KR102376887B1 - Steering control method for drill ship - Google Patents

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KR102376887B1 KR1020150113169A KR20150113169A KR102376887B1 KR 102376887 B1 KR102376887 B1 KR 102376887B1 KR 1020150113169 A KR1020150113169 A KR 1020150113169A KR 20150113169 A KR20150113169 A KR 20150113169A KR 102376887 B1 KR102376887 B1 KR 102376887B1
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유호정
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Abstract

본 발명은 선수측 및 선미측에 다수의 스러스터를 지닌 선체(10)의 방향전환을 제어하는 방법에 있어서: 선체(10)의 좌회전을 유발하는 경우 선수측 우현스러스터(22)와 선미측 좌현스러스터(33)를 연동하고, 선체(10)의 우회전을 유발하는 경우 선수측 좌현스러스터(23)와 선미측 우현스러스터(32)를 연동하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 추선의 방향 전환용 스러스터와 직진방향으로 추진하는 다른 스러스터 간에 간섭을 배제하여 높은 운항 속도에서도 방향 전환이 가능하고 에너지 절감에 기여하는 효과가 있다. The present invention relates to a method for controlling the direction change of a hull 10 having a plurality of thrusters on the bow side and the stern side: When causing a left turn of the hull 10, the starboard thruster 22 on the bow side and the stern side The port thruster (33) is interlocked, and when causing a right turn of the hull (10), the bow side port thruster (23) and the stern side starboard thruster (32) are interlocked.
Accordingly, interference between the thruster for changing the direction of the pendulum line and other thrusters propelling in the straight direction is excluded, enabling direction change even at high operating speeds and contributing to energy saving.

Description

시추선의 방향전환 제어방법{Steering control method for drill ship}Steering control method for drill ship}

본 발명은 시추선의 방향전환에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 스러스터를 장착한 선박 등에서 선수/선미 스러스터의 조합을 이용하여 항해용 스러스터와 간섭이 없도록 하는 시추선의 방향전환 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to the direction change of a drill ship, and more specifically, to a method of controlling the direction change of a drill ship that uses a combination of bow/stern thrusters in ships equipped with thrusters to prevent interference with navigation thrusters. .

일반적인 선박의 경우 선체의 조향을 위해 프로펠러에 인접하여 러더를 사용하는 반면 시추선과 같은 부유식 해양구조물의 경우 러더를 배제하고 전방위 추진용 스러스터를 사용한다. 다만 러더가 미설치된 부유식 해양 구조물에서 자동 항해의 곤란성을 극복하려면 추력과 조향력의 효율적인 조화를 필요로 한다.In the case of general ships, a rudder is used adjacent to the propeller to steer the hull, while floating marine structures such as drill ships exclude the rudder and use thrusters for omnidirectional propulsion. However, efficient coordination of thrust and steering force is required to overcome the difficulties of automatic navigation in floating marine structures without rudders installed.

이와 관련되어 참고할 수 있는 선행기술문헌으로서 한국 공개특허공보 제2013-0125252호(선행문헌 1), 한국 공개특허공보 제2009-0015312호(선행문헌 2) 등이 알려져 있다.As prior art documents that can be referred to in this regard, Korean Patent Publication No. 2013-0125252 (Priority Document 1), Korean Patent Publication No. 2009-0015312 (Priority Document 2), etc. are known.

선행문헌 1은 러더가 미설치된 부유식 해양 구조물이 추진을 위해 설치된 다수의 스러스터 중 일부 또는 전부를 방향 전환용 으로 사용하여 자동으로 항해할 수 있도록 하는 것으로서, ECDIS의 신호를 수신받아 설정 경로를 따라 항해하기 위한 신호를 출력하는 자동항해유닛; 및 자동항해유닛의 신호에 따라 상기 방향 전환용 스러스터의 회전각을 제어하는 스러스터제어부를 포함한다.Prior document 1 allows a floating marine structure without a rudder to navigate automatically by using some or all of the multiple thrusters installed for propulsion to change direction. It receives a signal from ECDIS and follows a set path. An automatic navigation unit that outputs signals for navigation; And a thruster control unit that controls the rotation angle of the direction change thruster according to a signal from the automatic navigation unit.

