摘要：隨著我國(guó)海洋事業(yè)和深海技術(shù)的快速發(fā)展，深海鉆井平臺(tái)、海底管線和電纜鋪設(shè)、起重船、海上打撈救生等海上作業(yè)對(duì)其定位精度、穩(wěn)定性和可靠性的要求越來越高，船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱DP系統(tǒng)）在海洋工程中也獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。動(dòng)力定位系統(tǒng)通過它的控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)船舶的推進(jìn)器來抵消風(fēng)、浪和海流等作用于船上的環(huán)境外力，從而使船舶保持在確定的位置上或沿著預(yù)設(shè)的航跡航行。本文介紹了動(dòng)力定位系統(tǒng)的定義和分級(jí)，簡(jiǎn)述了動(dòng)力定位系統(tǒng)的組成、工作原理和關(guān)鍵控制技術(shù)并分析了電力推進(jìn)系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)。在上述基礎(chǔ)上研發(fā)了擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的基于貝加萊雙主站和雙網(wǎng)絡(luò)冗余X20PLC（PCC，可編程計(jì)算機(jī)控制器）的船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)，著重描述了該DP系統(tǒng)的構(gòu)成與硬件配置、主要人機(jī)操作界面和優(yōu)勢(shì)。

引言

船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)(DynamicPositioningSystem，DPS)是一種船用閉環(huán)控制系統(tǒng)，它通過其控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)船舶的推進(jìn)器來抵消風(fēng)、浪、潮流等作用于船體的環(huán)境外力,從而使船舶保持在所要求的海平面某位置上。DP通過測(cè)量系統(tǒng)不斷檢測(cè)船舶的實(shí)際位置與目標(biāo)位置的偏差，再根據(jù)環(huán)境外力的影響計(jì)算出使船舶恢復(fù)到目標(biāo)位置所需推力的大小，進(jìn)而對(duì)全船的各推進(jìn)器進(jìn)行推力分配，使各推進(jìn)器產(chǎn)生相應(yīng)的推力以克服風(fēng)、浪、流等環(huán)境外力的影響，使船舶保持在某一確定位置或沿著預(yù)設(shè)航跡航行[1]。DP廣泛用于海上作業(yè)船舶和海上平臺(tái)的定點(diǎn)系泊，具有定位精度高、靈活性好、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、適用于多種海況作業(yè)等諸多優(yōu)點(diǎn)，受到廣泛關(guān)注[2]。

圖1船舶動(dòng)力定位所需考慮的外部環(huán)境因素

圖2船舶動(dòng)力定位所需考慮的內(nèi)部操控因素

1動(dòng)力定位系統(tǒng)的定義和分級(jí)

DP系統(tǒng)的定義

最初，在國(guó)際海運(yùn)承包商協(xié)會(huì)(InternationalMarineContractorsAssociation,IMCA)的《動(dòng)力定位船舶設(shè)計(jì)和使用指南》中，動(dòng)力定位系統(tǒng)包括了三個(gè)部分，即動(dòng)力（power）、控制（control）和參照值（references）。動(dòng)力可以再被分為發(fā)電、配電和用電（推進(jìn)器系統(tǒng)）；控制指的是對(duì)功率的控制和管理，有自動(dòng)和手動(dòng)兩種方式，還含位置控制系統(tǒng)；參照就是指關(guān)于位置、環(huán)境以及船舶方位的傳感器。

后來，國(guó)際海事組織（InternationalMaritimeOrganization，IMO）和國(guó)際海運(yùn)承包商協(xié)會(huì)(IMCA)將動(dòng)力定位（DP）定義為動(dòng)力定位船舶所需要裝備的全部設(shè)備，包括動(dòng)力系統(tǒng)、推進(jìn)器系統(tǒng)和動(dòng)力定位控制系統(tǒng)。

1.2DP系統(tǒng)的分級(jí)

