OFFSHORE PLANT 운동제어시스템 구축에 관한 연구

Abstract

본 연구에서는 사이드스러스터와 같은 능동적인 운동제어시스템을 갖지 않는 크레인선박이나 바지선 등의 해양선박의 운동제어문제에 대해 고찰하였다. 일부 부선이 많은 비용을 투자하여 능동적인 제어시스템을 구비하고 있더라도 대부분의 경우 케이블 등을 이용한 계류장치를 통하여 해상 플랫폼 또는 안벽 등과 적절한 위치를 유지하고 있다. 즉 정밀한 위치제어가 필요한 작업을 제외한 대부분의 경우 계류장치를 통하여 위치를 유지하고 있다. 대부분의 부선은 기본적으로 추진장치를 구비하고 있지 않으므로 해상 플랫폼과의 적절한 위치 유지를 위하여 앵커링을 수행한다. 그리고 터그보트 등의 푸시풀(Push & Pull)을 통해 플랫폼과의 근접위치 유지가 가능하게 함으로써 작업안정성을 확보한다. 결론적으로 어떠한 경우에도 부선 자체는 기본적으로 케이블 등의 계류력에 의지하고 있으며, 보다 능동적인 제어수단인 사이드스러스터 등은 부가적인 장치로 여겨진다. 따라서 케이블 등의 계류장치에 대한 성능 및 기능개선에 관심이 높으며 이에 대한 다양한 연구가 수행되고 있다. 따라서 본 연구에서 계류장치의 성능 및 기능개선을 통한 원천기술 확보라는 목표를 설정하고 케이블 장력제어기법을 이용한 부선의 운동제어시스템 구축문제를 고찰하였다. 특히 본 연구에서는 케이블 장력제어를 위한 새로운 기법을 제안하였으며, 이는 앵커링이 완료되어 메인윈치가 더 이상 구동되지 않는 계류상태를 초기상태로 하여 서브윈치 등의 액추에이터(Sub Actuator)로 케이블 장력을 제어하는 방법이다. 여기서 초기상태 설정은 메인윈치의 특성상 신속하고 세밀한 부선의 운동 제어가 불가능하다는 점을 고려한 것이다. 먼저 이러한 제어전략의 유효성을 평가하기 위해 바지(Barge)형의 실험용 선박을 제작하였고, 이론해석 및 실험을 통해 그 운동특성을 파악하고 실험적 방법을 통해 모델을 도출하였으며, 효과적인 장력제어를 위해 서브윈치 형태의 액추에이터를 고안하였다. 또한 열악한 해상환경의 외란에 효과적으로 대응할 수 있는 제어계 구축을 위해 강인제어기법을 도입하였다. 이것은 강인성 확보 및 효율적 제어력 분배라는 두 가지 목표를 동시에 달성할 수 있는 새로운 제어전략이며 시뮬레이션 및 실험을 통해 그 유효성을 검증하였다. 본 연구에서 도출한 결과는 DP(Dynamic Positioning) 및 PM(Positioning Mooring) 시스템의 기반기술로서 지속적인 연구개발을 통해 관련기술에 대한 원천기술을 확보함으로써 해양선박의 운동제어시스템 즉 계류위치 제어시스템의 국산화 및 수입대체 효과를 기대할 수 있으며, 나아가 다양한 해양플랜트 분야로의 확대 적용이 가능하여 향후 선진기술을 추월할 수 있는 계기가 될 것으로 기대한다.