KR101707498B1 - 능동형 소음 제거 장치를 구비한 동적 위치 유지 시스템 - Google Patents

능동형 소음 제거 장치를 구비한 동적 위치 유지 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유빙이 선체에 충돌하거나 쇄빙시에 발생하는 진동 및 소음을 제거하여 정확한 측정을 가능하게 한 능동형 소음 제거 장치를 구비한 동적 위치 유지 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 선박의 위치를 포함하는 선박 정보를 측정하는 다수의 센서를 구비한 DP 계측부; 상기 선박의 위치를 제어하는 추력부; 상기 DP 계측부로부터 입력된 측정값에 기초하여 상기 추력부에 제어신호를 출력하는 DP 제어부; 및 유빙이 선체나 스러스터에 부딪혀서 발생하는 소음 또는 진동을 상쇄시키는 능동형 소음 제거 장치를 포함하는 동적 위치 유지 시스템이 제공된다.

Description

능동형 소음 제거 장치를 구비한 동적 위치 유지 시스템{DYNAMIC POSITIONING SYSTEM HAVING ACTIVE TYPE NOIZE REMOVING APPARATUS}
본 발명은 능동형 소음 제거 장치를 구비한 동적 위치 유지 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유빙이 선체에 충돌하거나 쇄빙시에 발생하는 진동 및 소음을 제거하여 정확한 측정을 가능하게 한 능동형 소음 제거 장치를 구비한 동적 위치 유지 시스템에 관한 것이다.
동적 위치 유지 시스템(Dynamic Positioning System)은 선박이나 해양 구조물의 위치를 원하는 지점에 지속적으로 위치시키는 장치로서, 시추나 탐사와 같은 기능을 수행하는 선박이나 해양 구조물에 반드시 요구된다.
전술된 동적 위치유지 시스템은 삼성중공업 주식회사에 의해 출원된 대한민국공개특허 제10-2009-0020732호(공개일: 2009.05.27., 동적 위치 제어 시스템)외에도 다수가 출원되어 있다.
최근 석유가 고갈되고 탐사 기술이 발전함에 따라, 탐사 및 시추 영역이 넓어지고 있으며, 최근에는 극지방에서의 작업도 증가하고 있다.
하지만, 종래의 동적 위치 유지 시스템은 극지방과 같이 기온이 낮고 유빙이나 쇄빙이 선체에 영향을 미치는 환경에서는 사용하기가 어렵다는 것을 본 발명의 발명자는 발견하였다. 이를 테면 유빙이 선체에 충돌하거나, 쇄빙시에 발생하는 진동 및 소음으로 인하여 계측장비의 정확한 계측이 힘들고 계측 장비의 계측 오차를 증가시킴을 발견하였다.
따라서 계측장비의 정확한 계측을 가능하게 하도록 유빙이나 쇄빙이 선체에 영향을 미치는 진동 및 소음을 제거하여 정확한 계측값으로 선박의 안정적인 작업을 가능하게 하는 동적 위치 유지 시스템이 요구된다.
본 발명의 목적은, 유빙이 선체에 충돌하거나 쇄빙시에 발생하는 진동 및 소음을 제거하여 정확한 측정을 가능하게 한 능동형 소음 제거 장치를 구비한 동적 위치 유지 시스템을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 선박의 위치를 포함하는 선박 정보를 측정하는 다수의 센서를 구비한 DP 계측부; 상기 선박의 위치를 제어하는 추력부; 상기 DP 계측부로부터 입력된 측정값에 기초하여 상기 추력부에 제어신호를 출력하는 DP 제어부; 및 유빙이 선체나 스러스터에 부딪혀서 발생하는 소음 또는 진동을 상쇄시키는 능동형 소음 제거 장치를 포함하는 동적 위치 유지 시스템이 제공된다.
상기 능동형 소음 제거 장치는 상기 소음 또는 진동을 계측하는 계측부; 및 상기 계측부에 의해 계측된 신호를 분석하고 분석된 파형의 역상인 소음 또는 진동 제거파형을 생성하여 상기 계측된 신호를 상쇄시키는 제어부를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 계측부는 상기 소음을 입력받는 마이크를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 계측부는 상기 유빙이 선체나 수러스터에 부딪혀서 발생하는 진동을 측정하는 진동계를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제어부는 상기 분석된 파형의 역상인 소음 또는 진동 제거파형을 생성하는 필터를 포함하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 선박의 현재 위치가 목표 지점으로부터 정해진 범위를 벗어나지 않도록 선박의 위치를 유지하는 동적 위치 유지 시스템의 동적 위치 유지 방법으로서, 선박의 위치를 포함하는 선박 정보를 측정하는 단계; 및 상기 측정하는 단계에 의해 측정된 선박 정보에 근거하여 상기 선박의 위치를 제어하는 추력부에 제어신호를 출력하는 단계를 포함하되, 상기 측정하는 단계는 유빙이 선체나 스러스터에 부딪혀서 발생하는 소음 또는 진동을 상쇄시키는 단계를 포함하여 상기 선박 정보의 정확한 계측을 가능하게 한 것을 특징으로 하는 동적 위치 유지 시스템의 동적 위치 유지 방법이 제공된다.
