[发明专利]一种自升式海洋平台升降装置同步控制方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种控制方法及装置，特别涉及一种针对自升式海洋平台升降装置的同步控制方法及装置。

背景技术

自升式海洋钻井平台是重要的海洋油气资源开采装备之一。主要组成部分包括平台本体、桩腿、升降装置等，平台本体主要用于承载钻井设备及人员生活设施；桩腿使平台支撑于海底，承受平台自身重力及海上风浪等恶劣环境带来的外力；升降装置控制平台的升、降。自升式平台的关键技术之一是它的升降系统，目前大多数自升式平台采用的是齿轮齿条相啮合的升降装置。平台升降系统通常由多套安装在船体固桩架上的电动机驱动的“小齿轮升降单元组”和“控制装置”组成。每套“小齿轮升降单元组”均通过船体固桩架与安装在桩腿上的齿条相啮合，通过控制系统，实现平台或桩腿的上升和下降。

在对平台升降装置的控制中，要求平台上的各桩腿能够同步上升和下降，保持升降高度的一致，否则有可能使平台发生倾斜甚至侧翻，将会对人员及设备造成很大的危害。因此，在对自升式海洋钻井平台升降系统的控制中，尤其需对升降系统进行同步控制，以保证平台工作的安全性和可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于自升式海洋平台升降装置的同步控制技术。选择PLC作为系统控制器，对平台单个桩腿多电机采用速度偏差耦合同步控制方式，平台三台主电机采用速度-位置偏差耦合同步控制方式，以实现自升式海洋平台升降过程中的平衡控制。

本发明的技术方案是：一种自升式海洋平台升降装置同步控制装置方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)利用多组旋转编码器测量自升式海洋平台升降装置多组电机的转速v和位置s；

(2)选取多组电机的转速平均值作为评价转速，并与每一台电机实际转速v比较得到差值，该差值经PLC内部速度同步补偿器采用PID控制算法调节后得到速度同步补偿控制量；

(3)选取多组电机的位置平均值作为评价位置，并与每一台电机实际位置s比较得到差值，该差值经PLC内部位置同步补偿器采用模糊PI控制算法调节后得到位置同步补偿控制量；

(4)利用倾角传感器测量自升式海洋平台倾斜角度，经过调理电路和A/D转换进入PLC；

(5)速度跟踪控制器控制电机的正常运行，将速度跟踪控制器输出信号、步骤(2)获取的速度同步补偿控制量和步骤(3)获取的位置同步补偿控制量合成输出为控制信号；

(6)根据PLC实时判定自升式海洋平台倾角情况，利用步骤(5)输出的控制信号经过D/A转换传输至变频器，通过变频器控制电机的转速，达到同步控制多组电机的目的。

一种自升式海洋平台升降装置同步控制装置，其特征在于：控制装置包括上位机、PLC、高速计数模块、旋转编码器和倾角传感器，所述倾角传感器安装在自升式海洋平台上，倾角传感器通过调理电路、A/D模块与PLC连接，所述PLC内部包括速度跟踪控制器、位置同步补偿器和速度同步补偿器，所述PLC与上位机连接，所述PLC通过多组D/A模块与多组变频器连接，所述变频器分别与多组电机连接；多组旋转编码器分别安装在电机上，多组旋转编码器通过高速计数模块与PLC连接。

所述升降装置为三桩腿桁架式结构，所述升降装置包括安装于桩腿上的齿条、安装于海洋平台的三组七齿齿轮、多组电机和减速箱，所述减速箱采用双齿轮输出固定在齿条两侧，所述减速箱分别安装在多组电机上。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、根据自升式海洋钻井平台升降过程同步控制要求，对于每条桩腿的多台电机，采用多电机速度偏差耦合同步控制方式。对于平台的三台主电机，采用多电机速度-位置偏差耦合同步控制方式。在单根桩腿多电机速度同步控制的基础上引入位置同步控制的控制方式，同时考虑到了平台的升降速度和升降高度，更加适合海洋平台升降系统的平衡控制。

2、位置偏差耦合控制器采用模糊PI控制算法，增加了系统的鲁棒性。

3、基于PLC构建同步控制试验平台，验证了对桩腿多电机采用速度和位置混合同步控制方式是可行的。

附图说明

图1为自升式海洋平台升降装置同步控制装置方法步骤。

图2为基于PLC的平台升降装置同步控制系统构成框图。

图3为升降系统单电机双齿轮输出结构示意图。

图4为单桩腿多电机速度偏差耦合同步控制结构图。

图5为速度-位置偏差耦合同步控制结构图。