一种半主动式升沉补偿装置电控系统 |
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| 申请号 | CN201610940339.9 | 申请日 | 2016-11-01 | 公开(公告)号 | CN106499685A | 公开(公告)日 | 2017-03-15 |
| 申请人 | 中国石油大学(华东); | 发明人 | 姜浩; 何俊彬; 张宝平; 杨清志; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种半主动式升沉补偿装置电控系统，针对的是游车大钩复合缸式升沉补偿装置，该系统主要包括驱动模 块 、检测模块和控 制模 块三部分，系统检测控制采用 工业控制计算机 实现，外部数据 接口 采用PCI 数据采集 卡进行数据转换，其中 数字量 输入 信号 包括升沉缸和补偿缸的 过滤器 及 电动机 运行状态，数字量输出控制包括溢流 阀 、溢流卸荷阀、 开关 阀、 先导阀 的继电器，模拟量输入包括了 活塞 、平台、 钻柱 的位移，升沉、补偿缸的有杆、无杆腔压 力 ，定量 泵 、 变量泵 输出的流量，液压油箱的油温，模拟量输出主要控制 放大器 ，将输出正负 电压 值转换成对应 电流 值，并控制电液 比例阀 的动作，实现智能化控制。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种半主动式升沉补偿装置电控系统，其特征在于：包括驱动模块、检测模块和控制模块三部分，其中，驱动模块包括升沉电机、补偿电机、先导电机，工业控制计算机测控系统通过DO通道控制两个开关阀和一个继电器的开合状态，然后开关阀和继电器分别控制与之相对应的升沉电机、补偿电机、油泵电机运动分别带动两个定量泵和控制泵工作；检测模块包括升沉位移检测、补偿位移检测、补偿缸内腔、外腔、中腔压力传感器、负载蓄能器压力传感器、补偿蓄能器压力传感器、流量计；所测得的压力、流量和位移信号通过AI通道传到工业控制计算机测控系统进行处理；控制模块包括工业控制计算机、多功能数据采集卡、数显表、电液阀驱动放大板、电机驱动控制信号板、滤波AC-DC电源；系统检测控制采用工业控制计算机实现，外部数据接口采用PCI数据采集卡进行数据转换，其中数字量输入信号包括升沉缸和补偿缸的过滤器及电动机运行状态，数字量输出控制包括溢流阀、溢流卸荷阀、开关阀、先导阀的继电器，模拟量输入包括了活塞、平台、钻柱的位移，升沉、补偿缸的有杆、无杆腔压力，定量泵、变量泵输出的流量，液压油箱的油温，模拟量输出主要控制放大器，将输出正负电压值转换成对应电流值，并控制电液比例阀的动作，辅助部件包括电源，转换器，保护器。 |
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| 说明书全文 | 一种半主动式升沉补偿装置电控系统技术领域背景技术[0002] 海洋钻井平台在波浪的作用下产生的上下升沉运动将引起井架及大钩上悬吊着的整个钻杆周期性上下运动，使得钻头与井底之间的钻进压力变化，甚至当钻压减小到一定程度，会使钻头脱离井底，无法继续正常钻进；降低钻头和钻杆的寿命，产生安全生产隐患，造成巨大的经济损失。因此，必须对海洋钻进平台的升沉运动采取适当的补偿措施。半主动升沉补偿装置具有较高的补偿效率和较低的能耗，是一种较理想的补偿方式，但半主动升沉补偿系统控制系统复杂，现有电控系统存在控制精度不够，自动化程度不高等问题。 发明内容[0003] 本发明的目的在于提供一种半主动式升沉补偿装置电控系统，实现升沉补偿智能化自动控制。 [0004] 本发明所采用的技术方案是：提出一种半主动式升沉补偿装置电控系统，包括驱动模块、检测模块和控制模块三部分，其中，驱动模块包括升沉电机、补偿电机、先导电机，工业控制计算机测控系统通过DO通道控制两个开关阀和一个继电器的开合状态，然后开关阀和继电器分别控制与之相对应的升沉电机、补偿电机、油泵电机运动分别带动两个定量泵和控制泵工作；检测模块包括升沉位移检测、补偿位移检测、补偿缸内腔、外腔、中腔压力传感器、负载蓄能器压力传感器、补偿蓄能器压力传感器、流量计。所测得的压力、流量和位移信号通过AI通道传到工业控制计算机测控系统进行处理；控制模块包括工业控制计算机、多功能数据采集卡、数显表、电液阀驱动放大板、电机驱动控制信号板、滤波AC-DC电源。