[发明专利]一种四履带张紧器的夹紧控制系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于海底管线铺设设备技术领域，尤其涉及一种四履带张紧器的夹紧控制系 统；本发明还涉及上述张紧器的夹紧控制系统的控制方法。

背景技术

张紧器是海洋石油工程中海底管线铺设的关键设备之一。在铺设作业中，张紧器必须 保证夹持管线在允许的压力范围内，夹持动作通过与履带相连的液压缸来驱动实现。在深 海铺设海底管线作业中采用的张紧器均采用四履带夹紧形式。在张紧器中通过与四条履带 相连的液压缸伸缩实现对管线的恒定压力的夹持动作。在四履带张紧器工作时，需要每条 履带将管线夹持在履带中心位置，并实现恒定压力的夹持动作。同时还需要适应管径范围 和夹紧力范围的变化。为了保证履带很好地与管线接触，每条履带的夹紧动作至少要四个 液压缸来实现。图1中展示了四履带张紧器的机械结构图，可以看出：四条履带上履带1、 下履带5、左履带8、右履带3分别由上履带夹紧液压缸2、下履带夹紧液压缸6、左履带 夹紧液压缸7和右履带夹紧液压缸4驱动。

在现有的工业设备中多液压缸电液复合同步控制系统主要由控制器模块、液压控制模 块和传感器信号采集模块组成。其中采用液压缸仅配置位移传感器或液压控制模块中仅配 置压力传感器信号采集方式，通过控制器模块预先设定的程序并经过控制线路与传感器信 号采集模块通信，将传感器检测的信号与预先设定的信号相比较，从而控制液压控制模块 中电磁阀动作，从而控制液压缸执行操作。

此方法虽然可以实现很好的同步效果，但对于在深海铺设海底管线的四履带张紧器来 讲，不但需要控制每条履带的夹紧液压缸实现同步夹持定位动作，而且还需要夹持管线后 保证每个夹持油缸的压力稳定在管线可以承受的范围之内。管线铺设过程中海上的风浪流 的影响直接作用在管线上，使管线铺设过程中不规则的波动，简单的位移闭环同步方式或 压力闭环同步方式无法迅速有效地消除扰动，都达不到理想的控制效果。

因此，需要提出一种用于海底管线铺设的四履带张紧器系统以及履带夹紧液压缸的控 制方法。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种四履带张紧器的夹紧控制系统 以解决背景技术中指出的问题。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种四履带张紧器的 夹紧控制系统包括控制器模块、信号测量与控制模块和液压控制模块；液压控制模块由相 互独立的上履带液压控制模块、下履带液压控制模块、左履带液压控制模块以及右履带液 压控制模块构成，每个独立的液压控制模块均包括电磁控制阀组、压力传感器以及内置位 移传感器的液压缸；信号测量与控制模块包括信号测量模块以及信号控制模块，各独立液 压控制模块的压力传感器和位移传感器均与信号测量模块电连接、各独立液压控制模块的 电磁控制阀组均与信号控制模块电连接；控制器模块包括PLC控制器，信号测量模块与 信号控制模块均与PLC控制器电连接。

优选地：控制器模块还包括人机交互装置，该人机交互装置与PLC控制器电连接。

本发明的另一个目的是提供一种上述四履带张紧器的夹紧控制系统的控制方法，包括 以下步骤：

(1)输入设定铺设管线的直径值H和张紧器所需要的夹紧压力值P0，管线的直径值 的输入值H与PLC控制器内置程序中预先设定的履带框架的机械结构尺寸H0进行运算， 得出各履带夹紧液压缸的伸出值L0；

(2)发出夹持动作指令，各履带夹紧液压缸的活塞杆同步伸出，当各履带夹紧液压 缸的活塞杆的伸出长度值LN达到控制器所计算出的伸出值L0，则完成了履带夹紧的初步 定心动作；

(3)各履带的夹紧液压缸同时加压，各履带夹紧液压缸的大腔压力值PN达到夹紧压 力值P0+Δp后，各夹紧液压缸的伸出值为L1，此时完成了履带夹持管线动作；

(4)处理器记录各夹紧液压缸伸出的位移值L1，履带夹持过程结束，转入保压夹紧 过程；

(5)控制下履带与左履带两者的夹紧液压缸的位移在【(L1+1)mm，(L1-1)mm】 范围，控制上履带与右履带两者的夹紧液压缸的大腔压力在【P0MPa，(P0+Δp)MPa】 范围。