JP4633919B2 - 二浮体相対位置保持装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、浮遊式プラットフォームと船舶との相対位置を保持する二浮体相対位置保持装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
海洋油田開発の対象は大水深域へ、厳しい環境条件下の海域へと拡大しつつある。大水深域での有望な石油生産システムとして浮遊式生産システムがある。この生産システムでは、浮体である浮遊式プラットフォームから同じく浮体であるシャトルタンカーへ原油を積み出す作業等が実施される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
石油生産システム全体の高稼働率を確保するためには、上記洋上積出時の稼働率向上が重要な課題となる。そして、この稼働率の向上のためには、上記浮遊式プラットフォームとシャトルタンカーとの相対運動を極力小さく抑える必要がある。
本発明の課題は、このような状況に鑑み、浮遊式プラットフォームとシャトルタンカー等の船舶との相対運動を抑制して洋上積出作業等の効率向上を図ることができる二浮体相対位置保持装置を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数のスラスタを備える浮遊式プラットフォームと、少なくとも1つのスラスタを備える船舶との相対位置を制御する二浮体相対位置保持装置であって、前記プラットフォームと前記船舶との実相対角および実相対距離を検出する相対角・距離検出手段と、目標相対角と前記実相対角の偏差に基づいて、この偏差がなくなるように前記プラットフォームの各スラスタを制御する第1の制御手段と、目標相対距離と前記実相対距離の偏差に基づいて、この偏差がなくなるように前記船舶のスラスタを制御する第2の制御手段と、を備えた構成を有する。
前記第1の制御手段は、制御ゲインを前記実相対角度の増加に伴って上昇させる第1のゲイン調整手段を備え、前記第2の制御手段は、制御ゲインを前記実相対角度の増加に伴って減少させる第2のゲイン調整手段を備える。
前記第1のゲイン調整手段は、基準距離に対する前記実相対距離の大小に基づいて前記制御ゲインを調整するように構成することができる。
前記ゲイン調整手段は、例えばファジー制御によってゲイン調整を行なうように構成される。
また、本発明は、複数のスラスタを備える浮遊式プラットフォームと、少なくとも1つのスラスタを備える船舶との相対位置を制御する二浮体相対位置保持装置であって、前記プラットフォームと船舶との実相対角および実相対距離を検出する相対角・距離検出手段と、目標相対角と前記実相対角の偏差に基づいて、この偏差がなくなるように前記プラットフォームの各スラスタを制御する第1の制御手段と、目標相対距離と前記実相対距離の偏差に基づいて、この偏差がなくなるように前記船舶のスラスタを制御する第2の制御手段と、を備えた構成を有する。
前記第1の制御手段は、制御ゲインを前記実相対角度の増加に伴って上昇させる第1のゲイン調整手段を備え、前記第2の制御手段は、前記実相対距離が基準距離以下の場合に、制御ゲインを標準ゲインまで上昇させる第2のゲイン調整手段を備える。
前記ゲイン調整手段は、例えばファジー制御によってゲイン調整を行なうように構成することができる。
前記第1の制御手段は、中心値に前記目標相対角と前記実相対角の偏差を加減算することによって前記浮遊式プラットフォームの各スラスタに対する推力配分を行なう推力配分手段を備えることができる。
前記推力配分手段は、前記中心値を前記相対距離の偏差に基づいて変化させるように構成することができる。前記推力配分手段は、前記中心値をファジー制御によって変化させるように構成することができる。
【0005】
【発明の実施の形態】
図1は、浮遊式石油生産システムの構成要素である浮遊式プラットフォーム10と、このプラットフォーム10から積み出される原油を運ぶシャトルタンカー20とを示している。
【0006】
一方の浮体であるプラットフォーム10は、船尾の左舷と右舷にそれぞれスラスタ11L、11Rが装備され、かつその所定基準位置が複数本(この例では8本)のワイヤ12を介して海底に係留されている。また、他方の浮体であるシャトルタンカー20は、船首にスラスタ21を備えるとともに、船尾にプロペラ22および舵23を備え、これらによって操船を行なう。
【0007】
上記スラスタ11L,11Rおよび21は、図2に示すように、プロペラ回転用モータ111と、首振り用モータ112とを備えている。プロペラ回転用モータ111の回転力は、首振り用モータ112を貫通する回転軸113および歯車114,115を介してプロペラ116に伝達され、また、首振り用モータ112は、回転軸117を介して首部118に伝達される。
