CN104199330A - 一种水下作业平台的应急系统及其应急方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下作业平台应急系统，包括水上应急单元，水下应急单元、应急缆单元以及应急释放单元，应急缆单元又包括水下应急缆和水上应急缆，水上应急单元包括水上应急控制器，水下应急单元包括水下应急控制器、绞车执行机构、气阀执行结构。当发生故障时，应急释放单元释放自浮滚筒以使水下应急缆和水上应急缆对接，从而使水上应急单元和水下应急单元建立电力通道和通讯通道，水上应急控制器将指令发送至水下应急控制器，以使绞车执行机构和气阀执行机构驱使水下作业平台上浮回收。本发明还公开了一种水下作业平台应急方法。本发明系统和方法解决了传统打捞方式无法适用大型水下作业平台的应急处理的技术问题。

Description

一种水下作业平台的应急系统及其应急方法

技术领域

本发明属于水下作业装置技术领域，更具体地，涉及一种水下作业平台的应急系统及其应急方法。

背景技术

随着我国海洋事业的大力发展，水下作业平台作为水下作业工具进行水下试验的载体，其越来越被广泛利用。水下作业平台采用张力腿技术进行水下定位，根据相关传感器反馈的平台姿态信息，通过调节水下绞车张力腿缆绳钢缆长度，实现平台的定深及姿态的伺服控制。

但是，水下作业平台在深水作业的环境非常恶劣，时常面临着各种各样的危险，一旦遇到危险需要及时回收水下作业平台，因为研制一个平台投入了大量的人力物力财力，而且每次下水试验所获得的资料也具有极大价值。如果因故障造成平台失事，将会造成极大的损失，并对海洋开发和研究是一个沉重的打击。因此，水下作业平台发生故障后的应急处理措施也是成为作业平台研制的关键性技术之一。目前，国内对于水下作业平台的应急处理方法为打捞的方式，平台不能自动上浮，这种方式需要调动大量的人力物力，耗费大量财力，其适用于水下机器人等小型物体，对于大型的水下作业平台无法适用。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种水下作业平台的应急系统及其应急方法，其目的在于提供一种可适用大型水下作业平台的应急系统及其应急方法，使水下作业平台遇到紧急情况时刻能自动上浮至水面时，无需打捞，由此解决传统打捞方式无法适用大型水下作业平台的应急处理的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种水下作业平台的应急系统，当水下作业平台出现故障时，用于使水下作业平台上浮至水面，其特征在于，包括水下应急单元、水上应急单元、当出现故障时连接水下应急单元和水上应急单元的应急缆单元以及应急释放单元，其中，

水上应急单元，其安装在水面上母船的集控室内，包括水上应急控制器，分别与水上应急控制器相电连接的水上工控机和应急操作面板，通过应急操作面板输入控制指令，将该控制指令传输到水上应急控制器，水上应急控制器将该指令传输到水下应急单元，水上工控机用于显示水下平台状态信息，包括平台位姿信息、绞车状态信息和报警信息等，并实时存储操作指令和反馈数据；

水下应急单元，其安装在水下作业平台的水下控制舱内，其包括UPS(不间断电源)，水下应急控制器，分别与水下应急控制器相电连接的位姿控制器、进排水控制器和绞车控制器，位姿控制器用于接收安装于平台四角的深度计和安装于平台中心的倾角仪测量的平台位姿信息，并将该信息反馈至水面显示，进排水控制器用于待作业平台上浮至水面后，控制高压气阀开启以对压载舱排水，使平台继续上浮并拔锚，绞车控制器用于接收来自水上控制器的指令，控制四台绞车动作，并反馈绞车的马达压力，放缆速度、缆绳张力等状态信息。水下应急单元还包括与进排水控制器相电连接的实施高压气阀开闭的气阀执行机构以及与绞车控制器相电连接的实施绞车稳定放缆的绞车执行机构；

应急释放单元，其安装在水下作业平台上，包括与所述水下应急单元中的UPS相电连接的电动作动筒，一端被电动作动筒端部贯穿而被固定另一端被固定在水下作业平台的束缚带，以及被束缚带捆绑的自浮滚筒；

