自升式鉆井平臺(tái)升降控制設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型揭示了一種自升式鉆井平臺(tái)升降控制設(shè)備，包括：升降電機(jī)、供電回路和控制回路。升降電機(jī)安裝在自升式鉆井平臺(tái)的樁腿上，升降電機(jī)驅(qū)動(dòng)樁腿上的齒條帶動(dòng)自升式鉆井平臺(tái)升降。供電回路連接到外接電源，對(duì)外接電源進(jìn)行處理后驅(qū)動(dòng)升降電機(jī)，供電回路包括脈沖變壓器、變頻柜組和電機(jī)控制柜組?？刂苹芈放c升降電機(jī)和供電回路通訊，采集升降電機(jī)和供電回路的運(yùn)行信號(hào)，控制供電回路的輸出以驅(qū)動(dòng)升降電機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)、正向運(yùn)轉(zhuǎn)、反向運(yùn)轉(zhuǎn)、調(diào)速和制動(dòng)，控制回路包括中央控制臺(tái)和本地操作站。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)緊湊，高效節(jié)能，平穩(wěn)驅(qū)動(dòng)，對(duì)整個(gè)平臺(tái)電網(wǎng)沖擊極小。具備高效數(shù)據(jù)傳輸、高智能化控制、高同步穩(wěn)定性的特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】自升式鉆井平臺(tái)升降控制設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及海洋石油鉆井平臺(tái)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及自升式鉆井平臺(tái)的升降控制技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]自升式鉆井平臺(tái)是海洋油氣勘探、開發(fā)的主要設(shè)備?，F(xiàn)有的自升式鉆井平臺(tái)多為電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒條來(lái)實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的升降動(dòng)作，該類平臺(tái)通常由三個(gè)樁腿組成，每個(gè)樁腿包括三個(gè)齒條，每個(gè)齒條由多個(gè)升降電機(jī)驅(qū)動(dòng)，相應(yīng)的，在升降控制系統(tǒng)的控制平臺(tái)上幾十臺(tái)升降電機(jī)同步運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0003]目前世界上的鉆井平臺(tái)升降系統(tǒng)生產(chǎn)廠家制造的自升式平臺(tái)升降系統(tǒng)基本上為單一的速度模式，即幾十臺(tái)升降電機(jī)以同樣地速度運(yùn)行。在理論設(shè)計(jì)上，幾十臺(tái)升降電機(jī)同步運(yùn)行能夠?qū)崿F(xiàn)齒條和樁腿的同步升降。但是在實(shí)際應(yīng)用的情況中，由于每一個(gè)樁腿、每一個(gè)齒條以及每一個(gè)升降電機(jī)的運(yùn)行環(huán)境都各不相同，單一的速度模式是無(wú)法實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一升降的，常常會(huì)引起齒條和樁腿升降過(guò)程中的高低不一致，因而不能適應(yīng)樁腿升降的高要求技術(shù)性能。而且抬升載荷也不能適應(yīng)自升式鉆井平臺(tái)載荷不斷增大的要求，因此電機(jī)的同步控制效果較差，影響升降系統(tǒng)的安全性和可靠性。
[0004]于是就需要一種能夠更安全可靠地對(duì)升降電機(jī)進(jìn)行控制的技術(shù)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型旨在提出一種自升式鉆井平臺(tái)升降控制設(shè)備，包括:升降電機(jī)、供電回路和控制回路。升降電機(jī)安裝在自升式鉆井平臺(tái)的樁腿上，升降電機(jī)驅(qū)動(dòng)樁腿上的齒條帶動(dòng)自升式鉆井平臺(tái)升降。供電回路連接到外接電源，對(duì)外接電源進(jìn)行處理后驅(qū)動(dòng)升降電機(jī)，供電回路包括脈沖變壓器、變頻柜組和電機(jī)控制柜組，脈沖變壓器的一次側(cè)連接到外接電源，脈沖變壓器的二次側(cè)連接到變頻柜組；變頻柜組接收脈沖變壓器的輸出，對(duì)脈沖變壓器的輸出進(jìn)行整流、逆變和變頻后輸出；電機(jī)控制柜組接收變頻柜組的輸出，電機(jī)控制柜組的輸出連接到升降電機(jī)以驅(qū)動(dòng)升降電機(jī)。控制回路與升降電機(jī)和供電回路通訊，采集升降電機(jī)和供電回路的運(yùn)行信號(hào)，控制供電回路的輸出以驅(qū)動(dòng)升降電機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)、正向運(yùn)轉(zhuǎn)、反向運(yùn)轉(zhuǎn)、調(diào)速和制動(dòng)，控制回路包括中央控制臺(tái)和本地?呆作站，中央控制臺(tái)與升降電機(jī)和電機(jī)控制柜組通訊，采集升降電機(jī)的運(yùn)行信號(hào)，產(chǎn)生控制指令發(fā)送給變頻柜組和電機(jī)控制柜組以控制供電回路的輸出；本地操作站與電機(jī)控制柜組以及中央控制臺(tái)通訊，本地操作站與中央控制臺(tái)進(jìn)行互鎖操作，或者本地操作站向電機(jī)操作柜組輸出本地操作指令控制供電回路的輸出。
