基于plc的布纜船吊放拖曳控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及布纜船吊放拖曳裝置控制方法，具體說是以PLC為控制器對布纜船吊放拖曳裝置進行分布式控制，通過將布纜船吊放拖曳的操作分為幾種模式并設計了相應的算法來實現布纜船吊放拖曳裝置的自動控制的方法，屬于機電控制領域。
【背景技術】
[0002]隨著海洋開發的不斷深入與近海島嶼經濟的不斷發展，海底電纜埋設成為重要的海洋工程技術。拖曳式埋纜機水下作業是由母船通過拖曳裝置牽引實現的，拖曳裝置通常由拖纜絞車和拖纜組成，拖纜上端連接拖纜絞車，下端連接埋纜機的牽引點。拖曳式埋纜系統是分布于從水面至水下大范圍海洋空間的復雜系統，在作業過程中，由于海況較為復雜，為了實現埋纜機的順利下放與回收，保障作業安全性和作業效率，必須根據埋纜作業需求配置適當的吊放拖曳設備，對設備的控制要求穩定、可靠。傳統的吊放系統通常只有一個絞車，但是埋纜機吊放拖曳系統除要求具有吊放功能，還要求對埋纜機進行拖曳作業，由于拉力較大所以采用單絞車會出現纜繩壓層現象，所以該系統使用雙絞車結構，同時絞車之間及絞車與門架之間具有耦合的控制關系，所以對控制系統提出了更高的要求。傳統的吊放裝置控制系統只能實現單一的吊放功能，而且均是以手動操控的方式進行控制，對操作者的操作經驗要求較高，如果在雙絞車系統情況下以手動操控方式完成整個操作過程，則其難度非常大，而且容易發生危險，所以傳統的吊放裝置控制系統無法滿足整個吊放拖曳系統的控制要求，因此必須設計一種集吊放與拖曳于一體的自動控制方法，要求該控制系統運行穩定、控制精度高、功能強大。

【發明內容】

[0003]為了實現上述目的，本發明的目的是設計一種控制靈活、可靠性高的布纜船吊放拖曳裝置的控制方法。
[0004]本發明采用的技術方案是:基于PLC的布纜船吊放拖曳控制方法，包括以下步驟:
[0005]設定控制參數，并根據恒張力模式、拖曳模式、對接模式對拖纜絞車和儲纜絞車進行控制；
[0006]恒張力模式:對拖纜絞車和儲纜絞車進行控制，使儲纜絞車與拖纜絞車之間纜繩張力以及、過輪裝置與埋纜機之間纜繩張力保持恒定；
[0007]拖曳模式:對拖纜絞車進行控制，使過輪裝置與埋纜機之間纜繩張力在拖曳張力設定值范圍內；
[0008]對接模式:對儲纜絞車與拖纜絞車進行控制，使過輪裝置與埋纜機之間纜繩張力在對接張力設定值范圍內。
[0009]所述控制參數包括:儲纜絞車與拖纜絞車之間纜繩的恒張力設定值T2、過輪裝置與埋纜機之間纜繩的恒張力設定值Ts、拖曳張力設定值Tt、對接張力設定值Td，以及埋纜機重量。
[0010]所述恒張力模式中對拖纜絞車和儲纜絞車進行控制包括:
[0011]利用張力傳感器對儲纜絞車與拖纜絞車之間纜繩張力進行實時檢測；當該檢測張力值Tl小于恒張力設定值T2時，通過比例控制增加儲纜絞車的比例閥控制電壓，直到檢測張力值Tl等于恒張力目標值T2為止；
[0012]利用張力傳感器對過輪裝置與埋纜機之間纜繩張力進行實時檢測；并根據張力檢測值Tp和恒張力設定值Ts對拖纜絞車進行PID控制，使纜繩的拖纜張力值等于恒張力設定值Ts并保持恒定。
[0013]所述PID控制包括以下步驟:
[0014]當張力檢測值Tp小于恒張力設定值Ts時，拖纜絞車比例閥的控制電壓為V=-u+PXe，使拖纜絞車收纜；其中u為比例閥的死區電壓，P為PID控制的放大系數，誤差e=Tp_Ts ；
[0015]當張力檢測值Tp大于張力設定值Ts時，拖纜絞車比例閥的控制電壓為V=u+PXe使拖纜絞車放纜。
[0016]所述拖曳模式中對拖纜絞車進行控制包括以下步驟:
[0017]根據拖曳張力設定值Tt與拖纜絞車壓力溢流閥控制電壓之間的控制關系得到拖纜絞車壓力溢流閥控制電壓，并將該電壓用于控制拖纜絞車保持對埋纜機的拖曳；利用張力傳感器對過輪裝置與埋纜機之間纜繩張力進行實時檢測；當該檢測張力值小于拖曳張力設定值Tt時，船體拖動埋纜機正常工作；當該檢測張力值大于拖曳張力設定值Tt時，拖纜絞車壓力溢流閥溢流、拖纜絞車放纜，使檢測張力值小于等于拖曳張力設定值Tt。