【0008】
シャトルタンカー20は、その船首がプラットフォーム10の船尾に接近するように手動でバーシング操船される。そして、シャトルタンカー20の船首がプラットフォーム10の船尾から所定距離(例えば100m)手前に位置すると、図3に示す二浮体相対位置保持装置30が両者の相対位置を保持する制御を開始する。
【0009】
なお、プラットフォーム10のスラスタ11L,11Rおよびシャトルタンカー20のスラスタ21は、それぞれの首振り用モータ11を作動させることによって任意の方向に向けることが可能であるが、この実施形態では、説明の容易化を図るため、プラットフォーム10のスラスタ11L,11Rを真横に向けて固定した状態で、また、シャトルタンカー20のスラスタ21を前方に向けて固定した状態で相対位置の保持制御を実行することにする。
【0010】
図3において、相対角・距離検出部300は、プラットフォーム10およびシャトルタンカー20にそれぞれ設けられたGPS、トランスポンダ等の位置検出センサとジャイロ等の方位検出センサの出力に基づいて、プラットフォーム10とシャトルタンカー20の実相対角Δψおよび実相対距離Δxを検出する。
なお、実相対角Δψは、プラットフォーム10の方位角とシャトルタンカー20の方位角との差であり、また、実相対距離Δxは、プラットフォーム10に設定された座標におけるx軸方向、つまり、プラットフォーム10の船体長手方向についての相対距離である。
【0011】
上記実相対角度Δψは、減算部301、ヨーイングゲイン調整部303およびサージングゲイン調整部305に入力され、上記実相対距離Δxは、減算部306、ヨーイングゲイン調整部303、推力中心値設定部304およびサージングゲイン調整部305に入力される。
減算部301からは、目標相対角Δψr と上記実相対角Δψの偏差が出力される。上記偏差は、PID処理部302でPID処理された後、加算部307を介して駆動部308に入力されるとともに、減算部309を介して駆動部310に入力される。
【0012】
加算部307では、PID処理部302の出力が後述の推力中心値に加算され、また減算部309では、PID処理部302の出力が上記推力中心値から減算される。したがって、駆動部308,310には、目標相対角Δψr と実相対角Δψの偏差に基づいて配分された推力信号が入力され、その結果、プラットフォーム10とシャトルタンカー20の相対角が目標相対角Δψr になるようにプラットフォーム10の各スラスタ11L,11Rのプロペラ回転用モータ111(図2参照)が互いに逆の方向に駆動される。
【0013】
一方、減算部306からは、目標相対距離Δxrと上記実相対距離Δxの偏差が出力される。そして、この偏差は、PID処理部311でPID処理された後、減算部312を介して駆動部313に入力される。
駆動部313は、上記距離偏差が無くなるようにシャトルタンカー20のスラスタ21のプロペラ回転用モータ111(図2参照)を駆動し、その結果、プラットフォーム10とシャトルタンカー20の相対距離が上記目標相対距離Δxr に維持される。なお、上記目標相対距離Δxr は、プラットフォーム10の船尾とシャトルタンカー20の船首との間の目標距離(例えば50m)に基づいて設定される。
【0014】
上記PID処理部302におけるヨーイングゲインは、ヨーイングゲイン調整部303によって調整される。すなわち、ヨーイングゲイン調整部303は、以下に示すファジー・ヨーイング制御ゲイン調整ルールに従って上記PID処理部302のゲインを調整する。
【0015】
(ヨーイング制御ゲイン調整ルール)
上記実相対距離Δxが所定距離(例えば100m)よりも大きい場合には、ヨーイング制御が不要であるので、PID処理部302のゲインを0にする。また、上記実相対距離Δxが上記所定距離以下の場合には、ヨーイング制御を実行するためにPID処理部302のゲインを標準ゲインまで上昇させる。
○入力変数: Δx 実相対距離
○出力変数: Ygain 制御ゲイン係数
○if-then ルール
▲1▼ If(Δx is far)then(Ygain is zero)
▲2▼ If(Δx is near)then(Ygain is normal)
【0016】
また、PID処理部311におけるサージングゲインは、サージングゲイン調整部305によって調整される。すなわち、サージングゲイン調整部305は、以下に示すファジー・サージングゲイン調整ルールに従って上記PID処理部311のゲインを調整する。
【0017】
(サージング制御ゲイン調整ルール)