[0006]在一個(gè)實(shí)施例中，該自升式鉆井平臺(tái)升降控制設(shè)備還包括位置編碼器和轉(zhuǎn)速傳感器。位置編碼器安裝在樁腿上，位置編碼器采集高度信號(hào)，位置編碼器與中央控制臺(tái)以及本地操作站通訊。轉(zhuǎn)速傳感器安裝在升降電機(jī)上，轉(zhuǎn)速傳感器采集升降電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)，轉(zhuǎn)速傳感器與中央控制臺(tái)通訊，轉(zhuǎn)速傳感器還連接到變頻柜組，轉(zhuǎn)速傳感器包括轉(zhuǎn)速編碼器和超速開關(guān)。
[0007]在一個(gè)實(shí)施例中，脈沖變壓器為十二脈波或者二十四脈波變壓器，脈沖變壓器的二次側(cè)形成四路輸出。
[0008]在一個(gè)實(shí)施例中，該自升式鉆井平臺(tái)升降控制設(shè)備還包括制動(dòng)電阻箱。變頻柜組包括四個(gè)隔離開關(guān)，每一個(gè)隔離開關(guān)獨(dú)立連接到脈沖變壓器的二次側(cè)的一路輸出。變頻柜組包括整流單元、逆變單元、制動(dòng)單元和編碼單元；制動(dòng)單元連接到制動(dòng)電阻箱；編碼單元連接到轉(zhuǎn)速傳感器中的轉(zhuǎn)速編碼器。
[0009]在一個(gè)實(shí)施例中，中央控制臺(tái)包括交互裝置、主站控制器和通訊模塊。交互裝置接收交互指令，主站控制器根據(jù)交互指令和運(yùn)行信號(hào)產(chǎn)生控制指令，通訊模塊接收運(yùn)行信號(hào)并發(fā)送控制指令。
[0010]在一個(gè)實(shí)施例中，中央控制臺(tái)還包括電子傾斜儀，電子傾斜儀檢測(cè)自升式鉆井平臺(tái)的傾斜度，在傾斜度達(dá)到預(yù)設(shè)的報(bào)警值時(shí)發(fā)出警報(bào)。
[0011]在一個(gè)實(shí)施例中，本地操作站包括本地負(fù)載轉(zhuǎn)移操作器和本地舷偏差調(diào)平操作器，本地舷偏差調(diào)平操作器與位置編碼器通訊，本地舷偏差調(diào)平操作器顯示位置編碼器采集的高度信號(hào)。
[0012]在一個(gè)實(shí)施例中，電機(jī)控制柜組包括電機(jī)控制柜和從站控制柜；電機(jī)控制柜接收變頻柜組的輸出，電機(jī)控制柜的輸出連接到升降電機(jī)，電機(jī)控制柜通過(guò)從站控制柜與中央控制臺(tái)和本地操作站通訊。
[0013]在一個(gè)實(shí)施例中，升降電機(jī)是滑差變頻電機(jī)，輸入端連接電機(jī)控制柜組，輸出端連接升降齒輪箱傳動(dòng)軸以驅(qū)動(dòng)齒條。
[0014]本實(shí)用新型的自升式鉆井平臺(tái)升降控制設(shè)備實(shí)時(shí)采集各個(gè)升降電機(jī)以及樁腿的運(yùn)行參數(shù)，對(duì)各個(gè)升降電機(jī)進(jìn)行獨(dú)立的實(shí)時(shí)調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)平臺(tái)的升降過(guò)程的實(shí)時(shí)穩(wěn)定控制。整個(gè)升降控制設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，高效節(jié)能，平穩(wěn)驅(qū)動(dòng)，對(duì)整個(gè)平臺(tái)電網(wǎng)沖擊極小。具備高效數(shù)據(jù)傳輸、高智能化控制、高同步穩(wěn)定性的特點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]本實(shí)用新型上述的以及其他的特征、性質(zhì)和優(yōu)勢(shì)將通過(guò)下面結(jié)合附圖和實(shí)施例的描述而變的更加明顯，在附圖中相同的附圖標(biāo)記始終表示相同的特征，其中:
[0016]圖1揭示了根據(jù)本實(shí)用新型的一實(shí)施例的自升式鉆井平臺(tái)升降控制設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]本實(shí)用新型旨在提出一種能高度集中的操作、顯示和報(bào)警的自升式鉆井平臺(tái)升降控制設(shè)備，用于解決現(xiàn)有的自升式鉆井平臺(tái)升降系統(tǒng)中存在的對(duì)平臺(tái)電網(wǎng)沖擊大，控制系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)大、運(yùn)行不平穩(wěn)的問題。
