KR101823027B1 - 선박의 자기위치제어 시스템 및 자기위치제어 방법 - Google Patents

선박의 자기위치제어 시스템 및 자기위치제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 선박의 자기위치제어 시스템 및 자기위치제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 전력 시스템의 이산적(discrete)인 특성을 활용하여, 쓰러스터에 대한 에코 모드(eco mode)를 적용함으로써 고유가 시대에 연료 소비를 줄일 수 있고, 에코 모드는 발전기가 일정 대수, 예컨대 한 대 더 사용되어야 하는 점들을 경계점으로 설정하여 전력 계통으로부터 정보를 얻어 계산하도록 함으로써 정확하면서도 효율적인 에코모드의 수행이 가능하도록 할 수 있는 선박의 자기위치제어 시스템 및 자기위치제어 방법에 관한 것이다.
본 발명은 선박에 선회가 가능하도록 설치되는 다수의 쓰러스터; 선박의 위치를 감지하여 감지신호를 출력하는 위치감지부; 위치감지부로부터 감지신호를 수신받으며, 선박이 목표 지점에 정지하도록 쓰러스터를 제어하는 자기위치제어부; 및 선박이 이동 중일 때 쓰러스터의 구동을 위한 발전기가 추가로 사용되어야 하는 경계점인 경우, 쓰러스터의 추력을 경계점에서 제한하도록 하는 에코 모드를 실시하도록 하는 에코모드제어부를 포함하는 선박의 자기위치제어 시스템과 이에 따른 자기위치제어 방법이 제공된다.

