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机械控制系统中机电一体化的作用

来源:职称阁分类:电子论文 时间:2018-10-15 11:21热度:

  这篇论文主要介绍的是机械控制系统中机电一体化的作用的相关内容,本文作者就是通过对机电一体化的发展以及概念等内容做出详细的阐述与介绍,特推荐这篇优秀的文章供相关人士参考。

机械控制系统中机电一体化的作用

  关键词:机电一体化;海上平台;钻井系统;应用策略

  引言

  目前,随着陆地能源的逐渐减少,现在海域能源开发已经成为了我国有关部门的视野的转向点。海上平台钻井系统是海底油气勘探和开发的主要设备,确保海洋平台的正常运行,对于我国能源开发至关重要。机电一体化技术是确保海洋平台平稳运行的重要技术,目前在各领域中的应用较为广泛。现阶段海洋已经成为全球技术开发的重点区域,海洋钻井系统是勘探能源信息,我国之前采用的控制技术都是进口自国外,不符合我国部分海域的实际情况,因此,要创新机电一体化技术在海上平台钻井系统的应用方式,进而确保钻井系统的科学运行。海洋钻井系统包括很多部分,如升降式海上钻井平台、海上起重系统、动力定位系统,多台设备的运行是一个重要问题,采用机电一体化技术可以实现系统的正常运行。

  1机电一体化的概念和发展

  机电一体化最早是由日本人提出的,包含了机械学和电子学的内容,机电一体化是一种创新的学术思想和技术形式,强调机械与电子技术的有机结合,含义较为广泛。1983年,日本机械振兴协会经济研究所提出了这一词汇,机电一体化主要是指机械的动力功能、信息处理、控制上运用更先进的信息技术和微电子技术,将机械和电子软件相结合的综合体。机电一体化是一个复杂的概念,主要包括产品和技术两方面,首先是指技术的结合,技术基础较为稳固,技术理念较为先进,机电一体化还指采用综合技术制作出的产品。机电一体化技术包括很多部分,包括计算机技术、微电子技术、信息技术、控制技术、传感技术、电子技术、驱动技术等,是一种高新技术的集合体。

  2机电一体化在海上平台钻井系统中的应用

  2.1海上平台液压升降装置动力控制系统

  海上平台钻井系统中设置有液压升降系统,液压执行系统由控制系统操纵,可以实现单独运行,也可以全部联动,进而保证系统正常运行。2.1.1机电一体化技术在液压动力系统的应用通常海上平台钻井系统中的升降系统需要有几台液压泵,主泵向主油缸提供燃油,其他的液压泵向换向阀和插销油缸提供燃油,进而保证液压系统的动力。在钻井平台升降系统工况比较复杂,当主油缸空载运行时,泵的流量自动提高,压力逐渐降低,进而提高升系统的运行效率。主油缸处于待载时,泵中流量还会自动降低,压力随之升高,进而保证液压系统的安全和稳定,这样可以大大节约能源的消耗,可以节约部分成本。利用机电一体化技术中的PLC逻辑控制信号对电液比例进行科学控制,根据不同的通电状态,进而实现系统中结构的协调工作,反馈检测系统的信息和数据,进而保证升降钻井系统的平稳运行。海上平台钻井系统的液压系统和设备的回油过滤器可以使油清洁,过滤机器上装有堵塞讯息传递装置,一旦发生堵塞会自动报警,要及时更换过滤器滤芯;液压升降系统中设置有液位温度计,可以检测油位和温度,可以利用海水作为介质进行冷却,进而避免系统设备温度过高,还配置有空气过滤器,保证油箱内空气清洁。2.1.2液压控制系统液压控制系统主要要实现对主油缸、上插销油缸和下插销油缸运行的速度,控制其位置,协调各设备之间的关系,实现精准控制,精度约在1mm。利用机电技术按照科学的流程对液压站、电磁换向阀进行操纵,并定时监测压力、油温、液体位值,及时发现故障及时解决实。液压系统中主油缸通过位移传感器监测油缸运动位移,检测信号主要利用电缆进行传输,之后对传输的数据进行分析,控制机器会发出信号,操作液压站和液压控制模块,进而实现下桩、插桩、拔桩的动作,横向位置和纵向位置信息也是由位移传感器传输信息,进而保证操作位置精确。