선행문헌 2는 추력을 발생시킴과 아울러 방향 전환이 가능한 다수의 스러스터를 가지는 선박에 있어서, 상기 스러스터 각각은 다른 스러스터가 위치하는 선체의 폭방향 직선으로부터 벗어나거나, 다른 스러스터가 위치하는 선체의 길이방향 직선으로부터 벗어나거나, 각각의 높이를 서로 달리하도록 선체에 설치되는 것을 특징으로 한다.Prior Document 2 relates to a ship having a plurality of thrusters that generate thrust and are capable of changing direction, where each of the thrusters deviates from the straight line in the width direction of the hull where other thrusters are located, or where other thrusters are located. It is characterized by being installed on the hull so as to deviate from the longitudinal straight line of the hull or have different heights.

그러나, 상기한 선행문헌 1에 의하면 방향전환시 스러스터 간의 추력과 조향력 간섭이 발생하여 효율성이 저하되고, 선행문헌 2에 의하면 스러스터가 비대칭적으로 배치되므로 제어의 복잡성과 안정성 저하가 초래된다.However, according to the above-described prior document 1, interference between thrusters and steering force occurs when changing direction, which reduces efficiency, and according to prior document 2, the thrusters are arranged asymmetrically, resulting in complexity of control and reduced stability.

1. 한국 공개특허공보 제2013-0125252호 "스러스터를 가지는 부유식 해양 구조물의 자동 항해 시스템 및 자동 항해 방법" (공개일자 : 2013.11.18.)1. Korean Patent Publication No. 2013-0125252 “Automatic navigation system and automatic navigation method for floating marine structures with thrusters” (Publication date: 2013.11.18.) 2. 한국 공개특허공보 제2009-0015312호 "스러스터를 가지는 선박" (공개일자 : 2009.02.12.)2. Korean Patent Publication No. 2009-0015312 “Ship with thrusters” (Publication date: 2009.02.12.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 선수와 선미에 스러스터를 구비하는 시추선에서 좌회전이나 우회전에 특정의 스러스트 사용하여 직진방향으로 추진하는 다른 스러스터와 간섭 없이 방향 전환을 수행하는 시추선의 방향전환 제어방법을 제공하는 데 있다.The purpose of the present invention to improve the conventional problems described above is to use a specific thrust to turn left or right in a drilling ship equipped with thrusters at the bow and stern, so that the direction can be changed without interference with other thrusters propelling in the straight direction. The purpose is to provide a method of controlling the direction change of a drilling vessel.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 선수측 및 선미측에 다수의 스러스터를 지닌 선체의 방향전환을 제어하는 방법에 있어서: 선체의 좌회전을 유발하는 경우 선수측 우현스러스터와 선미측 좌현스러스터를 연동하고, 선체의 우회전을 유발하는 경우 선수측 좌현스러스터와 선미측 우현스러스터를 연동하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention relates to a method for controlling the direction change of a hull having a plurality of thrusters on the bow side and the stern side: When causing a left turn of the hull, the starboard thruster on the bow side and the port thruster on the stern side It is characterized by linking the port side thruster on the bow side and the starboard thruster on the stern side when the thruster is linked and causing a right turn of the hull.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 선수측 및 선미측 스러스터의 연동은 추력에 대한 간섭을 배제하도록 수직축을 중심으로 상호 다른 방향으로 회동하는 것을 특징으로 한다.As a detailed configuration of the present invention, the interlocking of the bow and stern side thrusters is characterized in that they rotate in different directions about the vertical axis to exclude interference with thrust.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 선수측 및 선미측 스러스터의 회동 각도는 선체의 이동속도에 대응하여 상호 차등적으로 설정되는 것을 특징으로 한다.As a detailed configuration of the present invention, the rotation angles of the bow and stern side thrusters are characterized in that they are differentially set in response to the moving speed of the hull.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 선수측 및 선미측 스러스터의 회동 각도는 선체의 롤링 각도의 변동에 대응하여 설정된 범위로 제한되는 것을 특징으로 한다.As a detailed configuration of the present invention, the rotation angle of the bow and stern side thrusters is characterized in that it is limited to a range set in response to the variation of the rolling angle of the hull.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 선체의 운항 과정에서 조향 방향에 연동한 스러스터의 회동 각도 신호가 저장, 축적, 분석되어 최적화 데이터로 생성되는 것을 특징으로 한다.As a detailed configuration of the present invention, during the operation of the hull, the rotation angle signal of the thruster linked to the steering direction is stored, accumulated, and analyzed to generate optimized data.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 시추선의 방향 전환용 스러스터와 직진방향으로 추진하는 다른 스러스터 간에 간섭을 배제하여 높은 운항 속도에서도 방향 전환이 가능하고 에너지 절감에 기여하는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, interference between the thruster for changing direction of the drill ship and other thrusters propelling the drill ship in the straight direction is excluded, enabling direction change even at high operating speeds and contributing to energy saving.