또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 유빙이 선체나 스러스터에 부딪혀서 발생하는 소음 또는 진동을 상쇄시키는 능동형 소음 제거 장치로서, 상기 소음 또는 진동을 계측하는 계측부; 및 상기 계측부에 의해 계측된 신호를 분석하고 분석된 파형의 역상인 소음 또는 진동 제거파형을 생성하여 상기 계측된 신호를 상쇄시키는 제어부를 포함하는 능동형 소음 제거 장치가 제공된다.
본 발명의 실시예에 따르면 유빙이 선체에 충돌하거나 쇄빙시에 발생하는 진동 및 소음을 제거하여 정확한 측정을 가능하게 한 효과가 있다. 이에 따라 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 선박에 DP 계측기로부터의 정확한 계측을 가능하게 하여 선박의 안정적인 작업을 가능하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 능동형 소음 제거 장치를 구비한 동적 위치 유지 시스템을 설명하기 위한 블록도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 능동형 소음 제거 장치를 구비한 동적 위치 유지 시스템의 동적 위치 유지 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도, 그리고
도 3은 소음 파형, 소음 제거 파형, 및 소음의 상쇄 파형을 나타낸 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1에는 본 발명의 실시예에 따른 능동형 소음 제거 장치를 구비한 동적 위치 유지 시스템을 설명하기 위한 블록도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 동적 위치 유지 시스템(100)은 DP 계측부(110)와, DP 제어부(120)와, 추력부(130)와, 능동형 소음 제거 장치(140)를 포함한다. 동적 위치 유지 시스템(100)은 극지방에서도 사용이 가능하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
DP 계측부(110)는 풍력계(Anemometer)(111)와, GPS(Global Positioning System)(112)와, GLONASS(Global Navigation Satellite System)(113)와, 자이로스코프(Gyroscope)(114)와, 팬빔(Fan Beam)(115)와, 음향 센서(116)를 구비한다.
풍력계(111)는 풍향 및 풍속을 측정하여 이에 대응하는 전기적 신호를 DP제어부(120)로 출력한다.
GPS(112)는 선박의 위치를 측정하여 이에 대응하는 전기적 신호를 DP 제어부(120)로 출력한다.
GLONASS(113)는 선박의 위치를 측정하여 이에 대응하는 전기적 신호를 DP 제어부(120)로 출력한다. GLONASS(113)는 GPS(112)에 의해 측정된 위치를 보정하는 역할을 한다. 일반적인 동적 위치유지 시스템에서는 GPS만을 이용하여 선박의 위치를 측정하지만, 극지방의 경우에는 위성에서 받는 신호에 오차가 크기 때문에 이를 보정하기 위하여 러시아 위성에 의한 위치확인 시스템인 GLONASS(113)를 사용하는 것이다.
자이로스코프(114)는 선박의 헤딩 각도를 측정하여 이에 대응하는 전기적 신호를 DP 제어부(120)로 출력한다.
팬빔(115)은 선박에 대한 상대적인 위치를 측정하여 이에 대응하는 전기적 신호를 DP 제어부(120)로 출력한다.
음향 센서(116)는 선박의 기준점 위치를 계산할 수 있는 데이터를 DP 제어부(120)로 출력한다.
본 명세서에서 선박은 해상에서 부유된 채 사용되는 선박 및 해양 구조물을 모두 포함하는 것이다.
능동형 소음 제거 장치(140)는 유빙이 선체나 스러스터(Thruster)에 부딪혀서 발생하는 소음 또는 진동을 상쇄시킨다. 능동형 소음 제거 장치(140)는 소음 또는 진동을 계측하는 계측부(141)와, 계측부(141)로부터 계측된 신호의 역상인 소음 또는 진동 제거 파형을 생성하여 계측된 신호를 상쇄시키는 제어부(142)를 포함한다. 능동형 소음 제거 장치(140)는 DP 제어부(120)와 연결되어 있다. 능동형 소음 제거 장치(140)에 의해 유빙이 선체나 스러스트에 부딪혀서 발생하는 소음 또는 진동의 파형이 상쇄된다. 이와 같은 능동형 소음 제거 장치(도 1의 140)는 선체나 스러스터에 부딪혀서 발생하는 소음 또는 진동을 상쇄시켜서 풍력계(도 1의 111) 또는 음향 센서(도1의 116)의 정확한 측량을 돕는다.