DP的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)主要考慮設(shè)備的可靠性和冗余度，目的是對(duì)動(dòng)力定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、必須安裝的設(shè)備、操作要求和試驗(yàn)程序等作出規(guī)定，保證DP安全可靠運(yùn)行，并避免在DP作業(yè)時(shí)對(duì)人員、船舶和其它設(shè)備造成損傷和危害。

由于海上作業(yè)船舶對(duì)于動(dòng)力定位系統(tǒng)的可靠性要求越來越高，IMO以及各國(guó)的船級(jí)社都對(duì)DP系統(tǒng)提出了非常嚴(yán)格的要求，除了在各種條件下都能使用手動(dòng)控制和自動(dòng)控制這個(gè)基本要求之外，還制定了以下三個(gè)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：

（1）設(shè)備等級(jí)一(DP1)：在單故障的情況下可能發(fā)生定位失常。

（2）設(shè)備等級(jí)二(DP2)：有源組件或發(fā)電機(jī)、推進(jìn)器、配電盤遙控閥門等系統(tǒng)單故障時(shí)，不會(huì)發(fā)生定位失常，但當(dāng)電纜、管道、手控閥等靜態(tài)元件發(fā)生故障時(shí)可能會(huì)發(fā)生定位失常。

（3）設(shè)備等級(jí)三(DP3)：任何單故障都不會(huì)導(dǎo)致定位失常?；谪惣尤R雙主站和雙網(wǎng)絡(luò)冗余PCC設(shè)計(jì)、研發(fā)的船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)屬于這一等級(jí)。

1.3DP系統(tǒng)屬于高門檻應(yīng)用

DP系統(tǒng)并非簡(jiǎn)單的海裝平臺(tái)的監(jiān)控，它不同于通常的SCADA系統(tǒng)，而是一個(gè)具有全局要求的高可靠性和高可用性的系統(tǒng)，而且，它還必須通過嚴(yán)格的資質(zhì)認(rèn)證，包括IMO、ABS、DNV、IMCA、勞氏船級(jí)社等國(guó)際權(quán)威機(jī)構(gòu)的認(rèn)證才可以被確認(rèn)為DP1-3的等級(jí)。此外，所有DP系統(tǒng)對(duì)于操作人員的資質(zhì)、系統(tǒng)的文檔、冗余系統(tǒng)設(shè)計(jì)、測(cè)試驗(yàn)證等都有著嚴(yán)格的規(guī)定。

目前，國(guó)外各主要DP廠家的產(chǎn)品均符合IMO及主要船級(jí)社的要求，但目前全球市場(chǎng)上僅有不到十家企業(yè)能夠提供DP3等級(jí)的系統(tǒng)，其產(chǎn)品均能提供手動(dòng)、半自動(dòng)和自動(dòng)三種操作方式，對(duì)船舶的位置和艏向的控制可單獨(dú)進(jìn)行或兩者同步進(jìn)行。由于各家公司設(shè)計(jì)理念及產(chǎn)品用途的不同，產(chǎn)品的配置也不完全一樣，但大體上均包括操控臺(tái)、控制和信號(hào)處理單元、測(cè)量系統(tǒng)、動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)等。

振華集團(tuán)海裝研究院作為國(guó)內(nèi)最大的海洋裝備與系統(tǒng)研發(fā)機(jī)構(gòu)，一直積極地推動(dòng)該項(xiàng)技術(shù)的自主研發(fā)與應(yīng)用，以迎接國(guó)際船舶認(rèn)證機(jī)構(gòu)的最嚴(yán)格挑戰(zhàn)，獲得全球產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

基于與貝加萊在數(shù)字化碼頭的AGV、岸橋防搖系統(tǒng)項(xiàng)目中的成功合作，貝加萊系統(tǒng)的優(yōu)良性能得到了振華海裝研究院的信任，這也是開發(fā)DP系統(tǒng)時(shí)直接選用了貝加萊系統(tǒng)的原因。貝加萊提供的冗余控制系統(tǒng)（雙CPU、雙網(wǎng)絡(luò)）已能直接滿足DP2的要求，如在既有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加手動(dòng)操作模式，即可滿足最高的DP3等級(jí)的需求。

