Este é o último Post da série Posicionamento Dinâmico. Espero que esta contribuição lhe tenha sido útil, principalmente aos que pretendem ingressar na área DP. O mercado de trabalho está bem aquecido e já há inúmeras centros de instruções que disponibilizam cursos voltados à área. Embora os custos ainda sejam elevados, o retorno sobre o investimento na área de DP vale a pena.
Estou traduzindo um ótimo manual de operações e manutenções de um importante fabricante de equipamentos e sistemas DP. Tão logo esteja concluído, prometo postar aqui como uma nova série de informativos.
4.4 - O DGPS Sistema
de Referência de Posição Diferencial
O conceito diferencial é aplicável a qualquer sistema que contenha erros capazes de serem identificados por um equipamento externo e com capacidade de comunicação com o usuário (que normalmente não é capaz de computar estes erros por si próprio através dos equipamentos de que dispõe). A eliminação destes erros permite que o usuário reduza significativamente o erro total induzido pelo sistema "não diferencial". Para o caso do GPS, os erros associados aos satélites, à propagação das ondas no meio e todos os erros associados ao GPS (excluídos os erros particulares do usuário, tais como erros do receptor e multi-path), podem ser compensados e possibilitar um sensível aumento da precisão da posição. Por exemplo, as categorias de pouso automático de precisão de aeronaves só são viáveis com a utilização do GPS-D. Sem o GPS-D apenas categorias "não-precisa" são possíveis.
Differential GPS. Sistema que utiliza o sinal
do GPS e o de uma base fixa em terra. Essas bases enviam sinais que,
somados ao do GPS, conseguem trazer ainda mais precisão para
o posicionamento. As bases podem trabalhar com
diferentes tipos de sinais de correção como por exemplo o Veripos
,CDGPS,SBAS etc. O princípio vai ser o mesmo, porém os
sinais podem ser de outras origens. De posse deste sinal as bases filtram
os erros e amplificam a qualidade, tornando o sinal
mais forte e limpo.
Sistemas
de GPS Diferencial são fornecidos por prestadores de serviços. O fornecedor
mantém e opera uma rede de estações de referência em todo o mundo e irá
instalar equipamentos de recepção a bordo para acessar os serviços.
4.4.1
- Rede DGPS
A
maioria dos services DGPS aceitam múltiplas entradas diferenciais obtidas a
partir de uma série de estações de referência enormemente separadas.
Geralmente, sistemas de rede DGPS proporcionam uma maior estabilidade e
precisão, e removem mais do erro ionosférico do que o obtido por somente uma
estação de referência. Sistemas de rede são monitorados de forma mais
abrangente no Hub, ou estações de controle, onde a informação do usuário ou
dados de alerta podem ser gerados ou enviados.
Esboço 4.4 - Rede DGPS configuração
A
escolha de qual link alugar ou comprar deve ser feita com base nas expectativas
da área de trabalho do navio. Se um navio pretende trabalhar próximo a
plataformas fixas, uma conexão local HF pode ser testada. Para produção
flutuante, armazenamento e navios de descarga (FPSO), um link local UHF e a
solução GPS pode ser a melhor opção.
A
precisão obtida a partir de sistemas DGPS está na área de 1-3m dependendo das
distâncias para as estações de referência, as condições ionosféricas e a
constelação de satélites disponíveis. DGPS tendem a ser menos confiável quando
em estreita proximidade com grandes estruturas (ie. Plataformas) devido à
interferência de sinais de satélit. A performance do DGPS próximo ao equador é
penalizada devido à sintilação (atividade solar local que provocam perturbações
ionosféricas
4.4.2 - GPS
Relativo
Algumas
operações DP exigem o posicionamento de um navio em relação a uma estrutura
móvel. Um exemplo disto é a operação de carregamento de um petroleiro tipo DP
shuttle através de um mangote instalado na proa desde a popa de um FPS. O FPSO
pode ser ancorado em torre (turret moored). A popa do FPSO descreve um arco de
círculo, bem como sofre oscilação de sobretensão e movimentos de guinada,
proporcionando um problema de posicionamento complexo para o navio tanque.
