KR101716366B1 - 해양플랜트용 텔레스코프 타입 갱웨이의 상하동요 보상시스템 - Google Patents

해양플랜트용 텔레스코프 타입 갱웨이의 상하동요 보상시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 해양플랜트용 텔레스코프 타입 갱웨이의 상하동요 보상시스템에 관한 것으로, 파랑으로 인한 선체의 히빙(heaving) 동작시 광 자이로스코프 센서를 이용하여 갱웨이의 변위를 신속히 측정하고 보상하여 갱웨이의 자세를 안정적으로 유지할 수 있는 것이다.
이러한 본 발명은, 갱웨이 또는 상기 갱웨이를 지지하는 데크에 설치되어 파랑으로 인한 선체의 히빙(heaving) 동작시 상기 갱웨이의 각속도 변화를 측정하는 광 자이로스코프 센서와; 상기 광 자이로스코프 센서의 측정치로부터 상기 갱웨이의 변위정보를 산출하는 변위산출부와; 상기 변위산출부에서 산출한 변위정보에 따라 상기 갱웨이를 역변위시킬 수 있도록 역변위정보를 산출하는 보정부와; 상기 보정부에서 산출한 역변위정보에 따라 구동부를 제어하여 상기 갱웨이의 자세를 바로 잡는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