2動(dòng)力定位系統(tǒng)的組成及工作原理

2.1DP系統(tǒng)的組成

船舶DP系統(tǒng)主要由位置測(cè)量系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和推力系統(tǒng)三部分組成，如圖3所示。

圖3船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)組成示意圖

（1）位置測(cè)量系統(tǒng)

測(cè)量系統(tǒng)系指可獲得船舶相關(guān)運(yùn)動(dòng)參數(shù)和環(huán)境參數(shù)的傳感器系統(tǒng)，主要包括：聲學(xué)定位系統(tǒng)、提供船舶艏向的電羅經(jīng)、提供船舶準(zhǔn)確位置的DGPS、提供船舶姿態(tài)的垂向基準(zhǔn)傳感器、提供風(fēng)速和風(fēng)向變化的風(fēng)向風(fēng)速儀和張緊索等。

（2）控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)主要對(duì)測(cè)量系統(tǒng)獲得的船舶運(yùn)動(dòng)信息及當(dāng)前環(huán)境作用信息進(jìn)行處理，經(jīng)計(jì)算得出推進(jìn)器的控制信號(hào)以對(duì)推進(jìn)器進(jìn)行控制，從而使動(dòng)力定位船舶在風(fēng)、流、浪等外力和推進(jìn)器的推力綜合作用下保持所期望的位置及艏向不變或向著預(yù)設(shè)位置航行。

（3）推力系統(tǒng)

推力系統(tǒng)是動(dòng)力定位系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括動(dòng)力系統(tǒng)和推進(jìn)器。推力系統(tǒng)按照控制系統(tǒng)發(fā)出的指令控制推進(jìn)器所發(fā)出推力的大小和方向，以抵抗外部環(huán)境的干擾力和力矩。

2.2電氣推進(jìn)系統(tǒng)的組成和特點(diǎn)

2.2.1電氣推進(jìn)系統(tǒng)的組成[5]

電氣推進(jìn)系統(tǒng)屬于DP系統(tǒng)中推力系統(tǒng)的一種，比較常見的船舶電氣推進(jìn)系統(tǒng)通常都由以下幾部分組成的：原動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)、配電裝置、變流裝置、電動(dòng)機(jī)、螺旋槳以及相關(guān)控制設(shè)備等。

（1）原動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)

原動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)還有配電裝置組成的電站能夠?yàn)殡姎馔七M(jìn)器提供需要的電能，原動(dòng)機(jī)一般采用柴油機(jī)組，也可能采用汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、核動(dòng)力和燃料電池等。依據(jù)不同的船型，電氣推進(jìn)器可以由獨(dú)立的電站供電，也可以與船上的其他負(fù)載一起由公共電站供電，也就是通常所說的綜合電氣推進(jìn)系統(tǒng)。

（2）配電裝置

配電裝置是為電氣推進(jìn)系統(tǒng)配電并為相關(guān)設(shè)備和電網(wǎng)提供保護(hù)。船舶所用的配電裝置一般由主配電板、分配電板、馬達(dá)控制中心和應(yīng)急配電板等設(shè)備組成。根據(jù)電網(wǎng)的電壓等級(jí)和電制需求，主配電板可以采用高、中壓配電，低壓配電板還有直流和交流配電等不同形式。

（3）變流裝置

變流裝置主要用來控制推進(jìn)電機(jī)的速度，是船舶電氣推進(jìn)的核心裝置之一。

（4）電動(dòng)機(jī)

電動(dòng)機(jī)用來驅(qū)動(dòng)螺旋槳，根據(jù)不同需求可選擇采用直流電機(jī)、交流異步電機(jī)或同步電機(jī)，推進(jìn)電機(jī)的功率從數(shù)百千瓦到數(shù)兆瓦，同步電機(jī)通常用在大功率推進(jìn)裝置上。

（5）螺旋槳

螺旋槳用于將電機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)化成使船舶運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力，由于電氣推進(jìn)系統(tǒng)可以方便地改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，所以電氣推進(jìn)的螺旋槳通常使用固定螺旋槳。