[0018]本發明具有以下有益效果及優點:
[0019]1.本發明采用分布式控制方式，其特點在于系統控制靈活，根據不同的系統工作狀態與工作要求，分別在主控制臺、機旁控制臺、便攜式遙控盒處對系統進行控制。
[0020]2.本發明對于系統的主要控制功能，均實現其自動控制，無需多次對系統進行手動調節，當進入工作模式時，系統根據設定要求自動實現預定目標。
[0021]3.系統具有實時記錄數據功能。系統工作時，能夠實時記錄系統的工作過程數據，實時記錄功能可以準確記錄過程數據，對于控制系統參數改進與后期數據分析提供可靠保證。
[0022]4.本發明可以實現多種控制模式。由于整個系統工作過程中情況比較復雜，所以要求控制系統可以實現多種控制模式以實現系統最優化，本發明正是以各種工作模式為基礎實現控制系統的最優控制。
[0023]5.本發明控制靈活、可靠性高、調節方便、功能強大。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發明的布纜船吊放拖曳裝置示意圖；
[0025]圖2為本發明控制系統結構示意圖；
[0026]圖3為本發明核心控制系統通信與信息采集結構示意圖；
[0027]圖4為本發明儲纜絞車恒張力控制模式流程圖1 ;
[0028]圖5為本發明拖纜絞車恒張力控制模式流程圖2 ；
[0029]其中，I吊放門架，2拖纜絞車，3為儲纜絞車，4為海纜埋設機，5、6為纜繩，7為過輪裝置。
【具體實施方式】
[0030]下面結合實施例對本發明做進一步的詳細說明。
[0031]基于PLC的布纜船吊放拖曳裝置控制系統包括:儲纜絞車3、拖纜絞車2及其驅動裝置、吊放門架I及其驅動裝置、控制器和兩個張力傳感器及溫度、壓力等多個傳感器；用于拖曳海纜埋設機4的纜繩5依次經吊放門架I上設置的滑輪、過輪裝置7、拖纜絞車2由儲纜絞車3進行儲纜；一個張力傳感器安裝于儲纜絞車3排繩器的中心，用于測量儲纜絞車3和拖纜絞車2之間纜繩6的張力，另一個安裝于拖纜絞車2與吊放門架I之間過輪裝置中最接近門架I的過輪中心，用于測量纜繩5也就是過輪裝置與埋纜機之間纜繩5的張力。
[0032]基于PLC的布纜船吊放拖曳裝置控制系統以PLC作為控制器，采用主站一從站的分布式控制方式，設計了布纜船吊放拖曳裝置恒張力模式、拖曳模式、對接模式等多種模式的自動控制功能。控制地點包括:主控制臺、機旁控制臺及便攜式遙控盒，可以分別在控制間、機艙、甲板實現對該裝置的控制操作。主從站之間通過PR0FIBUS協議進行通信，各PLC站點與現場傳感器之間通過自定義協議進行通信。現場控制對象包括:儲纜絞車、拖纜絞車、絞車液壓站、門架液壓站、門架、門架及絞車液壓站電機啟動柜。
[0033]主控制臺上配置了西門子7寸TP700觸摸屏，與PLC實時通信，通過觸摸屏可對控制系統進行控制參數設置、顯示現場控制狀態的反饋信息、顯示報警信息、實時記錄控制器的采集信息、配合控制臺上的狀態指示燈及報警器實現控制系統的實時監控，其監控界面為自行編制。
[0034]所述控制器為西門子S7-300PLC，配置5塊數字量輸入模塊、4塊數字量輸出模塊、5塊模擬量輸入模塊、2塊模擬量輸出模塊作為控制信息的采集與輸出設備。
[0035]所述恒張力模式為根據恒張力設定信息與張力傳感器檢測信息，通過PID控制算法，實現埋纜機拖曳纜張力與儲纜絞車儲纜的張力保持恒定的自動控制功能。
[0036]所述拖曳模式為海上布纜工作時，埋纜機依靠布纜船進行拖曳前行布纜，該模式具有遇障自動快速放纜減小纜繩張力功能。
[0037]所述對接模式為利用收放門架對埋纜機進行回收與下放時的工作模式，可自動實現穩定回收與下放、保護埋纜機的功能。
[0038]圖1為布纜船吊放拖曳系統的船體安裝示意圖，4為海纜埋設機。I為埋纜機吊放門架。5為吊放及拖曳纜繩。3為儲纜絞車，用于存放拖曳纜，在埋纜工作過程中，儲纜絞車始終處于恒張力自動控制模式。2為拖纜絞車，整個系統的主要工作模式都是通過拖纜絞車自動控制來實現。儲纜絞車所存儲的拖曳纜經過拖纜絞車，經過過輪裝置的兩個過輪后穿過收放門架的下放輪組連接埋纜機