Kongsberg DPS112 是挪威康士伯海事公司为其 K-Pos 动态定位系统设计的一款核心数字控制器模块。它属于船舶与海洋工程自动化系统中的高级运动控制单元。该模块作为DP系统控制环路的“大脑”，接收来自位置参考系统（如DGPS、声学）、航向传感器（陀螺罗经）、运动参考单元（MRU）和环境传感器（风、流）的数据，通过复杂的自适应控制算法（如PID、卡尔曼滤波），计算出维持船舶预定位置和艏向所需的各推进器（全回转推进器、隧道推进器、主推进器）及舵的力和力矩指令，是实现船舶在海上“自动泊车”和精确站位的核心智能部件。
应用场景：
在狂风骤雨的北海海域，一艘深水钻井支持船正为半潜式钻井平台进行水下机器人（ROV）布放作业。船舶必须严格保持在海流湍急、风力强劲的预定位置，任何几米的漂移都可能导致昂贵的ROV脐带缆断裂或与平台碰撞。此时，船上配备的Kongsberg K-Pos DP-2级冗余动态定位系统中，多台 DPS112 控制器正在高负荷运行。每台控制器独立处理来自冗余传感器网络的数据，持续运行着包含海浪滤波和前馈补偿的先进控制算法。它们实时计算出需要施加在船体上的反作用力，并将分解后的精确推力指令发送给分散在船尾和船首的多台全回转推进器。即使其中一台 DPS112 因故障离线，备用控制器会立即无缝接管，确保船舶位置偏差始终控制在1米以内，完美解决了在恶劣、多变海洋环境中对船舶进行高精度、高可靠性位置保持的世界级难题。
核心参数速览：
主要参数 | 数值/说明 |
|---|
产品型号 | DPS112 |
制造商 | Kongsberg Maritime (康士伯海事) |
产品类别 | 动态定位系统控制器 / 运动控制器 |
所属系统 | Kongsberg K-Pos 动态定位系统 |
处理器架构 | 高性能专用或工业微处理器，具备强大的浮点运算能力，以运行复杂控制算法 |
控制算法 | 集成康士伯专利的 自适应控制算法，包含PID控制、卡尔曼滤波器（用于状态估计与波浪运动分离）、前馈控制（针对风、流） |
输入接口 | 支持多种冗余传感器输入：
• 位置参考：DGPS, HPR, 声学（USBL/LBL）
• 航向：陀螺罗经
• 运动：运动参考单元（MRU，提供纵摇、横摇、升沉）
• 环境：风速风向仪 |
输出接口 | 通过高速总线（如CAN, Ethernet）向 推进器控制单元（TCU） 和 舵机控制系统 发送推力/转矩指令 |
冗余设计 | 支持构建 DP-2 (设备冗余) 和 DP-3 (舱室隔离冗余) 级系统，控制器通常成对或多重配置 |
通信协议 | 支持康士伯内部高速控制总线及标准工业协议，与系统内其他单元（如操作站、传感器接口、动力定位）高效通信 |
人机接口 | 通过 K-Pos 操作站 进行状态监控、模式切换和参数调整，控制器本身可能具备基本状态指示灯 |
电源要求 | 由系统冗余电源供电，通常为24VDC，具备过压、反接保护 |
环境适应性 | 设计满足海事环境，抗振动、宽温工作，可能符合 DNV-GL, ABS 等船级社标准 |
物理规格 | 模块化板卡形式，安装在专用机箱或机架内 |
技术原理与创新价值：
创新点一：基于卡尔曼滤波器的先进状态估计与波浪运动分离。DPS112 控制器的核心算法优势在于其内置的卡尔曼滤波器。海洋中的船舶受到三种主要运动叠加：低频的定位漂移（由风、流、浪漂引起）、波浪引起的高频周期运动（一般不需要抵抗，反而消耗能量）以及船舶的固有响应。卡尔曼滤波器能实时估计并分离出这些分量。控制器仅针对低频的定位误差进行计算和补偿，而对高频波浪运动进行“过滤”，从而避免推进器盲目地、浪费能量地对抗海浪，大幅提升了燃油效率，减少了机械磨损，同时保持了优异的定位精度。