上記実相対距離Δxが所定距離(例えば100m)よりも大きい場合には、サージング制御が不要であるので、PID処理部311のゲインを0にする。また、上記実相対距離Δxが上記所定距離以下の場合には、サージング制御を実行するためにPID処理部311のゲインを標準ゲインまで上昇させる。
○入力変数: Δx 実相対距離
○出力変数: Xgain 制御ゲイン係数
○if-then ルール
▲1▼ If(Δx is far)then(Xgain is zero)
▲2▼ If(Δx is near)then(Xgain is normal)
【0018】
一方、推力中心値設定部304は、上記各スラスタ11L,11Rの推力の中心値を以下に示すファジー・ヨーイング制御推力中心値調整ルールに従って設定する。
(ヨーイング制御推力中心値調整ルール)
上記実相対距離Δxが所定距離(例えば100m)よりも大きい場合には、ヨーイング制御が不要であるので、推力中心値を0にする。また、上記実相対距離Δxが上記所定距離以下でかつ所定の接近距離(例えば40m)以上の場合には、推力中心値を所定の最大値の50%の値(標準値)まで上昇させ、上記実相対距離Δxが上記所定の接近距離(例えば40m)よりも小さい場合には、シャトルタンカー20とプラットフォーム10の干渉を回避するため推力中心値を上記最大値まで上昇させる。
○入力変数: Δx 実相対距離
○出力変数: balance 推力中心値
○if-then ルール
▲1▼ If(Δx is far )then(balance is zero)
▲2▼ If(Δx is near)then(balance is normal)
▲3▼ If(Δx is very near)then(balance is big)
【0019】
ヨーイングゲイン調整部303およびサージングゲイン調整部305は、実相対角度Δψに基づくゲイン調整も実行する。すなわち、ヨーイングゲイン調整部303は、実相対角度Δψが大きい場合に、より速やかなヨーイング制御が実行されるようにPID処理部302のゲインを上昇させる。また、サージングゲイン調整部305は、実相対角度Δψが大きい場合に、より緩やかなサージング制御が実行されるようにPID処理部305のゲインを減少させる。
なお、上記実相対角度Δψに基づくゲイン調整は、上記ヨーイング制御ゲイン調整ルールやサージング制御ゲイン調整ルールに準じたルールに基づいて実施することができる。
【0020】
ところで、スラスタ11L,11Rの駆動によってプラットフォーム10をヨーイングさせた場合、該プラットフォーム10がx軸方向にも変位(シャトルタンカー20に近づく方向の変位)する。図3に示すx軸成分検出部316は、スラスタ11Lの駆動に伴うx軸変位成分を加算部307より出力される推力信号に基づいて検出し、また、x軸成分検出部317は、スラスタ11Rの駆動に伴うx軸変位成分を加算部309より出力される推力信号に基づいて検出するものである。
【0021】
上記x軸成分検出部316,317で検出されるx軸成分は、加算部317で加算された後、前記減算部312に入力される。これにより、上記x軸成分が大きいほど、スラスタ21の推力が減少され、その結果、該x軸成分が大きい場合でもプラットフォーム10とシャトルタンカー20の干渉を回避することができる。
【0022】
上記実施形態に係る二浮体相対位置保持装置によれば、プラットフォーム10とシャトルタンカー20の相対位置(相対距離および相対角度)を一定に維持することができるので、プラットフォーム10に対するシャトルタンカー20の係船作業やプラットフォーム10からの原油積出し作業等の容易化を図ることができる。
【0023】
なお、上記実施形態では、前記加算部307、309から出力される推力信号に基づいてスラスタ11L,11Rの駆動力のみを制御しているが、これらのスラスタ11L,11Rの推力差はそれらの首振り角によっても発生させることができるので、上記各角推力信号に基づいてスラスタ11L,11Rの駆動力と首振り角の双方を制御することも可能である。
【0024】
また、上記実施形態では、ワイヤ12によってプラットフォーム10を係留しているが、プラットフォーム10を係留しない状態で上記相対位置を一定に保持することも可能である。
その場合、図4に示すように、プラットフォーム10の船首側にも1〜2の一対のスラスタ11を設け、該プラットフォーム10の位置が所定の目標位置に一致するように、また、プラットフォーム10とシャトルタンカー20の相対角が目標相対角に一致するように船尾および船首の各スラスタ11を制御することになる。もちろん、このような制御は、図3に示した制御装置30の構成に準じた構成の制御装置によって実現することができる。
【0025】