Esboço 4.5 - GPS relativos
Um
sistema Artemis20 e um
DARPS (Differential, Absolute and Relative Positioning Sustem) são configurados
para manipular este problema. Para a medida do posicionamento relativo pelo
GPS, correções diferenciais não são necessária, já que os erros induzidos são
os mesmos para o navio tanque como para a FPSO. Um transmissor DARPS no FPSO
envia o dado GPS recebido para o receptor UHF a bordo do navio tanque. Um
computador a bordo do navio tanque então calcula um intervalo desde a popa do
FPSO, o qual é encaminhado para o sistema de controle DP como posição de
referência da mesma como o Artemis.
DARPS:
O
Diferencial and Absolut Referencial Positioning System é um sistema de
referência muito utilizado a bordo. Funciona como sistema de
referência relativo que utiliza sinais do GPS, Frequencia
UHF recebida do alvo, Sinal SBAS ( Satellite-based augmentation system ) e
informação da giro. A intenção é aumentar a precisão do
posicionamento.
Possui
também uma interface gráfica que facilita ao operador
perceber os movimentos longitudinais e transversais da embarcação. Pode
receber sinais também do Inmarsat A, B ou C, assim como do
Spotbeam. A comunicação é feita através de uma freqüência de 450
e/ou 860 Mhz dependendo da localização onde a operação esta
acontecendo.
A
Petrobras tem sua própria freqüência UHF transmitida pelas
suas unidades offshore que permitem ao DARPS de
bordo se orientar com relação a unidade
(FSO,FPSO,Sonda,Plataforma SS).
É
muito comum encontrarmos DARPS usando sinal do
Spotbean e Inmarsat a bordo, porém são sinais pagos
como SKY, NET,Directv etc. Já o SBAS é um sinal 0800 utilizado com
menos freqüência, pois não esta disponível em
todos os lugares do globo.
Artemis:
Sistema
de referência que consiste de duas antenas, uma antena radar transmissora
e uma receptora fixa. Usa sinal de microondas numa frequência
de 9200 a 9300 MHz. O posicionamento é determinado pela
distância absoluta entre as duas estações. A transmissora assemelha-se a
um radar que procura a estação fixa com giros de até
360º . Assim que a antena encontra o receptor, ela para de girar e
fixa comunicação sempre seguindo o alvo em qualquer
posição que ele vá. O alcance é de aproximadamente 10 a 5000 metros com
precisão de 1 metro.
Devemos
lembrar que dependendo do local de instalação da antena
do artemis, precisamos somar a distância calculada pelo
aparelho em relação ao alvo e sua própria distância de
instalação a bordo .
APLICAÇÃO:
Em um navio tanque a antena
geralmente fica instalada no mastro de vante para que a distância
calculada seja a mais próxima possível do real. O
operador deve saber a distância do navio à plataforma pois isto vai
servir de parâmetro de referência para o DP. Imagine agora se
a antena estivesse instalada no mastro principal, lá no tijupá. Em
um petroleiro DP a distância do mastro principal até o
bico de proa pode ser bem grande, centenas de metros na maioria dos
casos. Se o operador não considerar esta distância o
Artemis pode fazer o DP pensar que o navio esta
afastado da plataforma e acabar fazendo com que o
comandante dê uma beijoca na mesma.
O Artemis como sistema de referência
fornecerá esta distância para o DP como parâmetro a ser
obedecido, junto com GPS, DGPS e os demais sistemas e fará com que
a embarcação mantenha a distância estabelecida.