[0018]自升式鉆井平臺(tái)多通過(guò)升降電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒條來(lái)實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的升降動(dòng)作，大多數(shù)的平臺(tái)包括三個(gè)樁腿，每個(gè)樁腿上具有三個(gè)齒條，每個(gè)齒條由六個(gè)升降電機(jī)驅(qū)動(dòng)，相應(yīng)的該自升式鉆井平臺(tái)升降控制設(shè)備同時(shí)控制平臺(tái)上的54臺(tái)升降電機(jī)(每條樁腿18臺(tái)升降電機(jī))同步運(yùn)轉(zhuǎn)。從安全與穩(wěn)定的角度考慮，該自升式鉆井平臺(tái)升降控制設(shè)備需要保證54齒輪箱受力均勻，同時(shí)精確控制樁腿與齒條的高度，平臺(tái)水平傾斜度，嚴(yán)密嚴(yán)控與警示所有升降電機(jī)的功率、載荷、電壓、電流、頻率、轉(zhuǎn)速等各種參數(shù)，并且實(shí)現(xiàn)升降電機(jī)的安全平穩(wěn)的啟動(dòng)、正反轉(zhuǎn)與制動(dòng)。
[0019]參考圖1所示，本實(shí)用新型提出一種自升式鉆井平臺(tái)升降控制設(shè)備，包括:升降電機(jī)、供電回路和控制回路。
[0020]升降電機(jī)109安裝在自升式鉆井平臺(tái)的樁腿上，升降電機(jī)109驅(qū)動(dòng)樁腿上的齒條帶動(dòng)自升式鉆井平臺(tái)升降。
[0021]供電回路連接到外接電源，對(duì)外接電源進(jìn)行處理后驅(qū)動(dòng)升降電機(jī)。供電回路包括脈沖變壓器101、變頻柜組103和電機(jī)控制柜組106。脈沖變壓器101的一次側(cè)連接到外接電源，脈沖變壓器101的二次側(cè)連接到變頻柜組103。變頻柜組103接收脈沖變壓器101的輸出，對(duì)脈沖變壓器的輸出進(jìn)行整流、逆變和變頻后輸出。電機(jī)控制柜組106接收變頻柜組103的輸出，電機(jī)控制柜組106的輸出連接到升降電機(jī)109以驅(qū)動(dòng)升降電機(jī)。
[0022]控制回路與升降電機(jī)和供電回路通訊，采集升降電機(jī)和供電回路的運(yùn)行信號(hào)，控制供電回路的輸出以驅(qū)動(dòng)升降電機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)、正向運(yùn)轉(zhuǎn)、反向運(yùn)轉(zhuǎn)、調(diào)速和制動(dòng)?？刂苹芈钒ㄖ醒肟刂婆_(tái)105和本地操作站107。中央控制臺(tái)105與升降電機(jī)109和電機(jī)控制柜組106通訊，采集升降電機(jī)的運(yùn)行信號(hào)，產(chǎn)生控制指令發(fā)送給變頻柜組和電機(jī)控制柜組以控制供電回路的輸出。本地操作站107與電機(jī)控制柜組106以及中央控制臺(tái)105通訊，本地操作站107與中央控制臺(tái)105進(jìn)行互鎖操作，或者本地操作站107向電機(jī)操作柜組106輸出本地操作指令控制供電回路的輸出。
[0023]繼續(xù)參考圖1所示的實(shí)施例，該自升式鉆井平臺(tái)升降控制設(shè)備還包括位置編碼器108和轉(zhuǎn)速傳感器104。位置編碼器108安裝在樁腿上，位置編碼器采集高度信號(hào)，位置編碼器與中央控制臺(tái)105以及本地操作站107通訊。轉(zhuǎn)速傳感器104安裝在升降電機(jī)上，轉(zhuǎn)速傳感器104采集升降電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)，轉(zhuǎn)速傳感器與中央控制臺(tái)105通訊，轉(zhuǎn)速傳感器104還連接到變頻柜組103，轉(zhuǎn)速傳感器104包括超速開關(guān)141和轉(zhuǎn)速編碼器142。
[0024]在圖1所示的實(shí)施例中，脈沖變壓器101為十二脈波或者二十四脈波變壓器，脈沖變壓器101的二次側(cè)形成四路輸出，四路輸出獨(dú)立進(jìn)入變頻柜組103的隔離開關(guān)。脈沖變壓器101連接外接電源，比如連接船體發(fā)電機(jī)配電和變頻柜，脈沖變壓器101能最大程度抑制諧波。
[0025]變頻柜組103包括四個(gè)隔離開關(guān)，每一個(gè)隔離開關(guān)獨(dú)立連接到脈沖變壓器101的二次側(cè)的一路輸出。變頻柜組103是直流母線型變頻器。變頻柜組103包括整流單元131、逆變單元132、制動(dòng)單元133和編碼單元134。制動(dòng)單元133連接到制動(dòng)電阻箱102。制動(dòng)電阻箱102提供制動(dòng)電阻，也是自升式鉆井平臺(tái)升降控制設(shè)備的一部分。在該自升式鉆井平臺(tái)下降時(shí)，升降電機(jī)反轉(zhuǎn)，需要將功率釋放到制動(dòng)單元133和制動(dòng)電阻箱102的制動(dòng)電阻上以吸收并消耗電機(jī)產(chǎn)生的能量。變頻柜組103的額定輸出電流可以并聯(lián)驅(qū)動(dòng)一個(gè)樁腿十八套電機(jī)同步運(yùn)轉(zhuǎn)，完成上升/下降動(dòng)作。變頻柜組103通過(guò)DP-PR0FIBUS通訊連接中央控制臺(tái)105。中央控制臺(tái)105能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控變頻柜組103的工作狀態(tài)，收集變頻柜組103的運(yùn)行參數(shù)。同時(shí)中央控制臺(tái)105也能夠發(fā)送相關(guān)的控制指令給變頻柜組103，通過(guò)變頻柜組103驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的升降電機(jī)109進(jìn)行各種運(yùn)轉(zhuǎn)。編碼單元134連接到轉(zhuǎn)速傳感器104中的轉(zhuǎn)速編碼器142。