更に、上記実施形態では、シャトルタンカー20をプラットフォーム1の船尾側に位置決めしているが、シャトルタンカー20をプラットフォーム1の側方に並行させて位置決めすることも可能である。
この場合には、シャトルタンカー20の船尾側にもスラスタを設け、この船尾側のスラスタ船首側のスラスタ21の双方を横方向に向けて図3に示す駆動部313の出力で同期運転すれば良い。
【0026】
【発明の効果】
本発明によれば、浮遊式プラットフォームとシャトルタンカー等の船舶との相対位置(相対距離および相対角度)を一定に維持することができるので、上記浮遊式プラットフォームに対するシャトルタンカー等の係船作業やプラットフォームからの洋上積出作業(例えば、原油積出し作業等)の容易化および効率化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】プラットフォームに対するシャトルタンカーの位置決め態様の一例を示す概念図。
【図2】スラスタの構成の一例を示す縦断面図。
【図3】本発明に係る二浮体相対位置保持装置の実施形態を示すブロック図。
【図4】船首側にもスラスタを設けたプラットフォームを示す概念図。
【符号の説明】
10 プラットフォーム
11L,11R,21 スラスタ
300 相対角・距離検出部
302,311 PID処理部
303 ヨーイングゲイン調整部
304 推力中心値設定部
305 サージングゲイン調整部
308,310,313 駆動部
Claims (8)
- 複数のスラスタを備える浮遊式プラットフォームと、少なくとも1つのスラスタを備える船舶との相対位置を制御する二浮体相対位置保持装置であって、
前記プラットフォームと船舶との実相対角および実相対距離を検出する相対角・距離検出手段と、
目標相対角と前記実相対角の偏差に基づいて、この偏差がなくなるように前記プラットフォームの各スラスタを制御する第1の制御手段と、
目標相対距離と前記実相対距離の偏差に基づいて、この偏差がなくなるように前記船舶のスラスタを制御する第2の制御手段と、
を備え、
前記第1の制御手段が、制御ゲインを前記実相対角度の増加に伴って上昇させる第1のゲイン調整手段を備え、
前記第2の制御手段が、制御ゲインを前記実相対角度の増加に伴って減少させる第2のゲイン調整手段を備えることを特徴とする二浮体相対位置保持装置。 - 前記第1のゲイン調整手段は、基準距離に対する前記実相対距離の大小に基づいて前記制御ゲインを調整するように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の二浮体相対位置保持装置。
- 前記第1のゲイン調整手段が、ファジー制御によってゲイン調整を行なうように構成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の二浮体相対位置保持装置。
- 複数のスラスタを備える浮遊式プラットフォームと、少なくとも1つのスラスタを備える船舶との相対位置を制御する二浮体相対位置保持装置であって、
前記プラットフォームと船舶との実相対角および実相対距離を検出する相対角・距離検出手段と、
目標相対角と前記実相対角の偏差に基づいて、この偏差がなくなるように前記プラットフォームの各スラスタを制御する第1の制御手段と、
目標相対距離と前記実相対距離の偏差に基づいて、この偏差がなくなるように前記船舶のスラスタを制御する第2の制御手段と、
を備え、
前記第1の制御手段が、制御ゲインを前記実相対角度の増加に伴って上昇させる第1のゲイン調整手段を備え、
前記第2の制御手段は、前記実相対距離が基準距離以下の場合に、制御ゲインを標準ゲインまで上昇させる第2のゲイン調整手段を備えることを特徴とする二浮体相対位置保持装置。 - 前記第2のゲイン調整手段が、ファジー制御によってゲイン調整を行なうように構成されていることを特徴とする請求項1または4に記載の二浮体相対位置保持装置。
- 前記第1の制御手段が、中心値に前記目標相対角と前記実相対角の偏差を加減算することによって前記浮遊式プラットフォームの各スラスタに対する推力配分を行なう推力配分手段を備えることを特徴とする請求項1または4に記載の二浮体相対位置保持装置。
- 前記推力配分手段が、前記中心値を前記相対距離の偏差に基づいて変化させるように構成されていることを特徴とする請求項6に記載の二浮体相対位置保持装置。
- 前記推力配分手段が、前記中心値をファジー制御によって変化させるように構成されていることを特徴とする請求項7に記載の二浮体相対位置保持装置。
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JP2002173091A (ja) | 2002-06-18 |
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