해양플랜트용 텔레스코프 타입 갱웨이의 상하동요 보상시스템{VERTICAL DISPLACEMENT PAYBACK SYSTEM FOR TELESCOPE TYPE GANGWAY OF MARINE PLANT}
본 발명은 해양플랜트용 갱웨이에 관한 것으로, 특히 파랑으로 인한 선체의 히빙(heaving) 동작시 광 자이로스코프 센서를 이용하여 갱웨이의 변위를 신속히 측정하고 보상하여 갱웨이의 자세를 안정적으로 유지할 수 있도록 한 해양플랜트용 텔레스코프 타입 갱웨이의 상하동요 보상시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 해양플랜트(혹은 해상플랜트)란 해양에서 에너지를 생산하거나 자원을 모으는 시설을 일괄하여 칭하는 용어이다.
이러한 해양플랜트는 바다에 설치되기 때문에 육상플랜트가 가지고 있어야하는 특징 외에 특히, 부식에 강해야 하며, 내압성, 방폭 방화성, 안전성, 경량화 등의 특징들을 더 구비하여야 한다.
이와 같은 해양플랜트들은 보통 여러 종류의 플랫폼들로 이루어지며, 가장 대표적인 것으로 부유식 원유 생산저장설비(FPSO:Floating Production Storage and Offloading)를 들 수 있다. 즉, FPSO는 수상에 부유된 상태로 원유 또는 천연가스를 퍼올려서 정제하고, 저장하였다가 LNG선 또는 유조선이 오면 그 선박에다 옮겨주는 일종의 해상기지이다.
한편, 이들 해양플랜트를 지원하기 위한 해양플랜트 지원선박(Offshore Support Vessel)에는 갱웨이(Gangway)를 탑재하며, 조류 및 풍향, 풍속, 파고에 의하여 선체가 흔들려 위치가 변하는 현상은 동적 위치유지시스템(Dynamic Positioning System, 이하 'DPS'라 한다)에 의해 해소되고 있다.
그러나, 종래의 위치유지시스템의 경우 갱웨이(Gangway)의 움직임을 고려하지 못하여 선박 및 해양플랜트가 갱웨이의 운용범위를 넘어 표류하게 되면서 갱웨이가 파손되고 갱웨이를 건너는 작업자의 인명 피해 등이 발생하는 치명적인 문제점이 있었다.
한국공개특허공보 제2014-0059998호(2014.05.19)
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 파랑으로 인한 선체의 히빙(heaving) 동작시 광 자이로스코프 센서를 이용하여 갱웨이의 변위를 신속히 측정하고 보상하여 갱웨이의 자세를 안정적으로 유지할 수 있도록 한 해양플랜트용 텔레스코프 타입 갱웨이의 상하동요 보상시스템을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 해양플랜트용 텔레스코프 타입 갱웨이의 상하동요 보상시스템은, 갱웨이 또는 상기 갱웨이를 지지하는 데크에 설치되어 파랑으로 인한 선체의 히빙(heaving) 동작시 상기 갱웨이의 각속도 변화를 측정하는 광 자이로스코프 센서와; 상기 광 자이로스코프 센서의 측정치로부터 상기 갱웨이의 변위정보를 산출하는 변위산출부와; 상기 변위산출부에서 산출한 변위정보에 따라 상기 갱웨이를 역변위시킬 수 있도록 역변위정보를 산출하는 보정부와; 상기 보정부에서 산출한 역변위정보에 따라 구동부를 제어하여 상기 갱웨이의 자세를 바로 잡는 제어부를 포함하는 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.
여기서, 상기 변위산출부에서 산출한 변위정보의 저주파 성분을 제거하는 필터부가 더 구비되고, 상기 보정부는 상기 필터부를 통과한 변위정보를 이용하여 보정된 역변위정보를 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 보정부는, 상기 광 자이로스코프 센서의 현재 시간의 측정치와 이전 시간의 측정치를 이용하여 상기 갱웨이의 보정된 역변위정보를 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
한편, 본 발명의 해양플랜트용 텔레스코프 타입 갱웨이 시스템은, 복수의 단위 갱웨이가 신축 가능하게 연결된 텔레스코프 타입 갱웨이와; 상기 갱웨이의 각도를 조절하는 유압실린더와, 상기 갱웨이의 회전각을 수평방향 회전각을 조절하는 로터를 구비한 구동부와; 상기 갱웨이의 히빙(heaving) 동작시 역변위를 통해 보상하는 상하동요 보상시스템을 포함하는 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.
본 발명에 의한 해양플랜트용 텔레스코프 타입 갱웨이의 상하동요 보상시스템은 파랑으로 인한 선체의 히빙(heaving) 동작시 광 자이로스코프 센서를 이용하여 갱웨이의 변위를 신속히 측정하고 보상하여 갱웨이의 자세를 안정적으로 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 갱웨이의 상하동요 보상시스템이 적용된 해양플랜트용 텔레스코프 타입 갱웨이 시스템의 참조사시도
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 텔레스코프 타입 갱웨이의 상하동요 보상시스템의 구성도
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 텔레스코프 타입 갱웨이의 상하동요 보상시스템에서 필터부를 일반화한 RC회로의 회로도
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 텔레스코프 타입 갱웨이의 상하동요 보상시스템에서 이산 시간 보정 필터로 구성한 블록도
5는 본 발명의 실시예에 의한 텔레스코프 타입 갱웨이의 상하동요 보정시스템을 이용한 상하동요 보상방법의 순서도
첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 의한 해양플랜트용 텔레스코프 타입 갱웨이의 상하동요 보상시스템에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나, 개략적인 구성을 이해하기 위하여 실제보다 축소하여 도시한 것이다.
또한, 제1 및 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 텔레스코프 타입 갱웨이의 상하동요 보상시스템이 텔레스코프 타입 갱웨이 시스템에 적용된 사용상태도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 의한 텔레스코프 타입 갱웨이의 상하동요 보상시스템의 구성도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 의한 텔레스코프 타입 갱웨이의 상하동요 보상시스템에서 필터부를 일반화한 RC회로의 회로도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 의한 텔레스코프 타입 갱웨이의 상하동요 보상시스템에서 이산 시간 보정 필터로 구성한 블록도이다.