도 1은 본 발명에 따른 제어방법이 적용되는 시스템을 나타내는 구성도
도 2는 본 발명에 따른 제어방법을 구현하는 제어수단을 나타내는 블록도
도 3은 본 발명에 따른 제어방법에 의한 작동상태를 나타내는 구성도1 is a configuration diagram showing a system to which the control method according to the present invention is applied.
Figure 2 is a block diagram showing control means implementing the control method according to the present invention.
Figure 3 is a configuration diagram showing the operating state by the control method according to the present invention

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail based on the attached drawings.

본 발명은 선수측 및 선미측에 다수의 스러스터를 지닌 선체(10)의 방향전환을 제어하는 방법에 관하여 제안한다. 선체(10)는 다수의 스러스터를 지닌 시추선을 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. The present invention proposes a method for controlling the direction change of a hull 10 having a plurality of thrusters on the bow and stern sides. The hull 10 is intended for, but is not necessarily limited to, a drilling ship with multiple thrusters.

도 1에서, 선체(10)의 선수측에 선수추진수단(20)이 설치되고 선미측에 선미추진수단(30)이 설치된 상태를 예시한다. 선수추진수단(20)은 중앙스러스터(21), 우현스러스터(22), 좌현스러스터(23)를 구비하고, 선미추진수단(30)은 중앙스러스터(31), 우현스러스터(32), 좌현스러스터(33)를 구비한다. 여기어 중앙스러스터는 선체의 회전과 무관하게 직진 방향의 추력에 관계되는 것이고, 우현과 좌현의 스러스터는 중앙 스러스터를 제외한 나머지에 해당한다. 우현과 좌현의 스러스터는 중앙스러스터처럼 추력도 발생한다. 도 1과 같은 스러스터의 배치 외에 스러스터의 수가 증가하더라도 동일한 원리로 적용될 수 있다.In Figure 1, the bow propulsion means 20 is installed on the bow side of the hull 10, and the stern propulsion means 30 is installed on the stern side. The bow propulsion means (20) has a central thruster (21), a starboard thruster (22), and a port thruster (23), and the stern propulsion means (30) has a central thruster (31) and a starboard thruster (32). ), and is equipped with a port thruster (33). Here, the central thruster is related to the thrust in the straight direction regardless of the rotation of the hull, and the starboard and port thrusters correspond to the rest excluding the central thruster. The starboard and port thrusters also generate thrust like the central thruster. In addition to the arrangement of the thrusters as shown in FIG. 1, the same principle can be applied even if the number of thrusters increases.

