基于plc的布缆船吊放拖曳控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及布缆船吊放拖曳装置控制方法，具体说是以PLC为控制器对布缆船吊放拖曳装置进行分布式控制，通过将布缆船吊放拖曳的操作分为几种模式并设计了相应的算法来实现布缆船吊放拖曳装置的自动控制的方法，属于机电控制领域。
【背景技术】
[0002]随着海洋开发的不断深入与近海岛屿经济的不断发展，海底电缆埋设成为重要的海洋工程技术。拖曳式埋缆机水下作业是由母船通过拖曳装置牵引实现的，拖曳装置通常由拖缆绞车和拖缆组成，拖缆上端连接拖缆绞车，下端连接埋缆机的牵引点。拖曳式埋缆系统是分布于从水面至水下大范围海洋空间的复杂系统，在作业过程中，由于海况较为复杂，为了实现埋缆机的顺利下放与回收，保障作业安全性和作业效率，必须根据埋缆作业需求配置适当的吊放拖曳设备，对设备的控制要求稳定、可靠。传统的吊放系统通常只有一个绞车，但是埋缆机吊放拖曳系统除要求具有吊放功能，还要求对埋缆机进行拖曳作业，由于拉力较大所以采用单绞车会出现缆绳压层现象，所以该系统使用双绞车结构，同时绞车之间及绞车与门架之间具有耦合的控制关系，所以对控制系统提出了更高的要求。传统的吊放装置控制系统只能实现单一的吊放功能，而且均是以手动操控的方式进行控制，对操作者的操作经验要求较高，如果在双绞车系统情况下以手动操控方式完成整个操作过程，则其难度非常大，而且容易发生危险，所以传统的吊放装置控制系统无法满足整个吊放拖曳系统的控制要求，因此必须设计一种集吊放与拖曳于一体的自动控制方法，要求该控制系统运行稳定、控制精度高、功能强大。
【发明内容】
[0003]为了实现上述目的，本发明的目的是设计一种控制灵活、可靠性高的布缆船吊放拖曳装置的控制方法。
[0004]本发明采用的技术方案是:基于PLC的布缆船吊放拖曳控制方法，包括以下步骤:
[0005]设定控制参数，并根据恒张力模式、拖曳模式、对接模式对拖缆绞车和储缆绞车进行控制；
[0006]恒张力模式:对拖缆绞车和储缆绞车进行控制，使储缆绞车与拖缆绞车之间缆绳张力以及、过轮装置与埋缆机之间缆绳张力保持恒定；
[0007]拖曳模式:对拖缆绞车进行控制，使过轮装置与埋缆机之间缆绳张力在拖曳张力设定值范围内；
[0008]对接模式:对储缆绞车与拖缆绞车进行控制，使过轮装置与埋缆机之间缆绳张力在对接张力设定值范围内。
[0009]所述控制参数包括:储缆绞车与拖缆绞车之间缆绳的恒张力设定值T2、过轮装置与埋缆机之间缆绳的恒张力设定值Ts、拖曳张力设定值Tt、对接张力设定值Td，以及埋缆机重量。
[0010]所述恒张力模式中对拖缆绞车和储缆绞车进行控制包括:
[0011]利用张力传感器对储缆绞车与拖缆绞车之间缆绳张力进行实时检测；当该检测张力值Tl小于恒张力设定值T2时，通过比例控制增加储缆绞车的比例阀控制电压，直到检测张力值Tl等于恒张力目标值T2为止；
[0012]利用张力传感器对过轮装置与埋缆机之间缆绳张力进行实时检测；并根据张力检测值Tp和恒张力设定值Ts对拖缆绞车进行PID控制，使缆绳的拖缆张力值等于恒张力设定值Ts并保持恒定。
[0013]所述PID控制包括以下步骤:
[0014]当张力检测值Tp小于恒张力设定值Ts时，拖缆绞车比例阀的控制电压为V=-u+PXe，使拖缆绞车收缆；其中u为比例阀的死区电压，P为PID控制的放大系数，误差e=Tp_Ts ；
[0015]当张力检测值Tp大于张力设定值Ts时，拖缆绞车比例阀的控制电压为V=u+PXe使拖缆绞车放缆。
[0016]所述拖曳模式中对拖缆绞车进行控制包括以下步骤:
[0017]根据拖曳张力设定值Tt与拖缆绞车压力溢流阀控制电压之间的控制关系得到拖缆绞车压力溢流阀控制电压，并将该电压用于控制拖缆绞车保持对埋缆机的拖曳；利用张力传感器对过轮装置与埋缆机之间缆绳张力进行实时检测；当该检测张力值小于拖曳张力设定值Tt时，船体拖动埋缆机正常工作；当该检测张力值大于拖曳张力设定值Tt时，拖缆绞车压力溢流阀溢流、拖缆绞车放缆，使检测张力值小于等于拖曳张力设定值Tt。
