KR101400321B1 - 부유 구조물의 위치 제어 장치 - Google Patents

부유 구조물의 위치 제어 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 부유 구조물의 위치 제어 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 해상에서 다양한 작업을 위하여 부유하는 구조물의 위치를 정확하게 유지할 수 있으며, 다양한 외부 상황에 의해 위치가 바뀌더라도 신속하게 목적 위치로 이동시킬 수 있는 부유 구조물의 위치 제어 장치에 관한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 부유 구조물의 하면에 설치되어 고주파를 송수신하는 메인 센서와, 해저 바닥에 설치되어 상기 메인 센서의 고주파를 송수신하는 3개의 로컬 센서와, 상기 메인 센서와 각 로컬 센서의 거리를 감지하여 부유 구조물의 위치를 실시간으로 계산하는 위치 계측부와, 상기 부유 구조물의 위치를 제어하는 위치 제어부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

부유 구조물의 위치 제어 장치{position control apparuatus for floating structure}
본 발명은 부유 구조물의 위치 제어 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 해상에서 다양한 작업을 위하여 부유하는 구조물의 위치를 정확하게 유지할 수 있으며, 다양한 외부 상황에 의해 위치가 바뀌더라도 신속하게 목적 위치로 이동시킬 수 있는 부유 구조물의 위치 제어 장치에 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 공급이 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, 드릴 쉽 등이 점진적으로 늘어나고 있고, 이러한 부유식 구조물은 특성상 일정 위치에서 오랜 시간 작업을 수행하기 때문에 조류 및 풍향, 풍속, 파고에 의하여 흔들림이나, 위치변화가 적을수록 보다 안전한 유전 개발을 이룰 수 있다.
이때, 조류 및 풍향, 풍속, 파고에 의하여 선체가 흔들려 위치가 변하는 현상은 부유식 구조물의 위치유지시스템(Dynamic Positioning system)에 의하여 해소될 수 있는데, 이러한 기술의 경우, 부유식 구조물의 위치유지 시스템의 오작동이 발생하면, 석유 시추 장비가 파괴되면서 해양으로 원유가 유출되는 등의 사고가 발생할 수 있다.
또한, 붕식 구조물 충돌사고, 침물 사고 등의 원인이 되기도 하며, 이러한 사고는 생태계 파괴 및 심각한 인명사고로 이어질 수 있어, 천문학적인 액수의 피해를 가져다줄 수 있다.
그래서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같은 한국공개특허 제10-2012-0024252호에 기재된 기술이 개발되었는데, 그 기술적 특징은 부유식 구조물의 위치유지시스템(100)에 있어서, 상기 부유식 구조물의 위치 변경 또는 유지를 위한 추력을 발생시키는 추력부(140), 상기 부유식 구조물의 위치 유지 동작을 실행하기 위한 작업 명령을 발생시키는 조종부(160) 및 하나 이상의 보조 조종부(165), 상기 부유식 구조물의 위치 유지에 관련된 적어도 하나 이상의 계측 정보를 생성하는 계측부(180) 및 하나 이상의 보조 계측부(185), 상기 작업 명령에 따라 상기 추력부(140)에 대한 제어를 수행하는 제어부(120) 및 하나 이상의 보조 제어부(125) 및 상기 조종부(160), 제어부(120) 및 계측부(180)와 접속되어 오작동을 감지하는 오작동 감지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그런데, 한국공개특허 제10-2012-0024252호에 기재된 기술은 제어부, 계측부, 조종부를 복수로 구비하여, 하나의 장치가 오작동을 하더라도 다른 장치를 사용하여 정상적으로 작동하도록 하는 장점은 있으나, 위치를 측정하는 계측부가 GPS나 자이로스코프(Gyro Scope)를 사용하기 때문에 어느 정도의 오차가 발생하므로 정확하게 위치를 유지하는 것이 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 부유 구조물의 하면에 고주파를 송수신할 수 있는 메인 센서를 구비하고, 고주파를 송수신할 수 있는 로컬 센서를 3개 이상 해저 바닥면에 설치하여, 메인 센서에서 고주파를 송신하고, 로컬 센서에서 이를 수신한 후, 다시 송신한 신호를 메인 센서에서 감지하여 각각 로컬 센서와의 거리를 실시간으로 파악하여, 부유 구조물의 정확한 위치를 실시간으로 파악할 수 있어 정확하게 위치를 제어할 수 있는 부유 구조물의 위치 제어 장치를 제공하는 것이다.