Description

선박의 자기위치제어 시스템 및 자기위치제어 방법{Dynamic positioning system of vessel and method thereof}
본 발명은 선박의 자기위치제어 시스템 및 자기위치제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 전력 시스템의 이산적(discrete)인 특성을 활용하여, 쓰러스터에 대한 에코 모드(eco mode)를 적용함으로써 고유가 시대에 연료 소비를 줄일 수 있도록 구성된 선박의 자기위치제어 시스템 및 자기위치제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 선박에서 자기위치제어(Dynamic Position, DP) 시스템은 기존의 계류장치를 사용하지 않고서 GPS(Global Positioning System) 등을 이용한 위치 확인과 추진기의 사용을 통해 선박의 위치를 고정시키는 시스템이다.
이러한 자기위치제어 시스템은 특정 위치에 정박한 상태에서 해저 시추작업을 하는 리그선(rig ship)과는 달리 위치를 옮겨가며, 시추작업을 실시할 수 있는 드릴쉽(drill ship)이나 극지방에서 얼음을 깨뜨리면서 단독 운항이 가능한 쇄빙선(ice breaker) 등에 마련된다.
자기위치제어 시스템에 사용되는 추진기로는 프로펠러의 360도 선회가 가능한 전(全)방향 추진기인 쓰러스터(thruster)가 사용되고 있으며, 이러한 쓰러스터에 의해 선박이 자유롭게 추진, 역추진 또는 회전할 수 있도록 한다. 한편, 쓰러스터는 조종성능 등 다양한 이점으로 인해 드립쉽이나 쇄빙선뿐만 아니라, 드릴링 리그, 셔틀 탱커(shuttle tanker), FPSO(Floating Production Storage Offloading), LNG-RV(LNG-Regasfication Vessel), 극지 항해 화물선이나 여객선 등을 비롯한 다양한 선박에 사용되고 있으며, 이에 동반하여 추진 성능의 향상이 더욱 요구되고 있다.
이와 같이 종래의 선박에 마련된 자기위치제어 시스템은 특수 선박의 해상 가스관 연결을 위한 위치 선정, 드릴 쉽, 드릴링 리그와 같은 선박의 쓰러스터를 사용한 드릴링 위치 수정, 블록 운반선의 접안과 같은 다양한 상황에서 쓰러스터를 이용해서 위치를 제어하는 경우 등 그 사용 범위가 점차 늘어가고 있는데, 이 경우 자기위치제어를 사용한 선박의 목표 지점으로의 이동시에 최적 제어를 위해 쓰러스터의 추력을 순시적으로 최대로 발생함으로써 쓰러스터의 동력을 제공하는 발전기의 구동에 많은 연료가 소모되는 문제점을 가지고 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전력 시스템의 이산적(discrete)인 특성을 활용하여, 쓰러스터에 대한 에코 모드(eco mode)를 적용함으로써 고유가 시대에 연료 소비를 줄일 수 있도록 하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 선박의 자기위치제어 시스템에 있어서, 선박에 선회가 가능하도록 설치되는 다수의 쓰러스터; 상기 선박의 위치를 감지하여 감지신호를 출력하는 위치감지부; 상기 위치감지부로부터 감지신호를 수신받으며, 상기 선박이 목표 지점에 정지하도록 상기 쓰러스터를 제어하는 자기위치제어부; 및 상기 선박이 이동 중일 때 상기 쓰러스터의 구동을 위한 발전기가 추가로 사용되어야 하는 경계점인 경우, 상기 쓰러스터의 추력을 상기 경계점에서 제한하도록 하는 에코 모드를 실시하도록 하는 에코모드제어부를 포함하는 선박의 자기위치제어 시스템이 제공된다.
상기 에코모드제어부는, 상기 경계점이 상기 쓰러스터의 구동을 위한 발전기가 한 대 더 사용되어야 하는 점들일 수 있다.
상기 에코모드제어부는, 상기 쓰러스터의 추력이 상기 경계점에서 제한되도록 상기 쓰러스터 각각에 대한 추력을 분배할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 선박의 자기위치제어 방법에 있어서, 선박의 현재 위치가 목표 지점으로부터 정해진 범위를 벗어남으로써 선박이 이동하는지를 판단하는 단계; 상기 선박이 이동하는 것으로 판단되면, 쓰러스터의 구동을 위한 발전기가 추가로 사용되어야 하는 경계점인지를 판단하는 단계; 및 상기 경계점으로 판단되면, 상기 쓰러스터의 추력을 상기 경계점에서 제한하도록 하는 에코 모드를 실시하는 단계를 포함하는 선박의 자기위치제어 방법이 제공된다.
상기 경계점인지를 판단하는 단계는, 전력계통으로부터 정보를 얻어 판단할 수 있다.
상기 경계점인지를 판단하는 단계는, 상기 경계점이 상기 쓰러스터의 구동을 위한 발전기가 한 대 더 사용되어야 하는 점들일 수 있다.
상기 경계점인지를 판단하는 단계는, 하기의 수학식 1 내지 수학식 3을 만족하는 경우 상기 경계점에 해당하는 것으로 판단할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112011094091133-pat00001
[수학식 2]
Figure 112011094091133-pat00002
[수학식 3]
Figure 112011094091133-pat00003
