一种海底钻柱夹持装置智能操控系统的制作方法

本实用新型涉及海底钻柱领域，尤其是一种海底钻柱夹持装置智能操控系统。

背景技术：

目前，国内还没有同时具备有缆通讯和水声通讯自由切换、以及同时具备有缆供电和电池供电自由切换的海底钻柱夹持装置智能操控系统，且国内相应系统均不具备断电断通讯钳头自动复位功能，从而不能彻底解决海底钻柱夹持装置操控系统面对海底钻柱复杂工况必须保证稳定可靠工作的技术问题。

因此，对于上述问题有必要提出一种海底钻柱夹持装置智能操控系统。

技术实现要素：

本实用新型目的是克服了现有技术中的不足，提供了一种海底钻柱夹持装置智能操控系统。

为了解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现：

一种海底钻柱夹持装置智能操控系统，包括甲板控制台、绞车、传感器模块、水下控制器、水下液压站和动力电池组，所述甲板控制台通过绞车上的线缆与水下控制器连接并提供通讯与供电，所述传感器模块和水下液压站均与水下控制器连接，所述动力电池组为水下控制器与水下液压站提供电源，所述甲板控制台还可通过水声通讯与水下控制器连通。优选地，所述甲板控制台包括计算机、控制柜、第一变压器、第一通讯转换器、甲板电源和充电器，所述计算机、变压器和通讯转换器均与控制柜连接，所述甲板电源通过第一变压器为控制柜提供电源，所述计算机嵌有控制软件。

优选地，所述线缆包括凯夫拉缆、铠装同轴缆和铠装光纤缆。

优选地，所述水下控制器包括第二变压器、第二通讯转换器、存储器和控制模块，所述第二变压器、第二通讯转换器和存储器均与控制模块连接。

优选地，所述水下液压站包括水下低压电源、电磁阀组、电机驱动器和水下高压电源，所述水下低压电源为电磁阀组提供电源，所述水下高压电源为电机驱动器提供电源。

优选地，所述电磁阀组设置有五个电磁阀。

优选地，所述传感器模块包括压力传感器组、位移传感器组、倾角传感器、电压传感器组和漏水传感器，所述压力传感器组包括四组压力传感器，所述位移传感器组包括两组位移传感器，所述电压传感器组包括两组电压传感器。

本实用新型有益效果：可用于海底钻柱夹持系统的各种传感器测量、分析、存储，完成甲板单元与水下单元数据传输，可选有缆通讯和水声通讯方式，根据指令控制执行机构动作，甲板单元控制软件能进行自动重复动作和手动控制动作控制，结构简单，具有很强的实用性。

以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本实用新型的系统结构示意图；

图2是本实用新型实施例的甲板控制台结构框图；

图3是本实用新型实施例的水下控制器结构框图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

如图1并结合图2和图3所示，一种海底钻柱夹持装置智能操控系统，包括甲板控制台、绞车、传感器模块、水下控制器、水下液压站和动力电池组，所述甲板控制台通过绞车上的线缆与水下控制器连接并提供通讯与供电，所述传感器模块和水下液压站均与水下控制器连接，所述动力电池组为水下控制器与水下液压站提供电源，所述甲板控制台还可通过水声通讯与水下控制器连通。进一步的，所述甲板控制台包括计算机、控制柜、第一变压器、第一通讯转换器、甲板电源和充电器，所述计算机、变压器和通讯转换器均与控制柜连接，所述甲板电源通过第一变压器为控制柜提供电源，所述计算机嵌有控制软件。

进一步的，所述线缆包括凯夫拉缆、铠装同轴缆和铠装光纤缆。凯夫拉缆，张力大，缆成本低，通讯速率100~2400bps；自带电池工作，部署快，水密接插件少。

铠装同轴缆，低速模式4800~19200bps 带载不掉线，高速模式128kbps~1.5Mbps带大负载会中断通讯；低通讯速率可以持续供电。高通讯速率带大功率负载会掉线，可以配合自动电池方式解决掉线问题，部署快，水密接插件成本低。低速模式可以甲板供电连续工作，高速模式可以扩展视频。