[0018]本发明具有以下有益效果及优点:
[0019]1.本发明采用分布式控制方式，其特点在于系统控制灵活，根据不同的系统工作状态与工作要求，分别在主控制台、机旁控制台、便携式遥控盒处对系统进行控制。
[0020]2.本发明对于系统的主要控制功能，均实现其自动控制，无需多次对系统进行手动调节，当进入工作模式时，系统根据设定要求自动实现预定目标。
[0021]3.系统具有实时记录数据功能。系统工作时，能够实时记录系统的工作过程数据，实时记录功能可以准确记录过程数据，对于控制系统参数改进与后期数据分析提供可靠保证。
[0022]4.本发明可以实现多种控制模式。由于整个系统工作过程中情况比较复杂，所以要求控制系统可以实现多种控制模式以实现系统最优化，本发明正是以各种工作模式为基础实现控制系统的最优控制。
[0023]5.本发明控制灵活、可靠性高、调节方便、功能强大。
【附图说明】
[0024]图1为本发明的布缆船吊放拖曳装置示意图；
[0025]图2为本发明控制系统结构示意图；
[0026]图3为本发明核心控制系统通信与信息采集结构示意图；
[0027]图4为本发明储缆绞车恒张力控制模式流程图1 ;
[0028]图5为本发明拖缆绞车恒张力控制模式流程图2 ；
[0029]其中，I吊放门架，2拖缆绞车，3为储缆绞车，4为海缆埋设机，5、6为缆绳，7为过轮装置。
【具体实施方式】
[0030]下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0031]基于PLC的布缆船吊放拖曳装置控制系统包括:储缆绞车3、拖缆绞车2及其驱动装置、吊放门架I及其驱动装置、控制器和两个张力传感器及温度、压力等多个传感器；用于拖曳海缆埋设机4的缆绳5依次经吊放门架I上设置的滑轮、过轮装置7、拖缆绞车2由储缆绞车3进行储缆；一个张力传感器安装于储缆绞车3排绳器的中心，用于测量储缆绞车3和拖缆绞车2之间缆绳6的张力，另一个安装于拖缆绞车2与吊放门架I之间过轮装置中最接近门架I的过轮中心，用于测量缆绳5也就是过轮装置与埋缆机之间缆绳5的张力。
[0032]基于PLC的布缆船吊放拖曳装置控制系统以PLC作为控制器，采用主站一从站的分布式控制方式，设计了布缆船吊放拖曳装置恒张力模式、拖曳模式、对接模式等多种模式的自动控制功能。控制地点包括:主控制台、机旁控制台及便携式遥控盒，可以分别在控制间、机舱、甲板实现对该装置的控制操作。主从站之间通过PR0FIBUS协议进行通信，各PLC站点与现场传感器之间通过自定义协议进行通信。现场控制对象包括:储缆绞车、拖缆绞车、绞车液压站、门架液压站、门架、门架及绞车液压站电机启动柜。
[0033]主控制台上配置了西门子7寸TP700触摸屏，与PLC实时通信，通过触摸屏可对控制系统进行控制参数设置、显示现场控制状态的反馈信息、显示报警信息、实时记录控制器的采集信息、配合控制台上的状态指示灯及报警器实现控制系统的实时监控，其监控界面为自行编制。
[0034]所述控制器为西门子S7-300PLC，配置5块数字量输入模块、4块数字量输出模块、5块模拟量输入模块、2块模拟量输出模块作为控制信息的采集与输出设备。
[0035]所述恒张力模式为根据恒张力设定信息与张力传感器检测信息，通过PID控制算法，实现埋缆机拖曳缆张力与储缆绞车储缆的张力保持恒定的自动控制功能。
[0036]所述拖曳模式为海上布缆工作时，埋缆机依靠布缆船进行拖曳前行布缆，该模式具有遇障自动快速放缆减小缆绳张力功能。
[0037]所述对接模式为利用收放门架对埋缆机进行回收与下放时的工作模式，可自动实现稳定回收与下放、保护埋缆机的功能。
[0038]图1为布缆船吊放拖曳系统的船体安装示意图，4为海缆埋设机。I为埋缆机吊放门架。5为吊放及拖曳缆绳。3为储缆绞车，用于存放拖曳缆，在埋缆工作过程中，储缆绞车始终处于恒张力自动控制模式。2为拖缆绞车，整个系统的主要工作模式都是通过拖缆绞车自动控制来实现。储缆绞车所存储的拖曳缆经过拖缆绞车，经过过轮装置的两个过轮后穿过收放门架的下放轮组连接埋缆机