본 발명의 실시예에 의한 텔레스코프 타입 갱웨이의 상하동요 보상시스템은 도 2에 도시된 바와 같이 광 자이로스코프 센서(170)와, 변위산출부(181)와, 필터부(182)와, 보정부(183)와 제어부(180)와, 구동부(120,130)를 구성요소로 이루어지며, 이와 같은 구성의 보상시스템은 도 1에 도시된 것처럼 선체의 풋프린트(110)와, 유압 액추에이터(120) 및 로터(130)로 이루어진 구동부(120,130)와, 복수의 단위 갱웨이(150)가 신축 가능하게 연결된 텔레스코프 타입 갱웨이(150)와, 상기 갱웨이(150)를 지지하는 데크(140)와 더불어 해양플랜트용 텔레스코프 타입 갱웨이 시스템을 구축하게 된다.
이같은 본 발명의 실시예에 의한 텔레스코프 타입 갱웨이의 상하동요 보상시스템에서 주목할 점은, 갱웨이(150) 또는 상기 갱웨이(150)를 지지하는 데크(140)에 설치된 광 자이로스코프 센서(170)에 의해 파랑으로 인한 선체의 히빙(heaving) 동작시 갱웨이(150)의 각속도 변화를 극도로 신속하고 정확하게 측정할 수 있도록 함으로써 갱웨이(150)의 변위를 신속히 보상하고 자세를 안정적으로 유지할 수 있도록 하였다는 점이다.
여기서 선체의 히빙(heaving) 동작시 갱웨이(150)의 각속도 변화를 신속히 측정할 수 있도록 구비된 광 자이로스코프 센서(170)는 사난크 효과를 이용한 것으로 광섬유 레이저나 광섬유 자이로가 대표적이라 할 수 있다. 상기 광섬유 자이로스코프(Fiber Optic Gyro, FOG)의 경우 광섬유를 감아 각각의 단면에 삽입하고 감은 면과 수직인 축방향을 중심으로 각속도가 더해지면 상대론적 효과에 의해 분리된 빛에 광로차가 생긴다(사난크 효과). 이 광로차에 의해 분리된 두 개의 빛 사이에 위상차이가 생기면 정도상차를 검출하는 것으로써 각속도를 얻을 수 있는 것이다. 이같은 광섬유 자이로스코프는 다른 형태의 자이로스코프에 비하여 가격, 안정도, 내구성, 빠른 기동 시간 등에서 큰 이점을 가지고 있다. 최근의 광섬유 자이로스코프는 100년에 한 바퀴 회전하는 정도의 아주 느린 회전량도 측정할 수 있을 만큼 정밀한 측정이 가능하다는 장점이 있다.
한편 링 레이저 자이로스코프는, 복수의 미러에 의해서 링 상태(실제로는 다각형상)의 광로를 가지는 레이저 공진기를 구성해 회전이 더해졌을 때에 생기는 사난크 효과를 이용하고 각속도를 검출한다. 이같은 링 레이저 자이로스코프의 경우 매우 정도가 높고 항공기나 로켓의 위치 제어용으로 사용된다.
상기 변위산출부(181)는 상기 광 자이로스코프 센서(170)의 측정치로부터 갱웨이(150)의 변위정보를 산출하는 역할을 한다. 이를 위해 상기 변위산출부(181)는 광 자이로스코프 센서(170)의 출력값을 적분하여 갱웨이(150)의 변위정보(기울기 또는 자세)를 산출하게 된다.
상기 필터부(182)는 변위산출부(181)에서 산출한 변위정보의 저주파 성분을 제거하는 역할을 한다. 이같은 필터부(182)의 역할은 상기 광 자이로스코프 센서(170)의 출력값을 이용한 변위정보 산출의 경우 갱웨이(150)의 저속 운동시 부정확한 값이 산출될 수 있기 때문이다. 도 3에는 필터부(182)를 일반화한 RC회로가 도시되어 있으며 상기 필터부(182)의 입력 전압(Vin)과 출력 전압(Vout)의 관계는 아래 수학식 1과 같다
Figure 112015123399153-pat00001
위 수학식 1을 이산 시간으로 표현하면 수학식 2와 같으며, 수학식 2에서, 입력과 출력은 일정 시간(ΔT)마다 샘플링되는 것으로 가정하고, 입력 전압(Vin)은 (x1, x2, ..., xn)으로 표현되고 출력 전압(Vout)은 (y1, y2, ..., yn)으로 표현되었다.
Figure 112015123399153-pat00002
수학식 2를 다시 정리하면, 수학식 3과 같다.
Figure 112015123399153-pat00003
한편, 광 자이로스코프 센서(170)에서 측정된 값을 근거하여 상기 변위산출부(181)에서 산출된 변위정보를 gyro(i)라 하고, 변위정보가 필터부(182)를 통과한 값을 f_gyro(i)라 하면, 이들의 관계는 아래 수학식 4와 같다
Figure 112015123399153-pat00004
이로써 보정부(183)의 출력값(f_gyro(i))을 얻을 수 있게 된다.
광 자이로스코프 센서(170)의 출력값을 이용한 본 발명의 실시예에 의한 텔레스코프 타입 갱웨이의 상하동요 보상시스템은 도 4와 같이 이산 시간 필터부(182)로 구성한 보정부(183)의 블록다이어그램으로 나타낼 수 있다.
도 4에 따르면 광 자이로스코프 센서(170)의 출력값으로부터 보정된 역변위정보(기울기 정보)를 산출하는 필터부(182)가 도시되어 있다. 여기서 필터부(182)는 1차 필터를 이용한 것이며 프로그래밍이 간단하고 ECU 연산부하를 감소시킬 수 있다.
그리고 도 5는 본 발명의 실시예에 의한 텔레스코프 타입 갱웨이의 상하동요 보정시스템을 이용한 상하동요 보상방법의 순서도이다.
도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 의한 텔레스코프 타입 갱웨이의 상하동요 보정시스템을 이용한 상하동요 보상방법을 살펴보면 다음과 같다.
먼저 갱웨이(150)에 시동이 걸리면, 광 자이로스코프 센서(170)를 초기화하고(S110), 전체 상하동요 보상시스템을 활성화한다(S120).
이후 변위산출부(181)가 광 자이로스코프 센서(170)의 출력값으로부터 변위(기울기)정보를 계산한다(S130).
그러면, 상기 필터부(182)는 변위산출부(181)에서 산출된 변위정보에서 저주파 성분을 제거하여, 상기 보정부(183)는 상기 변위산출부(181)에서 산출된 후 필터부(182)를 거친 변위정보를 이용하여 역변위정보를 산출하며, 제어부(184)는 상기 역변위정보에 따라 구동부(120,130)를 제어하여 갱웨이(150)의 자세를 보정한다. 이로써 갱웨이(150)의 자세보상이 이루어진다.(S140).
마지막으로 보정된 자세정보는 확인을 위하여 출력되고 중앙통제실로 전송된다(S150).
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
110 : 풋프린트 120 : 유압 액추에이터
130 : 로터 140 : 데크
150 : 갱웨이 170 : 광 자이로스코프 센서
181 : 변위산출부 182 : 필터부
183 : 보정부 184 : 제어부

