深水自升式钻井平台升降控制系统设计

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1、2013年8月机械设计与制造工程Aug．2013第42卷第8期MachineDesignandManufacturingEngineeringVo1．42No．8DOI：10．3969／j．issn．2095—509X．2013．08．O13深水自升式钻井平台升降控制系统设计马爱军，周金鑫，唐文献，齐继阳(江苏科技大学机械电子工程学院，江苏镇江212003)摘要：对海上自升式钻井平台升降装置和升降原理进行了研究，设计了一种自升式钻井平台升降系统。针对平台在升降过程中出现的倾斜问题，提出了一种平台平衡控制方法，并通过组态软件WINCC与Ste

2、p7软件的集成，开发了监控系统。结果表明，平台升降控制系统能够正常地实现对平台升降控制和自动平衡控制，而监控系统也能实现报警提示等功能。关键词：自升式钻井平台；升降控制；自动平衡；WINCC中图分类号：P75文献标识码：A文章编号：2095—509X(2013)08—0060—04近年来，随着世界经济的持续高速发展，全球论设计基础上缩小100倍的模型，整体结构如图1对原油资源消费需求量将进一步增大。受陆地资所示。在现场，桩腿插入海底支撑并固定平台，通源的逐渐减少、濒临枯竭的威胁，世界上很多国家过电机驱动齿轮齿条升降装置，使平台完全或部分开始

3、将目光转向海洋，通过钻井技术获取石油等海露出水面，形成不受波浪影响的稳定平台。洋资源，由此推动了钻井平台的发展⋯。移动自升式平台不仅可以作为钻井、修井和生产平台，而且还可以作为整治港口的作业平台，因此海洋自升式钻井平台设计与研究是非常有意义的一项工作。目前，关于自升式钻井平台升降系统的研究主要集中在环境载荷分析、结构优化及相关的控制系禽统开发。自升式钻井平台包括平台本体、升降系统等，其中升降控制系统作为海洋钻井平台升降装置的关键部分，国内建造的自升式海洋平台及其控制系统几乎全部由国外厂商供货I4]。近几年，国内从事海洋工程的各大公司和科研院

4、所为了打破国外公司对升降系统的垄断，纷纷将自升式海上图1平台整体结构图钻井平台的升降系统作为重点开发对象进行研究，自升式钻井平台整体结构为三角形状类型，特但到目前为止国内自主研发的升降系统还未应用点是移动自升式，能够适应海上的恶劣环境，实现到实际项目中，由此可见，对于自升式海上平台升平台升降的自动控制。平台本体由3个桩腿支撑，降系统的开发工作是迫在眉睫的。其中桩腿带有桩靴，每个桩腿由3根主弦杆构成。本文通过对现有自升式平台的升降控制系统计算机自动控制系统要对平台升降的高度、平台水研究，结合平台所工作的参数条件，通过系统的建平倾斜度，3个电机

5、的电流、电压、频率等各种参数模、控制程序的研究以及一系列控制软件的使用，进行监测，并对电动机启动、停止进行控制。设计出一套完整的升降控制系统方案。1．2自升式钻井平台升降系统的组成1自升式钻井平台升降系统总体方案设计本文研究的自升式钻井平台升降系统，其功能1．1自升式钻井平台升降系统模型分析由一组机械传动装置及其相应的控制单元实现。本文研究的自升式海洋钻井平台实物是在理机械传动装置采用的是齿轮齿条传动机构，该结构收稿日期：2013—03—25作者简介：马爱军(1991一)，男，江苏泰州人，江苏科技大学本科生，主要研究方向为机电一体化。·60

6、·2013年第42卷机械设计与制造工程200桩腿控制器中的数据经ETH—PPI传送给一类测量平台的倾斜状况，并将数值反馈到PLC，PLC主站PC机，从而完成对所有数据的实时采集与处根据数值与预先设定好的水平精度值作比较，并做理，实现对现场控制对象的监测和控制。出相应的处理，实现平台的平衡。2．1．2控制系统的硬件描述2．2．2平衡控制的实现a．PC机。本平台通过PLC实现平衡控制。通过一个倾在PC机上采用西门子公司的编程软件Step7角传感器测量平台静态重力加速度变化，并测量出进行编程，应用过程监控软件WINCC实现人机接平台的倾斜度，进而

7、根据已经设计好的算法来调节口，WINCC监控软件为用户提供了Windows操作平台的水平度。该平台的平衡控制系统如图6所系统环境下使用各种通用软件的功能。此外PC示。平衡控制系统是一个闭环的控制系统，倾角传机可以通过ETH—PPI与s7—200桩腿控制器相感器采集平台向和l，向的倾角度数值，并将倾角连，实现数据之间的传输。度数值反馈到PLC，PLC根据倾角度数值与预先设b．桩腿控制器。定好的水平精度值作比较。若超过预先设定值，则选择西门子公司的SIMATICS7—200系列发出指令给步进驱动器，来控制步进电机的速度，PLC中的CPU226C

8、N作为控制编程器，负责对升降从而调节平台倾斜度的大小。系统进行控制，并控制各节点的运动。此外在CPU226CN中还附加了模块EM231CN(1个)和模块EM253(3个)用来分别