Vale ressaltar que em embarcações
offshore este equipamento não será encontrado com facilidade em função
da diferença de altura entre o rebocador e a plataforma. Para que
a antena radar do Artemis encontre o receptor ( Beacon )
a altura entre eles não pode ser grande, no máximo
alguns metros, no caso da relação Rebocador/Plataforma o
receptor deveria ficar instalado na perna da bicha, ai não
rola né. Para isso temos um outro sistema de referência que é
o Radius. Este veremos a seguir.
RADIUS:
Esse sistema é o mais adequado para operação
entre embarcações de apoio offshore ( PSV, AHTS ) e plataformas.
Basicamente é composto de um sistema de transmissor/receptor de ondas de
rádio de longo alcance. O receptor fica montado na perna da plataforma e
o transmissor fica a bordo.
Pode operar com múltiplos transponders,
pois cada sinal tem uma identidade única, o que torna este equipamento
muito bom para ser utilizado em manobras de fornecimento de
fluidos pelos PSV. Tem um alcance de 550 metros para DP.
4.4.3 - O GLONASS sistema
GLONASS (Global
Navigation Satellite System 11 ) é o equivalente russo do americano GPS ,
sendo similar no projeto e operação. O sistema foi iniciada com o primeiro
satélite lançado em 1982 e, em 1996, 24 satélites operacionais estavam em
órbita. No entanto, este número não foi mantida e tem o número disponível,
por vezes, sido inadequadas para bom posicionamento.
Os
princípios e práticas de determinação de posição com GLONASS são
idênticos ao do GPS , utilizando pseudo-alcance de medição do tempo e
de efeméride de dados transmitidos a partir dos satélites.
Quanto
maior for a inclinação orbital de GLONASS satélites (65 °), em
comparação com o GPS constelação (55 °), resulta em melhor
disponibilidade de satélite em latitudes mais elevadas. A disponibilidade
limitada de satélite impede o uso de GLONASS como uma referência de
posição contínua para DP . Uma série de receptores combinados GPS /GLONASS
estão disponíveis. Estes têm o efeito de aumentar o número de satélites
utilizáveis dentro vista do observador.
4.5 - Laser de referência baseados em Posição
FANBEAM:
O sistema é usado
principalmente para a posionar um navio/rebocador em relação a uma plataforma,
a um cais ou outros. O Sistema básico consiste de uma unidade de varredura que
utiliza um feixe de laser montado numa base motorizada que pode girar de 360º a
50º por segundo. O Fanbeam pode medir a uma faixa de 1.000m com uma precisão de
± 10cm, utilizando um feixe de 20º vertical de luz pulsada produzido por um
conjunto múltiplo de diodos laser semicondutores em combinação com lentes
especiais.
Os pulsos refletidos de uma retrorrefletor montado em um plataforma ou um navio
são cronometrados e multiplicados pela velocidade da luz para se obter a
distância. O codificador eletro-óptico prepara-se no momento da reflexão do
pulso para determinar a proa. Um mecanismo de inclinação automática incorporado
ao jugo do Fanbeam permite que a cabeça de varredura a laser possa ser ajustada
em ± 15º dando um feixe total de -25º a + 25º. É muito comum o Fanbeam
confundir seu retrorrefletor com aquelas faixas refletivas que ficam no nosso
macacão. Por isso já aconteceu de embarcações perderem a posição original e
seguir o candango até o camarote, na verdade isso é mais comum em rebocadores
do que em navio, mas acontece. Como a maioria das plataformas não têm o prisma
refletor fixo o rebocador tem a bordo um dispositivo refletor muito meia boca,
mas serve,mantenha-no limpo e com as fitas novas.
Traduzindo
os Idiomas:
Falei de thrusters, geradores, O.S.,
barramento etc. Agora falta falar de como todo esse pessoal
se comunica uns com os outros, ou você acha que eles não falam?
