深水勘察船提取關鍵設備運動仿真與系統(tǒng)控制.pdf

1、我國南海地區(qū),幅員遼闊,資源豐富,戰(zhàn)略位置十分重要。它不僅是在我國占重要地位的海洋漁場,同時海底蘊藏著豐富的礦產資源,尤其是石油和天然氣儲量巨大,地質學家認為,南海南沙群島的石油和天然氣十分豐富,有“第二波斯灣”的美譽,是我國重要的能源基地和交通要道,在國家海洋發(fā)展戰(zhàn)略和能源戰(zhàn)略中占據(jù)著重要地位。自上世紀七十年代以來,南海周邊多個國家覬覦南海在軍事、經(jīng)濟上日益顯要的戰(zhàn)略地位,通過與西方國家合作,在南沙海域勘探、開采油田、氣田一百多個,平

2、均每年開采石油、天然氣達1.2億噸,我國南海主權維護正面臨著日益嚴峻的挑戰(zhàn)。
　　南海海底雖然蘊藏著豐富的礦產資源,但由于我國深水勘察技術起步較晚和國家經(jīng)濟戰(zhàn)略的影響,我國南沙的石油天然氣等自然資源只能擱置開采,其它的石油天然氣等資源,如公海資源只能看著別國開采而無能為力。
　　隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展,國家的能源戰(zhàn)略逐漸由陸地轉向海洋,我國海洋的開發(fā)也日益增多,海洋深水勘察作業(yè)日趨頻繁。船體在海面上受到海風或海浪的影響,會產生多

3、個自由度的運動,繼而產生基盤鋼絲繩的收緊或放松、取樣鋼管隨船體的偏移等,對深水勘察系統(tǒng)帶來極大的附加載荷。同時鋼絲繩受到極大的拉伸應力的作用,極易導致疲勞斷裂,給深水作業(yè)船舶和工作人員帶來極大的安全隱患。因此常規(guī)的海岸勘察設備在海上將無法進行安全有效地工作,海上勘察設備需要具備波浪補償功能。解決基盤著底和取樣過程中船舶隨波浪升沉運動對基盤和取樣工作的影響,最有效的方法是在提取設備與工作平臺(船)之間安裝一套升沉補償系統(tǒng),確保對應鋼絲繩處

4、于一定的張緊狀態(tài),使提取設備不受作業(yè)平臺(船)升沉的影響而基本上保持相對靜止?，F(xiàn)有深水補償技術主要應用于海洋勘察、深海打撈等方面。通過在工作平臺或船體上使用波浪補償技術,可以保障海上作業(yè)安全、高效和可靠的進行。因此船舶升沉運動補償系統(tǒng)是海洋勘察工作走向深海的關鍵,對我國的能源戰(zhàn)略由陸地轉向海洋,高效實現(xiàn)海上勘察有著深遠意義。
　　本論文根據(jù)南海海況和地貌特征,設計服務南海深水工程勘察船的波浪補償系統(tǒng),研究的總體目標是實現(xiàn)波浪補償?shù)?/p>

5、系統(tǒng)控制,對波浪補償在整個工作過程進行監(jiān)測、控制。設計補償系統(tǒng)的液壓控制系統(tǒng),確定液壓元件的參數(shù),并完成對被動型和主動型波浪補償?shù)南到y(tǒng)仿真,利用Pro/E建立深水勘察船波浪補償系統(tǒng)的三維模型,完成對其運動特性的仿真分析以驗證其運動平穩(wěn)性,以及完成 PLC系統(tǒng)控制及人機界面的設計,實現(xiàn)對整個波浪補償過程的控制和監(jiān)控。
　　論文首先根據(jù)被動和主動型波浪補償?shù)脑怼⒆鳂I(yè)海況等設計深水勘察船勘察補償方案,并對系統(tǒng)方案中被動波浪補償液壓控制

6、系統(tǒng)和主動波浪補償液壓控制系統(tǒng)進行詳細設計。通過泵控型方案和閥控型方案的對比分析,選擇閥控型方案作為本系統(tǒng)的終選方案。然后確定液壓系統(tǒng)的參數(shù)、建立被動和主動型波浪補償系統(tǒng)控制模型,用Matlab/simulink完成對被動型和主動型波浪補償?shù)南到y(tǒng)仿真,仿真的結果表明控制系統(tǒng)設計合理,系統(tǒng)具有良好靜動態(tài)特性,補償精度高。利用三維實體軟件Pro/E建立深水勘察船波浪補償系統(tǒng)的模型;應用運動仿真軟件對其動態(tài)進行仿真,并繪制出動態(tài)速度的變化曲線

7、,然后分析整體的動態(tài)平穩(wěn)性。構建整體控制方案,根據(jù)深水勘察船波浪補償控制系統(tǒng)高精度、智能化的控制要求,設計一套基于Siemens S7-300 PLC的波浪補償集中控制系統(tǒng),以滿足波浪補償控制系統(tǒng)的響應速度,并完成該控制系統(tǒng)的硬件和軟件的設計。采用MCGS監(jiān)控組態(tài)軟件設計了波浪補償控制系統(tǒng)的實時監(jiān)控系統(tǒng),該系統(tǒng)具有監(jiān)控顯示,參數(shù)設置,實時曲線顯示,歷史曲線顯示,歷史數(shù)據(jù)保存、查詢和導出,數(shù)據(jù)采集與處理,超限報警等功能。該監(jiān)控系統(tǒng)具有良好