여기서, FULL TH#은 쓰러스터의 동작을 위해 최대로 구동해야 하는 발전기 대수, ECO TH#은 에코 모드를 위해 구동해야 하는 발전기 대수, ROUNDUP은 반올림, SHIP LOAD는 선박에 미치는 로드(kW), MAX THLOAD는 쓰러스터의 최대 로드(kW), DG CAPACITY는 발전기의 용량(kW), SCALING FACTOR는 쓰러스터 추력의 제한 계수를 의미한다.
상기 에코 모드를 실시하는 단계는, 상기 쓰러스터의 추력이 상기 경계점에서 제한되도록 상기 쓰러스터 각각에 대한 추력을 분배할 수 있다.
본 발명에 따르면, 전력 시스템의 이산적(discrete)인 특성을 활용하여, 쓰러스터에 대한 에코 모드(eco mode)를 적용함으로써 고유가 시대에 연료 소비를 줄일 수 있고, 에코 모드는 발전기가 일정 대수, 예컨대 한 대 더 사용되어야 하는 점들을 경계점으로 설정하여 전력 계통으로부터 정보를 얻어 계산하도록 함으로써 정확하면서도 효율적인 에코모드의 수행이 가능하도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 선박의 자기위치제어 시스템을 도시한 구성도이고,
도 2는 본 발명에 따른 선박의 자기위치제어 방법을 도시한 흐름도이고,
도 3은 본 발명에 따른 선박의 자기위치제어 방법의 경계점 판별 알고리즘을 설명하기 위한 도면이고,
도 4는 본 발명에 따른 선박의 자기위치제어 시스템 및 자기위치제어 방법에 의한 연료소비 절감을 나타낸 그래프이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 선박의 자기위치제어 시스템을 도시한 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 선박의 자기위치제어 시스템(100)은 다수의 쓰러스터(thruster; 110), 위치감지부(120), 자기위치제어부(130) 및 에코모드제어부(140)를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 선박의 자기위치제어 시스템(100)이 적용되는 선박으로는 쓰러스터를 이용하여 자기위치제어(Dynamic Positioning)를 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.
쓰러스터(110)는 선박(200)에 프로펠러의 360도 선회가 가능하도록 다수, 예컨대 선미측과 선수측에 각각 설치되는 전(全)방향 추진기이고, 선박(200)이 자유롭게 추진 및 역추진 또는 선회할 수 있도록 추진력을 발생시킨다.
위치감지부(120)는 선박(200)의 위치를 감지하여 감지신호로서 출력하는데, 일례로 GPS(Global Positioning System) 등을 이용하여 선박(200)의 위치를 확인할 수 있으며, 그 밖에 선박(200)의 위치 확인을 위한 다양한 센서들이 포함될 수 있다.
자기위치제어부(130)는 위치감지부(120)로부터 감지신호를 수신받으며, 선박(200)이 목표 지점에 정지하도록 쓰러스터(110)를 제어하는데, 이를 위해 일례로, 위치감지부(120)로부터 수신되는 신호를 처리하는 신호처리부(131)와, 신호처리부(131)에 의해 처리된 신호를 통해서 선박(200)의 모션을 예측하는 선박모션예측부(132)와, 선박모션예측부(132)의 결과에 따라 쓰러스터(110)를 제어하도록 하는 콘트롤러(133)와, 풍속을 측정하는 풍속측정부(134)와, 풍속을 통해서 풍력을 산출하는 풍력산출부(135)와, 콘트롤러(133)로부터 쓰러스터(110)의 제어에 대한 신호와 풍력산출부(135)로부터 풍력에 대한 신호를 각각 수신받아 쓰러스터(110)의 추력을 분배하도록 하는 쓰러스터분배부(136)를 포함할 수 있다.
에코모드제어부(140)는 선박(200)이 이동 중일 때 쓰러스터(110)의 구동을 위한 발전기가 추가로 사용되어야 하는 경계점인 경우, 쓰러스터(110)의 추력을 경계점에서 제한하도록 하는 에코 모드(eco mode)를 실시하도록 한다. 여기서, 발전기는 쓰러스터(110)의 구동을 위한 동력으로서 전력을 제공하도록 하는데, 이를 위해 화석연료, 예컨대 디젤 연소에 의해 전력을 생산하는 디젤 발전기가 사용될 수 있다.
에코모드제어부(140)는 선박(200)이 이동 중임을 판단하기 위하여, 위기감지부(120)를 통해서 수신되는 선박(200)의 현재 위치가 목표 지점으로부터 정해진 거리를 벗어나는 경우 이동 중인 것으로 판단할 수 있고, 쓰러스터(110)의 구동을 위한 발전기가 추가로 사용되어야 하는 경계점인지를 판단하기 위해서, 일례로 발전기로부터 제공되어지는 전력계통으로부터 정보를 얻어 계산함으로써 경계점 여부를 판단할 수 있다.
에코모드제어부(140)는 경계점이 쓰러스터(110)의 구동을 위한 발전기가 한 대 더 사용되어야 하는 점들인 것으로 할 수 있고, 이때, 쓰러스터(110)의 추력이 경계점에서 제한되도록 쓰러스터(110) 각각에 대한 추력을 분배하도록 할 수 있다. 따라서, 에코모드제어부(140)는 쓰러스터(110)의 추력이 경계점에서 제한, 예컨대 추가로 사용되어야 하는 발전기의 사용을 억제하도록 제한하기 위해 쓰러스터(110)의 추력을 제한하도록 하고, 이로 인해 쓰러스터(110)가 순시 추력을 최대로 하지 않더라도 이동(transit) 조건과 같은 상황에서도 이동의 목적 달성이 가능하도록 한다.
