KR101671469B1 - 갱웨이의 상태정보를 고려한 동적 위치 유지 시스템 - Google Patents

갱웨이의 상태정보를 고려한 동적 위치 유지 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 갱웨이의 상태정보를 기반으로 갱웨이의 운용 범위를 벗어나지 않으면서 부유식 해상 구조물의 위치를 유지할 수 있도록 한 갱웨이의 상태정보를 고려한 동적 위치 유지 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 부유식 해상 구조물에 설치된 위치 조정 장치를 제어하는 동적 위치유지 시스템에 있어서, 상기 부유식 해상 구조물과 연결된 갱웨이(Gangway)의 상태정보에 기반하여 운용 범위내에서 동작되도록 하는 갱웨이 시스템과 통신하는 통신부; 및 상기 부유식 해상 구조물에 설치된 계측기로부터 계측된 외력 정보와 상기 갱웨이 시스템으로부터 수신된 상태 정보에 따라 상기 부유식 해상 구조물이 정해진 위치를 유지하기 위한 제어신호를 생성하고 생성된 제어신호를 상기 위치조정장치에 출력하는 제어부를 포함하는 동적 위치 유지 시스템이 제공된다

Description

갱웨이의 상태정보를 고려한 동적 위치 유지 시스템{DYNAMIC POSITIONING SYSTEM CONSIDERING STATUS INFORMATION OF GANGWAY}
본 발명은 갱웨이의 상태정보를 고려한 동적 위치 유지 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 갱웨이의 상태정보를 기반으로 갱웨이의 운용 범위를 벗어나지 않으면서 부유식 해상 구조물의 위치를 유지할 수 있도록 한 갱웨이의 상태정보를 고려한 동적 위치 유지 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 해상 구조물이 점진적으로 늘어나고 있다. 이러한 부유식 해상 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 해상 구조물의 동적 위치 유지 시스템(Dynamic Positioning System, 이하 'DPS'라 한다)에 의해 해소될 수 있다.
그러나, 종래의 위치유지시스템의 경우 갱웨이(Gangway)의 움직임을 고려하지 못하여 선박 및 해양 구조물이 갱웨이의 운용범위를 넘어 표류하면 갱웨이가 파손되고 갱웨이를 건너는 작업자의 인명 피해 등이 발생하는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은, 갱웨이의 상태정보를 기반으로 갱웨이의 운용 범위를 벗어나지 않으면서 부유식 해상 구조물의 위치를 유지할 수 있도록 한 갱웨이의 상태정보를 고려한 동적 위치 유지 시스템을 제공함에 있다.
또한 본 발명의 다른 목적은 부유식 해상 구조물이 정해진 위치를 유지할 수 없는 해상 환경에서 갱웨이를 부유식 해상 구조물에서 해체시킬 수 있는 갱웨이의 상태 정보를 고려한 동적 위치 유지 시스템을 제공함에도 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 부유식 해상 구조물에 설치된 위치 조정 장치를 제어하는 동적 위치유지 시스템에 있어서, 상기 부유식 해상 구조물과 연결된 갱웨이(Gangway)의 상태정보에 기반하여 운용 범위내에서 동작되도록 하는 갱웨이 시스템과 통신하는 통신부; 및 상기 부유식 해상 구조물에 설치된 계측기로부터 계측된 외력 정보와 상기 갱웨이 시스템으로부터 수신된 상태 정보에 따라 상기 부유식 해상 구조물이 정해진 위치를 유지하기 위한 제어신호를 생성하고 생성된 제어신호를 상기 위치조정장치에 출력하는 제어부를 포함하는 동적 위치 유지 시스템이 제공된다
상기 제어부는 상기 계측기로부터 계측된 외력 정보가 미리 설정된 기준범위를 초과하는 경우 상기 통신부를 거쳐 상기 갱웨이 시스템에 갱웨이의 해체정보를 제공하는 것이 바람직하다.