그리고, 본 발명의 다른 목적은 부유 구조물의 하부 가장자리에 일정 간격으로 추진부를 설치하고, 부유 구조물의 방향을 감지할 수 있는 방향감지부를 구비함으로써, 메인 센서와 로컬 센서를 통하여 부유 구조물의 위치가 변한 것을 감지할 경우, 방향감지부에서 감지한 방향을 고려하여 다수의 추진부 중 목적 위치와 반대방향의 추진부를 작동시켜 신속하게 목적 위치에 도달하도록 하는 부유 구조물의 위치 제어 장치를 제공하는 것이다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은;
부유 구조물의 하면에 설치되어 고주파를 송수신하는 메인 센서와, 해저 바닥에 설치되어 상기 메인 센서의 고주파를 송수신하는 3개의 로컬 센서와, 상기 메인 센서와 각 로컬 센서의 거리를 감지하여 부유 구조물의 위치를 실시간으로 계산하는 위치 계측부와, 상기 부유 구조물의 위치를 제어하는 위치 제어부를 포함하여 이루어지되,
상기 위치 제어부에는 부유 구조물이 고정될 목적 위치를 상기 각 로컬 센서와 메인 센서의 거리로 설정하는 저장부가 구비되는 것을 특징으로 한다.
삭제
그리고, 상기 부유 구조물의 하부 가장자리에는 전제 방향을 커버하도록 일정 간격으로 추진장치가 구비되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 위치 제어부는 목적 위치와 상기 위치 계측부에서 계산한 부유물의 현재 위치를 비교하여, 목적 위치로 직선 거리로 이동하기 위한 추진장치를 선택하여 작동시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 로컬 센서에서 송출하는 고주파에는 각 로컬 센서의 고유코드가 포함되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 부유 구조물에는 부유 구조물의 방향을 감지하는 방향 감지부가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성의 본 발명에 따르면, 부유 구조물의 하면에 고주파를 송수신할 수 있는 메인 센서를 구비하고, 고주파를 송수신할 수 있는 로컬 센서를 3개 이상 해저 바닥면에 설치하여, 메인 센서에서 고주파를 송신하고, 로컬 센서에서 이를 수신한 후, 다시 송신한 신호를 메인 센서에서 감지하여 각각 로컬 센서와의 거리를 실시간으로 파악하여, 부유 구조물의 정확한 위치를 실시간으로 파악할 수 있어 정확하게 위치를 제어할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 본 발명은 부유 구조물의 하면 가장자리에 일정 간격으로 추진부를 설치하고, 부유 구조물의 방향을 감지할 수 있는 방향감지부를 구비함으로써, 메인 센서와 로컬 센서를 통하여 부유 구조물의 위치가 변한 것을 감지할 경우, 방향감지부에서 감지한 방향을 고려하여 다수의 추진부 중 목적 위치와 반대방향의 추진부를 작동시켜 신속하게 목적 위치에 도달하도록 하는 효과가 있다.
도 1은 종래의 이중 제어부를 구비한 위치유지시스템의 블럭도이다.
도 2는 종래의 이중 계측부를 구비한 위치유지시스템의 블럭도이다.
도 3은 종래의 이중 조종부를 구비한 위치유지시스템의 블럭도이다.
도 4는 본 발명에 따른 부유 구조물의 위치 제어 장치의 개념도이다.
도 5는 본 발명에 따른 부유 구조물의 위치 제어 장치의 블럭도이다.
도 6은 본 발명에 따른 부유 구조물의 위치 제어 장치에 의해 부유 구조물의 위치를 제어하는 상태도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다. 그리고, 본 발명은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있고, 기술된 실시 예에 한정되지 않음을 이해하여야 한다.
도 4는 본 발명에 따른 부유 구조물의 위치 제어 장치의 개념도이고, 도 5는 본 발명에 따른 부유 구조물의 위치 제어 장치의 블럭도이고, 도 6은 본 발명에 따른 부유 구조물의 위치 제어 장치에 의해 부유 구조물의 위치를 제어하는 상태도이다.