도 2는 본 발명에 따른 선박의 자기위치제어 방법을 도시한 흐름도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 선박의 자기위치제어 방법은 선박의 현재 위치가 목표 지점으로부터 정해진 범위를 벗어남으로써 선박이 이동하는지를 판단하는 단계(S11)와, 선박이 이동하는 것으로 판단되면, 쓰러스터의 구동을 위한 발전기가 추가로 사용되어야 하는 경계점인지를 판단하는 단계(S12)와, 경계점으로 판단되면, 쓰러스터의 추력을 경계점에서 제한하도록 하는 에코 모드를 실시하는 단계(S13)를 포함할 수 있다.
선박이 이동하는지를 판단하는 단계(S11)는 선박(200)의 목표 위치와 현재 위치의 차이를 파악해서 어느 정도 이상이 되면 이동중이라 판단하는데, 목표 위치와 현재 위치의 거리가 예컨대 2km 이상이면 선박(200)이 이동중인 것으로 판단할 수 있고, 이러한 거리는 선박(200)의 용도에 따라 달리할 수 있다.
경계점인지를 판단하는 단계(S12)는 전력계통으로부터 정보를 얻어서 쓰러스터의 구동을 위한 발전기가 추가로 사용되어야 하는 경계점인지를 판단할 수 있고, 경계점이 쓰러스터의 구동을 위한 발전기가 한 대 더 사용되어야 하는 점들일 수 있다.
경계점인지를 판단하는 단계(S12)는 하기의 수학식 1 내지 수학식 3을 만족하는 경우 경계점에 해당하는 것으로 판단할 수 있으며, 도 3의 (a)에서와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112011094091133-pat00004
[수학식 2]
Figure 112011094091133-pat00005
[수학식 3]
Figure 112011094091133-pat00006
여기서, FULL TH#은 쓰러스터의 동작을 위해 최대로 구동해야 하는 발전기 대수, ECO TH#은 에코 모드를 위해 구동해야 하는 발전기 대수, ROUNDUP은 반올림, SHIP LOAD는 선박에 미치는 로드(kW), MAX THLOAD는 쓰러스터의 최대 로드(kW), DG CAPACITY는 발전기의 용량(kW), SCALING FACTOR는 쓰러스터 추력의 제한 계수를 의미한다.
예컨대, 4대의 발전기 각각에 대한 용량이 DG 1 = 2,800 [kW], DG 2 = 2,800 [kW], DG 3 = 2,800 [kW], DG 4 = 2,800 [kW], SHIP LOAD = 4,000[kW]이고, 선수측 쓰러스터 = 3,000 [kW], 선미측 쓰러스터 = 2,000 [kW], SCALING FACTOR = 0.7인 경우 아래의 수학식4 및 5에서처럼 FULL TH#은 4이고, ECO TH#은 3이고, 이는 도 3의 (b)와 같으며, 이 경우 경계점에 해당하게 된다. 여기서, SCALING FACTOR는 0.7뿐만 아니라, 1.0을 제외한 다양한 크기로 설정할 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112011094091133-pat00007
[수학식 5]
Figure 112011094091133-pat00008
상기한 수학식 1 내지 수학식 3에 따라, 쓰러스터(110)의 동작을 위해 최대로 구동해야 하는 발전기 대수와 쓰러스터(110)의 에코 모드 수행을 위해 구동해야 하는 발전기 대수의 차이가 0이 아닌 경우 경계점인 것으로 판단하게 되고, 전력계통에서 필요로 하는 로드(kW)와 구동해야 하는 발전기의 상태를 파악해서 에코 모드로 동작하는 것이 의미가 있는 경계점인지를 판단하게 된다.
한편, 선박이 이동하는지를 판단하는 단계(S11)와 경계점인지를 판단하는 단계(S12)에서, 선박이 이동하는 이동(transit) 모드가 아니거나, 경계점이 아닌 경우 자기위치제어부(130)에 의한 쓰러스터(110)의 제어에 의해 선박(200)이 목표 지점에 고정되도록 하는 자기위치제어 단계(S14)를 수행하게 된다.
에코 모드를 실시하는 단계(S13)는 쓰러스터(110)의 추력이 발전기의 사용대수 추가없이 경계점에서 제한되도록 쓰러스터(110) 각각에 대한 추력을 분배할 수 있으며, 이를 위해 쓰러스터(110) 각각의 추력을 최대 허용 추력의 100% 미만으로 발휘하도록 할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 선박의 자기위치제어 시스템 및 자기위치제어 방법에 의하면, 쓰러스터의 순시 추력을 최대로 하지 않더라도 선박(200)의 이동(transit) 조건과 같은 상황에서는 선박(200)의 이동 목적 달성이 가능하다. 또한 자기위치제어를 사용한 선박(200)의 목표점으로의 이동 시에 에코 모드를 사용하면 연료 절감이 가능하고, 전력 시스템의 이산적(discrete)인 특성을 활용하여, 에코 모드를 적용함으로써, 도 4에 도시된 바와 같이, 기존에 비하여 본 발명에서 연료 소비를 줄일 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
110 : 쓰러스터 120 : 위치감지부
130 : 자기위치제어부 131 : 신호처리부
132 : 선박모션예측부 133 : 콘트롤러
134 : 풍속측정부 135 : 풍력산출부
136 : 쓰러스터분배부 140 : 에코모드제어부
200 : 선박