2.2.2電氣推進(jìn)系統(tǒng)的特點(diǎn)[5]

（1）可以使用新型的高效推進(jìn)器

由于電氣推進(jìn)是采用變速驅(qū)動(dòng)的方式來改變船舶航速的，所以不需要改變螺旋槳的結(jié)構(gòu)和形狀，這樣就可以使用固定螺旋槳。

（2）推進(jìn)性能得到了充分的提高

電氣推進(jìn)的轉(zhuǎn)速調(diào)整范圍比較大、旋轉(zhuǎn)換向快、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，既能滿足各種船舶不同推進(jìn)工作情況的性能需求，又能夠充分的提高推進(jìn)系統(tǒng)的生命力。

（3）節(jié)省有效空間

電氣推進(jìn)的最大好處就是可以把原動(dòng)機(jī)和螺旋槳分開布置，這是與柴油機(jī)直接推進(jìn)方式的最大區(qū)別。電氣推進(jìn)的動(dòng)力裝置是柴油發(fā)電機(jī)組，它可以在整艘船舶中靈活布置。

（4）節(jié)能環(huán)保

使用電氣推進(jìn)的船舶，由于柴油發(fā)電機(jī)組總是能夠保證滿載運(yùn)行，幾乎沒有輕載的工況，效率保持在佳運(yùn)行點(diǎn)上，耗油率較低，廢物排放較少，能夠較好地保護(hù)環(huán)境。

2.3DP系統(tǒng)的工作原理

DP系統(tǒng)根據(jù)其測(cè)量系統(tǒng)測(cè)出的船舶運(yùn)動(dòng)信息和環(huán)境參數(shù)，分析比較船舶位置及艏向和期望數(shù)值，然后控制系統(tǒng)根據(jù)這種偏差計(jì)算出推力并合理分配推力。船舶在控制系統(tǒng)的調(diào)控下，通過自身的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)推進(jìn)器，形成一個(gè)可以抵擋外部時(shí)變環(huán)境載荷的主動(dòng)力，以對(duì)抗風(fēng)、浪、流等力矩的負(fù)面影響，確保船舶成為具有一定位置和方向的體系。DP系統(tǒng)的工作原理如圖4所示。船舶在大海上的動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)難以用精確的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行描述，且風(fēng)、浪、流會(huì)隨著時(shí)間和不同的海況而產(chǎn)生較大的變化。在根據(jù)動(dòng)力定位系統(tǒng)（DPS）的工作機(jī)理來制訂控制策略時(shí)，既應(yīng)考慮到DP系統(tǒng)自身的控制精度，又必須考慮到系統(tǒng)的響應(yīng)速度和能耗。

圖4DP系統(tǒng)的簡(jiǎn)化工作原理框圖

2.4DP系統(tǒng)的關(guān)鍵控制技術(shù)

控制系統(tǒng)是整個(gè)DP系統(tǒng)的核心部分，其定位精度和速度直接影響DP系統(tǒng)的性能，可以說控制系統(tǒng)的性能決定了DP系統(tǒng)的技術(shù)水平。目前DP系統(tǒng)中采用的主要控制技術(shù)有PID控制、LQG控制和以模糊控制和神經(jīng)元技術(shù)為代表的智能控制技術(shù)。

（1）PID控制

以經(jīng)典PID控制技術(shù)為基礎(chǔ)，控制船舶的橫蕩、縱蕩與艏搖。通過位置、艏向之間的偏差計(jì)算出推力的值，確定推力分配邏輯并形成推力，以定位船舶。PID技術(shù)早已成熟且應(yīng)用廣泛、成本低、易于操作，因此早期的船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)多采用這種技術(shù)。但隨著動(dòng)力定位船舶對(duì)控制精度和速度要求的進(jìn)一步提高，目前該技術(shù)已不能滿足要求，在新研發(fā)的系統(tǒng)中已逐漸被淘汰。

