水下液控系统（精选四篇）
水下液控系统 篇1
随着海洋油气勘探开发从浅海发展到深水甚至超深水域,越来越多的海上油气田采用水下生产系统开发。水下生产系统开发属于高风险和高技术领域,开发过程中几乎不能容忍失败,否则代价极其高昂[1]。作为一个复杂的系统工程,单靠传统设计难以进行整体分析和评估,需借助计算机仿真技术实现系统设计和优化设计; 此外,随着水下控制路径的不断增加,传统的测试难以模拟真实的控制系统和测试环境,无法准确验证到货系统的性能,需借助仿真测试验证[2,3]。 目前,中海油、浙江大学、中国石油大学等研究机构主要利用AMESim软件或Simulation X软件进行水下液控系统的仿真研究[4,5,6,7]。AMESim软件无专门的水下液压元件库且软件设计过程繁琐,为此,中海油和浙江大学联合对AMESim软件进行了二次开发。开发者根据水下生产系统特点,在AMESim软件中将水下生产相关的液压元件整合成独立的模块并封装,建成水下液压元件库,并设计VB接口程序,从而开发出了专业的设计软件平台。但其开发工作量大,且相关开发软件仅为少数研究者掌握。Simulation X软件是一款具有专门的水下仿真环境和相关水下液压元件库的仿真软件,但该软件人机交互性差,数据存取不方便,且专业化程度高,再加上Simulation X仿真软件目前在国内应用较少,相关参考资料欠缺[8]。这对于水下液压系统设计人员,特别是测试人员来说,很难掌握或工作量大。
为了让更多人员方便进行水下生产设备的设计或测试工作,或者能把精力集中在设计和测试工作本身, 本研究针对Simulation X软件和VC软件的特点,研究出基于VC的Simulation X软件二次开发方法,并将其应用在水下液控系统中。
1SimulationX软件特点及其二次开发流程
1.1SimulationX软件特点
Simulation X软件采用功能模块化建模策略、支持通用的建模语言Modelica和具有开放的外部接口,其接口使Simulation X的模型与CAD、CAM、CAE等软件兼容。同时能提供模型导出功能,整个Simulation X模型能以C代码形式导出,并可生成独立的可执行文件、具有固定文件名及文件类型的模型参数文件( parameters. txt) 、仿真控制参数文件( solversettings. txt) 和仿真结果文件( Outputs1. txt) 。所生成的可执行文件能够在无Simulation X软件环境下运行。
然而,Simulation X软件建模及其参数设置需要较强的专业知识; 同时,仿真模型参数众多,而Simulation X软件中只默认一个输入值,若与默认值不同,则需手工输入,当被设计设备或被测设备的参数重复出现时易造成操作繁琐,重复工作量大; 此外,软件输出的结果文件以数值形式保存,不便于直观展现结果变量的动态性能,且不便于文档后期查阅、分析。
Visual C + + 是当前应用最广泛的开发软件之一, 具有优秀的界面设计和强大的数据处理和存取功能, 开发出的程序可移植能力强。VC软件的优势可以用于弥补Simulation X软件的缺陷。因此,可通过VC软件进行Simulation X软件的二次开发,编制出有系统针对性的仿真分析或测试软件。
1.2基于VC的SimulationX二次开发流程
本研究通过分析Simulation X软件和VC软件特点,确定基于VC的Simulation X软件的二次开发流程如图1所示。
2SimulationX二次开发在水下液控系统中的应用
不同油气田,其水下液控系统不同,但基于Simulation X二次开发的方法相同。本研究以分析水下基本液控系统中水下闸阀执行器的压力特性来优选执行器参数为例,进行Simulation X二次开发设计。
2.1水下液控系统特点及其仿真模型的建立