[0026]轉(zhuǎn)速傳感器104安裝在樁腿上，在每個(gè)樁腿上安裝兩個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器104。每一個(gè)轉(zhuǎn)速傳感器104包括超速開關(guān)141和轉(zhuǎn)速編碼器142。超速開關(guān)141以硬件連接方式連接到主回路的啟動(dòng)電路中，在運(yùn)行過(guò)程中，實(shí)時(shí)監(jiān)控超速開關(guān)141的開關(guān)量信號(hào)，如果在平臺(tái)下降中升降電機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)超速開關(guān)141的設(shè)定值，則馬上進(jìn)入機(jī)械停車保護(hù)，切斷系統(tǒng)主回路電源，升降電機(jī)制動(dòng)器失電抱閘，升降電機(jī)109被鎖死。轉(zhuǎn)速編碼器142連接到變頻柜組103的編碼單元134，實(shí)時(shí)監(jiān)控轉(zhuǎn)速編碼器142的反饋值。當(dāng)電機(jī)的制動(dòng)器打開后，如果轉(zhuǎn)速編碼器142的反饋值和變頻柜組103輸出值的偏差大于設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)立刻電氣停車，制動(dòng)器抱閘。具有超速開關(guān)141的轉(zhuǎn)速傳感器104置于升降電機(jī)側(cè)，實(shí)時(shí)檢測(cè)升降電機(jī)轉(zhuǎn)速，并且通過(guò)超速開關(guān)的設(shè)定值來(lái)大大降低平臺(tái)的下降風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)升降速度進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有任何超速現(xiàn)象，系統(tǒng)將立即強(qiáng)制升降船作業(yè)，同時(shí)使電機(jī)剎車失電，升降電機(jī)鎖死，從而最大程度上保護(hù)平臺(tái)升降作業(yè)安全。
[0027]中央控制臺(tái)105是該自升式鉆井平臺(tái)升降控制設(shè)備的控制核心，中央控制臺(tái)105包括交互裝置151、主站控制器152、通訊模塊153和電子傾斜儀154。交互裝置151提供人機(jī)界面，接收交互指令。主站控制器152根據(jù)交互指令和運(yùn)行信號(hào)產(chǎn)生控制指令，主站控制器152還能與本地操作站107進(jìn)行互鎖。在互鎖狀態(tài)下，本地操作站107的本地指令無(wú)效，直接執(zhí)行主站控制器152的指令。在解除互鎖的狀態(tài)下，執(zhí)行本地操作站107的指令。通訊模塊153接收來(lái)自各個(gè)部件的運(yùn)行信號(hào)并發(fā)送控制指令。電子傾斜儀154檢測(cè)自升式鉆井平臺(tái)的傾斜度，在傾斜度達(dá)到預(yù)設(shè)的報(bào)警值時(shí)發(fā)出警報(bào)。
[0028]通過(guò)交互裝置151，中央控制臺(tái)105能夠?qū)崿F(xiàn)操作模式的選擇，將中央控制臺(tái)105與本地操作站107互鎖或者解除互鎖，在同一時(shí)刻只能選擇其中的一種操作方式。通過(guò)交互裝置151中央控制臺(tái)105還能夠通過(guò)齒條選擇開關(guān)來(lái)調(diào)整樁腿三個(gè)齒條高度?？傮w來(lái)說(shuō)，中央控制臺(tái)105可以通過(guò)交互裝置151實(shí)現(xiàn)的所需要的控制操作、顯示、報(bào)警、緊急停車、參數(shù)設(shè)置等功能。
[0029]主站控制器152通過(guò)通訊模塊153來(lái)采集整個(gè)自升式鉆井平臺(tái)升降控制設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)。主站控制器152實(shí)現(xiàn)輸入輸出(IO)模塊輸入信號(hào)的采集處理及輸出信號(hào)的運(yùn)算及控制，輸出相應(yīng)的控制指令并通過(guò)通訊模塊153發(fā)送到變頻柜組103和電機(jī)控制柜組106，從而實(shí)現(xiàn)升降作業(yè)的控制和對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行運(yùn)行監(jiān)控。交互裝置151和主站控制器152通過(guò)以太網(wǎng)連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速交互式傳遞。交互裝置151將系統(tǒng)的設(shè)置參數(shù)傳遞給主站控制器152進(jìn)行系統(tǒng)的操作控制，同時(shí)接收主站控制器152輸出的系統(tǒng)的所有操作信息、報(bào)警信息、故障信息等，實(shí)現(xiàn)有效的歷史數(shù)據(jù)回放和記錄，可以完整記錄下操作員的操作，以及一系列操作故障與狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)平臺(tái)的每個(gè)樁腿的所有安全數(shù)據(jù)的監(jiān)控，并且設(shè)計(jì)多種人性化操作畫面實(shí)現(xiàn)高可靠、全方位的自動(dòng)化人機(jī)交互。交互裝置151還配有不間斷電源(UPS)管理系統(tǒng)，可以確保平臺(tái)失電情況下仍舊能夠記錄數(shù)據(jù)數(shù)小時(shí)之久，從而可以行成黑匣子的效果和作用。