상기 갱웨이 시스템은 상기 갱웨이의 6자유도운동, 속도, 가속도를 측정하는 모션 센서; 상기 갱웨이를 구동시키는 유압장치; 및 상기 모션 센서로부터 측정된 6자유도운동, 속도, 가속도에 기반하여 해당 갱웨이의 길이, 각도를 조정하도록 상기 유압 장치를 제어하는 컨트롤러를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 갱웨이 시스템은 작업자의 출입을 차단하기 위한 자동문을 포함하여, 상기 컨트롤러는 상기 제어부로부터 갱웨이 해체정보가 수신되면 상기 자동문을 폐쇄시키는 것이 바람직하다.
상기 컨트롤러는 상기 통신부를 거쳐 수신된 갱웨이 해체정보에 따라 상기 부유식 해상 구조물과 연결된 갱웨이가 해체되도록 상기 유압 장치를 제어하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 부유식 해상 구조물에 설치된 복수의 위치 조정 장치를 제어하는 동적 위치 유지 시스템의 위치 유지 방법으로서, 상기 부유식 해상 구조물에 설치된 계측기로부터 계측된 외력 정보를 수신하는 단계; 상기 부유식 해상 구조물과 연결된 갱웨이(Gangway)의 상태정보에 기반하여 운용 범위내에서 동작되도록 하는 갱웨이 시스템으로부터 갱웨이의 상태 정보를 수신하는 단계; 및 상기 수신하는 단계에 의해 수신된 외력 정보 및 갱웨이의 상태 정보에 따라 상기 부유식 해상 구조물이 정해진 위치를 유지하기 위한 제어신호를 생성하고 생성된 제어신호를 상기 위치조정장치에 출력하는 단계를 포함하는 동적 위치 유지 시스템의 위치 유지 방법이 제공된다.
상기 출력하는 단계는 상기 수신하는 단계에 의해 수신된 외력 정보가 미리 설정된 기준범위를 초과하는 경우 상기 갱웨이 시스템에 갱웨이의 해체정보를 제공하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 동적 위치 유지 시스템의 위치 제어 방법은 상기 제공하는 단계 이후에, 상기 갱웨이의 해체정보에 따라 상기 부유식 해상 구조물과 연결된 갱웨이가 해체되도록 상기 갱웨이 시스템의 유압 장치를 제어하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따르면 갱웨이의 상태정보를 기반으로 갱웨이의 운용 범위를 벗어나지 않으면서 부유식 해상 구조물의 위치를 유지할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따르면 계측기로부터 계측된 외력정보가 기준 범위를 초과하는 경우, 즉 부유식 해상 구조물이 정해진 위치를 유지할 수 없는 해상 환경에서 갱웨이를 부유식 해상 구조물에서 해체시킴으로써 작업자의 출입을 제한할 수 있어 작업자의 안전을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 갱웨이의 안전도 확보할 수 있는 효과도 있다. 특히, 갱웨이가 해체됨에 따라 견딜 수 없는 해상 환경으로 인해 발생할 수 있는 갱웨이의 파손 및 부유식 해상 구조물의 파손을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 갱웨이의 상태 정보를 고려한 동적 위치 유지 시스템을 설명하기 위한 블록도, 그리고
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 갱웨이의 상태 정보를 고려한 동적 위치 유지 시스템의 위치 제어 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 갱웨이의 상태 정보를 고려한 동적 위치 유지 시스템을 설명하기 위한 블록도를 도시하고 있다.
도 1을 참조하면, 갱웨이의 상태 정보를 고려한 동적 위치 유지 시스템(10)은 부유식 해상 구조물과 연결되는 갱웨이의 상태를 관리하는 갱웨이 시스템(20)과의 통신을 통해 갱웨이의 상태 정보를 수신하고 수신된 갱웨이의 상태 정보를 더 반영하여 갱웨이의 운용범위를 벗어나지 않으면서도 부유식 해상 구조물이 정해진 위치에 유지될 수 있도록 제어신호를 출력한다. 갱웨이의 운용 범위는 갱웨이 텔레스코픽 길이(Telescopic Lengh)에 대략 80%까지이다. 예를 들어 갱웨이가 10미터라고 하면 8미터까지 텔레스포픽 길이가 길어지면 갱웨이 파손을 고려하여 갱웨이를 상대 선박으로부터 제거한다.