계측부(141)는 유빙이 선체나 스러스터에 부딪혀서 발생하는 소음을 측정하는 마이크(미도시), 유빙이 선체나 스러스터에 부딪혀서 발생하는 진동을 측정하는 진동계(미도시)를 포함한다.
제어부(142)는 계측부(141)를 통하여 계측된 신호를 분석하고 분석된 파형의 역상인 소음 또는 진동 제거 파형을 생성하여 계측된 신호를 상쇄시킨다. 이에 따라 유빙이 선체나 스러스터에 부딪혀서 발생하는 소음 또는 신호를 분석한 파형을 제거하여 정확한 계측을 가능하게 한다.
또한 제어부(142)는 분석된 파형의 역상인 소음 또는 진동 제거파형을 생성하는 필터(미도시)를 구비할 수 있다. 필터는 본 실시예에서 제어부(142)에 구비되는 것으로 설명하고 있지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 계측부(141)에 구비될 수도 있다. 따라서 계측부(141)에서 계측된 소음 또는 진동을 상쇄시킨 소음 또는 진동 신호를 제어부(142)에 출력할 수 있다. 필터는 칼만필터가 사용될 수 있으나, 반드시 칼만필터로 본 발명이 제한되는 것은 아니다.
DP 제어부(120)는 제어기(121)와 오퍼레이션 콘솔(Operation Console)을 구비한다. DP 제어부(120)는 적절한 제어신호를 생성하여 추력부(130)로 출력한다.
DP 제어기(121)는 DP 계측부(110)로부터 입력된 선박의 위치 정보 및 바람에 기초하여 선박이 정해진 위치를 유지하기 위한 제어신호를 추력부(130)로 출력한다. 특히 능동형 소음 제거 장치(140)에 의해 유빙 선체에 충돌하거나 쇄빙시에 발생하는 소음 또는 진동을 제거하여, DP 제어기(121)에서 사용되는 DP 계측값들에 대한 오차를 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 정확한 계측이 가능하여 선박이 정해진 위치를 유지하는 작업을 안정적으로 수행할 수 있다.
제어기(121)는 오퍼레이션 콘솔(122)을 통해 오퍼레이터의 명령을 입력받는다. 본 실시예에서는 제어기(121)가 PLC(Programmable Logic Controller)로 구현되는 것으로 설명한다.
추력부(130)는 프로펠러(131)와, 스러스터(Thruster)(132)와, 러더(rudder)(133)를 구비한다.
프로펠러(131)는 선박의 전후 방향으로의 위치를 유지시키며, 제어기(121)에 의해 그 추력이 제어된다.
스러스터(132)는 선박의 좌우 방향으로의 위치를 유지시키며, 제어기(121)에 의해 그 추력이 제어된다.
러더(133)는 선박의 회전방향을 조정하며, 제어기(121)에 의해 제어된다.
도 2는 도 1에 도시된 능동형 소음 제거 장치를 구비한 동적 위치 유지 시스템의 동적 위치 유지 방법이 도시되어 있다. 이제, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 동적 위치 유지 방법을 상세히 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 능동형 소음 제거 장치를 구비한 동적 위치 유지 시스템의 동적 위치 유지 방법은 크게 선박의 정보를 측정하는 단계(S110)와, 소음 또는 진동을 상쇄시키는 단계와, 추력부(130)에 제어신호를 출력하는 단계(S130)를 포함한다.
선박의 정보를 측정하는 단계(S110)는 선박의 위치를 포함하는 선박 정보를 측정한다. 더 자세하게는 DP 계측부(도 1의 110)로부터의 측정값이 제어기(도 1의 120)로 입력된다. 즉, 풍력계(도 1의 111)로부터는 풍향 및 풍속에 대한 측정 데이터가 입력되며, GPS(도 1의 112) 및 GLONASS(도 1의 113)로부터는 선박의 위치에 대한 데이터가 입력되고, 자이로스코프(도 1의 114)로부터는 선박의 헤딩에 대한 측정 데이터가 입력되며, 팬빔(도 1의 115)으로부터는 다른 구조물과의 상대 위치 데이터가 입력되고, 음향 센서(116)로부터 음향 데이터가 입력된다. GPS(도 1의 112)으로부터 얻은 선박의 위치값을 GLONASS(113)으로부터 얻은 선박의 위치값을 이용하여 보정한다. 그에 따라, 위성에서 받는 신호의 오차가 큰 극지방에서 선박의 위치를 더욱 정확하게 측정할 수 있게 된다.