[0030]本實(shí)用新型在交互裝置151上還上提供了升降電機(jī)109的載荷分配操作模式，通過(guò)屏幕選擇要調(diào)整的樁腿、舷管、及單個(gè)升降電機(jī)109，通過(guò)交互裝置151的人機(jī)界面設(shè)定要達(dá)到的載荷值，然后按下RET0RQUE按鈕，所選電機(jī)接觸器閉合，通過(guò)變頻器單獨(dú)接通要調(diào)整載荷的電機(jī)，釋放相應(yīng)的制動(dòng)器，待本電機(jī)扭矩達(dá)到設(shè)定值或者未到達(dá)設(shè)定扭矩值而運(yùn)行五秒鐘后自動(dòng)停止，旋轉(zhuǎn)電機(jī)到預(yù)定載荷后退出(電機(jī)的實(shí)際載荷是通過(guò)變頻器的矢量單元自動(dòng)測(cè)量及計(jì)算的)。如果沒有達(dá)到預(yù)期設(shè)定扭矩值，可再次運(yùn)行，如達(dá)到預(yù)期扭矩值，可選擇下一個(gè)電機(jī)運(yùn)行，以此類推，使所有的電機(jī)都保持在同一個(gè)扭矩值的容許范圍內(nèi)為止，扭矩再分配操作完成。
[0031]為了防止平臺(tái)傾斜時(shí)進(jìn)行升降船而造成危險(xiǎn)的發(fā)生，在中央控制臺(tái)105內(nèi)還設(shè)置電子傾斜儀154來(lái)檢測(cè)平臺(tái)的傾斜狀況。當(dāng)平臺(tái)的傾斜度達(dá)到預(yù)設(shè)的報(bào)警值時(shí)系統(tǒng)會(huì)發(fā)出聲光警報(bào)來(lái)警示操船者；當(dāng)平臺(tái)的傾斜度達(dá)到了預(yù)設(shè)的傾斜極限值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)立即停止升降船作業(yè)。平臺(tái)的傾斜度達(dá)到了預(yù)設(shè)的傾斜極限值后，只有中央控制臺(tái)105上的操作模式選擇到OVERRIDE模式時(shí)才能進(jìn)行該樁腿的升降船作業(yè)，且只能朝著將平臺(tái)調(diào)平的方向運(yùn)行。
[0032]在圖1所示的實(shí)施例中，電機(jī)控制柜組106包括電機(jī)控制柜161和從站控制柜162。電機(jī)控制柜161接收變頻柜組103的輸出，電機(jī)控制柜161的輸出連接到升降電機(jī)109，電機(jī)控制柜161通過(guò)從站控制柜162與中央控制臺(tái)105和本地操作站107通訊。電機(jī)控制柜161的主回路輸入端連接變頻柜組103的主回路輸出端，電機(jī)控制柜161的輸出端連接升降電機(jī)109，電機(jī)控制柜161具有控制電路，包括控制相應(yīng)的升降電機(jī)109啟動(dòng)的開關(guān)、接觸器和制動(dòng)器的開關(guān)、接觸器等各種控制和保護(hù)裝置。從站控制器162通過(guò)冗余通訊方式連接到變頻柜組103、中央控制臺(tái)105和本地操作站107，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸。在正?？刂浦?，電機(jī)控制柜組106接收中央控制臺(tái)105或者本地操作站107的相應(yīng)的自動(dòng)控制指令，各個(gè)元件就會(huì)有相應(yīng)的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)升降電機(jī)109的啟動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、調(diào)速和制動(dòng)。制動(dòng)器打開的命令將通過(guò)變頻柜組103檢測(cè)輸出頻率，并滿足邏輯條件的情況下釋放。
[0033]在圖1所示的實(shí)施例中，本地操作站107包括本地負(fù)載轉(zhuǎn)移操作器171和本地舷偏差調(diào)平操作器172。本地舷偏差調(diào)平操作器172與位置編碼器通訊108，本地舷偏差調(diào)平操作器172顯示位置編碼器108采集的高度信號(hào)。本地操作站107負(fù)責(zé)采集各樁腿現(xiàn)場(chǎng)的傳感器信號(hào)，同時(shí)可以通過(guò)本地操作站107上的按鈕分布對(duì)所在樁腿的三個(gè)齒條進(jìn)行微調(diào)操作。每條樁腿的本地操作站107包括三個(gè)本地負(fù)載轉(zhuǎn)移操作器(LCC-LT)171和一個(gè)本地舷偏差調(diào)平操作箱(LCC-RPD) 172。在傳送的操作模式中，當(dāng)操作者需要將負(fù)載從抬升系統(tǒng)上傳遞到鎖緊系統(tǒng)時(shí)，需要扳動(dòng)每個(gè)制動(dòng)器的手動(dòng)釋放操作桿來(lái)打開全部的制動(dòng)器，費(fèi)時(shí)費(fèi)力而且存在一定的危險(xiǎn)性。本實(shí)用新型采用本地負(fù)載轉(zhuǎn)移操作器171的控制按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)器打開功能，實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化控制，不僅能實(shí)現(xiàn)負(fù)載從抬升系統(tǒng)傳遞到鎖緊系統(tǒng)，還提供可逆操作實(shí)現(xiàn)負(fù)載從鎖緊系統(tǒng)到抬升系統(tǒng)的傳遞，非常方便操作者，并具有很高安全性。在打開鎖緊裝置和投入鎖緊裝置的過(guò)程中需要對(duì)負(fù)荷進(jìn)行調(diào)節(jié)，此時(shí)中央控制臺(tái)105與本地操作站107解除互鎖模式，由本地操作站107進(jìn)行本地操作，此時(shí)只能使用本地負(fù)載轉(zhuǎn)移操作器(LCC-LT) 171單獨(dú)對(duì)每一個(gè)弦管進(jìn)行調(diào)節(jié)，按下上升和下降按鈕轉(zhuǎn)移負(fù)荷到鎖緊裝置。另外可以對(duì)單個(gè)剎車進(jìn)行設(shè)防，以便機(jī)械調(diào)節(jié)單個(gè)齒輪的扭矩。
