海洋平台补偿集成冗余控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种海洋平台的电气、机械和液压系统，尤其涉及一种用于海洋平台补偿集成冗余控制的控制系统。
【背景技术】
[0002]由于海洋平台补偿技术难度大，长期以来其技术一直被国外发达国家所垄断。现阶段我国海洋平台补偿系统的研宄大多处于基础性研宄阶段。
[0003]针对由于波浪运动导致平台产生运动升沉而使深海作业过程效率低及高危险性，需要一种海洋平台补偿集成冗余控制系统，通过控制执行机构来实现对平台的升沉运动的补偿，其高控制精度及冗余控制保证平台作业的高效性和可靠性。
【发明内容】
[0004]本发明是要提供一种海洋平台补偿集成冗余控制系统，该控制系统通过分析研宄输入信号源包括深海波浪、所用海洋平台升沉特性和海洋钻井平台工况，以及执行机构包括大流量伺服阀的电液特性、液压油缸的特性等，还有钻井平台可靠性的研宄，建立以PLC冗余控制系统为核心的控制站。
[0005]为实现上述目的，本发明的技术方案是:一种海洋平台补偿集成冗余控制系统，由冗余控制器、采样模块、驱动控制模块、监测模块、通讯控制模块组成，所述冗余控制器从采样模块的MRU传感器采集到海洋平台升沉的加速度、位移信号、从油缸位移传感器上采集到主动油缸位移信号，经处理后进行位置闭环控制，输出伺服阀的控制信号，通过驱动控制模块驱动伺服阀，推动主动油缸动作，对海洋平台钻井工况进行波浪补偿。
[0006]所述通讯控制模块的通讯协议包含ProfiBus DP、RS232、RS485、TCP/IP、MPI，用于所述控制系统与HMI以及控制系统与外设备之间的数据信息交换。
[0007]监测模块用于主动油缸的液压系统的工作状态进行监控，在HMI显示画面中对液压系统的主压力、补油压力、主动油缸压力、主动油缸位移量进行实时显示。
[0008]MRU传感器为三轴姿态传感器，用于高精确采集海洋平台上下升沉位移、纵倾、横倾角度。
[0009]本发明的有益效果:
本发明通过分析研宄输入信号源包括深海波浪、所用海洋平台升沉特性和海洋钻井平台工况，以及执行机构包括大流量伺服阀的电液特性、液压油缸的特性等，还有钻井平台可靠性的研宄，建立以PLC冗余控制系统为核心的控制站。
[0010]本发明经实验和系统仿真验证海洋平台波浪补偿集成冗余控制的机电液系统的最终的波浪补偿效果达到90%以上。该冗余控制具有高可靠性。
【附图说明】
[0011]图1是本发明的闭环原理框图；图2是本发明的海洋平台波浪补偿集成冗余控制的核心控制站。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图与实施例对本发明作进一步说是明。
[0013]如图1，2所示，一种海洋平台补偿集成冗余控制系统，由冗余控制器、采样模块、驱动控制模块、监测模块、通讯控制模块组成。
[0014]冗余控制器从采样模块的MRU传感器采集到海洋平台升沉的加速度、位移信号、从油缸位移传感器上采集到主动油缸位移信号，经处理后进行位置闭环控制，输出伺服阀的控制信号，通过驱动控制模块驱动伺服阀，推动主动油缸动作，对海洋平台钻井工况进行波浪补偿。