더 자세하게 본 발명의 동적 위치 유지 시스템(10)은 계측기(11), 제어부(12), 위치조정장치(13) 및 통신부(14) 등을 포함하여 구성된다.
계측기(11)는 부유식 해상 구조물의 위치 제어에 필요한 정보를 계측한다.
구체적으로 계측기(11)는 위치 계측기, 풍량계, 운동 계측기, 자이로스코프 등을 포함한다. 위치 계측기는 GPS이거나, 차동 위치계측기(DGPS, Differencial GPS)일 수 있다. 또한 위치 계측기는 부유식 해상 구조물에 대한 상대적인 위치를 측정하기 위한 팬빔, Cyscan(레이저 반사 이용), Artemis 혹은 RadaScan(마이크로파 반사 이용) 및 Acoustic Sensor(수중 음파 이용) 중 적어도 하나를 포함한다. 이와 같은 위치 계측기를 통해 부유식 해상 구조물의 위치를 측정할 수 있어 위치제어를 할 수 있다.
풍량계는 풍향 및 풍속을 측정하고, 운동 계측기(Motiuon Reference Uint, MRU)(113)는 부유식 해상 구조물의 자세, 즉 피치, 롤, 히브를 측정하며, 자이로스코프(114)는 부유식 해상 구조물의 헤딩 각도를 측정한다. 이와 같은 계측기(11)를 통해 계측된 계측값은 제어부(12)에 출력된다.
제어부(12)는 위치계측기로부터 감지신호를 수신받으며, 부유식 해상 구조물이 목표 지점에 정지하도록 위치조정장치, 예를 들면 쓰러스터를 제어하는데, 이를 위해 일례로, 위치계측기로부터 수신되는 신호를 처리하고, 처리된 신호를 통해서 부유식 해상 구조물의 모션을 예측하여 예측된 결과에 따라 쓰러스터를 제어한다. 이때, 제어부(12)는 쓰러스터의 제어에 대한 신호와 풍량계로부터 측정된 풍속을 통해서 산출된 풍력에 대한 신호를 이용하여 쓰러스터의 추력을 분배한다. 이와 같은 제어부(12)는 PLC(Programmable Logic Controller)로 구현될 수 있다.
특히 제어부(12)는 계측기(11)로부터 출력된 외력정보와 갱웨이 시스템(20)으로부터 통신부(14)를 거쳐 수신된 갱웨이의 상태정보에 기초하여 부유식 해상 구조물이 정해진 위치를 유지하기 위한 제어신호를 생성하고 생성된 제어신호를 위치조정장치(13)에 출력한다.
위치조정장치(13)는 프로펠러, 쓰러스터(Thruster), 러더(rudder) 등을 포함한다. 프로펠러는 부유식 해상 구조물의 전후 방향으로의 위치를 유지시키며 제어부(12)에 의해 그 추력이 제어된다. 쓰러스터는 부유식 해상 구조물의 좌우 방향으로의 위치를 유지시키켜, 제어부(12)에 의해 그 추력이 제어된다. 특히, 쓰러스터는 부유식 해상 구조물에 프로펠러의 360도 선회가 가능하도록 다수, 예컨대 선미측과 선수측에 각각 설치되는 전(全)방향 추진기이고, 부유식 해상 구조물이 자유롭게 추진 및 역추진 또는 선회할 수 있도록 추진력을 발생시킨다. 러더는 부유식 해상 구조물의 회전방향을 조정하며, 제어부(12)에 의해 제어된다.
동적 위치유지 시스템(Dynamic Positioning System)이 적용되는 부유식 해상 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.
이와 같은 동적 위치 유지 시스템(10)은 계측기(11)의 계측값과 갱웨이의 상태정보를 반영하여 갱웨이의 운용범위를 벗어나지 않으면서 부유식 해상 구조물의 위치 제어를 수행할 수 있다.
갱웨이의 상태정보는 갱웨이 시스템(20)과의 통신을 통해 동적 위치 유지 시스템(10)에서 획득할 수 있다.