系统检测控制采用工业控制计算机实现，外部数据接口采用PCI数据采集卡进行数据转换，其中数字量输入信号包括升沉缸和补偿缸的过滤器及电动机运行状态，数字量输出控制包括溢流阀、溢流卸荷阀、开关阀、先导阀的继电器，模拟量输入包括了活塞、平台、钻柱的位移，升沉、补偿缸的有杆、无杆腔压力，定量泵、变量泵输出的流量，液压油箱的油温，模拟量输出主要控制放大器，将输出正负电压值转换成对应电流值，并控制电液比例阀的动作，辅助部件包括电源，转换器，保护器。 [0005] 工业控制计算机连接PCI高速控制卡输出AO控制信号控制变量泵输出液量；工业控制计算机连接PCI高速控制卡输出AO控制信号控制电液比例方向阀的方向和阀口开度，进而控制液压缸的有杆腔和无杆腔产生运动，带动负载运动；工业控制计算机连接PCI高速控制卡输出DO控制信号控制溢流阀、卸荷阀，完成特殊控制流程控制功能；工业控制计算机连接PCI高速控制卡检测AI输入信号，包括升沉位移、补偿位移、液压缸压力、蓄能器输出压力、液压油温度等，实现实时控制。 [0006] 本发明的有益效果是：所述的检测模块能够实时检测压力、流量等参数的状况，确保升沉补偿装置能够安全稳定运行，所述控制系统采用工业控制计算机技术与电液比例控制技术相结合的方式，将工业控制计算机直接接在液压控制系统回路上，实现在线实时监测和自动控制，从而简化控制,提高可靠性；在控制策略上采用复杂控制策略，从而提高控制精度，解决时变控制、非线性控制、多变量控制以及自适应控制等许多过去难以解决和实现的难题。附图说明 [0007] 图1是依据本发明所提出的半主动式升沉补偿装置电控系统流程图。 [0008] 图2是依据本发明所提出的半主动式升沉补偿装置电控系统原理图。 具体实施方式[0009] 下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便更好的理解本发明。 [0010] 本发明所采用的技术方案是：提出了一种半主动式升沉补偿装置电控系统，包括驱动模块、检测模块和控制模块三部分，其中，驱动模块包括升沉电机、补偿电机、先导电机，工业控制计算机测控系统通过DO通道控制两个开关阀和一个继电器的开合状态，然后开关阀和继电器分别控制与之相对应的升沉电机、补偿电机、油泵电机运动分别带动两个定量泵和控制泵工作；检测模块包括升沉位移检测、补偿位移检测、补偿缸内腔、外腔、中腔压力传感器、负载蓄能器压力传感器、补偿蓄能器压力传感器、流量计。所测得的压力、流量和位移信号通过AI通道传到工业控制计算机测控系统进行处理；控制模块包括工业控制计算机、多功能数据采集卡、数显表、电液阀驱动放大板、电机驱动控制信号板、滤波AC-DC电源。系统检测控制采用工业控制计算机实现，外部数据接口采用PCI数据采集卡进行数据转换，其中数字量输入信号包括升沉缸和补偿缸的过滤器及电动机运行状态，数字量输出控制包括溢流阀、溢流卸荷阀、开关阀、先导阀的继电器，模拟量输入包括了活塞、平台、钻柱的位移，升沉、补偿缸的有杆、无杆腔压力，定量泵、变量泵输出的流量，液压油箱的油温，模拟量输出主要控制放大器，将输出正负电压值转换成对应电流值，并控制电液比例阀的动作，辅助部件包括电源，转换器，保护器。 [0011] 本发明的原理是：工业控制计算机连接PCI高速控制卡输出AO控制信号控制变量泵输出液量；工业控制计算机连接PCI高速控制卡输出AO控制信号控制电液比例方向阀的方向和阀口开度，进而控制液压缸的有杆腔和无杆腔产生运动，带动负载运动；工业控制计算机连接PCI高速控制卡输出DO控制信号控制溢流阀、卸荷阀，完成特殊控制流程控制功能；工业控制计算机连接PCI高速控制卡检测AI输入信号，包括升沉位移、补偿位移、液压缸压力、蓄能器输出压力、液压油温度等，实现实时控制。 [0012] 控制方案为采用定量泵和比例方向阀控制活塞杆运行的控制方案。通过电液比例阀对流量的控制，可实现补偿缸活塞杆运动规律的控制，实现补偿。控制方法通过检测钻井船升沉位移，控制连接于大钩游车之间的液压缸，当产生船体上升时，控制液压缸有杆腔进油，推动活塞杆下行，补偿船体上升的影响；当产生船体下沉时，控制液压缸无杆腔进油，推动活塞杆上行，补偿船体下沉的影响。 [0013] 本发明所提出的半主动式升沉补偿装置电控系统，具有系统响应速度快、控制精度高、智能化、可靠性好等优点。 |
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