深水勘察船提取關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)動(dòng)仿真與系統(tǒng)控制.pdf

1、我國(guó)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(guó)占重要地位的海洋漁場(chǎng),同時(shí)海底蘊(yùn)藏著豐富的礦產(chǎn)資源,尤其是石油和天然氣儲(chǔ)量巨大,地質(zhì)學(xué)家認(rèn)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(yù),是我國(guó)重要的能源基地和交通要道,在國(guó)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(jì)七十年代以來(lái),南海周邊多個(gè)國(guó)家覬覦南海在軍事、經(jīng)濟(jì)上日益顯要的戰(zhàn)略地位,通過(guò)與西方國(guó)家合作,在南沙海域勘探、開(kāi)采油田、氣田一百多個(gè),平

2、均每年開(kāi)采石油、天然氣達(dá)1.2億噸,我國(guó)南海主權(quán)維護(hù)正面臨著日益嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
　　南海海底雖然蘊(yùn)藏著豐富的礦產(chǎn)資源,但由于我國(guó)深水勘察技術(shù)起步較晚和國(guó)家經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略的影響,我國(guó)南沙的石油天然氣等自然資源只能擱置開(kāi)采,其它的石油天然氣等資源,如公海資源只能看著別國(guó)開(kāi)采而無(wú)能為力。
　　隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,國(guó)家的能源戰(zhàn)略逐漸由陸地轉(zhuǎn)向海洋,我國(guó)海洋的開(kāi)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(fēng)或海浪的影響,會(huì)產(chǎn)生多

3、個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng),繼而產(chǎn)生基盤(pán)鋼絲繩的收緊或放松、取樣鋼管隨船體的偏移等,對(duì)深水勘察系統(tǒng)帶來(lái)極大的附加載荷。同時(shí)鋼絲繩受到極大的拉伸應(yīng)力的作用,極易導(dǎo)致疲勞斷裂,給深水作業(yè)船舶和工作人員帶來(lái)極大的安全隱患。因此常規(guī)的海岸勘察設(shè)備在海上將無(wú)法進(jìn)行安全有效地工作,海上勘察設(shè)備需要具備波浪補(bǔ)償功能。解決基盤(pán)著底和取樣過(guò)程中船舶隨波浪升沉運(yùn)動(dòng)對(duì)基盤(pán)和取樣工作的影響,最有效的方法是在提取設(shè)備與工作平臺(tái)(船)之間安裝一套升沉補(bǔ)償系統(tǒng),確保對(duì)應(yīng)鋼絲繩處

4、于一定的張緊狀態(tài),使提取設(shè)備不受作業(yè)平臺(tái)(船)升沉的影響而基本上保持相對(duì)靜止。現(xiàn)有深水補(bǔ)償技術(shù)主要應(yīng)用于海洋勘察、深海打撈等方面。通過(guò)在工作平臺(tái)或船體上使用波浪補(bǔ)償技術(shù),可以保障海上作業(yè)安全、高效和可靠的進(jìn)行。因此船舶升沉運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)是海洋勘察工作走向深海的關(guān)鍵,對(duì)我國(guó)的能源戰(zhàn)略由陸地轉(zhuǎn)向海洋,高效實(shí)現(xiàn)海上勘察有著深遠(yuǎn)意義。
　　本論文根據(jù)南海海況和地貌特征,設(shè)計(jì)服務(wù)南海深水工程勘察船的波浪補(bǔ)償系統(tǒng),研究的總體目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)波浪補(bǔ)償?shù)?/p>

5、系統(tǒng)控制,對(duì)波浪補(bǔ)償在整個(gè)工作過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制。設(shè)計(jì)補(bǔ)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(duì)被動(dòng)型和主動(dòng)型波浪補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)仿真,利用Pro/E建立深水勘察船波浪補(bǔ)償系統(tǒng)的三維模型,完成對(duì)其運(yùn)動(dòng)特性的仿真分析以驗(yàn)證其運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性,以及完成 PLC系統(tǒng)控制及人機(jī)界面的設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)波浪補(bǔ)償過(guò)程的控制和監(jiān)控。
　　論文首先根據(jù)被動(dòng)和主動(dòng)型波浪補(bǔ)償?shù)脑怼⒆鳂I(yè)海況等設(shè)計(jì)深水勘察船勘察補(bǔ)償方案,并對(duì)系統(tǒng)方案中被動(dòng)波浪補(bǔ)償液壓控制

6、系統(tǒng)和主動(dòng)波浪補(bǔ)償液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。通過(guò)泵控型方案和閥控型方案的對(duì)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(dòng)和主動(dòng)型波浪補(bǔ)償系統(tǒng)控制模型,用Matlab/simulink完成對(duì)被動(dòng)型和主動(dòng)型波浪補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)仿真,仿真的結(jié)果表明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理,系統(tǒng)具有良好靜動(dòng)態(tài)特性,補(bǔ)償精度高。利用三維實(shí)體軟件Pro/E建立深水勘察船波浪補(bǔ)償系統(tǒng)的模型;應(yīng)用運(yùn)動(dòng)仿真軟件對(duì)其動(dòng)態(tài)進(jìn)行仿真,并繪制出動(dòng)態(tài)速度的變化曲線

7、,然后分析整體的動(dòng)態(tài)平穩(wěn)性。構(gòu)建整體控制方案,根據(jù)深水勘察船波浪補(bǔ)償控制系統(tǒng)高精度、智能化的控制要求,設(shè)計(jì)一套基于Siemens S7-300 PLC的波浪補(bǔ)償集中控制系統(tǒng),以滿足波浪補(bǔ)償控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度,并完成該控制系統(tǒng)的硬件和軟件的設(shè)計(jì)。采用MCGS監(jiān)控組態(tài)軟件設(shè)計(jì)了波浪補(bǔ)償控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng),該系統(tǒng)具有監(jiān)控顯示,參數(shù)設(shè)置,實(shí)時(shí)曲線顯示,歷史曲線顯示,歷史數(shù)據(jù)保存、查詢和導(dǎo)出,數(shù)據(jù)采集與處理,超限報(bào)警等功能。該監(jiān)控系統(tǒng)具有良好