（2）LQG控制

LQG控制技術(shù)即線性二次高斯型控制技術(shù)，主要由Kalman濾波與最優(yōu)化控制組合而成，其在第二代DP系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。該技術(shù)解決了定位控制中因?yàn)V波而形成的滯后問題，其在安全、節(jié)能與魯棒性能方面與PID控制技術(shù)相比有明顯改善。LQG控制技術(shù)的控制精度和響應(yīng)速度基本能滿足系統(tǒng)需求，是現(xiàn)階段中普遍采用的控制技術(shù)之一。

（3）智能控制

對(duì)于某些復(fù)雜系統(tǒng)，難以建立有效的數(shù)學(xué)模型和采用常規(guī)的控制理論去進(jìn)行定量計(jì)算和分析，而必須采用定量與定性相結(jié)合的推理判斷方式，其目的是使控制裝置采用類似于人類的智慧和經(jīng)驗(yàn)來引導(dǎo)求解過程。

這里智能控制以模糊控制技術(shù)為代表。模糊控制技術(shù)的量值區(qū)域條件判斷和推理形式模仿了人的智能，是處理非線性、數(shù)學(xué)表達(dá)式存在不確定性問題的有效手段之一?？紤]到船舶動(dòng)力定位工藝本身的特征，采用模糊控制技術(shù)比較適宜。智能控制技術(shù)具有抗干擾能力較強(qiáng)、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，據(jù)有關(guān)資料披露，目前DP3等級(jí)的DP系統(tǒng)中已有采用模糊控制算法和DRNN神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等智能控制技術(shù)的。

3基于貝加萊PLC（PCC）的船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)技術(shù)方案

隨著我國(guó)海洋事業(yè)的飛速發(fā)展，各類船舶對(duì)動(dòng)力定位可靠性的要求越來越高，國(guó)家對(duì)于擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“定船神針”——最高級(jí)別的船舶動(dòng)力定位系統(tǒng)DP3的需求也日益迫切，振華重工海工集團(tuán)與貝加萊合作研發(fā)的DP系統(tǒng)就是在這一背景下推出的。

3.1系統(tǒng)研發(fā)原則

（1）能適應(yīng)惡劣的海洋環(huán)境

海工項(xiàng)目上使用的產(chǎn)品必須能經(jīng)受鹽霧、潮濕、風(fēng)浪等的侵蝕和影響。貝加萊控制系統(tǒng)的全系列產(chǎn)品均通過了要求苛刻的GL-DNV船級(jí)社認(rèn)證，并且專門為長(zhǎng)期海上應(yīng)用提供了防腐蝕涂層處理。

（2）具有高可靠性

基于貝加萊X20PLC（PCC）的DP系統(tǒng)提供冗余控制方案，采用雙CPU和雙通訊網(wǎng)絡(luò)，硬件系統(tǒng)配置完善，按照對(duì)可靠性要求最高的DP3等級(jí)來開展設(shè)計(jì)。

（3）系統(tǒng)保密性高

全球擁有DP3等級(jí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)能力的公司不超過10家，在國(guó)內(nèi)有能力開發(fā)這一系統(tǒng)的公司更是寥寥無幾。因此，對(duì)于用戶來說，選擇何種控制系統(tǒng)，其保密性能如何，是否能有效地保護(hù)其核心Know-how，將成為其選擇的關(guān)鍵因素。

（4）強(qiáng)大的軟件功能

DP系統(tǒng)的動(dòng)力定位算法的復(fù)雜程度較高，還可能涉及到智能控制算法，對(duì)系統(tǒng)的軟件平臺(tái)有較高要求。

（5）良好的開放性

DP系統(tǒng)作為工程類船舶、海洋平臺(tái)、石油鉆井平臺(tái)等的重要控制系統(tǒng)，需要與包括推進(jìn)器在內(nèi)的其它子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊，可能涉及大量數(shù)據(jù)交互。因此，對(duì)其開放性也提出了較高要求。