소음 또는 진동을 상쇄시키는 단계는 유빙이 선체에 충돌하거나 쇄빙시 발생하는 소음 또는 진동을 상쇄시킨다. 구체적으로 소음 또는 진동을 계측하는 단계(S121)에서는 마이크, 진동계와 같은 계측부(141)로부터 유빙이 선체에 충돌하거나 쇄빙시에 발생하는 소음 또는 진동을 계측한다. 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 계측부(141)에 의해 계측된 소음 신호를 도시하고 있다.
소음 또는 진동 제거 파형을 생성하는 단계(S122)는 계측된 신호를 분석하고 분석된 파형의 역상인 파형, 즉 소음 또는 진동 제거 파형을 생성한다. 생성된 소음 또는 진동 제거 파형은 도 3의 (b)에 잘 도시되어 있다.
계측된 신호를 상쇄시키는 단계(S123)는 계측된 신호를 생성된 소음 또는 진동 제거 파형으로 상쇄시킨다. 도 3의 (c)에 계측부(141)를 통하여 측정된 신호를 소음 또는 진동 제거 파형으로 상쇄시킨 파형을 도시하고 있다.
따라서, DP 계측기(110)로부터 계측되는 계측값, 예를 들면 음향 센서(116)로부터 측정된 음향 데이터에 영향을 미치지 않고 정확한 측정을 가능하게 할 수 있다.
출력하는 단계(S130)는 정확하게 측정된 선박 정보에 근거하여 목표한 선박의 위치 및 헤딩값 사이의 오차가 0이 되도록 하는 추력부(130)에 추력 제어신호를 출력한다. 연료 소모를 최소화 하기 위해 프로펠러(도 1의 131), 쓰러스터(도 1의 132) 및 러더(도 1의 133)로 추력을 적절히 분배하도록 출력한다.
이렇게 함으로써 유빙이 선체에 충돌하거나 쇄빙시 발생하는 소음 또는 진동을 역상의 소음 또는 진동 제거 파형으로 상쇄시켜 선박의 위치를 포함하는 선박정보의 정확한 계측을 가능하게 할 뿐만 아니라, 정확한 계측값을 근거로 하여 안정적인 작업을 가능하게 할 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.
100 : 동적 위치유지 시스템 110 : DP 계측부
111 : 풍력계 112 : GPS
113 : GLONASS 114 : 자이로스코프
115 : 팬빔 116 : 음향 센서
120 : DP 제어부 121 : 제어기
122 : 오퍼레이션 콘솔 130 : 추력부
131 : 프로펠러 132 : 스러스터
133 : 러더 140 : 능동형 소음 제거 장치
141 : 계측부 142 : 제어부

Claims (7)

  1. 선박의 위치를 포함하는 선박 정보를 측정하는 다수의 센서를 구비한 DP 계측부;
    상기 선박의 위치를 제어하는 추력부;
    상기 DP 계측부로부터 입력된 측정값에 기초하여 상기 추력부에 제어신호를 출력하는 DP 제어부; 및
    유빙이 선체나 스러스터에 부딪혀서 발생하는 소음 또는 진동을 상쇄시키는 능동형 소음 제거 장치를 포함하되,
    상기 능동형 소음 제거 장치는 상기 소음 또는 진동을 계측하는 계측부와,
    상기 계측부에 의해 계측된 신호를 분석하고 분석된 파형의 역상인 소음 또는 진동 제거파형을 생성하여 상기 계측된 신호를 상쇄시키는 제어부를 포함하고,
    상기 DP 제어부는 상기 능동형 소음 제거 장치의 제어부에 의해 상기 소음 또는 진동이 제거되어 상기 DP 계측부의 계측신호를 기반으로 상기 선박의 위치가 목표지점으로 정해진 범위를 벗어나지 않도록 상기 추력부를 제어하는 것을 특징으로 하는 동적 위치 유지 시스템.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 계측부는
    상기 소음을 입력받는 마이크를 포함하는 것을 특징으로 하는 동적 위치 유지 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 계측부는
    상기 유빙이 선체나 수러스터에 부딪혀서 발생하는 진동을 측정하는 진동계를 포함하는 것을 특징으로 하는 동적 위치 유지 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 분석된 파형의 역상인 소음 또는 진동 제거파형을 생성하는 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 동적 위치 유지 시스템.
  6. 삭제
  7. 삭제
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