Claims (4)

  1. 해양플랜트용 텔레스코프 타입 갱웨이의 상하동요 보상시스템으로서,
    갱웨이 또는 상기 갱웨이를 지지하는 데크에 설치되어 파랑으로 인한 선체의 히빙(heaving) 동작시 상기 갱웨이의 각속도 변화를 측정하는 광 자이로스코프 센서와; 상기 광 자이로스코프 센서의 측정치로부터 상기 갱웨이의 기울기 정보가 포함된 변위정보를 산출하는 변위산출부와; 상기 변위산출부에서 산출한 변위정보에 따라 상기 갱웨이를 역변위시킬 수 있도록 역변위정보를 산출하는 보정부와; 상기 보정부에서 산출한 역변위정보에 따라 상기 갱웨이의 각도를 조절하는 유압실린더와 상기 갱웨이의 수평 회전각을 조절하는 로터로 이루어진 구동부를 제어하여 상기 갱웨이의 자세를 바로 잡는 제어부를 포함하고,
    상기 변위산출부에서 산출한 변위정보의 저주파 성분을 제거하는 필터부를 더 포함하며,
    상기 보정부는, 상기 필터부를 통과한 변위정보를 이용하여 보정된 역변위정보를 산출하고,
    상기 필터부는 저주파 성분을 제거하기 위해, 하기 수학식 1, 수학식 2, 수학식 3을 따르며,
    <수학식 1>
    Figure 112017012266021-pat00010

