水下多功能作業(yè)機(jī)具控制系統(tǒng)研究.pdf

1、海洋中蘊(yùn)藏著豐富的油氣資源，隨著深海采油技術(shù)的進(jìn)步，越來越多的海洋可以被人類開發(fā)，海上鉆井平臺(tái)和海底石油管道不斷增多。由于海洋環(huán)境的特殊性，海底石油管道容易發(fā)生破壞，而且破壞之后需要用特殊定制的設(shè)備進(jìn)行維修。我國在海洋石油管道應(yīng)急維修設(shè)備方面與國外存在較大差距。本文針對(duì)國內(nèi)研制的用于水下管道應(yīng)急維修的水下多功能作業(yè)機(jī)具的控制系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的研究，根據(jù)機(jī)具的作業(yè)要求和特點(diǎn)，確定了多功能作業(yè)機(jī)具控制系統(tǒng)的總體組成，設(shè)計(jì)了一套完整的控制系統(tǒng)，

2、并通過調(diào)試驗(yàn)證了控制系統(tǒng)的功能，完成了一套樣機(jī)的研制。
　　本文通過對(duì)水下多功能作業(yè)機(jī)具本體機(jī)械結(jié)構(gòu)及液壓系統(tǒng)和作業(yè)流程的分析，進(jìn)而確定一個(gè)適合多功能作業(yè)機(jī)具的總體控制方案。給出控制系統(tǒng)的硬件和軟件實(shí)現(xiàn)方法：根據(jù)多功能機(jī)具的工作特點(diǎn)，確定多功能機(jī)具控制系統(tǒng)的硬件采用工控機(jī)和可編程邏輯控制器PLC來實(shí)現(xiàn)；上位機(jī)界面采用西門子公司的Wincc組態(tài)軟件設(shè)計(jì)。詳細(xì)分析了多功能機(jī)具控制系統(tǒng)的主要功能。然后對(duì)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵硬件進(jìn)行選型計(jì)算，并

3、對(duì)控制箱的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
　　根據(jù)多功能作業(yè)機(jī)具的控制要求，詳細(xì)介紹多功能作業(yè)機(jī)具控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方法。針對(duì)Wincc與200PLC不能直接通信的問題，基于OPC接口技術(shù)間接實(shí)現(xiàn)上位機(jī)Wincc和下位機(jī)PLC之間的以太網(wǎng)通信。接著對(duì)主要下位機(jī)程序進(jìn)行設(shè)計(jì)。多功能機(jī)具在水下作業(yè)，完全依靠人機(jī)交互界面實(shí)現(xiàn)控制，針對(duì)多功能作業(yè)機(jī)具的作業(yè)特點(diǎn)，提出上位機(jī)界面的功能要求，并在西門子公司的Wincc平臺(tái)上進(jìn)行人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)。
　　

4、首先針對(duì)仿尺蠖爬行機(jī)構(gòu)中的一對(duì)對(duì)同步性要求較高的雙液壓缸，研究一套兩個(gè)液壓缸同步控制的策略。通過對(duì)常用的多液壓缸同步控制方式的分析，確定本文的雙液壓缸采用主從式控制方式，然后建立液壓缸系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)從液壓缸的模糊PID控制器，并在Matlab的Simulink里建立主從液壓缸系統(tǒng)模型并仿真分析，結(jié)果表明本文設(shè)計(jì)的雙液壓缸主從同步控制效果較好；其次針對(duì)管道倒角質(zhì)量不均勻問題，首先分析誤差產(chǎn)生的原因，接著提出一種求解夾具定心誤差的方法

5、，然后根據(jù)計(jì)算得到的誤差軌跡，設(shè)計(jì)一套軌跡預(yù)處理算法來消除軌跡誤差。同時(shí)為了降低刀具加減速運(yùn)動(dòng)階段對(duì)工件和刀具以及機(jī)具造成的影響，又設(shè)計(jì)一種比較平穩(wěn)的刀具加減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并在AMESim軟件里對(duì)刀具運(yùn)動(dòng)進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果表明該方法是合理的。
　　為了驗(yàn)證多功能機(jī)具控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性，在陸地上做了控制系統(tǒng)各部分功能的調(diào)試實(shí)驗(yàn)。為檢驗(yàn)為爬行機(jī)構(gòu)雙液壓缸設(shè)計(jì)的控制策略，進(jìn)行了機(jī)具爬行實(shí)驗(yàn)。為驗(yàn)證倒角刀具誤差消除算法，進(jìn)行了管道內(nèi)倒角實(shí)