Claims (8)

  1. 선박의 자기위치제어 시스템에 있어서,
    선박에 선회가 가능하도록 설치되는 다수의 쓰러스터;
    상기 선박의 위치를 감지하여 감지신호를 출력하는 위치감지부;
    상기 위치감지부로부터 감지신호를 수신받으며, 상기 선박이 목표 지점에 정지하도록 상기 쓰러스터를 제어하는 자기위치제어부; 및
    상기 선박이 이동 중일 때 상기 쓰러스터의 구동을 위한 발전기가 추가로 사용되어야 하는 경계점인 경우, 상기 쓰러스터의 추력을 상기 경계점에서 제한하도록 하는 에코 모드를 실시하도록 하는 에코모드제어부;
    를 포함하되,
    상기 에코모드제어부는 하기의 수학식 1 내지 수학식 3을 만족하는 경우 상기 경계점에 해당하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 선박의 자기위치제어 시스템.
    [수학식 1]
    Figure 112017125197850-pat00016

    [수학식 2]
    Figure 112017125197850-pat00017

    [수학식 3]
    Figure 112017125197850-pat00018

    여기서, FULL TH#은 쓰러스터의 동작을 위해 최대로 구동해야 하는 발전기 대수, ECO TH#은 에코 모드를 위해 구동해야 하는 발전기 대수, ROUNDUP은 반올림, SHIP LOAD는 선박에 미치는 로드(kW), MAX THLOAD는 쓰러스터의 최대 로드(kW), DG CAPACITY는 발전기의 용량(kW), SCALING FACTOR는 쓰러스터 추력의 제한 계수를 의미한다.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 에코모드제어부는,
    상기 쓰러스터의 추력이 상기 경계점에서 제한되도록 상기 쓰러스터 각각에 대한 추력을 분배하는 것을 특징으로 하는 선박의 자기위치제어 시스템.
  4. 선박의 자기위치제어 방법에 있어서,
    선박의 현재 위치가 목표 지점으로부터 정해진 범위를 벗어남으로써 선박이 이동하는지를 판단하는 단계;
    상기 선박이 이동하는 것으로 판단되면, 쓰러스터의 구동을 위한 발전기가 추가로 사용되어야 하는 경계점인지를 판단하는 단계; 및
    상기 경계점으로 판단되면, 상기 쓰러스터의 추력을 상기 경계점에서 제한하도록 하는 에코 모드를 실시하는 단계;
    를 포함하되,
    상기 경계점인지를 판단하는 단계는,
    하기의 수학식 1 내지 수학식 3을 만족하는 경우 상기 경계점에 해당하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 선박의 자기위치제어 방법.
    [수학식 1]
    Figure 112017125197850-pat00019

    [수학식 2]
    Figure 112017125197850-pat00020

    [수학식 3]
    Figure 112017125197850-pat00021

    여기서, FULL TH#은 쓰러스터의 동작을 위해 최대로 구동해야 하는 발전기 대수, ECO TH#은 에코 모드를 위해 구동해야 하는 발전기 대수, ROUNDUP은 반올림, SHIP LOAD는 선박에 미치는 로드(kW), MAX THLOAD는 쓰러스터의 최대 로드(kW), DG CAPACITY는 발전기의 용량(kW), SCALING FACTOR는 쓰러스터 추력의 제한 계수를 의미한다.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 경계점인지를 판단하는 단계는,
    전력계통으로부터 정보를 얻어 판단하는 것을 특징으로 하는 선박의 자기위치제어 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 청구항 4에 있어서, 상기 에코 모드를 실시하는 단계는,
    상기 쓰러스터의 추력이 상기 경계점에서 제한되도록 상기 쓰러스터 각각에 대한 추력을 분배하는 것을 특징으로 하는 선박의 자기위치제어 방법.
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JP7008678B2 (ja) * 2018-10-22 2022-01-25 長興材料工業股▲ふん▼有限公司 電磁波シールドフィルム、その調製方法、及び使用

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