도 2에서, 본 발명의 제어방법은 선수추진수단(20)과 선미추진수단(30)에 연결되는 제어수단(40)의 마이컴 처리에 의하여 설정된 알고리즘으로 수행된다. 제어수단(40)의 제어기(45)는 마이크로 프로세서, 메모리, 입출력 인터페이스를 지닌 마이컴 회로로 구성된다. 제어기(45)의 입력단에는 속도센서(41), 자이로센서(42), 경사센서(43) 등이 연결되고, 출력단에는 구동기(46), 디스플레이(47) 등이 연결된다. 구동기(46)는 선수추진수단(20)과 선미추진수단(30)의 스러스터에 인가되는 동력(전원)을 단속하거나 변동한다.In Figure 2, the control method of the present invention is performed using an algorithm set by microcomputer processing of the control means 40 connected to the bow propulsion means 20 and the stern propulsion means 30. The controller 45 of the control means 40 is composed of a microprocessor, a memory, and a microcomputer circuit having an input/output interface. A speed sensor 41, a gyro sensor 42, a tilt sensor 43, etc. are connected to the input terminal of the controller 45, and a driver 46, a display 47, etc. are connected to the output terminal. The actuator 46 regulates or changes the power (power) applied to the thrusters of the bow propulsion means 20 and the stern propulsion means 30.

본 발명에 따르면, 선체(10)의 좌회전을 유발하는 경우 선수측 우현스러스터(22)와 선미측 좌현스러스터(33)를 연동하고, 선체(10)의 우회전을 유발하는 경우 선수측 좌현스러스터(23)와 선미측 우현스러스터(32)를 연동하는 것을 특징으로 한다. 도 3(a)는 선체의 좌회전을 유발하는 경우를 예시하고, 도 3(b)는 선체의 우회전을 유발하는 경우를 예시한다. 제어기(45)는 좌회전ㆍ우회전 조향과 관련된 신호를 입력하여 선수측 스러스터와 선미측 스러스터의 구동기(46)에 각각 출력하여 연동적 구동을 유발한다.According to the present invention, when causing a left turn of the hull 10, the starboard thruster 22 on the bow side and the port thruster 33 on the stern side are linked, and when causing a right turn of the hull 10, the starboard thruster 22 on the bow side is linked. It is characterized by linking the thruster (23) and the starboard thruster (32) on the stern side. Figure 3(a) illustrates a case of causing a left turn of the hull, and Figure 3(b) illustrates a case of causing a right turn of the hull. The controller 45 inputs signals related to left turn and right turn steering and outputs them to the drivers 46 of the bow side thruster and the stern side thruster, respectively, to cause linked driving.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 선수측 및 선미측 스러스터의 연동은 추력에 대한 간섭을 배제하도록 수직축을 중심으로 상호 다른 방향으로 회동하는 것을 특징으로 한다. 도 3(a)는 선추측 우현스러스터(22)를 반시계 방향으로 회동하고 선미측 좌현스러스터(33)를 시계 방향으로 회동한 상태를 예시한다. 도 3(b)는 선수측 좌현스러스터(23)를 시계 방향으로 회동하고 선미측 우현스러스터(32)를 반시계 방향으로 회동한 상태를 예시한다. 어느 경우에나 중앙스러스터(21)(31)의 추력과 간섭되지 않으므로 효율저하에 의한 에너지 소모가 배제된다.As a detailed configuration of the present invention, the interlocking of the bow and stern side thrusters is characterized in that they rotate in different directions about the vertical axis to exclude interference with thrust. Figure 3(a) illustrates a state in which the starboard thruster 22 on the stern side is rotated counterclockwise and the port thruster 33 on the stern side is rotated clockwise. Figure 3(b) illustrates a state in which the bow side port thruster 23 is rotated clockwise and the stern side starboard thruster 32 is rotated counterclockwise. In any case, since there is no interference with the thrust of the central thruster (21) (31), energy consumption due to reduced efficiency is excluded.