  2.2海上钻井系统起重机

  2.2.1起重系统特点及功能海上钻井平台的起重装置都是固定在海面上的,主要功能是实现人员、货物、设备的装卸和转移。海上起重机类型较多,目前主要采用的是将军柱型平台起重机,最大载荷一般都是根据规格而定。海上平台钻井系统起重工作主要分为内操作和外操作,平台内的起重作业主要是货物或设备的搬运和转移,作业幅度较小,载荷也较小;平台外作业主要是在周边海域内的起重作业,主要是指船舶的起重,作业幅度大,载荷系数较大。起重机器的起重率随作业半径的增加而增加,在起重机实际应用时操作人员要按照说明书的说明进行,根据起重机的载荷图表进行作业,不得超载荷,导致出现事故,起重作业要注意内外部环境,操作是要注意其倾斜程度,作业时观察海上风速,控制上升速度,进而保证作业的安全性。2.2.2机电调控系统海上平台钻井系统中的起重机器在载重操作时,需要依靠四套电驱动装置,每套装置配有高频变频电机,电控系统与之配套。起重机在工作时,四套电机同时运转,但是这些电机是相对独立的,小齿轮运转时会形成合力,一起作用于一个大齿轮,一般直径在5米左右,会产生巨大的动力。运行中要注意检查齿轮精密度,保证有效啮合,避免部分电机出现超负荷罢工。2.2.3机电控制系统工作原理①工作原理概述。机电控制系统主要由变频电机、变频器、光纤、编程控制面板、脉冲式编码器反馈板构成,变频器与编码器分别位于变频电机两侧,使用光纤连接,电机要保证功率相同,要连接相同的变频器,将数据和信息传输到控制器,利用控制器进行编程,主要工作原理是:将1台变频器设为总指令机器,其他3台就是命令的执行者,当主电机速度大于主指令速度时,执行命令的4台电机速度会早大齿轮处结合,执行命令时的速度不超过主命令速度,进而保证电机运行速度均等。电机变频器都是利用光线传输数据,3台执行命令电机转矩较大时,控制器要对其进行操纵,其中一台执令电机由于机械原因转速极大时,控制器调节后可以保证其与主命令电机转速一致,这样可以避免电机出现超负荷工作,进而降低电机的损耗。我国目前采用的海上钻井平台起重机电机系统都是这样的,避免传动中出现传动链断裂,并及时进行维护。②数据传输通道。电机控制系统中控制器数据传输利用光线传输至4台电机中,通过变频器接受指令,变频机对电机工作状态进行读取和分析,再将数据传输回主控制器。机电控制系统可以对传输方式进行控制,保证4台变频器数据的精确,可以及时获取变频器的故障信息。

  2.3海上钻井平台动力定位系统

  2.3.1动力定位系统的实际功能动力定位系统是海上钻井平台的重要组成部分,在这一系统中运用机电一体化技术是必然的,有助于提升定位的精准度,提升工作效率。动力定位指的是依靠推进的方式固定航线或位置,不利用传统的锚泊方式。主要原理是使用计算机接收卫星信号、环境参数、船舶位置信息,做好与计算机预定位置的比较,进而保证各推进装置的运转,控制其方向和速度,进而保证能源开发过程中船舶的合理停靠和运行。2.3.2DP系统DP系统主要包括电力系统、控制系统、推进系统三部分;电力系统又分为发电机组、配电系统、功率管理系统;控制系统分为自动控制系统、独立操纵系统、传感系统、位置参考系统;推进系统主要是发动机、螺旋桨、推进器。2.3.3DP电力系统配置以GM4000半潜式钻井平台为例,电力系统要应用6台发电机,每台5760kW,60Hz,6.6kV,每两台发电机连接在一起,配电板中间有连锁开关,任意一台电机出现故障,都可以使用其他配电板供电,可以并联工作,满足推进器需求。

  3海上钻井系统机电一体化技术发展的趋势

  3.1绿色技术

  随着经济与科技水平的逐步提升,我国十分重视环境问题与生态问题,因此,在海上钻井平台开发和能源开采的过程中要重视环保,这也符合低碳经济发展的需要,机电一体化技术也要朝着绿色环保的方向发展。机电一体化技术绿色化主要是指设备和能源的使用要尽量节约和低碳,设备材料和原材料的选用尽量选择环保材质,降低能源消耗,钻井平台建设要注重环保性。

  3.2光机电一体化技术

  机电一体化在多种领域的应用已经十分广泛,目前其应用优势十分明显,目前,在此基础上,光机电一体化是未来技术发展的方向,机电一体化系统包含计算机系统、传感系统、信息处理系统,主要结构是机械结构,要逐渐与金银光学技术相结合,实现光机电一体化的发展。

  3.3全信息化与智能化

  随着信息化技术与智能化技术的发展,人工智能逐渐应用于机电一体化技术中,进而需要将人工智能合理应用在机电一体化技术当中,从而实现机电一体化技术的智能化发展。信息化与智能化技术融入机电一体化是其发展的重要标志,要结合人工智能、模糊定量、模拟人类智能技术,促进机电一体化的新突破。

  4结语

  综上所述,海洋资源开发已经成为了一个新的方向,我国对于海洋资源十分重视,海上钻井平台的建立体现了我国新时期能源开发技术的发展。机电一体化技术应用于海上平台钻井系统,可以实现机械系统的正常运转,可以保证专业设备的完整性与精密性,进而促进海洋开发设备的安装和调试工作的顺利进行,促进钻井系统的运行,保证海洋资源开发的效率。

  参考文献:

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  作者:朱振涛 单位:中海油田服务股份有限公司

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文章名称:机械控制系统中机电一体化的作用

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