3.2系統(tǒng)構(gòu)成和硬件配置

貝加萊DP系統(tǒng)方案的構(gòu)成如圖5所示。圖5中示出了構(gòu)成DP系統(tǒng)的各主要控制部件和數(shù)據(jù)流向。

圖5貝加萊DP系統(tǒng)方案構(gòu)成示意圖

圖6示出了基于貝加萊X20PLC（PCC）的DP系統(tǒng)的硬件配置，是按照DP3等級(jí)的要求來設(shè)計(jì)的，從圖中可看出其主控制器和通訊網(wǎng)絡(luò)都采用了可靠性較高的全冗余架構(gòu)。

圖6基于貝加萊X20PLC（PCC）的DP3系統(tǒng)的硬件配置

3.3系統(tǒng)的人機(jī)操作界面

振華重工海工集團(tuán)基于貝加萊X20PLC（PCC）的DP系統(tǒng)，配置了豐富的用于人機(jī)交互的可視化圖形界面，具有強(qiáng)大而便捷的人機(jī)交互和操作功能，有利于對(duì)船舶動(dòng)力定位作業(yè)的實(shí)施。圖7主界面圖。

圖7主界面

3.4系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

（1）系統(tǒng)的高可用性帶來的高可靠性

對(duì)于船舶DP系統(tǒng)而言，從高可用性的角度來看系統(tǒng)必須支持冗余的能力，因?yàn)樵诤Ｉ系拇箫L(fēng)大浪中，突然發(fā)生的系統(tǒng)故障（掉電、通訊中斷等潛在風(fēng)險(xiǎn)是存在的）必須由可靠的系統(tǒng)自動(dòng)切換來保持持續(xù)的控制，瞬間的變化對(duì)海上的平臺(tái)都意味著巨大的風(fēng)險(xiǎn)。

貝加萊的X20控制器，支持多種冗余方式，包括POWERLINK高速實(shí)時(shí)以太網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)故障下的自動(dòng)高速切換，除了雙網(wǎng)冗余系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，也能支持多主站冗余方式。

可以說，貝加萊的X20系統(tǒng)是一款能滿足船級(jí)社要求的，具有高可用性與高可靠性、開放互聯(lián)、復(fù)雜算法設(shè)計(jì)與程序安全能力的完美的控制系統(tǒng)，這也是為什么振華重工決定選擇這一系統(tǒng)的原因。正如研發(fā)經(jīng)理XXX所言：“這的確是一個(gè)好的選擇，當(dāng)然，來自貝加萊的經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師的支持也是我們系統(tǒng)成功開發(fā)的重要因素”。

（2）良好的開放互聯(lián)能力

DP動(dòng)力定位系統(tǒng)作為工程類船舶、海洋平臺(tái)、石油平臺(tái)等的重要控制系統(tǒng)，需要與包括推進(jìn)器在內(nèi)的大量子站實(shí)現(xiàn)通訊及大量數(shù)據(jù)交互。貝加萊平臺(tái)的開放性優(yōu)勢(shì)非常顯著：

船舶集控中心與各個(gè)子站間的通信，采用OPCUA/數(shù)據(jù)庫(kù)的方式來實(shí)現(xiàn)，貝加萊的X20系列PLC支持OPCUASerever提供的對(duì)各個(gè)Client（客戶端）的直接訪問。

船用的子系統(tǒng)通常具有其行業(yè)特征，因此，一般采用專用芯片開發(fā)，通過各種現(xiàn)場(chǎng)總線可實(shí)現(xiàn)與包括推進(jìn)器在內(nèi)的各子系統(tǒng)的通訊。而這里則借助了高速實(shí)時(shí)以太網(wǎng)POWERLINK的開源特性，由振華自主研發(fā)了POWERLINK從站，這些從站與主站之間可以通過POWERLINK實(shí)現(xiàn)高帶寬數(shù)據(jù)傳輸，包括現(xiàn)場(chǎng)推進(jìn)器的各種運(yùn)行狀態(tài)信息和參數(shù)，對(duì)于高達(dá)100Mbps的網(wǎng)絡(luò)而言，可輕松地實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)傳輸與響應(yīng)，并且實(shí)現(xiàn)與DP系統(tǒng)的無縫連接。

