全集成自動(dòng)化海洋平臺(tái)吊機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究

徐 杰，張青鋒，劉啟蒙，李磊，王博芳

（1.中海石油（中國(guó)）有限公司深圳分公司，深圳 518067；2.寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司，寶雞 721002）

?

全集成自動(dòng)化海洋平臺(tái)吊機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究

徐 杰1，張青鋒2，劉啟蒙2，李磊2，王博芳2

（1.中海石油（中國(guó)）有限公司深圳分公司，深圳 518067；2.寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司，寶雞 721002）

摘 要：智能控制與安全保護(hù)是全集成自動(dòng)化海洋平臺(tái)吊機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)。該套全集成自動(dòng)化海洋平臺(tái)吊機(jī)控制系統(tǒng)主要是由主控系統(tǒng)iCrane、柴油機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)、載荷轉(zhuǎn)矩指示系統(tǒng)LMIS、閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)CCTV等4個(gè)子系統(tǒng)組成，包括信號(hào)采集、運(yùn)動(dòng)控制、監(jiān)測(cè)報(bào)警、安全保護(hù)等7個(gè)功能模塊。通過(guò)研究控制系統(tǒng)架構(gòu)與工作原理，功能模塊具體實(shí)現(xiàn)方法等，詳細(xì)設(shè)計(jì)出一套高度集成的一體式操控臺(tái)，應(yīng)用于40t常規(guī)型鋼絲繩變幅海洋平臺(tái)吊機(jī)，使該產(chǎn)品的自動(dòng)化、集成度達(dá)到同類產(chǎn)品先進(jìn)水平。

關(guān)鍵詞：海洋平臺(tái)吊機(jī)；全集成自動(dòng)化；智能控制；安全保護(hù)；一體式操控臺(tái)

0　引言

海洋平臺(tái)吊機(jī)是海洋鉆采平臺(tái)及工程船舶配套的特種起吊作業(yè)設(shè)備，在海洋工程和海上油田開(kāi)發(fā)中有著重要作用［1］。集成自動(dòng)化控制系統(tǒng)是海洋平臺(tái)吊機(jī)的關(guān)鍵組成部分，吊機(jī)的所有功能和動(dòng)作都是通過(guò)控制系統(tǒng)進(jìn)行操作、監(jiān)測(cè)及控制，因此控制系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化、集成化程度是海洋平臺(tái)吊機(jī)先進(jìn)性的集中體現(xiàn)。現(xiàn)階段海洋平臺(tái)吊機(jī)控制系統(tǒng)正逐步發(fā)展成為包含動(dòng)力供配、信號(hào)采集、運(yùn)動(dòng)控制、安全保護(hù)、監(jiān)測(cè)報(bào)警等多功能為一體的高度集成系統(tǒng)，充分考慮吊機(jī)的環(huán)境要求、整體布局、安全功能配置、現(xiàn)場(chǎng)操作習(xí)慣等多種因素。海洋平臺(tái)吊機(jī)依據(jù)其應(yīng)用場(chǎng)所、作業(yè)載荷工況的不同，可派生出多種形式和種類，本文針對(duì)40t鋼絲繩變幅常規(guī)型海洋平臺(tái)吊機(jī)，設(shè)計(jì)了全集成自動(dòng)化控制系統(tǒng)，在海洋平臺(tái)吊機(jī)系列產(chǎn)品中具有先進(jìn)性和代表性。