[0034]在傳統(tǒng)的操作模式中，舷偏差調(diào)平都是操作者手動(dòng)用尺量每根齒條的高度，然后計(jì)算平均值，據(jù)此調(diào)整每根齒條的高度。本實(shí)用新型的升降控制系統(tǒng)通過(guò)安裝在每根齒條上的位置編碼器108采集每個(gè)齒條的高度信息并輸入到中央控制臺(tái)105，然后輸出高度值到本地舷偏差調(diào)平控制器(LCC-RPD) 172上顯示，操作者可以根據(jù)此高度信息在本地舷偏差調(diào)平操作器(LCC-RPD) 172上的控制按鈕來(lái)方便快速的進(jìn)行齒條高度調(diào)平操作。當(dāng)平臺(tái)的RPD值達(dá)到預(yù)設(shè)的報(bào)警值時(shí)系統(tǒng)會(huì)發(fā)出聲光警報(bào)來(lái)警示操船者；當(dāng)樁腿的RPD達(dá)到了預(yù)設(shè)的最大極限值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)立即停止升降船作業(yè)。當(dāng)Rro值達(dá)到了預(yù)設(shè)的極限值后，只有中央控制臺(tái)105上的操作模式選擇到OVERRIDE模式時(shí)才能進(jìn)行該樁腿的某條舷的升降船作業(yè)，且只能朝著將RH)值變小的方向運(yùn)行。同時(shí)可以根據(jù)位置編碼器108的值，來(lái)時(shí)刻監(jiān)控平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)行程，軟件程序中設(shè)定好平臺(tái)上升/下降的報(bào)警值和極限值。當(dāng)船體上升/下降的過(guò)程中達(dá)到高限報(bào)警/低限報(bào)警值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出聲光警報(bào)來(lái)警示操船者。當(dāng)平臺(tái)的上升/下降達(dá)到了預(yù)設(shè)的極限值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)立即停止升降船作業(yè)。
[0035]在圖1所示的實(shí)施例中，升降電機(jī)109是滑差變頻電機(jī)，輸入端連接電機(jī)控制柜組106，輸出端連接升降齒輪箱傳動(dòng)軸以驅(qū)動(dòng)齒條?；钭冾l電機(jī)可以根據(jù)實(shí)際情況實(shí)時(shí)調(diào)整轉(zhuǎn)速，從而在升降鉆井平臺(tái)和升降樁腿時(shí)可以采用不同的速度。在升降作業(yè)時(shí)，單個(gè)樁腿的所有升降電機(jī)109都是同時(shí)得電運(yùn)行。只有當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到所有有效升降電機(jī)109均已得電且電流均已達(dá)到了額定電流后，該樁腿的電機(jī)制動(dòng)器才會(huì)同時(shí)打開。并且，在電機(jī)控制柜組106內(nèi)增加了硬線連鎖，即使在出現(xiàn)故障的情況下，升降電機(jī)109的主接觸器不閉合，剎車控制回路將無(wú)法通電，防止在電機(jī)未工作時(shí)剎車打開。在升降電機(jī)109內(nèi)部都安裝了專用的溫控模塊跟蹤電機(jī)內(nèi)繞組的溫度，并在軟件中設(shè)置有報(bào)警及關(guān)斷兩種保護(hù)模式。針對(duì)電機(jī)超載，軟件中也有報(bào)警及關(guān)斷兩種保護(hù)模式。在電機(jī)輕微超載時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出聲音及可視報(bào)警，提醒操船人員故障的存在。在過(guò)流數(shù)值較大，超出設(shè)定的高高限制時(shí)，升降系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停止，提醒操作人員進(jìn)行故障檢修。