반면, 종래의 경우 선체의 좌회전시 선미의 우현스러스터(32)와 좌현스러스터(33)가 시계 방향으로 동시에 회동하고, 선체의 우회전시 선미의 우현스러스터(32)와 좌현스러스터(33)가 반시계 방향으로 동시에 회동한다. 이에, 중앙스러스터의 추진력에 간섭을 일으켜서 힘이 최대로 전달되지 못하게 되고 에너지 소모가 증대하여 연료가 더 많이 소비된다.On the other hand, in the conventional case, when the hull turns left, the starboard thruster (32) and the port thruster (33) at the stern rotate clockwise simultaneously, and when the hull turns right, the starboard thruster (32) and the port thruster (33) at the stern rotate clockwise. ) rotates simultaneously counterclockwise. As a result, interference with the propulsion force of the central thruster prevents maximum power transmission, and energy consumption increases, resulting in more fuel consumption.

한편, 본 발명에서 구동기(46)는 스러스터의 조향(회동) 각도를 변동하지만 이외에 프로펠러의 회전수(rpm) 변동을 유발하도록 구성된다.Meanwhile, in the present invention, the driver 46 changes the steering (rotation) angle of the thruster, but is also configured to cause a change in the rotation speed (rpm) of the propeller.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 선수측 및 선미측 스러스터의 회동 각도는 선체(10)의 이동속도에 대응하여 상호 차등적으로 설정되는 것을 특징으로 한다. 시추선의 경우 최고 선속이 12노트 정도로 낮은 편이지만 선박의 종류에 따라 최고 선속이 높아진다. 어느 경우에나 선속이 높아질수록 선미측에 비하여 선수측 스러스터의 회동 각도를 축소하는 것이 조향의 안정성 측면에서 유리하다. 특히 시추선의 경우 선수측에 거주실이 위치하므로 선수측 스러스터의 회동 각도가 상대적으로 제한되는 것이 좋다.As a detailed configuration of the present invention, the rotation angles of the bow and stern side thrusters are characterized in that they are differentially set in response to the moving speed of the hull 10. In the case of drill ships, the maximum ship speed is relatively low, around 12 knots, but the maximum ship speed increases depending on the type of ship. In any case, as the ship speed increases, it is advantageous in terms of steering stability to reduce the rotation angle of the bow side thruster compared to the stern side. In particular, in the case of a drill ship, since the living quarters are located on the bow side, it is recommended that the rotation angle of the bow thruster be relatively limited.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 선수측 및 선미측 스러스터의 회동 각도는 선체(10)의 롤링 각도의 변동에 대응하여 설정된 범위로 제한되는 것을 특징으로 한다. 스러스터의 회동 운동에 대한 데이터는 사전에 메모리에 저장되어 운항에 활용되지만 선적 상태, 조류, 바람 등의 원인으로 예측을 벗어날 우려가 상존한다. 이에 속도센서(41), 자이로센서(42), 경사센서(43) 등의 하드웨어에서 생성되는 정보를 우선적으로 처리한다. 선체의 롤링 각도가 설정된 범위를 초과하는 경우 즉시 스러스터의 조향(회동) 각도를 축소한다. 물론 선체의 롤링 각도 외에 피칭이나 요잉의 각도를 부가적으로 활용할 수도 있다.As a detailed configuration of the present invention, the rotation angle of the bow and stern side thrusters is characterized in that it is limited to a range set in response to the variation of the rolling angle of the hull 10. Data on the rotational movement of the thruster is stored in memory in advance and used for navigation, but there is always a risk of deviation from the prediction due to factors such as shipping conditions, currents, and wind. Accordingly, information generated from hardware such as the speed sensor 41, gyro sensor 42, and tilt sensor 43 is processed first. If the hull's rolling angle exceeds the set range, the thruster's steering (rotation) angle is immediately reduced. Of course, in addition to the rolling angle of the hull, pitching or yawing angles can also be utilized additionally.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 선체(10)의 운항 과정에서 조향 방향에 연동한 스러스터의 회동 각도 신호가 저장, 축적, 분석되어 최적화 데이터로 생성되는 것을 특징으로 한다. 제어기(45)는 조향 지령의 신호 및 각종 센서의 신호에 대응하여 구동기(46)에 인가되는 출력을 저장하고 갱신하여 DB화한다. 이와 같이 축적된 정보는 제어기(45)의 연산 속도와 정확성을 높일 수 있다.As a detailed configuration of the present invention, during the operation of the hull 10, the rotation angle signal of the thruster linked to the steering direction is stored, accumulated, and analyzed to generate optimized data. The controller 45 stores and updates the output applied to the driver 46 in response to the steering command signal and signals from various sensors and creates a database. Information accumulated in this way can increase the calculation speed and accuracy of the controller 45.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.The present invention is not limited to the described embodiments, and it is obvious to those skilled in the art that various modifications and changes can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, it should be said that such variations or modifications fall within the scope of the patent claims of the present invention.