1　全集成自動(dòng)控制系統(tǒng)組成

海洋平臺(tái)吊機(jī)需要安全可靠的控制系統(tǒng)滿足多種復(fù)雜工況要求［2～4］，涵蓋變幅、回轉(zhuǎn)、提升下放等常規(guī)工況，載人及恒張力等特殊工況，在系統(tǒng)出現(xiàn)單一錯(cuò)誤時(shí)，例如電源失效或信號(hào)丟失，吊機(jī)禁止出現(xiàn)整體或部分失控的情況，同時(shí)具備日志記錄功能，能夠記錄并保存故障、操作時(shí)間等信息。控制系統(tǒng)由多種設(shè)備和元件組成，如圖1所示。平臺(tái)供電通過(guò)電氣滑環(huán)（圖1序號(hào)7）轉(zhuǎn)接至吊機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)面上，進(jìn)入動(dòng)力源和配電柜（圖1序號(hào)3），動(dòng)力源可以為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)或電機(jī)，本文以柴油發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力源，在平臺(tái)不提供外部電源的情況下，吊機(jī)仍然能夠得到必要的動(dòng)力，所需電能由發(fā)動(dòng)機(jī)蓄電池提供。柴油機(jī)監(jiān)視與控制分為本地和遠(yuǎn)程兩種模式，機(jī)械本體和控制臺(tái)均安裝有綜合儀表顯示器、啟停開(kāi)關(guān)、調(diào)速手柄、急停開(kāi)關(guān)等，并設(shè)有切換開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換操作模式。配電柜主要負(fù)責(zé)吊機(jī)主電源分配，為液壓系統(tǒng)（圖1序號(hào)2）、集成控制臺(tái)（圖1序號(hào)5）等供電。集成控制臺(tái)是吊機(jī)系統(tǒng)神經(jīng)中樞，吊機(jī)的4組控制器套件都安裝于此，控制臺(tái)為一體化高度集成設(shè)計(jì)，充分應(yīng)用人機(jī)工程學(xué)。海洋平臺(tái)吊機(jī)控制系統(tǒng)配備了多種傳感檢測(cè)元件：風(fēng)速儀（圖1序號(hào)1）實(shí)時(shí)檢測(cè)風(fēng)速，在控制臺(tái)觸摸屏上顯示數(shù)值；液壓系統(tǒng)（圖1序號(hào)2）包含油溫、油位、壓力等多種傳感控制元件，還包含有多種電磁控制閥和大功率加熱器等；變幅絞車檢測(cè)裝置（圖1序號(hào)4）和主、輔絞車檢測(cè)裝置（圖1序號(hào)9）結(jié)構(gòu)類似，都是絕對(duì)值編碼器加機(jī)械式凸輪旋轉(zhuǎn)限位開(kāi)關(guān)的組合套件，完成鋼絲繩位移檢測(cè)和安全保護(hù)等功能。回轉(zhuǎn)編碼器（圖1序號(hào)8）檢測(cè)吊機(jī)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。照明系統(tǒng)（圖1序號(hào)10）分4路控制，分別開(kāi)關(guān)吊機(jī)不同部位的照明支路。將吊機(jī)每個(gè)金屬結(jié)構(gòu)件通過(guò)專用接地電纜連接為完整接地系統(tǒng)（圖1序號(hào)11），接地電阻小于4Ω，保障人身安全。

圖1　全集成自動(dòng)控制系統(tǒng)示意圖

2　子系統(tǒng)架構(gòu)

吊機(jī)控制系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示，共包含4組子系統(tǒng)，分別為主控系統(tǒng)iCrane、柴油機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)、載荷轉(zhuǎn)矩指示系統(tǒng)LMIS（load-moment indicator system）、閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)CCTV（Closed Circuit Television）；4組子系統(tǒng)的控制器套件各自帶有相對(duì)獨(dú)立的處理器和顯示單元，可進(jìn)行信息交換。

圖2　子系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

主控系統(tǒng)iCrane采用西門子SIPLUS型S7-300系列PLC，通過(guò)Profinet連接精智觸摸面板TP1200，便于維護(hù)擴(kuò)展。控制形式為硬冗余設(shè)計(jì)，若發(fā)生PLC軟件失效等特殊情況可切換至旁路繼電器硬件控制模式，安全可靠性高。操作元件為觸摸屏上的軟控件和座椅扶手處開(kāi)關(guān)、按鈕等物理硬件。采用兩只霍爾比例輸出全電控香蕉形操作手柄，帶一個(gè)頂部按鈕，具有操作保護(hù)功能，自動(dòng)回中位。左手柄設(shè)計(jì)為雙軸控制，Y軸控制變幅，X軸控制回轉(zhuǎn)，可斜推操作，使Y軸、X軸輸出信號(hào)可同時(shí)發(fā)出；右手柄設(shè)為單軸Y控制，用于控制吊鉤提升下放。

柴油機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的元件包集成于主控系統(tǒng)中，軟件又獨(dú)立于主控系統(tǒng)之外，控制信號(hào)與柴油機(jī)自帶ECM（電子控制模塊）交互傳遞。