[0036]本實(shí)用新型提出的自升式鉆井平臺(tái)升降控制設(shè)備完全符合最新的IEC和ABS船級(jí)社設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求的范疇，采用雙冗余控制方式，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作與本地操作的互鎖操作方式，當(dāng)中央控制臺(tái)失效的情況下，本地操作站能提供應(yīng)急升降能力。升降系統(tǒng)的操作可以選擇中央控制臺(tái)操作和本地操作站進(jìn)行平臺(tái)的升降操作。其中脈沖變壓器置于鉆井平臺(tái)發(fā)電機(jī)房，變頻柜組和電機(jī)控制柜組置于鉆井平臺(tái)機(jī)艙電氣房?jī)?nèi)，制動(dòng)電阻箱可以置于鉆井平臺(tái)甲板上也可以置于平臺(tái)機(jī)艙房?jī)?nèi)。升降電機(jī)置于樁腿升降裝置的齒輪箱連接軸上，輸出扭矩驅(qū)動(dòng)平臺(tái)升降，帶超速開關(guān)的轉(zhuǎn)速傳感器置于升降電機(jī)側(cè)，檢測(cè)升降電機(jī)的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速。中央控制臺(tái)置于平臺(tái)的升降系統(tǒng)控制室內(nèi)，本地操作站置于平臺(tái)升降樁腿附件上，用來(lái)實(shí)現(xiàn)平臺(tái)升降的本地操作，同時(shí)用來(lái)采集樁腿位置編碼器信號(hào)，及時(shí)調(diào)整每個(gè)樁腿中的三個(gè)齒條位置。整個(gè)控制系統(tǒng)采用冗余通訊系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，關(guān)鍵系統(tǒng)緊停應(yīng)急部件采用硬件連接方式，實(shí)現(xiàn)機(jī)械停車功能，更好的保護(hù)整個(gè)升降系統(tǒng)機(jī)械裝置和操作人員的人身安全。
[0037]本實(shí)用新型的自升式鉆井平臺(tái)升降控制設(shè)備采用DP-PR0FIBUS及光纖組成的環(huán)形通訊網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)高速遠(yuǎn)距離信息傳輸，保證了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)響應(yīng)，大大減少了由于通訊阻塞引起的系統(tǒng)故障，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性及安全性。同時(shí)，此環(huán)形通訊網(wǎng)絡(luò)由兩條相同的主副網(wǎng)絡(luò)鏈組成，并且每條網(wǎng)絡(luò)鏈里面配備相同的冗余熱備CPU，從而組成了一個(gè)智能化熱備冗余系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)當(dāng)主網(wǎng)絡(luò)鏈出現(xiàn)物理故障(如斷線，終端損壞等)或軟件故障(如通訊阻塞，網(wǎng)絡(luò)地址錯(cuò)誤等)情況下，系統(tǒng)自動(dòng)切換到副網(wǎng)絡(luò)鏈，從而保證系統(tǒng)不間斷運(yùn)行和強(qiáng)大的容錯(cuò)性。該研究通過(guò)我們工廠的測(cè)試實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了完全的通訊冗余，也包括驅(qū)動(dòng)器通訊冗余。
[0038]本實(shí)用新型充分利用軟硬件架構(gòu)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)多層次保護(hù)，大大增強(qiáng)應(yīng)急能力，并有效提高機(jī)械裝置壽命。本保護(hù)系統(tǒng)可以分為機(jī)械停車及電氣停車的保護(hù)。機(jī)械停車意味著所屬所有電機(jī)的接觸器切斷，電機(jī)進(jìn)入自由停車狀態(tài)，同時(shí)，所有制動(dòng)器立即抱閘。電氣停車意味著當(dāng)某條件不滿足，變頻柜組自動(dòng)進(jìn)入減速-停止階段，變頻柜組輸出頻率低于設(shè)定值時(shí)，制動(dòng)器立即抱閘。本保護(hù)系統(tǒng)為閉環(huán)控制系統(tǒng)，控制精度高，安全性好。其他主要設(shè)備如制動(dòng)器、接觸器、主進(jìn)線開關(guān)等等都有監(jiān)控和保護(hù)。
[0039]本實(shí)用新型的自升式鉆井平臺(tái)升降控制設(shè)備實(shí)時(shí)采集各個(gè)升降電機(jī)以及樁腿的運(yùn)行參數(shù)，對(duì)各個(gè)升降電機(jī)進(jìn)行獨(dú)立的實(shí)時(shí)調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)平臺(tái)的升降過(guò)程的實(shí)時(shí)穩(wěn)定控制。整個(gè)升降控制設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，高效節(jié)能，平穩(wěn)驅(qū)動(dòng)，對(duì)整個(gè)平臺(tái)電網(wǎng)沖擊極小。具備高效數(shù)據(jù)傳輸、高智能化控制、高同步穩(wěn)定性的特點(diǎn)。