10: 선체 20: 선수추진수단
21: 중앙스러스터 22: 우현스러스터
23: 좌현스러스터 30: 선미추진수단
31: 중앙스러스터 32: 우현스러스터
33: 좌현스러스터 40: 제어수단
41: 속도센서 42: 자이로센서
43: 경사센서 45: 제어기
46: 구동기 47: 디스플레이10: Hull 20: Bow propulsion means
21: Central thruster 22: Starboard thruster
23: Port thruster 30: Stern propulsion means
31: Central thruster 32: Starboard thruster
33: Port thruster 40: Control means
41: Speed sensor 42: Gyro sensor
43: Incline sensor 45: Controller
46: driver 47: display

Claims (5)

선수측 및 선미측에 중앙스러스터(21)(31)를 비롯한 다수의 스러스터를 지닌 선체(10)의 방향전환을 제어하는 방법에 있어서:
선체(10)의 좌회전을 유발하는 경우 선수측 우현스러스터(22)와 선미측 좌현스러스터(33)를 연동하고,
선체(10)의 우회전을 유발하는 경우 선수측 좌현스러스터(23)와 선미측 우현스러스터(32)를 연동하되,,
상기 선수측 및 선미측 스러스터의 연동은 추력에 대한 간섭을 배제하도록 수직축을 중심으로 상호 다른 방향으로 회동하고,
상기 선수측 및 선미측 스러스터의 회동 각도는 선체(10)의 이동속도에 대응하여 상호 차등적으로 설정되며,
상기 선수측 및 선미측 스러스터의 회동 각도는 선체(10)의 롤링 각도의 변동에 대응하여 설정된 범위로 제한되는 것을 특징으로 하는 시추선의 방향전환 제어방법.In the method of controlling the direction change of the hull (10) having a plurality of thrusters including the central thruster (21) (31) on the bow and stern sides:
When causing a left turn of the hull (10), the starboard thruster (22) on the bow side and the port thruster (33) on the stern side are linked,
When causing a right turn of the hull (10), the port side thruster (23) on the bow side and the starboard thruster (32) on the stern side are linked,
The interlocking of the bow and stern side thrusters rotates in different directions about the vertical axis to exclude interference with thrust,
The rotation angles of the bow and stern side thrusters are set differentially in response to the moving speed of the hull 10,
A method for controlling direction change of a drill ship, characterized in that the rotation angle of the bow and stern side thrusters is limited to a range set in response to the change in the rolling angle of the hull (10). 삭제delete 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 선체(10)의 운항 과정에서 조향 방향에 연동한 스러스터의 회동 각도 신호가 저장, 축적, 분석되어 최적화 데이터로 생성되는 것을 특징으로 하는 시추선의 방향전환 제어방법.In claim 1,
A direction change control method for a drill ship, characterized in that the rotation angle signal of the thruster linked to the steering direction during the operation of the hull 10 is stored, accumulated, and analyzed to generate optimized data.
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