水下液控系统主要有直接液压式控制系统、先导式液压控制系统和复合电液控制系统三大类。其中, 最复杂且深海开采中最常用的是复合电液控制系统, 其液压控制原理[9]为: 液压动力单元( HPU) 出口的液压液通过水面控制缆终端( TUTA) 进入脐带缆后到达水下分配单元,通过水下液压分配单元分配后传输到各生产设施上的水下控制模块( SCM) ( 或再通过分支脐带缆输 送至下一 个水下分 配单元后 再传输到SCM) ,然后由SCM引出的液压管线控制水下执行器的运动,再通过执行器控制对应的水下阀门的启闭。 不同的油气田开发,其控制距离、水下井口布置、远程控制阀门数等都不同,但其水下液控系统都是唯一的。 不过,相同水下井口布置和远程控制阀数可以建立相同的仿真模型。根据水下液控系统和建模的特点,水下液控系统仿真模型实际上是由基本液控系统模型[10]( 该模型如图2所示) 与分支模块组成。图2中, 基本液控系统模型包括HPU、节流阀( 除了表示节流阀本身外,还可以用来表述液阻模型,如过滤器、接头、 弯头等,TUTA、水下分配单元也可简化为节流阀单元) 、脐带缆、水下蓄能器、水下电磁阀、水下阀和连接管线组成。复杂的液控系统只需在基本液控模型上增加水下蓄能器、水下电磁阀和水下阀等分支模块。
2.2SimulationX软件输出文件操作
本研究在Simulation X软件里建立了水下基本液控系统模型和设置完初始参数后,下一步需进行C代码输出设置。开发的关键步骤如下:
( 1) 在Simulation X菜单Export( 输出) 命令中单击 “C-Code”( C—代码) 命令,则弹出的Code Export Wizard( 代码输出向导) 操作界面如图3所示。
( 2) 确定Project Type ( 工程类型) 。Simulation X软件可输出14种工程类型,以满足不同应用软件和硬件的需求。本研究选用“Executable Model”( 可执行模型) 工程,该工程可输出带求解器的C代码源程序,源程序经过编译后生成可执行文件。
( 3) 设置Project界面内容。图3中,最左侧列举出了该工程实现C代码输出所需完成的主要操作,中间部分则为工程类型,最右侧主要由用户根据测试需要确定的工程名称、工程输出路径、求解器类型和数据输出方式。Simulation X提供了Sundials CVODE( 外部求解器) 、ITI Fixed-Step Solvers( 固定步长求解器) 和ITI Standard Solver( ITI标准求解器) 3种求解器。外部求解器适用于没有太多中断的刚性模型,与其他求解器相比,求解速度更快; 固定步长求解器主要用于测试模型的实时性能,用于实时仿真; ITI标准求解器适用于非刚性和刚性模型,相对外部求解器,更适用于含有中断的模型,计算的准备较快,但计算比外部求解器稍慢。数据输出方式选择框中有7种方式,包含Save all( 所有数据) 、Save equidistant( 等最小输出步长) 、Last Value( 最后结果) 等方式。该实例设置的Project界面内容如图3所示,其工程名称为“fangzhen”,求解器为“ITI Standard Solver”,数据输出方式为“Save equidistant”。
( 4) Inputs( 动态参数输入) 界面内容不适用于本工程类型,该界面不需设置,直接进入下一界面。
( 5) 设置Outputs( 结果输出) 界面内容,该界面如图4所示。图4的Elements( 单元) 框中列举出了仿真模型中所有单元能动态输出结果的变量,用户可通过双击对应变量或鼠标拖曳到Selection( 选择框) 里,以确定仿真最终输出的结果变量。该界面列举出的所有参数( 未含表达式) 都可被选择,选项数不受限,但实际选择的参数由本研究所关心的对象确定。该实例主要研究水下闸阀执行器的压力特性,则需选择SCM蓄能器压力、执行器开启腔压力、执行器关闭腔压力和执行器位置作为输出的结果变量。