Nós de máquinas temos que ter conhecimento em
automação, é fundamental para a carreira. Sabemos que para um
processo automático os componentes precisam se comunicar
uns com os outros. Por exemplo: Como fazemos para que a
informação do passo do azimutal de vante chegue a OS do DP? O
feedback é um sinal analógico e o computador só
trabalha com informações digitais. Então, para que um
veja o outro precisamos de um tradutor que neste caso é um conversor
de sinal Analógico/Digital. Porém sabemos que este é só um dos
componentes deste processo.
O computador que realmente faz o DP funcionar não
é aquele em que o operador fica sentadinho olhando no passadiço,
isto é uma IHM (Interface Homem Máquina). Na verdade o computador que integra
todos os componentes e faz com que o comando de mudança de passo
dos thrusters, movimento lateral ou mudança da proa aconteça é um que fica no
painel de controle do DP, chama-se SBC (Single Board Computer).
Painel
de Controle do DP:
Bem pessoal, é neste painel que
a bagaça acontece de verdade. Nele estão dispostos os cartões
de conversão de sinal A/D de entrada e saída e a SBC (Sigle Board
Computer). Na figura ao lado você pode ver umas placas eletrônicas
na cor verde. Estes são os cartões de entrada e saída de sinal. São eles:
cartões de entrada analógica, cartões de saída analógica,cartões de entrada
digital, cartões de saída digital. Como o intuito do artigo é
atender todos os públicos ,vou exemplificar o que é sinal
analógico e o que é sinal digital.
Exemplo de sinal analógico seria 4 a 20mA, 5 a 10V
,etc. Um exemplo de sinal digital seria 0V ou 5V ou tem
tensão ou não tem. Por isso os cartões são específicos para cada
sinal, ou seja, o feed back do ângulo do leme é analógico e
vai pra placa A/I (analógic imput) , já o sinal de Thruster ready é
digital e vai pra uma placa D/I. A ordem de comando do pitch
do propulsor BE (pitch setpoint) vai para uma placa A/O
(analogic output) e seu feed back vem pela placa A/I. A ordem the
START vai por uma placa D/O (digital output) e o sinal de
thruster running vem por uma placa D/I (digital imput) e por aí vai . O
SBC recebe essa informações, transforma em dados para a OS e faz
o gerenciamento de rede entre as OS. Geralmente quando vamos
fazer testes de FEMEA ou relacionados a falha do DP para
atender as classificadoras é neste gabinete que soltamos os cabos
de sinal dos equipamentos, simulando assim sua a falha.
É de suma importância ler o manual de manutenção do DP, na
verdade nós de máquinas devemos ler o manual
de operação e o de manutenção.
Redundância do
DP:
Quem tem 1 não tem nenhum, quem tem
2 tem 1 e quem tem 3 tem 2,certo! Como sabemos o DP tem
sua classificação devido ao grau
de redundância , ou seja DP1 ,DP2, DP3. O raciocínio é que para
no caso de uma falha (One Single Failure ) no DP a embarcação
ainda possa ter condições de se safar sem causar danos
a ela , ao cliente e ao meio ambiente. Um exemplo seria : uma embarcação
que tem um bow túnel, um azimutal a vante, um azimutal a ré , um
túnel de ré e dois propulsores está próxima a uma plataforma
fazendo descarga de óleo diesel. O MCA de bombordo parou tirando
o túnel de ré da operação. Neste caso a embarcação ainda
teria os demais thrusters para abortar a operação
e se afastar da plataforma caso houvesse necessidade. É isto
que a redundância trás paro o DP, capacidade de permanecer
em DP mesmo que uma falha ocorra. Isso inclui
também as OS, os sistemas de referência, geradores,propulsores.
O Joystick é uma redundância para as OS que são
duas em muitos casos. Prevenindo que se o painel de controle
das OS der pau o operador pode utilizar o joystick para
manobrar a embarcação. Pois o painel do joystick é separado do painel
da OS. Se você observar a foto do painel de controle acima, verá
duas SBC esta é a redundância para o funcionamento das OS, redundância
inclusive de rede, pois as duas OS estão interligadas por duas redes de
comunicação com as SBC.
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