[0015]海洋平台波浪补偿集成冗余控制的控制器采用“热备份”冗余设计，在发生故障时无扰动地自动切换，从而实现系统的高可靠性。控制部分从功能模块上主要可划分为采样模块、驱动控制模块、通讯控制模块、监测模块。采样模块接收MRU运动平台参数、油缸位移信号、各压力信号以及本地或远程的工作指令，经处理后控制各阀件的动作。通讯模块的主要功能是用于控制柜内控制站和HMI以及控制站与外设备之间进行数据信息交换，通讯功能强大，协议包含了 ProfiBus DP, RS232，RS485，TCP/IP，MPI等。监测模块的主要功能是对液压系统的工作状态进行监控，在HMI显示画面中对液压系统主系统压力、补油压力、主动缸压力、主动缸位移量等进行实时显示。画面中还对液压系统各主泵电机电流、旁通阀、卸荷阀、油路切换阀、滤器、油位、油温等状态进行显示。当液压系统出现故障时能进行保护控制和声光报警，报警画面中指出相应的故障部位并对排故进行指导。
[0016]海洋平台波浪补偿集成冗余控制的控制器从MRU采集到平台升沉的加速度、位移，从油缸位移传感器上采集到油缸位移信号，将这些信号进行相关的数学处理后进行位置闭环控制，输出伺服阀的控制信号，通过驱动器驱动伺服阀，推动主动油缸动作。
[0017]MRU传感器为三轴姿态传感器能提供高精确的平台上下升沉位移、纵倾、横倾角度。油缸位移传感器采用陶瓷集成测量系统CIMS行程测量装置，测量数据可靠精度高。位置闭环控制采用自适应PID控制算法。本补偿系统是很复杂的非线性系统，建立精确数学模型比较困难，因此我们利用专家经验，试验数据进行推理，采用自适应PID控制算法进行控制。该控制器通过在线辨识，对PID三个参数进行实时整定，以满足不同的位移误差和误差变化率对控制参数的不同要求，较大的提高了系统的精度，减少了超调、静差，使整个系统有良好的动、静态性能。
【主权项】
1.一种海洋平台补偿集成冗余控制系统，由冗余控制器、采样模块、驱动控制模块、监测模块、通讯控制模块组成，其特征在于:所述冗余控制器从采样模块的MRU传感器采集到海洋平台升沉的加速度、位移信号、从油缸位移传感器上采集到主动油缸位移信号，经处理后进行位置闭环控制，输出伺服阀的控制信号，通过驱动控制模块驱动伺服阀，推动主动油缸动作，对海洋平台钻井工况进行波浪补偿。
2.根据权利要求1所述的海洋平台补偿集成冗余控制系统，其特征在于:所述通讯控制模块的通讯协议包含ProfiBus DP、RS232、RS485、TCP/IP、MPI，用于所述控制系统与HMI以及控制系统与外设备之间的数据信息交换。
3.根据权利要求1所述的海洋平台补偿集成冗余控制系统，其特征在于:所述监测模块用于主动油缸的液压系统的工作状态进行监控，在HMI显示画面中对液压系统的主压力、补油压力、主动油缸压力、主动油缸位移量进行实时显示。
4.根据权利要求1所述的海洋平台补偿集成冗余控制系统，其特征在于:所述MRU传感器为三轴姿态传感器，用于高精确采集海洋平台上下升沉位移、纵倾、横倾角度。
【专利摘要】本发明涉及一种海洋平台补偿集成冗余控制系统，由冗余控制器、采样模块、驱动控制模块、监测模块、通讯控制模块组成，所述冗余控制器从采样模块的MRU传感器采集到海洋平台升沉的加速度、位移信号、从油缸位移传感器上采集到主动油缸位移信号，经处理后进行位置闭环控制，输出伺服阀的控制信号，通过驱动控制模块驱动伺服阀，推动主动油缸动作，对海洋平台钻井工况进行波浪补偿。本发明经实验和系统仿真验证海洋平台波浪补偿集成冗余控制的机电液系统的最终的波浪补偿效果达到90%以上。该冗余控制具有高可靠性。
【IPC分类】G05D1-08
【公开号】CN104865967
【申请号】CN201510292736
【发明人】夏海红, 李彬, 毛立峰, 秦伟然
【申请人】中国船舶重工集团公司第七0四研究所
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年6月1日