( 6) 设置Parameters( 参数输出) 界面内容。Elements框中列举出了仿真模型中能参数化的所有参数,同Outputs操作一样,通过双击对应变量或鼠标拖曳到Selection里。二次开发的仿真模型是固定模型, 水下液控设备设计中需优化的参数和测试系统中有变化的参数都需列举在选择框里。该实例的目的是优选执行器参数,则选择执行器参数作为Parameters中的参数。在执行第7步前,需为所有仿真参数赋初始值, Parameters定义外的参数值固化在仿真模型中 ( 该实例中水下液控系统的主要参数[11]如表1所示) 。
( 7) 完成了前面的设置后,点击Code Generation( 代码生成) 命令。可以观察到,在输出目录下产生了大量相关文件,这些文件可用于在目标平台上的进一步处理,如编译,链接等。其中,源代码文件fangzhen. c包含了仿真模型的所有信息,Parameters. txt记录了Parameters界面中选择框里的参数符号及其赋值( Parameters. txt文件内容如图5所示,其参数初始值设置主要参考文献[4]和Simulation X软件默认值,其数值单位为Parameters. txt文件默认单位,如长度单位为m,压强单位为Pa) ,solversettings. txt记录了仿真控制参数中的相关信息。
( 8) 生成可执行文件和仿真结果文件。计算机中需安装VC软件作为开发平台,将源代码文件编译为可执行文件。有两种编译方法: 第一种方法: 如计算机中已安装VS2010软件,则在“Complier”( 编译器) 中选择“Microsoft Visual C /C + + 2010”( 支持从VC6到VC2010的所有版本) ,再点击“Build”( 编译) 则可生成可执行文件,之后点击“Run”( 运行) ,则生成的可执行文件自动调用包含Parameters. txt和solversettings. txt文件,并生成Outputs1. txt文件,记录Outputs中选择框里确定的参数的动态变化值。第二种方法: 直接打开Code Generation命令生成的fangzhen. dsw工程文件进入编译平台,调试编译为可执行仿真程序,再运行产生Outputs1. txt文件。
2.3VC软件开发设计
因可执行文件在每次运行时都会调用模型参数文件和仿真控制参数文件,同时会产生或更新仿真结果参数文件。因此,笔者可通过修改模型参数文件和仿真控制参数文件参数值来完成不同设计参数的优化或不同的测试系统。VC操作软件至少包括仿真数据输入、仿真运行和仿真结果输出3个功能模块,其模块对话框的设置需参照C代码输出设置进行。
2.3.1仿真数据输入模块设置
仿真数据输入模块输入框的设置由C代码输出的模型参数文件和仿真控制参数文件界定,包含文件中所有参数的输入,可通过多个对话框分类实现。同时,对话框内设置“保存”命令,当用户点击“保存”命令时,VC更新同一文件夹的模型参数文件和仿真控制参数文件内相应参数的数值。此外,软件建立测试件模型库,之前输入过的测试件参数可以直接整体调入到数据输入框中,以减轻输入工作量。
2.3.2仿真运行模块设置
VC软件通过Shell Execute函数来调用可执行文件并运行,其调用命令为:
Shell Execute( NULL,_ T ( " open " ) ,( File Path1 ) , NULL,( File Path2) ,SW_SHOWNORMAL)
其中: File Path1—可执行文件路径,File Path2—仿真结果输出路径。系统通过调用命令驱动可执行文件运行,并读取同目录下的Parameters. txt文件和solversettings. txt文件,运行完成后在指定位置输出或更新仿真结果文件。
2.3.3仿真结果输出模块设置
本研究在仿真结果输出模块中设置图形框,以显示由Simulation X软件的Outputs命令界定的结果变量曲线。同时设置有“图像保存”按钮,实现图像的单独保存。系统可根据用户需求设置多个仿真结果输出界面,以便于分析对比。该实例仿真结果输出界面可用于设置仿真结果输出界面( 同时显示SCM蓄能器压力、执行器开启腔压力、执行器关闭腔压力和执行器位置曲线) 和结果变量的多状态单参数曲线输出界面。