載荷轉(zhuǎn)矩指示系統(tǒng)LMIS提供吊鉤載荷、載荷半徑和起重機(jī)安全工作載荷信息，配有聲音報(bào)警和可視報(bào)警。用戶需預(yù)設(shè)額定載荷圖表。LMIS設(shè)計(jì)為嵌入式處理系統(tǒng)，配高防護(hù)等級(jí)觸摸顯示屏，實(shí)時(shí)檢測(cè)吊機(jī)正常工作、滿載、超載、變幅超限等工作狀態(tài)，在控制器中測(cè)算吊機(jī)與設(shè)計(jì)力矩曲線的偏差，顯示、判斷危險(xiǎn)工況并報(bào)警，以便做出過(guò)載保護(hù)等安全措施。圖3 是LMIS傳感器布局示意圖：角度儀（圖3序號(hào)1）檢測(cè)吊機(jī)變幅角度，直接傳送角度模擬值到LMIS控制器；A2B限位開(kāi)關(guān)（圖3序號(hào)2、3）是防碰保護(hù)檢測(cè)元件，通過(guò)機(jī)械式重錘感知吊鉤碰撞；板式拉力計(jì)用來(lái)測(cè)主鉤鋼絲繩拉力（圖3序號(hào)4）；測(cè)力銷用來(lái)測(cè)輔鉤吊重（圖3序號(hào)5）。

圖3　LMIS傳感器布局圖

閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)CCTV：變幅絞車上部安裝一臺(tái)自動(dòng)調(diào)焦網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，用于監(jiān)測(cè)變幅絞車工作情況。吊臂頭部安裝一臺(tái)自動(dòng)調(diào)焦網(wǎng)絡(luò)防爆攝像機(jī)，用于監(jiān)控吊鉤的工作情況，該攝像頭隨著吊臂的起升能夠自動(dòng)調(diào)整鏡頭角度，使鏡頭始終垂直向下對(duì)準(zhǔn)起吊貨物。室內(nèi)安裝8.4寸液晶監(jiān)視器，帶遮光板，有背光功能，安裝角度可調(diào)節(jié)，可任意切換畫面，可控制鏡頭變倍變焦。

3　控制系統(tǒng)功能模塊

圖4是控制系統(tǒng)功能模塊圖，海洋平臺(tái)吊機(jī)全集成自動(dòng)化控制系統(tǒng)共設(shè)計(jì)有7大功能模塊。

圖4　控制系統(tǒng)功能模塊示意圖

3.1電力供配

電力供配單元負(fù)責(zé)吊機(jī)所有電源的配送。設(shè)有雙電源自投自復(fù)切換開(kāi)關(guān)，自動(dòng)切換平臺(tái)常用電源和應(yīng)急電源。設(shè)計(jì)為兩級(jí)保護(hù)，下級(jí)支路短路跳閘不影響上級(jí)電網(wǎng)及其他支路。上級(jí)總斷路器帶三段保護(hù)電子脫扣單元，可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)延時(shí)、短延時(shí)、瞬時(shí)保護(hù)，下級(jí)斷路器為瞬時(shí)和長(zhǎng)延時(shí)兩段保護(hù)。在用戶要求的位置配備分勵(lì)線圈，通過(guò)安全繼電器可以實(shí)現(xiàn)緊急斷電。配電柜和控制柜柜門上均設(shè)有機(jī)械式旋鈕開(kāi)關(guān)，方便合閘和脫扣。大功率加熱器用于在寒冷工況下加熱設(shè)備，從而保證吊機(jī)正常工作，可設(shè)為自動(dòng)和手動(dòng)兩種操作模式。傳感元件供電均由電源轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)為所需電制，并留有一定余量，便于擴(kuò)展升級(jí)。

3.2信號(hào)采集

信號(hào)采集分別采用通信總線和普通I/O兩種形式。現(xiàn)場(chǎng)通信總線采用Profibus-DP組網(wǎng)，由iCrane系統(tǒng)CPU自帶端口依次連接回轉(zhuǎn)編碼器、變幅絞車編碼器、主/輔絞車編碼器。上層通信網(wǎng)絡(luò)采用Profinet，觸摸屏以及調(diào)試所用編程器均通過(guò)此網(wǎng)絡(luò)連接PLC，CPU自帶兩端口交換機(jī)，調(diào)試下載程序無(wú)需增加網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。數(shù)字量輸入信號(hào)來(lái)源于操作控制臺(tái)元件和現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)量傳感器，開(kāi)關(guān)量傳感器包括主/輔絞車及變幅絞車凸輪旋轉(zhuǎn)限位開(kāi)關(guān)、液壓系統(tǒng)過(guò)濾器堵塞開(kāi)關(guān)、鎖定裝置接近開(kāi)關(guān)等。模擬量輸入信號(hào)來(lái)自操作手柄和液壓系統(tǒng)壓力、溫度、液位傳感器等，手柄信號(hào)為1V～5V電壓信號(hào)，其他模擬量傳感器統(tǒng)一為4mA～20mA電流信號(hào)。