갱웨이는 부유식 해상 구조물과 육지 혹은 선박을 연결하기 위한 철골다리로, 트러스(Truss) 구조를 갖는다. 또한 갱웨이는 부유식 해상 구조물과 연결되는 연결체(예를 들면, 육지, 선박, 또는 다른 부유식 해상 구조물)를 연결시키되, 부유식 해상 구조물과 연결체 사이에서 허용 가능한 거리내에서 길이 조절이 가능한 구조를 갖는다.
이와 같은 갱웨이의 상태를 관리하는 갱웨이 시스템(20)은 모션 센서(21), 유압장치(22), 고정 장치(23) 및 컨트롤러(24) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
모션 센서(21)는 갱웨이의 움직임을 감지할 수 있는 센서로, 구체적으로 갱웨이의 6자유도운동, 속도 및 가속도를 측정할 수 있다.
유압 장치(22)는 갱웨이를 움직일 수 있는 장치로, 모션 센서(21)에 의해 측정된 갱웨이의 상태정보에 반응하여 갱웨이의 길이, 각도 등이 조절되도록 한다.
고정 장치(23)는 갱웨이를 조정할 수 있는 장치이다. 갱웨이의 유압 장치가 견딜 수 있는 범위내에서 웨이트를 달게 되며, 보통 300~400 kg를 웨이트로 사용한다.
컨트롤러(24)는 모션 센서(21)로부터 측정된 갱웨이의 상태정보를 수신하고, 수신된 갱웨이의 상태 정보를 동적 위치 유지 시스템(10)에 전송한다.
동적 위치 유지 시스템(10)은 컨트롤러(24)로부터 전송된 갱웨이의 상태정보를 통신부(14)를 통해 수신하고, 수신된 갱웨이의 상태정보를 반영하여 부유식 해상 구조물이 위치를 유지할 수 있도록 제어신호를 위치조정장치에 출력한다.
이때 동적 위치 유지 시스템(10)은 계측기(11)로부터 계측된 외력정보가 미리 설정된 기준범위를 초과하는지 여부를 판단하고, 판단결과 외력정보가 기준범위를 초과할 경우 갱웨이의 해체정보를 통신부(14)를 거쳐 갱웨이 시스템(20)에 제공한다.
갱웨이 시스템(20)의 컨트롤러(24)는 동적 위치 유지 시스템(10)으로부터 수신된 갱웨이의 해제정보에 반응하여 유압 장치(22)를 조절하여 갱웨이가 부유식 해상 구조물에서 해체될 수 있도록 갱웨이의 길이 및 각도 등을 제어한다. 이에 따라, 부유식 해상 구조물이 정해진 위치를 유지하기 힘든 외력이 발생한 경우 갱웨이를 해체시켜, 갱웨이에 출입하는 작업자의 안전을 확보할 수 있으며 갱웨이에 연결된 부유식 해상 구조물의 파손을 방지할 수 있다.
특히 갱웨이 시스템(20)은 도면으로 도시하지는 않았지만 작업자의 출입을 차단하도록 자동문을 구비한다. 이에 따라 컨트롤러(24)는 동적 위치 유치 시스템(10)으로부터 갱웨이의 해체정보가 수신되면 작업자의 출입을 차단할 수 있도록 자동문을 폐쇄시키도록 제어한다.
이와 같은 구성을 갖는 갱웨이의 상태정보를 고려한 동적 위치 유지 시스템의 위치 제어 방법을 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 갱웨이의 상태정보를 고려한 동적 위치 유지 시스템의 위치 제어 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도를 도시하고 있다.
도 2를 참조하면 동적 위치 유지 시스템(10)은 계측기(11)로부터 계측된 외력 정보를 수신한다(S11). 외력 정보는 부유식 해상 구조물의 위치, 풍량, 풍속, 부유식 해상 구조물의 자세, 부유식 해상 구조물의 헤딩 각도 등을 포함한다.
또한 동적 위치 유지 시스템(10)은 갱웨이 시스템(20)과의 통신을 통해 갱웨이 시스템(20)으로부터 통신부(14)를 거쳐 갱웨이의 상태 정보를 수신한다(S13). 갱웨이의 상태 정보는 갱웨이의 6자유도운동, 가속 및 가속도 등을 포함한다.
