[發明專利]一種海底管線鋪設裝備的恒張力控制裝置及其方法

有效

• 申請號: 201110278154.3
• 申請日: 2011-09-19
• 公開（公告）號: CN102359662A
• 公開（公告）日: 2012-02-22
• 發明（設計）人: 萬箭波;周軍峰;董津寧;朱熙耕
• 申請（專利權）人: 天津市精研工程機械傳動有限公司
• 主分類號: F16L1/23
• 分類號: F16L1/23;F16L1/235
• 代理公司: 天津市鼎和專利商標代理有限公司 12101
• 代理人: 崔繼民

技術領域

本發明屬于海洋石油工程技術領域，特別是涉及一種海底管線鋪設裝備的恒張力控制裝置及其方法。

背景技術

目前，在海洋石油開采由近海向深海轉移的背景下，海底管線的鋪設作為海洋油氣建設的重要組成部分，管線鋪設設備的恒張力控制起到尤其重要的作用。當工程船進行海底管線鋪設時，工程船的運動狀態以及鋪設在海中管線受海流的作用，管線所受的張力處于不斷變化，當張力值超出管線所承受的張力時，管線將產生斷裂。為使管線所受的張力處于一個平穩狀態，所進行施工的裝備必須保證鋪設管線的恒張力狀態。

海底管線鋪設裝備的控制系統設計中由于海洋工況的復雜性，鋪設的管線所受的張力為非線性，數學模型的不確定性，經過試驗，采用單回路的PID控制系統達不到理想的控制效果。其閉環控制框圖如附錄圖3所示，此時管線所受的張力曲線如圖4所示。從圖4可以看出，裝備工作時管線所受的張力基本能穩定在給定值。但是還不夠平滑，每當有擾動時沖擊較大，控制精度不好。

發明內容

本發明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種海底管線鋪設裝備的恒張力控制裝置及其方法。

本發明的目的之一是提供一種結構簡單、響應迅速、超調量小、平穩時間短，保證鋪設管理的張力穩定，對不同的給定值適應性強等特點的海底管線鋪設裝備的恒張力控制裝置。

本發明提出的海底管線鋪設裝備的恒張力控制系統，由控制器模塊、測力測速模塊、驅動模塊構成。其中控制器模塊由PLC與觸摸屏組成；測力測速模塊包含了張力傳感器與速度傳感器，測量值接入控制器模塊中PLC的輸入端；驅動模塊為變頻器和變頻電機，通過現場總線通訊控制器模塊控制變頻器的輸出，實現控制系統對驅動模塊的調整控制。

本發明設計了一種海底管線鋪設裝備的恒張力控制系統，該系統：

（1）具有軸銷式測力傳感器，對鋪設管線進行張力檢測；

（2）具有測速編碼器，通過對驅動變頻電機的速度檢測，計算出管線的鋪設速度；

（3）具有[w1]?調節功能，通過設定管線張力值，進行靜態前饋控制運算值（A）；通過檢測管線張力的測力傳感器與設定鋪設張力值的差值，進行控制運算值（B）；和通過測速編碼器檢測出的鋪設速度值，進行控制運算值（C）；將這三個運算值迭加后輸送給變頻器驅動變頻電機。

對于上述控制系統，采用的控制方法為：

（1）對裝備進行靜態標定檢測；通過對裝備的[w2]?進行多點標定，得出裝備的固有機械損失數據，然后對所得數據與工作張力的對應函數曲線進行擬合計算處理，獲得靜態前饋的補償信號的整定參數值????????????????????????????????????????????????。

（2）通過對張力控制作為主回路調節器采用PI控制算法，對速度控制作為副回路調節器采用P控制算法。

（3）采用逐步逼近法對控制系統的主、副回路調節器進行整定，求得的主、副回路調節器參數值，，將由主、副回路調節器后的運算值與經過靜態前饋調節器運算值迭加后輸送給變頻器，再由變頻器驅動變頻電機實現裝備鋪設管線時保持恒定張力。

本發明為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是：

一種海底管線鋪設裝備的恒張力控制裝置，其特點是：恒張力控制裝置包括控制器模塊、測力測速模塊、驅動模塊；控制器模塊包括PLC與觸摸屏，測力測速模塊包括張力傳感器與速度傳感器，張力傳感器和速度傳感器測連接控制器模塊中PLC的輸入端；驅動模塊有變頻器和變頻電機，通過現場總線通訊控制器模塊控制變頻器的輸出；測力測速模塊與控制器模塊構成靜態前饋-串級反饋控制調節結構，張力傳感器和速度傳感器連接控制器，控制器調整控制驅動模塊。

本發明還可以采用如下技術方案：

所述的一種海底管線鋪設裝備的恒張力控制裝置及其方法，其特點是：張力傳感器為檢測鋪設管線張力的軸銷式測力傳感器。

所述的一種海底管線鋪設裝備的恒張力控制裝置及其方法，其特點是：速度傳感器為檢測驅動變頻電機的速度的測速編碼器。

本發明的目的之二是提供一種響應迅速、超調量小、平穩時間短，能有效改善海底管線鋪設時所受張力的平滑性，較好的自適應能力等特點的海底管線鋪設裝備的恒張力控制裝置的控制方法。

本發明海底管線鋪設裝備的恒張力控制裝置的控制方法的技術方案：

海底管線鋪設裝備的恒張力控制裝置的控制方法，包括以下步驟：