3.3運(yùn)動(dòng)控制

運(yùn)動(dòng)執(zhí)行命令均由主控系統(tǒng)iCrane發(fā)出，包含繼電器純硬件控制和軟件觸發(fā)兩種自動(dòng)控制形式。其中軟件存貯于S7-300系列控制器和觸摸屏中。吊機(jī)執(zhí)行動(dòng)作在信號(hào)有效采集的基礎(chǔ)上依靠PLC發(fā)送多種輸出信號(hào)，激發(fā)或控制相關(guān)元件進(jìn)行動(dòng)作，數(shù)字量輸出信號(hào)傳送給指示元件、開(kāi)關(guān)閥、繼電器和放大器使能端口。模擬量輸出信號(hào)控制比例閥放大器增益，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制，同時(shí)使吊機(jī)能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)速度，具有很強(qiáng)的靈活性，這是本控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一大亮點(diǎn)。運(yùn)動(dòng)控制功能實(shí)現(xiàn)方法如下：

1）預(yù)選主/輔鉤：主鉤和輔鉤不能同時(shí)工作。使用三位旋鈕開(kāi)關(guān)：當(dāng)開(kāi)關(guān)扳到“主鉤”，對(duì)主絞車進(jìn)行操作，當(dāng)開(kāi)關(guān)扳到“輔鉤”，對(duì)輔絞車進(jìn)行操作，不操作時(shí)開(kāi)關(guān)處于中間位置。主/輔鉤選擇開(kāi)關(guān)信號(hào)輸出給LMIS。

2）主/輔鉤提升、下放及變速：當(dāng)三位選擇開(kāi)關(guān)“主/輔鉤選擇”扳到任意一邊時(shí)（默認(rèn)情況下在中間位置），右手柄對(duì)相應(yīng)的絞車進(jìn)行操作，當(dāng)按下手柄的使能按鈕時(shí)，相應(yīng)絞車指示燈亮。運(yùn)動(dòng)控制原理如圖5所示，操作手柄將位置信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳遞給PLC，AI（模擬量輸入模塊）捕捉手柄信號(hào)，經(jīng)過(guò)CPU運(yùn)算處理后通過(guò)AO（模擬量輸出模塊）傳送給功率放大器，放大器驅(qū)動(dòng)電磁閥，電磁閥調(diào)節(jié)流量控制液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，液壓馬達(dá)帶動(dòng)絞車，絞車上配有的編碼器可實(shí)時(shí)測(cè)算出絞車轉(zhuǎn)速反饋給PLC，CPU進(jìn)一步計(jì)算并自動(dòng)調(diào)節(jié)放大器輸出，此方法不僅可以達(dá)到手柄后拉提升，前推下放的功能，同時(shí)還可以自動(dòng)調(diào)節(jié)鉤速。

圖5　運(yùn)動(dòng)控制原理圖

3）吊臂起升、下放（變幅）及變速：對(duì)座椅上左手柄Y軸方向進(jìn)行操作，當(dāng)按下手柄的使能按鈕并沿Y軸方向操作手柄時(shí)，變幅指示燈亮起，控制原理同前2），通過(guò)控制變幅絞車實(shí)現(xiàn)吊臂的起升和下放。后拉手柄，吊臂起升；前推手柄，吊臂下放；其中手柄與中位的距離代表了吊臂起升或下放的速度，距離越大表面速度越大。

4）吊機(jī)回轉(zhuǎn)及變速：對(duì)左手柄X軸方向操作，控制回轉(zhuǎn)馬達(dá)實(shí)現(xiàn)吊機(jī)整體左右旋轉(zhuǎn)。當(dāng)按下左手柄的使能按鈕并沿X軸方向操作手柄時(shí)，回轉(zhuǎn)指示燈點(diǎn)亮，控制原理同2）。左推手柄，吊機(jī)左轉(zhuǎn)；右推手柄，吊機(jī)右轉(zhuǎn)；其中手柄與中位的距離代表了吊機(jī)旋轉(zhuǎn)的速度，距離越大表明吊機(jī)旋轉(zhuǎn)的速度越大。