[0040]上述實(shí)施例是提供給熟悉本領(lǐng)域內(nèi)的人員來(lái)實(shí)現(xiàn)或使用本實(shí)用新型的，熟悉本領(lǐng)域的人員可對(duì)上述實(shí)施例做出種種修改或變化而不脫離本實(shí)用新型的實(shí)用新型思想，因而本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不被上述實(shí)施例所限，而應(yīng)該是符合權(quán)利要求書提到的創(chuàng)新性特征的最大范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種自升式鉆井平臺(tái)升降控制設(shè)備，其特征在于，包括: 升降電機(jī)，升降電機(jī)安裝在自升式鉆井平臺(tái)的樁腿上，升降電機(jī)驅(qū)動(dòng)樁腿上的齒條帶動(dòng)自升式鉆井平臺(tái)升降； 供電回路，供電回路連接到外接電源，對(duì)外接電源進(jìn)行處理后驅(qū)動(dòng)升降電機(jī)，所述供電回路包括脈沖變壓器、變頻柜組和電機(jī)控制柜組， 脈沖變壓器的一次側(cè)連接到外接電源，脈沖變壓器的二次側(cè)連接到變頻柜組； 變頻柜組接收脈沖變壓器的輸出，對(duì)脈沖變壓器的輸出進(jìn)行整流、逆變和變頻后輸出； 電機(jī)控制柜組接收變頻柜組的輸出，電機(jī)控制柜組的輸出連接到升降電機(jī)以驅(qū)動(dòng)升降電機(jī)； 控制回路，控制回路與升降電機(jī)和供電回路通訊，采集升降電機(jī)和供電回路的運(yùn)行信號(hào)，控制供電回路的輸出以驅(qū)動(dòng)升降電機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)、正向運(yùn)轉(zhuǎn)、反向運(yùn)轉(zhuǎn)、調(diào)速和制動(dòng)，所述控制回路包括中央控制臺(tái)和本地操作站， 中央控制臺(tái)與升降電機(jī)和電機(jī)控制柜組通訊，采集升降電機(jī)的運(yùn)行信號(hào)，產(chǎn)生控制指令發(fā)送給變頻柜組和電機(jī)控制柜組以控制供電回路的輸出； 本地操作站與電機(jī)控制柜組以及中央控制臺(tái)通訊，本地操作站與中央控制臺(tái)進(jìn)行互鎖操作，或者本地操作站向 電機(jī)操作柜組輸出本地操作指令控制供電回路的輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的自升式鉆井平臺(tái)升降控制設(shè)備，其特征在于，還包括: 位置編碼器，安裝在樁腿上，位置編碼器采集高度信號(hào)，位置編碼器與中央控制臺(tái)以及本地操作站通訊； 轉(zhuǎn)速傳感器，安裝在升降電機(jī)上，轉(zhuǎn)速傳感器采集升降電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)，轉(zhuǎn)速傳感器與中央控制臺(tái)通訊，轉(zhuǎn)速傳感器還連接到變頻柜組，所述轉(zhuǎn)速傳感器包括轉(zhuǎn)速編碼器和超速開關(guān)。
3.如權(quán)利要求2所述的自升式鉆井平臺(tái)升降控制設(shè)備，其特征在于，所述脈沖變壓器為十二脈波或者二十四脈波變壓器，脈沖變壓器的二次側(cè)形成四路輸出。
4.如權(quán)利要求3所述的自升式鉆井平臺(tái)升降控制設(shè)備，其特征在于，還包括制動(dòng)電阻箱； 所述變頻柜組包括四個(gè)隔離開關(guān)，每一個(gè)隔離開關(guān)獨(dú)立連接到脈沖變壓器的二次側(cè)的一路輸出； 所述變頻柜組包括整流單元、逆變單元、制動(dòng)單元和編碼單元；所述制動(dòng)單元連接到制動(dòng)電阻箱；所述編碼單元連接到轉(zhuǎn)速傳感器中的轉(zhuǎn)速編碼器。
5.如權(quán)利要求4所述的自升式鉆井平臺(tái)升降控制設(shè)備，其特征在于，所述中央控制臺(tái)包括交互裝置、主站控制器和通訊模塊； 交互裝置接收交互指令，主站控制器根據(jù)交互指令和運(yùn)行信號(hào)產(chǎn)生控制指令，通訊模塊接收運(yùn)行信號(hào)并發(fā)送控制指令。
6.如權(quán)利要求5所述的自升式鉆井平臺(tái)升降控制設(shè)備，其特征在于，所述中央控制臺(tái)還包括電子傾斜儀，電子傾斜儀檢測(cè)自升式鉆井平臺(tái)的傾斜度，在傾斜度達(dá)到預(yù)設(shè)的報(bào)警值時(shí)發(fā)出警報(bào)。
7.如權(quán)利要求5所述的自升式鉆井平臺(tái)升降控制設(shè)備，其特征在于，所述本地操作站包括本地負(fù)載轉(zhuǎn)移操作器和本地舷偏差調(diào)平操作器， 所述本地舷偏差調(diào)平操作器與位置編碼器通訊，本地舷偏差調(diào)平操作器顯示位置編碼器采集的高度信號(hào)。
8.如權(quán)利要求7所述的自升式鉆井平臺(tái)升降控制設(shè)備，其特征在于，所述電機(jī)控制柜組包括電機(jī)控制柜和從站控制柜； 電機(jī)控制柜接收變頻柜組的輸出，電機(jī)控制柜的輸出連接到升降電機(jī)，電機(jī)控制柜通過(guò)從站控制柜與中央控制臺(tái)和本地操作站通訊。
9.如權(quán)利要求8所述的自升式鉆井平臺(tái)升降控制設(shè)備，其特征在于，所述升降電機(jī)是滑差變頻電機(jī)，輸 入端連接電機(jī)控制柜組，輸出端連接升降齒輪箱傳動(dòng)軸以驅(qū)動(dòng)齒條。
【文檔編號(hào)】E02B17/08GK203729285SQ201420079173
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年2月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月24日
【發(fā)明者】蔡?hào)|偉, 張作禮, 程向陽(yáng), 劉榮華, 張葉, 胡聞嘉, 丁瑛, 湯俊杰 申請(qǐng)人:上海振華重工(集團(tuán))股份有限公司