此外,二次开发软件设置“结果保存”对话框,可以将与设计或测试相关的信息,如时间、对象、结果等信息以文字或图片的形式保存在Word文档里,方便文档后期查阅、分析。
2.4水下液控系统仿真软件应用实例
本研究按照2. 2节和2. 3节所研究的开发方法, 开发出该实例的二次开发仿真软件。操作者打开仿真软件,在仿真数据输入操作界面默认执行器参数值和默认或修改仿真控制参数,然后点击仿真运行操作按钮,待仿真运行结束后,进入仿真结果输出操作界面。 可选择仿真结果输出命令,操作界面上显示本实例当前执行器参数下水下闸阀执行器的压力特性( 仿真结果输出界面如图6所示) 。
其曲线变化趋势与参考文献[4]基本一致。操作者可通过分析所获取的曲线特点判断水下闸阀执行器参数是否满足水下液压系统的要求。
此外,还可通过在仿真数据输入操作界面上变换执行器参数值,来优选执行器参数。如,修改执行器弹簧预紧力大小,可获取不同弹簧预紧力下执行器的压力特性,不同弹簧预紧力下执行器的位置曲线如图7所示。从图7中可以看出,在预紧力小于50 k N时,执行器不能完全关闭; 预紧力大于160 k N时,执行器不能打开; 预紧力在50 k N ~160 k N之间时,执行器能够完全打开并且完全关闭。则通过执行器位置曲线初步确定弹簧预紧力取值区间为50 k N ~160 k N。从图7中还可以看出,随着预紧力增大,执行器开启时间变长,关闭时间缩短。再结合软件生成的压力曲线和弹簧疲劳寿命分析,则可快速优选出弹簧预紧力。同理,还可以修改其他执行器参数并分析相应结果曲线,实现参数优选。
3结束语
鉴于Simulation X软件是一款具有专门的水下仿真环境和相关的水下液压元件库的仿真软件,及其所具备的C代码输出特性,结合VC软件强大的界面设计和数据处理能力,笔者研究出了利用VC软件进行Simulation X软件的二次开发方法,并编制了二次开发流程。
本研究以水下液控系统仿真为例,明确了Simulation X软件输出文件的操作步骤,以及VC三大功能模块的设置内容和方法,并进行了实例应用。其开发方法简单、易行,开发出的软件操作方便且易为一般人掌握,有助于水下生产设备的设计人员或测试工作人员的高效运用,加速水下生产装备的国产化或安全运行。
摘要：为解决SimulationX仿真软件人机交互性差、专业化程度高、工作量大等问题,将VC软件二次开发SimulationX软件技术应用到水下液控系统仿真设计或测试中。开展了SimulationX软件和VC软件特点分析,编制了二次开发流程;针对水下液控系统特点,提出了水下液控系统的建模方法;以分析水下闸阀执行器的压力特性来优选执行器参数为例,建立了仿真模型,进行了SimulationX软件输出文件操作设计和VC软件功能模块设计,实现了仿真软件的二次开发;通过所开发的仿真软件获取了实例中水下闸阀执行器的压力特性曲线并实现了参数优化分析。研究结果表明,SimulationX软件在水下液控系统仿真分析中的二次开发方法简单、易行,所开发出的仿真软件可满足水下液控系统设计或测试需要,且操作方便、易于掌握。
水下液控系统 篇2
1系统主要硬件电路设计
1.1HT6221键盘编码电路
不同的按键表示上升、下降、前进、后退、停车、左转、右转等控制信号，按键通过HT6221编码芯片编码后，OUT1输出38kHz的编码信号，通过507kHz中波调制后，经过功率放大、阻抗匹配，最后由L型天线输出。为了提高天线的辐射效率，L型天线与地面平行的部分采用20cm宽的铜板。HT6221键盘编码电路原理图如图3所示。
1.2频率调制与发射电路