상술된 S11 단계를 거쳐 수신된 외력 정보가 기준 범위를 초과하는지 여부를 판단한다(S15).
상기 S15 단계의 판단결과 외력 정보가 기준 범위를 초과하지 않은 경우 동적 위치 유지 시스템(10)은 계측기(11)로부터 계측된 외력 정보와 통신부(14)를 거쳐 수신된 갱웨이의 상태정보를 기반으로 부유식 해상 구조물이 정해진 위치에 유지될 수 있도록 제어신호를 생성하고 생성된 제어신호를 위치조정장치(13)에 출력한다(S17).
상기 15 단계의 판단결과 외력정보가 기준범위를 초과하는 경우, 즉 부유식 해상 구조물이 정해진 위치를 유지할 수 없을 정도로 부유식 해상 구조물이 해상 환경에 견딜 수 없는 경우 동적 위치 유지 시스템(10)은 갱웨이의 해체정보를 통신부(14)를 거쳐 갱웨이 시스템(20)에 제공한다(S16).
갱웨이 시스템(20)은 동적 위치 유지 시스템(10)으로부터 제공된 갱웨이 해체 정보에 따라 갱웨이가 부유식 해상 구조물에서 해체될 수 있도록 유압 장치(22)를 제어한다(S18). 유압 장치(22)를 통해 갱웨이의 길이, 각도 중 적어도 하나를 제어하여 부유식 해상 구조물에서 갱웨이를 해체시킬 수 있다.
이렇게 함으로써 부유식 해상 구조물이 정해진 위치를 유지하는 중에 견기디 힘든 해상 환경에서 갱웨이가 해체되어 갱웨이로의 출입을 제한할 수 있고 능동적으로 부유식 해상 구조물에서 갱웨이를 해체시킬 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.
10 : 동적 위치 유지 시스템 11 : 계측기
12 : 제어부 13 : 위치조정장치
14 : 통신부 20 : 갱웨이 시스템
21 : 모션 센서 22 : 유압 장치
23 : 고정 장치 24 : 컨트롤러

Claims (8)

  1. 부유식 해상 구조물에 설치된 위치 조정 장치를 제어하는 동적 위치유지 시스템에 있어서,
    상기 부유식 해상 구조물과 연결된 갱웨이(Gangway)의 상태정보에 기반하여 운용 범위내에서 동작되도록 하는 갱웨이 시스템과 통신하는 통신부; 및
    상기 부유식 해상 구조물에 설치된 계측기로부터 계측된 외력 정보와 상기 갱웨이 시스템으로부터 수신된 상태 정보에 따라 상기 부유식 해상 구조물이 정해진 위치를 유지하기 위한 제어신호를 생성하고 생성된 제어신호를 상기 위치조정장치에 출력하는 제어부를 포함하되,
    상기 갱웨이 시스템은
    상기 갱웨이의 6자유도운동, 속도, 가속도를 측정하는 모션 센서;
    상기 갱웨이를 구동시키는 유압장치; 및
    상기 모션 센서로부터 측정된 6자유도운동, 속도, 가속도에 기반하여 해당 갱웨이의 길이, 각도를 조정하도록 상기 유압 장치를 제어하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 동적 위치 유지 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 계측기로부터 계측된 외력 정보가 미리 설정된 기준범위를 초과하는 경우 상기 통신부를 거쳐 상기 갱웨이 시스템에 갱웨이의 해체정보를 제공하는 것을 특징으로 하는 동적 위치 유지 시스템.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 갱웨이 시스템은
    작업자의 출입을 차단하기 위한 자동문을 포함하여,
    상기 컨트롤러는
    상기 제어부로부터 갱웨이 해체정보가 수신되면 상기 자동문을 폐쇄시키는 것을 특징으로 하는 동적 위치 유지 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 컨트롤러는
    상기 통신부를 거쳐 수신된 갱웨이 해체정보에 따라 상기 부유식 해상 구조물과 연결된 갱웨이가 해체되도록 상기 유압 장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 동적 위치 유지 시스템.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
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