由于X20CPU同時(shí)支持多種現(xiàn)場(chǎng)總線，因此，可以通過總線控制器來連接第三方設(shè)備。

貝加萊為系統(tǒng)提供了包括實(shí)時(shí)通訊、第三方現(xiàn)場(chǎng)總線、OPCUA的多層次數(shù)據(jù)支持能力，這也是貝加萊系統(tǒng)具有強(qiáng)大開放能力的象征。

（3）強(qiáng)大的算法設(shè)計(jì)能力

貝加萊的AutomationStudio軟件開發(fā)平臺(tái)支持高級(jí)語言（C/C++）編程，有利于客戶的軟件團(tuán)隊(duì)實(shí)施復(fù)雜算法的開發(fā)。

考慮到DP系統(tǒng)對(duì)于復(fù)雜算法設(shè)計(jì)的需求，所選擇的控制器必須具備高級(jí)語言開發(fā)能力。貝加萊的X20系列PLC（PCC）基于RTOS實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，具有編譯能力，支持C/C++高級(jí)語言的開發(fā)，這些在降低了算法設(shè)計(jì)難度的同時(shí)，也提高了軟件的模塊化封裝能力。

（4）較高的程序安全性

在軟件設(shè)計(jì)中另外一個(gè)必須考慮的因素是算法加密，這對(duì)于投入巨大研發(fā)資源的振華重工尤為重要。選用X20控制器可便于強(qiáng)化算法保密措施，由于采用了二進(jìn)制代碼編譯的方式以及采用了額外的硬件TG這兩種保護(hù)模式，運(yùn)行于X20系統(tǒng)的程序就如同加了兩把大鎖一樣安全可靠。

貝加萊在這方面為用戶提供了以下兩道防線，確保用戶核心Know-how的安全：

（i）二進(jìn)制代碼，無法下載；

（ii）TechnologyGuarding（技術(shù)保護(hù)）。

（5）強(qiáng)大的仿真建模能力

貝加萊提供了MATLAB/Simulink軟件，也即提供了一個(gè)用于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無需大量編寫程序，而只需通過簡(jiǎn)單直觀的可視化操作，即可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。

由于傳統(tǒng)系統(tǒng)往往不具備仿真建模的能力，需要先通過PC建模，然后再移植到PLC平臺(tái)中，或者直接采用PC進(jìn)行控制。貝加萊的X20系列PLC和AutomationStudio軟件開發(fā)平臺(tái)，其仿真建模能力為系統(tǒng)開發(fā)提供了最大的方便。另一方面，無論是采用復(fù)雜的模糊控制還是卡爾曼濾波等算法來進(jìn)行設(shè)計(jì)，貝加萊的AutomationStudio與MATLAB/Simulink的有機(jī)結(jié)合都會(huì)使算法能輕易地被集成到PLC（PCC）中。

仿真建模是針對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行過程進(jìn)行的，根據(jù)外界環(huán)境的變化，每個(gè)推進(jìn)系統(tǒng)應(yīng)該如何應(yīng)對(duì)，這些都是確保系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵因素。

4結(jié)束語

近些年來，隨著我國(guó)船舶與海洋工程的快速發(fā)展，作為船舶和海洋平臺(tái)運(yùn)行重要基礎(chǔ)技術(shù)的動(dòng)力定位系統(tǒng)受到了較多關(guān)注和國(guó)家的重視。目前我國(guó)已加強(qiáng)了對(duì)船舶DP系統(tǒng)的探討和研究，研究課題主要集中在船舶的運(yùn)動(dòng)模型、控制模型和控制算法等方面。

DP系統(tǒng)的設(shè)計(jì)涉及到功率系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、參數(shù)系統(tǒng)的建模，它的設(shè)計(jì)與功能安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)類似，從頭至尾貫通了全生命周期的管理思想，包括系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、建模開發(fā)、工程變更、系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)、維護(hù)等整個(gè)過程，必須制訂完整的評(píng)估、測(cè)試與驗(yàn)證規(guī)程，才能保障系統(tǒng)的安全運(yùn)行。