    (Vin : 필터부의 입력 전압, Vout : 필터부의 출력 전압)
    상기 수학식 1에서 입력과 출력은 일정 시간 (T)마다 샘플링되고 입력 전압(Vin)은 (x1, x2, ..., xn)으로 표현되고 출력 전압(Vout)은 (y1, y2, ..., yn)으로 표현하는 경우,
    <수학식 2>
    Figure 112017012266021-pat00011

    수학식 2를 다시 정리하면, 수학식 3과 같고,
    <수학식 3>
    Figure 112017012266021-pat00012

    상기 광 자이로스코프 센서에서 측정된 값을 근거하여 상기 변위산출부에서 산출된 변위정보를 gyro(i)라 하고 변위정보가 상기 필터부를 통과한 보정부의 출력값을 f_gyro(i)라 하면 상기 보정부의 출력값 f_gyro(i)은 하기 수학식 4에 의해
    <수학식 4>
    Figure 112017012266021-pat00013

    정해지는 것을 특징으로 하는 해양플랜트용 텔레스코프 타입 갱웨이의 상하동요 보상시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 복수의 단위 갱웨이가 신축 가능하게 연결된 텔레스코프 타입 갱웨이와;
    상기 갱웨이의 각도를 조절하는 유압실린더와, 상기 갱웨이의 수평방향 회전각을 조절하는 로터를 구비한 구동부와;
    상기 갱웨이의 히빙(heaving) 동작시 역변위를 통해 보상하는 상하동요 보상시스템을 포함하며,
    상기 상하동요 보상시스템은,
    갱웨이 또는 상기 갱웨이를 지지하는 데크에 설치되어 파랑으로 인한 선체의 히빙(heaving) 동작시 상기 갱웨이의 각속도 변화를 측정하는 광 자이로스코프 센서와; 상기 광 자이로스코프 센서의 측정치로부터 상기 갱웨이의 기울기 정보가 포함된 변위정보를 산출하는 변위산출부와; 상기 변위산출부에서 산출한 변위정보에 따라 상기 갱웨이를 역변위시킬 수 있도록 역변위정보를 산출하는 보정부와; 상기 보정부에서 산출한 역변위정보에 따라 상기 갱웨이의 각도를 조절하는 유압실린더와 상기 갱웨이의 수평 회전각을 조절하는 로터로 이루어진 구동부를 제어하여 상기 갱웨이의 자세를 바로 잡는 제어부를 포함하고,
    상기 변위산출부에서 산출한 변위정보의 저주파 성분을 제거하는 필터부를 더 포함하며,
    상기 보정부는, 상기 필터부를 통과한 변위정보를 이용하여 보정된 역변위정보를 산출하고,
    상기 필터부는 저주파 성분을 제거하기 위해, 하기 수학식 1, 수학식 2, 수학식 3을 따르며,
    <수학식 1>
    Figure 112017012266021-pat00014

    (Vin : 필터부의 입력 전압, Vout : 필터부의 출력 전압)
    상기 수학식 1에서 입력과 출력은 일정 시간 (T)마다 샘플링되고 입력 전압(Vin)은 (x1, x2, ..., xn)으로 표현되고 출력 전압(Vout)은 (y1, y2, ..., yn)으로 표현하는 경우,
    <수학식 2>
    Figure 112017012266021-pat00015

    수학식 2를 다시 정리하면, 수학식 3과 같고,
    <수학식 3>
    Figure 112017012266021-pat00016

    상기 광 자이로스코프 센서에서 측정된 값을 근거하여 상기 변위산출부에서 산출된 변위정보를 gyro(i)라 하고 변위정보가 상기 필터부를 통과한 보정부의 출력값을 f_gyro(i)라 하면 상기 보정부의 출력값 f_gyro(i)은 하기 수학식 4에 의해
    <수학식 4>
    Figure 112017012266021-pat00017

    정해지는 것을 특징으로 하는 해양플랜트용 텔레스코프 타입 갱웨이 시스템.
KR1020150180158A 2015-12-16 2015-12-16 해양플랜트용 텔레스코프 타입 갱웨이의 상하동요 보상시스템 KR101716366B1 (ko)

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