MAX038是高频精密函数信号发生器，具有频率高、精度好等优点，广泛用于设计锁相环、压控振荡器、频率合成器、脉宽调制器等电路，本系统采用MAX038产生507kHz基波信号，频率调制IN1输入的38kHz编码信号(图3所示OUT1)后，输出给功率放大电路。陆基控制平台的功率放大电路采用TI公司的OPA561芯片，OPA561是典型的电流型运放，满功率状态下有1MHz的带宽增益，具有外围电路简单、安装调试方便等优点。频率调制与功率放大电路如图4所示。
1.3电磁波接收与解调电路
水下航模的电磁波接收电路采用CD9088专用集成芯片。CD9088广泛用于设计调频收音机，具有从天线接收到鉴频级输出的全部功能，还具有搜索调谐、信号检测、静噪以及频率锁定环(FLL)等功能。CD9088输出的信号经过电容耦合后输出给功放电路TDA2822，经过放大后的输出信号采用TLC372电压比较器进行比较，输出端(图5OUT―MCU)接水下航模的控制核心MSP430单片机。电磁波接收电路的原理图如图5所示。
1.4红外光波发射、接收电路
红外光波发射电路采用TSAL6200红外发射器，红外发射端的协议为自定义协议，载波频率为38kHz的方波;红外光波接收电路采用TSOP138红外接收器，TSOP138有接收红外信号、内置信号放大、滤波、检波输出等功能。红外解调后的信号经过单片机处理，即可恢复出原编码信号。红外光波发射、接收电路原理如图6所示。
1.5直流电机驱动电路
直流电机采用L298N驱动芯片，通过MSP430单片机改变L298N芯片控制端的输入电平，实现电机正反转控制;通过MSP430单片机产生PWM波信号，调整直流电机的转速。为了减小由于电机在启停过程中产生的感应电动势对单片机I/O口的影响，采用光电耦合器将控制部分与电机驱动部分隔离开来，可减少电机驱动电路对单片机的干扰。直流电机驱动电路如图7所示。
2系统软件设计
2.1编码与解码程序设计
中波通信的编解码过程以及通信协议是本系统程序设计的关键[13]。中波编码采用HT6221编码协议，该协议由一位起始码、16位地址码、16位数据码组成。其中16位地址码包括8个连续的“0”和8个连续的“1”，16位数据码由8位数据原码和8位数据反码构成。起始码中的“0”和“1”分别用9ms的低电平和4。5ms的高电平表示，用0。56ms的低电平和0。56ms的高电平表示数据码中的“0”，用0。56ms的低电平和1。68ms的高电平表示数据码中的“1”。对应的.解码方式为：当单片机检测到起始码并读到连续的8个“0”和8个“1”后，随后接收的16位码便为数据码。红外通信的编解码方式参考了HT6221编码协议。该通信协议也是由起始码、16位数据码和结束码组成。其中16位数据码包括8位数据原码和8位数据反码。起始码中的“0”和“1”分别用9ms的低电平和4。5ms的高电平表示;数据码中的“0”采用0。56ms的低电平和0。56ms的高电平表示，“1”采用0。56ms的低电平和1。68ms的高电平表示;结束码采用4。5ms低电平表示。解码方式与中波通信过程相同。
2.2系统软件设计流程图
陆基控制平台没有微处理器，简化了系统的程序设计。水下航模采用MSP430单片机为控制核心，主要负责检测来自陆基控制平台的无线电波的解码信号，根据译码指令控制红外光波发射电路和状态指示电路，水下航模子系统流程图如图8(a)所示。水面传动单元同样采用MSP430超低功耗单片机检测红外光波接收电路的解码信号，根据解码指令控制直流电机驱动电路，完成牵引水下航模的升降和位移测量功能，并将当前的工作状态通过LCD显示，水面传动单元控制流程图如图8(b)所示[14]。
3系统测试与分析
3.1水下航模运行时间测试与分析
当L型天线的水平部分与水面距离为2m时，设定快速上升时间为3s，快速下降时间为4s，慢速上升时间为6s，慢速下降时间为8s，分五次测量的结果见表1。从表1可以看出，快速升降的时间最大误差为5%，而慢速升降的时间最大误差为10。6%，主要原因是水下航模在下降过程中受到向上的浮力作用而存在摆动，影响观察者判断其停止的准备位置。
3.2天线高度对电磁波通信的影响
