의 정보를 측정하는 계측기와,
상기 계측기로부터 측정된 측정값을 이용하여 상기 부유식 해상 구조물에 설치된 복수의 위치 조정 장치에 제어신호를 출력하는 제어기와,
상기 제어기에 연결된 조작 스테이션과,
상기 계측기로부터 측정된 측정값에 따라 상기 부유식 구조물에 설치된 위치유지시스템의 성능을 시뮬레이션하는 시뮬레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 계측기는
차동위치계측기 또는 위치계측기, 풍량계, 자이로스포크 및 운동계측기를 포함하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 시뮬레이터과 상기 조작 스테이션간을 연결하는 통신 라인을 포함하여,
상기 시뮬레이터는 상기 제어기를 통해 측정값을 수집한 상기 조작 스테이션으로부터 상기 통신 라인을 거쳐 상기 측정값을 수신하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템.
청구항 3에 있어서,
상기 통신 라인은 이더넷 케이블인 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템.
청구항 4에 있어서,
상기 조작 스테이션은 허브에 연결되고,
상기 시뮬레이터와 연결된 이더넷 케이블은 상기 허브에 연결되는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 시뮬레이터와 상기 제어기간을 연결하는 통신 라인을 포함하여,
상기 시뮬레이터는 상기 제어기로부터 상기 통신 라인을 거쳐 상기 측정값을 수신하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 시뮬레이터와 상기 측정부에 구비된 복수의 센서를 각각 연결하는 복수의 통신 라인을 포함하여,
상기 시뮬레이터는 상기 복수의 통신 라인을 거쳐 상기 측정부로부터 측정된 측정값을 직접 수신하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템.
청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,
상기 통신 라인은 시리얼 케이블인 것을 특징으로 하는 시뮬레이션 시스템.