5）恒張力控制：恒張力系統(tǒng)為了減緩和消除舷外作業(yè)時(shí)船體升沉運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的載荷變化沖擊［5］。只有輔鉤具有恒張力功能，主絞車工作時(shí)恒張力功能失效。操作座椅右扶手上的“恒張力系統(tǒng)”選擇開(kāi)關(guān)，并按下右手柄頂部按鈕，恒張力系統(tǒng)激活，點(diǎn)亮恒張力指示燈。iCrane觸摸屏彈出恒張力操作畫面，并在滿足恒張力釋放條件時(shí)做出提示。

6）載人功能：當(dāng)?shù)鯔C(jī)需要載人時(shí)，恒張力功能不可啟動(dòng)或立即失效。只有輔鉤具有載人功能。載人選擇開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，點(diǎn)亮載人指示燈，電控系統(tǒng)設(shè)定超速報(bào)警，鉤速超過(guò)25m/min報(bào)警。當(dāng)載重超過(guò)15kN時(shí)，載人功能停止，并發(fā)出超載報(bào)警。選擇載人功能后，iCrane電控系統(tǒng)向LMIS發(fā)出一個(gè)“載人功能已經(jīng)啟動(dòng)”的數(shù)字信號(hào)。

3.4安全保護(hù)

本控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)了多重安全保護(hù)措施，有效提高了吊機(jī)整體的安全可靠性。具體包括：

1）急停保護(hù)：分為電控急停和系統(tǒng)急停。電控急停負(fù)責(zé)切斷PLC、觸摸屏、電磁閥等運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備的電源，保障人身安全。系統(tǒng)急停切斷一切電源，人員緊急撤離逃生。

2）主/輔絞車、變幅絞車鋼絲繩5圈保護(hù)：保證絞車到達(dá)滾筒預(yù)留纏繩5圈時(shí)，停止出繩，控制臺(tái)蜂鳴器高頻報(bào)警。此時(shí)，主/輔絞車、變幅絞車下放對(duì)應(yīng)的比例放大器自動(dòng)取消激活，對(duì)應(yīng)的電磁閥失電。

3）主/輔鉤防碰保護(hù)：當(dāng)主/輔鉤離上端定滑輪中心接近3m時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)比例放大器增益控制主/輔鉤上升速度減慢，此時(shí)主/輔鉤提升未達(dá)到極限位置，還可以繼續(xù)提升，控制臺(tái)低頻報(bào)警；當(dāng)LMIS的A2B限位開(kāi)關(guān)信號(hào)被觸發(fā)，表明主/輔鉤提升已到達(dá)極限位置，此時(shí)控制臺(tái)高頻報(bào)警，同時(shí)主/輔鉤提升對(duì)應(yīng)的比例放大器自動(dòng)取消激活，電磁閥失電，停止主/輔鉤提升。

4）變幅位置保護(hù)：吊臂上升到78°時(shí)低頻報(bào)警，調(diào)節(jié)比例放大器增益減慢變幅絞車起升速度，吊臂上升到82.5°時(shí)高頻報(bào)警，自動(dòng)停止變幅絞車上行，此時(shí)只能下放。吊臂下降到5°時(shí)，電控系統(tǒng)低頻報(bào)警，并控制變幅絞車下放速度減速，吊臂下降到-9.5°時(shí)，電控系統(tǒng)高頻報(bào)警，并自動(dòng)停止變幅絞車的下行，此時(shí)只能上行。此功能由高可靠性機(jī)械式凸輪旋轉(zhuǎn)限位開(kāi)關(guān)標(biāo)定位置。

5）系統(tǒng)過(guò)載保護(hù)：LMIS通過(guò)板式拉力計(jì)和測(cè)力銷測(cè)量負(fù)載的實(shí)際重量并與預(yù)設(shè)的負(fù)載曲線進(jìn)行比較，當(dāng)實(shí)際負(fù)載為額定負(fù)載的90%和110%時(shí)，分別給iCrane電控系統(tǒng)提供開(kāi)關(guān)量信號(hào)。當(dāng)實(shí)際負(fù)載為額定負(fù)載的90%時(shí)，電控系統(tǒng)低頻報(bào)警，110%時(shí)，高頻報(bào)警，同時(shí)停止吊機(jī)當(dāng)前動(dòng)作。