水下航模离水面的距离为0。5m，天线距水面的距离变化范围为2~10m，通过陆基控制平台设定状态和水下航模指示灯状态的对应关系测试无线通讯建立是否有效，规定L1亮表示前进，L2亮表示倒退，L3亮表示停车，L4亮表示左转弯，L5亮表示右转弯。具体测试结果见表2。从表2可以看出，当天线高度为10m时，系统的指示运行状态与陆基控制平台设定的状态仍然一致，综合测试系统通信的误码率小于2%，说明在此范围内，天线与水下航模的垂直距离对无线电波的传输效率影响甚微。由于条件所限没有进行天线高度与通信建立有效性的完整实验，但是从理论分析可知，电磁波信号在水和空气的界面处存在剧烈的反射效应，在水中传播时也有比较强的衰减，因此，当天线离水面的距离足够远时，无线电波通信将失效。
3.3设定速度与实际速度对比情况
本系统所使用的电机在最大转速情况下提供给悬索的线速度为15cm/s，考虑到水下航模的重量对电机转速的影响，本系统结合光电门的实测速度，采用PID算法控制电机转速，表3给出了10组测定数据，水面传动单元带动水下航模升降的实际速度可以通过液晶显示屏观察。从表3可以看出，系统存在一定的测量误差，但是3次实际测量速度的平均值与设定值非常接近。
4结语
船舶水下技术状态评估信息系统 篇3
关键词：船舶水下评估模型；系统设计；评估信息系统
中图分类号：U692.7文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 08-0000-02
Ship Underwater Technology State Assessment Information System
Wu Chunqiu,Fan Kai
(Navy Representative Office Located in Jiangnan Shipyard(Group) Co.,Ltd,Shanghai200083,China)
Abstract:An state assessment information system for ship under-water technology is presented in this paper,system design of the ship underwater assessment mode.The system provides a new technical means for the management of the ship.
Keywords:Ship underwater assessment mode;System design;Assessment Information System
现代船舶水下技术状态十分复杂，船舶水下技术状态评估系统引进了当今先进的图像识别技术，以科学的评估模型，解决了传统方式的弊病，通过图像识别、综合评估的方式，全面、直观、准确地反映了舰船水下部分腐蚀、污底和变形的分布及特征。同时，系统还提供了多种查询、统计、定位功能，为船舶管理提供了全新的技术手段。
一、系统组成
系统主要由图象识别、数据维护等功能模块组成，各个功能模块集成在同一个操作界面下，它们之间既相互联系又相对独立。其技术核心是图像识别、综合评估模型。其软件的主要组成模块如图1所示。
图1软件的主要组成模块
二、系统实现
本软件系统是在VC平台上开发的，数据库采用sql server。本软件系统数据库的设计符合第三范式，能对ODBC提供强大的支持。评估程序对各用户提供权限管理，用户权限分为三级，分别为：超级管理员、管理员和普通用户。用户admin为系统默认的超级管理员，该用户不可删除。超级管理员可以创建管理员和用户，还可以删除管理员和用户；管理员可以创建用户、删除用户；普通用户只有使用软件的权限，无任何用户管理权限。
程序采用标准Windows界面，在标题栏中显示当前船名，状态栏中显示当前登陆的用户名和用户类型。主窗体左侧使用树状空间显示船舶中需要评估的项目。窗体右侧上半部分显示当前项目的基本数据；窗体右侧下半部分显示评估时的部分信息。程序主菜单的项目有：系统、查看、基础数据、测量数据、模型管理、评估、图示和帮助。各项目主要功能如表1所示。表1程序主菜单功能