본 발명은 부유 구조물의 위치 제어 장치에 관한 것으로 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이 그 구성은 부유 구조물(300)의 하면에 설치되는 메인 센서(240)와 해저 바닥에 설치되는 로컬 센서(250)와 상기 메인 센서(240)와 로컬 센서(250)를 통하여 부유 구조물(300)의 위치를 계산하는 위치 계측부(220)와 부유 구조물(300)의 위치를 제어하는 위치 제어부(210)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 메인 센서(240)와 로컬 센서(250)는 고주파를 송신하는 송신부(미도시)와 고주파를 수신하는 수신부(미도시)로 구성되어, 메인 센서(240)의 송신부에서 고주파를 전방위로 송신하면 해저 바닥에 고정된 로컬 센서(250)의 수신부에서 이를 수신하게 되고, 로컬 센서(250)는 송신부를 통하여 다시 고주파를 송신하게 되고 이를 메인 센서(240)의 수신부에서 수신하게 된다.
이때, 상기 로컬 센서(250)가 고주파를 송신할 때, 고주파에 각 로컬 센서(250)를 식별할 수 있는 고유코드를 포함하여 전송함으로써, 메인 센서(240)에서 고주파를 수신할 때, 수신된 고주파가 어느 로컬 센서(250)에서 송신한 고주파인지를 알 수 있게 된다.
그래서, 상기 메인 센서(240)와 각 로컬 센서(250) 사이를 오고가는 고주파의 시간을 알 수 있고, 이 시간을 통하여 각 로컬 센서(250)와의 거리를 계산할 수 있게 되며, 각각 다른 위치에 고정된 3개의 로컬 센서(250)의 거리를 통하여 메인 센서(240)의 정확한 위치를 상기 위치 계측부(220)를 통하여 계산할 수 있게 된다.
이때, 상기 로컬 센서(250)는 3개만 있으면 정확한 위치를 계산할 수 있으나, 작동되는 환경상 고장의 위험이 있어 3개 이상을 사용하여 일부가 고장 나더라도 정확한 위치를 계측할 수 있게 하며, 중심 위치와 3곳과의 거리를 알 때 중심 위치의 3차원 상의 위치를 계산하는 것은 공지된 사항이므로 별도의 설명은 생략하도록 한다.
또한, 상기 메인 센서(240)와 로컬 센서(250)는 지속적으로 고주파를 송수신하게 되므로, 실시간으로 부유 구조물(300)의 위치를 측정할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 부유 구조물(300)이 고유 작업을 하기 위하여 목적한 위치에 위치시킨 후, 3개의 로컬 센서(250)를 해저 바닥에 설치하게 되는데, 처음 로컬 센서(250)를 설치한 후, 상기 위치 계측부(220)에서 계산한 위치를 목적 위치로 설정하게 되고, 이렇게 설정된 목적 위치는 각 로컬 센서(250)와의 거리로 설정하여 상기 위치 제어부(210)의 내부에 구비된 저장부(213)에 저장하게 된다.
물론, 해당 목적 위치에서 모든 작업이 종료되면 해저 바닥에 설치한 로컬 센서(250)를 수거하여 재활용할 수도 있는데, 이렇게 재활용을 위하여 상기 로컬 센서(250)에 연결로프(미도시)를 구비하여 부유 구조물(300)과 연결하게 되며, 상기 연결로프의 길이는 해저 바닥과의 거리보다 1.5배 이상 길게 형성하여, 예상하지 못한 상황에 의해 부유 구조물(300)이 일정 거리 이동하더라도 연결로프가 절단되거나, 연결로프의 지지력에 의해 부유 구조물(300)이 전복되는 등의 사고를 방지하게 된다.
그리고, 상기 부유 구조물(300)의 하부 가장자리에는 일정 간격으로 추진장치(215)가 구비되는데, 상기 추진장치(215)는 부유 구조물(300)이 이동하는 모든 방향을 커버하도록 가장자리 전체에 걸쳐 설치되게 된다.
