海上钻井平台升降系统的控制方案研究

摘要：海洋移动式平台是海洋油气勘探、开发的主要设备。确保海洋平台平稳、精确、可靠地升降并长期安全运行，是平台设计中的一个重要关键技术。该文从工作原理、硬件配置以及具体实施方案等方面介绍了自升式海上钻井平台升降系统多电机同步控制的难点并提出了解决方案。

关键词：海上钻井平台 升降系统 控制方式

引言

近些年，海洋工程市场异常活跃，国内各大船厂相继承接各种海洋工程项目，也逐步将海洋工程作为各大船企发展的一个主要方向。自升式钻井平台作为海洋工程项目中的主力船型之一，也是国内建造数量较多的海洋工程项目，但由于国内船厂涉足自升式钻井平台的时间较短，现在国内船厂建造的绝大部分自升式钻井平台的基本设计都是由美国和欧洲设计公司完成。本文希望通过对自升式钻井平台结构设计需满足的规范规则研究，进一步提高我们自升式钻井平台结构设计的能力，以达到自主完成自升式钻井平台结构设计的水平。

二.海洋钻井平台介绍

自升式钻井平台是一种用于海上石油和天然气勘探、开采工程作业的钻井装置，其可以依靠自身的升降系统完成主体结构的上下升降作业，以达到在不同深度的海域作业的要求。自升式钻井平台主要由主船体、上层建筑、桩靴、桩腿、升降系统结构、悬臂梁、钻台、和直升机平台几大部分组成。在自升式钻井平台结构设计中，主要包括结构强度计算、材料选取、焊接设计三大方面。下面我们就按照上述三大方面内容进行相关研究。自升式钻井平台的主船体结构与上层建筑结构与船舶产品基本类似，这两个部位的结构强度计算主要被分为：有限元强度分析、结构疲劳及屈曲校核以及结构规范计算。

三.海上钻井平台升降系统的控制方案研究工作原理

在传统的主从速度一转矩控制方式中，主站包含正常的速度环和电流环，而从站只拥有电流环，从站接收主站的速度环的输出作为其自身电流环的给定，从站自身的速度环在整个运行过程中不起作用；因此，在运行过程中一旦某个从站机械传动链发生断轴，该站就会因为负载突然变小，导致速度急剧增大，又因速度环不起作用，所以容易造成严重的飞车事故，只能靠超速开关动作来切断所有控制。而采用速度一速度控制、转矩限幅控制方式来控制从站，一旦有从站的机械传动链发生断轴现象，该站负载突然减小会导致速度突然增大，由于速度环仍然在工作，可以检测到速度发生的变化，通过速度环的动态调整使速度恢复到给定的范围内，不会造成飞车事故。该控制方式对机械传动链起保护作用，所以更安全可靠。PLC与变频器的数据传输PLC通过Pro曲us.DP网络与54台变频器相连，在运行过程中，PLc只向主站发出启动命令，速度给定值只与主变频器连接。PLC一向主变频器发出启动命令、速度给定值。PLc一读取54台变频器的数据，即实际转矩值、转速值、电流值、状态字以及故障字等。PLC随时监控主站及53台从站的运行状态，对54台变频器的运行数据进行监控、比较，并根据需要读取有关数据进行控制。PLC随时监控主站及53个从站的故障信息，一旦检测到某台变频器发生故障，PLC将使所有变频器同时停止工作。主变频器与从变频器的数据传输主变频器通过光纤与从变频器相连，通过串行通信链路Simolink来控制从变频器。simolink传送数据主变频器一从变频器，包括驱动的控制字、速度环输出的转矩实际值以及速度主给定值。从驱动装置接收以上信号，并通过参数设置对从变频器进行控制。抱闸控制启动时必须保证升降系统启动瞬间不溜钩。当主令控制器手柄离开零位时，变频器完成以下步骤的控制：给电机励磁一建立转矩_+转矩上升一PLC读取各个电机的转矩值。当转矩达到设定的最小支持转矩时，变频器便输出制动器打开信号，PLC通过变频器数字量输出点或现场总线的控制字中的某一位读取该信号。当54台变频器的信号全部读到之后，PLC控制使54台制动器同时打开。当制动器的开闸信号反馈到变频器数字输入端，速度调节器即开始工作，输出转矩开始迅速增大，电机转速按预设斜坡上升，进入平稳启动状态。在制动器开闸之前，变频器一直保持输出设定的支持转矩，这样既保证了松闸瞬间不会溜钩，又可以保证电机不会堵转。在预定时间内，任何1个变频器的转矩未达到预设值或未被检测到故障，经过1个延时后输出转矩验证故障，PLC将会停止传动工作。转矩验证功能和PLC协调控制保证了54台变频器启动的安全性。系统停止升降主令控制器回零时，54台变频器首先进行电制动。当电机速度接近5%额定转速时变频器输出制动器抱闸信号。当PLC读到54台变频器中任何1台的抱闸信号时，PLC控制使54台制动器同时抱闸。由于变频器在零速时仍保持满转矩，因此可实现平稳停车，从而减少了对齿轮的冲击和磨损。

四.结束语

系统中，PLc主要完成实时数据采集、电机变频控制、状态判别、输出判别等，而上位计算机则完成采集数据信息的存储、分析处理、状态显示、打印输出、越限报警，从而实现对系统的实时监控。“一主多从”控制在升降系统上的应用，各机构还需增设多种检测38机电一体化手段以及检测元件，由PLC对各个变频器以及各种检测元件的状态信息进行实时监测和控制，才能保证整个升降系统的安全及可靠运行。

参考文献

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