创新点二：全冗余架构与无缝故障切换。为满足IMO DP-2/DP-3级别要求，DPS112 控制器设计用于全冗余架构。在典型的DP-2系统中，会配置两套或多套完整的控制链，每套包含独立的 DPS112、传感器和推进器接口。它们并行运行，持续进行自检和交叉校验。当主用控制器（或其链路）被检测到故障时，系统能在极短的时间（通常少于100毫秒）内，将控制权无扰切换至备用控制器，期间船舶位置不会出现明显偏离。这种“故障无忧”的可靠性是DP系统用于高风险作业（如钻井、铺管、人员转运）的根本保障。
创新点三：深度集成的传感器融合与系统健康管理。DPS112 不仅是控制器，也是一个智能的数据融合中心。它能同时处理多个、有时甚至互相矛盾的位置参考信号（如一个DGPS失效，声学系统仍可用），通过算法自动评估各传感器的可信度权重，计算出最优的融合位置。同时，它持续监控所有连接传感器的健康状态、信号质量，并在操作界面上提供清晰的诊断信息，使操作员能够及时了解系统整体状态，做出正确决策。
应用案例与行业价值：
在巴西海域的超深水石油生产中，一艘FPSO（浮式生产储卸油装置）需要通过串靠（STP）或并靠（STS）方式，与穿梭油轮进行原油转载。此过程由Kongsberg DP系统控制，其核心控制器 DPS112 发挥了至关重要的作用。
应用流程：在并靠作业中，FPSO保持动力定位模式。DPS112 控制器综合处理来自多个DGPS、激光相对位置系统和风传感器的数据，精确计算并控制FPSO的侧推器和主推进器，以对抗风、流的影响，将FPSO稳定在一个“虚拟锚点”上，为靠泊的穿梭油轮提供一个极其稳定的靠泊环境。整个转载过程中，两艘巨轮之间必须保持严格、稳定的相对位置，任何大的相对运动都可能导致碰撞或输油臂损坏。
行业价值：该FPSO的船长评价道：“在无遮蔽的深水区，进行亿万美元级别的原油过驳，我们的Kongsberg DP系统，特别是像 DPS112 这样的核心控制器，是我们信心的来源。它处理复杂海况和多种传感器数据的能力令人惊叹，能够让我们在强涌流下依然保持厘米级的相对位置控制。系统的冗余性让我们在作业中毫无后顾之忧。一次雷电导致一个控制柜的电源波动，备用控制器瞬间接管，作业甚至没有中断。这种可靠性，直接保障了人员安全、环境安全和巨大的经济效益。”
相关产品组合方案：
DPS112 作为DP系统的控制核心，需与康士伯完整的K-Pos生态系统协同：
K-Pos 操作员工作站：基于Windows的图形化界面，用于监控、操作和配置整个DP系统。
位置参考系统接口：如 ADU ( acoustic doppler unit) 或 PSI ( position sensor interface) 单元，用于连接各类位置传感器。
推进器控制单元：接收 DPS112 的指令，直接控制推进器电机和方位角。
传感器：陀螺罗经、MRU运动传感器、风速风向仪、DGPS接收机 等，为控制器提供环境感知。
冗余网络交换机与电缆：构成控制器、工作站、传感器和推进器之间的高速冗余数据网络。
不间断电源：为整个DP控制系统提供洁净、稳定的电力，应对船上电网波动。
Kongsberg 其他DP控制器型号：如 DPS111 (前代) 或 DPS121 (后续型号)，用于系统扩展或升级。
K-Chief 船舶自动化系统：可与康士伯的集成平台系统相连，共享数据和报警。
安装维护与全周期支持：
DPS112 控制器的安装和配置是高度专业化的工程，通常由康士伯授权服务工程师在船厂或干船坞进行。模块需安装在符合船级社要求的、防振、温控的控制柜内，并正确接入冗余电源和网络。上电后，需使用专用软件进行系统初始化、控制器参数加载、与所有传感器和执行器的标定与闭环测试。
日常维护主要包括定期通过操作站软件检查控制器的健康状态、错误日志和温度。定期进行冗余切换测试和故障模拟演练，以验证系统冗余功能完好。控制器的软件/固件需根据康士伯的服务公告定期升级。
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