项目主要功能
系统用户登陆；增加用户；修改密码；删除用户
查看查看窗体部件；修改界面显示风格
基础数据添加、修改、删除舰艇信息
测量数据添加、修改、删除测量数据
模型管理输入判定矩阵，得到指标层权系数；输入评估层权系数
评估确定评估标准；污底评估；变形评估；腐蚀评估；综合评估
图示原理图显示；三维图显示
帮助关于；帮助
三、系统评估模型
输入待评估的各项目测量数据后，可以开始进行评估，评估之前需要确定层次分析法使用的权系数。输入准则层权系数界面如图2所示。
图2准则层参数设置
准则层包括腐蚀、变形、污底，输入各部分权系数，单击确定即可，程序将自动保存权重系数。确定准则层系数后，需要确定评估层系数，评估层系数使用评估矩阵方式求得，具体公式可参考层次输入法。图3表示腐蚀评估的权重设置界面。
图3 腐蚀评估权重设置界面
确定评估矩阵后，单击计算权重，系统将计算腐蚀评估的评估权重系数。单击确定将保存该设置。变形、污底等设置与之类似。确定各项系数后，可以进行单项评估：腐蚀评估、污底评估和变形评估，得到单项评估结果。系统将根据测量数据，进行腐蚀评估，得到各部分腐蚀评估值，乘以各自权重，得到最终腐蚀评估总值，并给出评估结果。也可以直接进行综合评估，综合评估界面如图4所示。
图4 综合评估界面
综合评估显示单项评估结果和综合评估结果，并给出结论。单击详细查询，也可以显示单项评估的具体结果。
四、系统的特点
（一）数据操作的简便性
本系统考虑到数据输入的工作量非常庞大，在设计中大量采用了系统赋值的方法自动赋值。同时在设计中通过与用户的相互沟通，对很多数据的大量取值情况进行了统计，得到了很多属性的最大可能取值，将此值在数据库设计阶段就作为初值赋予该字段。这样用户在增加一个新项目时，系统就将大部分数据的值已经自动取好，简化了用户的工作。
（二）定位和查询的方便性
本系统查询功能的实现，专门设计了三种查询方式。一种是组合查询方式，一种是全文查询方式。这二种查询方式基本满足了不同层次用户的需求，不仅可按照各种字段进行查询，也可借助各种函数进行较高级的查询，极大地方便了用户。
（三）数据维护的全面性
本系统设计了增加记录、删除记录、取消修改记录、拷贝记录、打印记录等维护功能。同时建立了专门的浏览窗口，方便了用户的预览。在此浏览窗口，高级用户还可以使用SQL语言实现更高级的查询功能。针对用户的实际情况，在前台实现了数据库的备份与还原等功能，使得用户不必进入系统后台就可以实现系统的日常维护，从而极大地降低了系统管理员的工作。
水下液控系统 篇4
近年来,随着海洋石油油田勘探开发步伐的加快和部分老油田海上设施的升级更新,海洋石油平台修井机数量快速增长,其中80%新建修井机为电驱动修井机,电驱动修井机液控系统在整个控制系统中起着至关重要的作用。
新一代司钻控制房的快速发展,司钻操作的方便性和易用性越来越受到重视。电驱动修井机液控系统优化设计基于西门子S7-300PLC和PROFIBUS总线技术,通过实时采集液控信号与修井机电控系统相互结合,将液控系统完美地融入于电控系统中,司钻在司钻控制房即可完成对液压站的远程控制与监测[1]。
2 液控系统存在的问题
2.1 操控缺乏人性化
电驱动修井机液压控制系统分为机具控制系统和盘刹控制系统,均只能在本地控制箱启/停液压站,不能实现司钻控制房的远程启/停控制。
电驱动修井机液压猫头、液压绞车在司钻控制房的远程控制采用气控液形式,操作过程中存在严重的延时问题,方便性极差,不能建立“以人为本”的设计理念[2],非常不利于在紧急作业中使用。
2.2 存在安全隐患
液压站配置的高低液位报警系统、油温自动化控制系统不能将油位信号、油温信号反馈到司钻控制房,在修井作业过程中,如果本地报警系统发生故障,司钻将不能在第一时间获取油温、油位的报警信号,很可能引发严重的事故。