铠装光纤缆，通讯速率10~1000Mbps高速通信，支持高清视频，部署慢，水密接插件成本高，但通讯速率高,可以承载高清视频。

进一步的，所述水下控制器包括第二变压器、第二通讯转换器、存储器和控制模块，所述第二变压器、第二通讯转换器和存储器均与控制模块连接。

其中，降压变压器可将铠装同轴缆、铠装光纤缆输送来的高压电变换成适用于水下低压电器用的低压电。其中，通讯转换器可将铠装同轴缆、铠装光纤缆或水声所传递的信号转换成控制器可读信号，并将控制器向上发出的信号转换成铠装同轴缆、铠装光纤缆或水声通道所适应的信号，向上发送。

其中，存储器可存储水下钳口开合时间，开合次数，压力异常，通信异常等信号。其中，控制器用于采集传感器信号，发送控制信号至执行元件，接受控制指令，具有自检功能发现异常进行相应预案处理并报警。

进一步的，所述水下液压站包括水下低压电源、电磁阀组、电机驱动器和水下高压电源，所述水下低压电源为电磁阀组提供电源，所述水下高压电源为电机驱动器提供电源。

进一步的，所述电磁阀组设置有五个电磁阀。

进一步的，所述传感器模块包括压力传感器组、位移传感器组、倾角传感器、电压传感器组和漏水传感器，所述压力传感器组包括四组压力传感器，所述位移传感器组包括两组位移传感器，所述电压传感器组包括两组电压传感器，各传感器均应选择具有抗压能力、耐腐蚀性好的传感器。

控制软件包括上位机软件和下位机软件，软件界面为便于后期功能增加，主程序界面具有自编辑能力，可以对界面中标题栏，文字，按钮位置文字做编辑修改，即界面面板可以微调，内容名称可变。

实施案例一：可由甲板控制台手动及自动通过有缆或无缆（水声通讯、水下电源）对水下液压站发送控制信号、采集液压站及水下工况信息，从而由执行机械机构——水下液压夹持钳夹持127-178mm管柱，并稳定输出不小于15t的夹持力不小于120s。

实施案例二：控制软件操作步骤

1） “夹持” 操作：

具体方法：点击“夹持”，3s 后钳头缓慢伸出、位移传感器数据缓慢增大→ 此时注意观察 →大约 45 s后完全夹紧→ 系统压力开始上升 → 高压侧压力显示约（水深（m）/100 +21）MPa→122s后电机自动停止→夹持油缸通过蓄能器提供一定压力继续在一段时间内保持夹持状态。此过程中可随时点击“停止”，使夹钳停止夹持。

2） “复位”操作：

具体方法：点击“复位”， 3s 后钳头开始复位→此时注意观察→大约20s 后完全复位、位移传感器数据归零→2s后自动停止复位。

3） “断电自动复位”操作：

当系统出现断电情况时，钳头会自动复位松开钻柱。

进行“夹持”操作后，系统断电，钳头会自动复位。说明 ：使用电池供电进行夹持和复位操作时，电压会下降约 3 ～ 5 V ， 属正常情况 ， 但总电压不得低于190VDC ，否则电池不能使用，应尽快进行充电。

注意：备用口3、4、5，需经专业人员确认后才能使用。

注意：下水前应对相关操作进行至少一次甲板试验，确保开各个部分工作正常再进行水下作业。水下作业过程中通过监控系统密切观察系统工作参数，包括电源电压、压力传感器、漏水传感器、倾角传感器等参数。

液压系统设有以下三种非正常工况报警提示：

a) 系统相对压力大于22MPa报警；

b) 夹持操作后40秒内压力未达到溢流阀设计值报警；

c) 复位操作后40秒内位移传感器未复位报警。发生报警时系统设定需继续执行原有命令，由操作人员判断是否停机。

本实用新型有益效果：可用于海底钻柱夹持系统的各种传感器测量、分析、存储，完成甲板单元与水下单元数据传输，可选有缆通讯和水声通讯方式，根据指令控制执行机构动作，甲板单元控制软件能进行自动重复动作和手动控制动作控制，结构简单。

具备4路压力信号监测（油箱内压力×1、泵出口压力×1、油缸大小腔压力×2）；夹持钳位移监测（位移传感器×2）；水下设备姿态监测；2路直流电压信号监测；漏水传感监测，具备自动夹持、复位功能；具备自动夹持、复位功能，实现根据预设工况进行一键操作；具备循环测试功能，可设定夹持次数、间隔时间等实现夹持与复位的循环操作；具备甲板电源供电及电池供电功能，可根据实际情况选用供电方式；具备有缆通信和水声通信功能，可根据实际情况选用通信方式；具备断通讯自动复位、断电自动复位功能，保证设备安全。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。