여기서, 상기 부유 구조물(300)이 목적 위치에서 일정거리 이격되게 되면, 상기 위치 계측부(220)에서 이를 즉시 감지하게 되고 이를 상기 위치 제어부(210)으로 전송하게 되며, 상기 위치 제어부(210)는 저장부(213)에 저장된 목적 위치와 상기 위치 계측부(220)에서 계산한 현재 위치를 비교하여 목적 위치로 이동하기 위한 방향과 거리를 계산하여, 해당 방향으로 이동하기 위하여 다수의 추진장치(215) 중에서 최적의 추진장치(215)를 선택하여 직선으로 목적 위치로 이동시키게 된다.
즉, 다수의 추진장치(215) 중에서 목적 위치와 반대쪽 위치에 있는 추진장치(215)를 선택하되 추진장치(215)에서 추진하는 방향을 고려하여 주변의 추진장치(215)를 같이 사용하거나 단독으로 작동시켜 목적 위치까지 직선으로 이동시키게 된다.
물론, 상기 위치 제어부(210)의 내부에 구비된 저장부(213)에는 각 추진장치(215)의 추진방향에 대한 정보와 각 추진장치(215)에서 생성할 수 있는 추진력에 대한 정보가 저장되어 있어, 추진장치(215)의 조합에 의하여 부유 구조물(300)에 가해지는 추진력의 방향 및 크기를 정확하게 계산할 수 있게 된다.
그리고, 상기 부유 구조물(300)에는 부유 구조물(300)이 향하고 있는 방향을 감지하는 방향 감지부(230)가 구비되어 있어, 부유 구조물(300)의 방향을 정확하게 알 수 있어, 부유 구조물(300)에 설치된 각 추진장치(215)의 추진 방향을 정확하게 알 수 있게 되며, 위치 제어부(210)에서 이를 고려하여 부유 구조물(300)이 이동하는 방향을 제어하게 된다.
이때, 상기 방향 감지부(230)에 의해 부유 구조물(300)이 향하고 있는 방향을 감지하는 방법은 자기력을 이용하는 방법 등 다양한 방법이 이미 공지되어 있으므로, 별도의 설명은 생략하도록 한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리 범위가 미치는 것으로 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것이다.
본 발명은 부유 구조물의 위치 제어 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 해상에서 다양한 작업을 위하여 부유하는 구조물의 위치를 정확하게 유지할 수 있으며, 다양한 외부 상황에 의해 위치가 바뀌더라도 신속하게 목적 위치로 이동시킬 수 있는 부유 구조물의 위치 제어 장치에 관한 것이다.
200 : 위치 제어 장치 210 : 위치 제어부
213 : 저장부 215 : 추진장치
220 : 위치 계측부 230 : 방향 감지부
240 : 메인 센서 250 : 로컬 센서
300 : 부유 구조물 O : 목적 위치

Claims (6)

  1. 부유 구조물의 하면에 설치되어 고주파를 송수신하는 메인 센서와,
    해저 바닥에 설치되어 상기 메인 센서의 고주파를 송수신하는 3개의 로컬 센서와,
    상기 메인 센서와 각 로컬 센서의 거리를 감지하여 부유 구조물의 위치를 실시간으로 계산하는 위치 계측부와,
    상기 부유 구조물의 위치를 제어하는 위치 제어부를 포함하여 이루어지되,
    상기 위치 제어부에는 부유 구조물이 고정될 목적 위치를 상기 각 로컬 센서와 메인 센서의 거리로 설정하는 저장부가 구비되는 것을 특징으로 하는 부유 구조물의 위치 제어 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 부유 구조물의 하부 가장자리에는 전제 방향을 커버하도록 일정 간격으로 추진장치가 구비되는 것을 특징으로 하는 부유 구조물의 위치 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 위치 제어부는 목적 위치와 상기 위치 계측부에서 계산한 부유물의 현재 위치를 비교하여,
    목적 위치로 직선 거리로 이동하기 위한 추진장치를 선택하여 작동시키는 것을 특징으로 하는 부유 구조물의 위치 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 로컬 센서에서 송출하는 고주파에는 각 로컬 센서의 고유코드가 포함되는 것을 특징으로 하는 부유 구조물의 위치 제어 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 부유 구조물에는 부유 구조물의 방향을 감지하는 방향 감지부가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 부유 구조물의 위치 제어 장치.
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