电驱动修井机绞车盘刹控制手柄零位信号不被PLC系统所采集,在正常情况下,一般采用触摸屏完成对绞车的控制,盘刹手柄突然动作时,工作钳比例控制阀动作,转速不回零情况下绞车刹车,若此时绞车主电机仍处于高速转动状态,很容易造成电机损坏。
3 液控系统优化设计
3.1 液压站远程自动化启/停控制
液压站远程控制要求能在司钻房内实现液压站机具泵电机、盘刹电机、循环油泵、冷却风机、加热器地启动与停止控制。结合修井机电控系统的触摸屏和PLC系统,在触摸屏中组态设置本地/远程切换、机具泵电机、盘刹电机、循环油泵、冷却风机、加热器的启动与停止软输入控制,通过PROFIBUS总线技术与S7-300PLC进行通讯,按照司钻在触摸屏的操作执行相关输出控制,完成对相关电机的远程启/停控制[3]。控制原理如图1所示。
3.2 高效率性优化设计
3.2.1 液压猫头的控制优化设计
采用电控液形式实现在司钻控制房内远程精准控制液压猫头。由司钻控制房提供24VDC电源,当猫头上/卸扣开关量信号输入PLC系统后,经PLC CPU处理,输出相应的开关量信号,直接作用于继电器KA1,进而电磁换向阀YV1得电动作,实现猫头上/卸扣功能;当猫头回位开关量信号输入PLC系统后,经PLC CPU处理,输出相应的开关量信号,直接作用于继电器KA2,进而电磁换向阀YV2得电动作,实现猫头回位控制功能。控制原理如图2所示。
3.2.2 液压绞车的控制优化设计
将液压绞车气控液的控制方式被电控液替代,实现在司钻控制房内远程精准控制液压绞车[4]。由司钻控制房提供24VDC电源,整个控制系统主要由液压绞车电控液控制手柄、数字放大器、电磁比例换向阀组成。液压绞车电液控制手柄标准电压信号输入到数字放大器,经数字放大器处理后,得到的脉宽调制(PWM)控制电流输出信号直接作用于电磁比例换向阀,精确控制液压绞车的转速与转向[5]。控制框图如图3所示。
3.3 安全性优化设计
在司钻房内实现液压站远程启/停功能的同时,还必须实现高低液位监测、油温自动控制、油压保护、盘刹手柄零位保护功能。控制框图如图4所示。
3.3.1 高低液位监测
液压站油箱装有防爆液位传感器,将实时液位信号发至PLC系统,通过PROFIBUS总线技术在司钻控制房触摸屏显示液位高度值监测,并实现液位高低报警。
3.3.2 油温自动控制
油温控制采用防爆铂电阻温度传感器,循环油泵、防爆加热器、散热风机装置联合控制,保持油温在30℃~55℃最佳范围内,同时在司钻控制房触摸屏进行温度显示。当温度超过最高设定温度,防爆铂电阻温度传感器发出信号至PLC,启动循环油泵及散热风机装置,当油温下降到50℃后,停止冷却。当温度低于最低设定温度时,防爆铂电阻温度传感器发出信号至PLC,启动循环油泵及加热器,当油温上升到35℃后,停止加热。
3.3.3 油压保护
盘刹系统安装有系统压力传感器、左工作钳压力传感器、右工作钳压力传感器、安全钳压力传感器,传感器实时监测信号发至PLC。当盘刹系统压力低于设定值(一般不低于6.5MP)时,绞车主电机无法启动或启动后转速回零并刹车。绞车主电机启动后,当左/右工作钳压力大于0.2MP时,工作钳无法解刹,无法给定绞车速度。安全钳压力小于6.5MP时,安全钳无法解开,无法给定绞车速度。
3.3.4 盘刹手柄零位保护
盘刹手柄零位信号主要在触摸屏操作模式下起保护作用,当绞车正常给定速度运转过程中,突然盘刹手柄动作,盘刹手柄非零位信号至PLC,绞车主电机转速回零并刹车。
4 结束语
随着海洋石油平台油井生产变化,为提高其采收率,油水井作业日益频繁,修井工艺越来越复杂,甚至出现各种不可预知的特殊工艺。广泛应用控制领域最新科技成果,依据积累的经验和知识[6],通过科学的方法对海洋电驱动修井机液控系统不断进行优化设计,提升电驱动修井机整体控制功能,使其具备足够的能力来最大限度的提高修井作业效率。
参考文献
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