6）吊機(jī)超限撤銷功能：吊機(jī)超限撤銷功能包括負(fù)載超限撤銷、吊臂高低位超限撤銷以及鋼絲繩最后5圈保護(hù)撤銷。操作員按下“過(guò)載撤銷按鈕”時(shí)，可忽略超限保護(hù)進(jìn)一步操作吊機(jī)，按鈕按下10分鐘之后，如果吊機(jī)還處于超限狀態(tài)，則再次停止吊機(jī)。

7）吊機(jī)鎖定保護(hù)：當(dāng)不使用吊機(jī)時(shí)，在固定底座上面插入回轉(zhuǎn)銷固定吊機(jī)，回轉(zhuǎn)銷插入鎖孔內(nèi)達(dá)到一定深度，鎖定傳感裝置反饋一個(gè)開(kāi)關(guān)量信號(hào)，表明吊機(jī)已經(jīng)鎖定。此時(shí)，吊機(jī)的任何操作均無(wú)效。

8）回轉(zhuǎn)區(qū)域保護(hù)：即扇形區(qū)域保護(hù)，變幅角小于70°時(shí)，可設(shè)定回轉(zhuǎn)區(qū)域保護(hù)功能，用于限制吊機(jī)的工作區(qū)域，吊機(jī)出廠默認(rèn)狀態(tài)可以設(shè)為360°旋轉(zhuǎn)，通過(guò)觸摸屏上的“區(qū)域保護(hù)功能”界面對(duì)吊機(jī)進(jìn)行區(qū)域設(shè)置，以吊機(jī)回轉(zhuǎn)中心為原點(diǎn)輸入兩個(gè)對(duì)角坐標(biāo)點(diǎn)，建立吊機(jī)工作區(qū)塊。在吊機(jī)工作位置接近保護(hù)區(qū)域限制值時(shí)，吊機(jī)自動(dòng)減慢回轉(zhuǎn)速度，電控系統(tǒng)低頻報(bào)警。此功能可以由用戶管理員設(shè)置生效或撤銷。

9）手柄誤操作保護(hù)：由于液壓系統(tǒng)的慣性和滯后性，當(dāng)手柄信號(hào)變化過(guò)快時(shí)，液壓系統(tǒng)中的比例閥跟隨電控信號(hào)動(dòng)作，對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)和液壓管線造成沖擊，嚴(yán)重影響吊機(jī)壽命。加入手柄信號(hào)斜坡保護(hù)功能，將手柄信號(hào)的變化率控制在一個(gè)斜坡內(nèi)，能防止手柄誤操作對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生沖擊。該功能響應(yīng)手柄動(dòng)作時(shí)間為2.5s，即在2.5s內(nèi)手柄信號(hào)變化超過(guò)設(shè)定值，則觸發(fā)該功能，否則按手柄原始輸入信號(hào)操作吊機(jī)。

3.5監(jiān)測(cè)報(bào)警

控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控吊機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和各項(xiàng)參數(shù)，分主次兩級(jí)畫面顯示，主畫面主要監(jiān)視液壓油箱溫度、液壓油箱油位、風(fēng)速以及強(qiáng)風(fēng)報(bào)警、各運(yùn)動(dòng)速度等。次級(jí)畫面主要監(jiān)視各項(xiàng)工作壓力和運(yùn)行時(shí)間。為防止吊機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中突然停止對(duì)系統(tǒng)造成沖擊，電控系統(tǒng)強(qiáng)制停止相應(yīng)功能之前均有預(yù)報(bào)警功能，此時(shí)HMI顯示黃色預(yù)警文本，同時(shí)系統(tǒng)發(fā)出低頻報(bào)警聲。當(dāng)達(dá)到停止條件時(shí)，電控系統(tǒng)立即停止相應(yīng)功能，并高頻報(bào)警。在預(yù)報(bào)警過(guò)程中，電控系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)速度保護(hù)功能，根據(jù)當(dāng)前運(yùn)動(dòng)的速度進(jìn)行減速，設(shè)定速度值為相應(yīng)滿負(fù)荷最大速度的30%，如果當(dāng)前速度大于設(shè)定值，則減速到設(shè)定值；如果當(dāng)前速度小于設(shè)定值，則不發(fā)生變化。速度保護(hù)功能涉及主/輔鉤提升下放、變幅和回轉(zhuǎn)。

3.6中央集成控制

本吊機(jī)控制系統(tǒng)采用中央集成控制，僅有少量設(shè)備另設(shè)有本地操作，如吊臂走道燈開(kāi)關(guān)，柴油機(jī)相關(guān)操作

【】【】等。一體化中央全集成控制臺(tái)是本控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的又一大亮點(diǎn)，將所有常規(guī)操作及指示元件、顯示屏、柴油機(jī)遠(yuǎn)程控制套件，雨刷控制套件等均集成于控制臺(tái)座椅扶手處，極大的節(jié)省了安裝空間，結(jié)構(gòu)緊湊美觀，符合人機(jī)工程學(xué)，擴(kuò)大了操作者活動(dòng)空間和視野，提高了用戶使用舒適度。所有按鈕、鑰匙開(kāi)關(guān)、指示燈等電氣元件按照系統(tǒng)功能和操作者使用習(xí)慣劃定安裝區(qū)塊，集中但層次分明，均設(shè)計(jì)有中英文醒目標(biāo)識(shí)，元件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)充分考慮防止誤操作。圖6為集成控制臺(tái)。

圖6　集成式一體化操控臺(tái)

3.7輔助功能

輔助功能主要包括日志記錄、維護(hù)提醒、輔助通訊等。對(duì)吊機(jī)發(fā)生的重要事件及時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行記錄，例如開(kāi)機(jī)、斷電、模式選擇等，并可以對(duì)歷史事件和系統(tǒng)報(bào)警信息進(jìn)行查詢。累計(jì)吊機(jī)的工作時(shí)間，到達(dá)預(yù)設(shè)時(shí)間提醒用戶維護(hù)設(shè)備，例如更換鋼絲繩等。除此以外，配備有多種輔助通訊設(shè)備：操作員可以使用VHF座式對(duì)講機(jī)、手持對(duì)講機(jī)等與甲板上人員進(jìn)行通話，還可以使用PA喊話系統(tǒng)通過(guò)麥克風(fēng)及揚(yáng)聲器傳送語(yǔ)言。

4　結(jié)束語(yǔ)

本文所述全集成自動(dòng)控制系統(tǒng)已在寶石機(jī)械公司試制的40t鋼絲繩變幅海洋平臺(tái)吊機(jī)上得到成功應(yīng)用與試驗(yàn)，試驗(yàn)?zāi)M了各項(xiàng)常規(guī)作業(yè)工況、舷外恒張力控制、各類安全保護(hù)等，試驗(yàn)效果優(yōu)良［6］。作為海洋平臺(tái)吊機(jī)的核心指揮部件，自動(dòng)化控制系統(tǒng)發(fā)揮著非常重要的作用，充分保障了吊機(jī)有效操作和監(jiān)控等方面的性能，使系統(tǒng)安全可靠性大幅度提高。自動(dòng)化、集成化、智能化勢(shì)必成為海洋平臺(tái)吊機(jī)控制系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 徐小鵬，王定亞，王書峰，等.海洋平臺(tái)吊機(jī)關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)研究［J］.石油機(jī)械，2013，41（6）：54-58.

［2］ American Petroleum Institut.specification for offshore pedestal mounted crane［S］.2004.

［3］ 周鳳星，程耕國(guó)，周志裕.海洋石油鉆井平臺(tái)吊機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)［J］.控制工程，2003（5）：472-473，477.

［4］ 中國(guó)船級(jí)社.船舶與海上設(shè)施起重設(shè)備規(guī)范［M］.北京：人民交通出版社，2007：35-55.

［5］ 鄢華林，姜飛龍.海洋平臺(tái)吊機(jī)波浪補(bǔ)償系統(tǒng)研究［J］.液壓與氣動(dòng)，2011（2）：22-25.

［6］ 《中國(guó)水運(yùn)》編輯部.寶石機(jī)械40噸海洋平臺(tái)吊機(jī)完成試驗(yàn)［J］.中國(guó)水運(yùn)，2014（4）：61.

Research on key technologies of TIA offshore platform crane

XU Jie1， ZHANG Qing-feng2， LIU Qi-meng2， LI Lei2， WANG Bo-fang2

中圖分類號(hào)：TE952

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-0134（2016）05-0005-05

收稿日期：2016-01-19

基金項(xiàng)目：中國(guó)石油裝備制造分公司項(xiàng)目 ：海洋平臺(tái)吊機(jī)研制（Y-09K900010）

作者簡(jiǎn)介：徐杰（1970 -），女，遼寧人，工程師，碩士，主要從事海洋石油平臺(tái)建造的工作。