应急缆单元，其包括一端位于水上应急平台的水上应急缆、一端通过电缆网固定在水下应急平台且通过另一端而使自身全部缠绕在所述自浮滚筒的水下应急缆；

当水下应急控制器检测到水下作业平台与水上母船间出现电力中断或者通讯故障时，由所述UPS给所述水下应急控制器供电使其发出指令使电动作动筒旋转而释放被固定的束缚带，即当正常配电发生故障后，UPS能提供供电，其可持续供电3个小时，确保应急释放单元正常工作，被束缚带捆绑的自浮滚筒因失去束缚而上浮，自浮滚筒一边上浮一边旋转实现水下应急缆的放缆，当水下应急缆随自浮滚筒浮出水面后，人工将水下应急缆和水下应急缆对接，以使其连通而能建立母船与水下作业平台间的电力和通讯传输，通过对接后的应急缆将来自水上应急控制器的指令传输给水下应急控制器，并进一步将相应的指令传传输到所述绞车控制器以使绞车执行机构驱动绞车放缆，实现水下作业平台上浮，并进一步将相应指令传输至进排水控制器以使气阀执行机构驱动高压气阀开启以给压载水舱排水从而使水下作业平台浮出水面后拔锚，实现应急回收。

进一步的，所述水上应急电缆和水下应急电缆包括电源线和一对屏蔽双绞线，能同时提供通信和电力通道，所述电源线为等效截面积为6mm2三芯结构，其适用380V的高压电。

进一步的，所述应急缆单元还包括与水上应急分线盒，用于将通讯电缆和供电电缆合并为同时提供通信和电力的水上应急缆，还包括与水下应急分线盒，用于将同时提供通信和电力的水下应急缆分为供电电缆和通讯电缆。

进一步的，还包括与水下应急分线盒相电连接的水下应急配电柜，其安装于水下控制舱中，用于将水下应急分线盒分离的供电电缆的电压转换为220V后给所述水下应急单元的需要用电的地方配电。

按照本发明的另一个方面，还提供一种水下作业平台的应急方法，当水下作业平台出现故障时，使如上所述的系统及时工作而实现水作业平台及时平稳回收，其特征在于，当水下应急控制器检测到水下作业平台与水上母船间出现电力中断或者通讯故障时，当5～60分钟内无法恢复，所述的水下应急控制器自动释放所述电动作动筒使自浮滚筒上浮，实现所述水上应急缆和所述水下应急缆对接，以建立通信和电力通道。

进一步的，所述水下作业平台上浮过程中，通过所述平台位姿控制器采集平台姿态及深度信息，并根据该信息人工调节绞车放缆速度从而调节平台上浮速度；当水下作业平台上浮至水面后，开启高压气阀而使水下作业平台压载水舱排水以实现水下作业平台甲板露出水面；接着对张力绞车进行机械锁定，继续对压载舱进行排水，使平台继续上浮并拔锚，实现水下作业平台完全浮出水面。

进一步的，采用三种绞车工作模式以调节放缆速度：

模式一为通过各个绞车的旋钮分别设定各个绞车的比例节流阀开度，从而调节张力绞车马达回油口压力，控制马达转速，通过控制使能按钮统一控制各个张力绞车动作。在上浮过程中，根据平台上浮速度及姿态，实时调节比例节流阀开度，保证平台平稳上浮回收；

模式二为在模式一失效情况下所采用的模式，通过控制各个绞车的开关节流阀从而控制张力绞车放缆，实现平台平稳上浮回收；

模式三为模式二失效情况所采用的模式，通过控制各个张力绞车刹车点刹，实现平台平稳上浮回收。也即，绞车工作模式具有优先级顺序，模式一的优先级大于模式二的优先级，模式二的优先级大于模式三的优先级，通过水上应急单元的所述应急操作面板进行相应模式的选择。

本发明中的水下作业平台应急系统可对水下作业平台的电力和通信实时检测，一旦发生故障，水下应急控制器自动控制以释放自浮滚筒，其浮出水面后，完成应急缆对接，建立应急通信通道和电力通道，通过水上应急单元接收平台位姿信息，根据平台位姿的状态信息发送绞车控制指令来实现对平台应急上浮的精确遥控，最终实现平台安全平稳上浮的目的。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1、本发明提供的水下作业平台应急系统，能够进行电力和通信故障检测，当发生故障时系统自动释放自浮滚筒，其自动化程度高，保障了平台应急决策的及时性，实现了对大型水下作业平台的应急回收。

2、本发明自浮滚筒由安装在平台上的作动筒锁住固定束缚带确保其不释放，在应急程序启动时，电动作动筒在电力驱动下放开束缚带，应急自浮滚筒一边上浮一边旋转实现放缆，释放机构结构简单，可靠性高。

3、本发明针对平台所处的应急状态，设计三种绞车工作模式，也即三种应急回收模式，三种应急模式相互不影响，一种模式失效时可以选用另外一种，使应急系统更安全更可靠，尤其是模式一能精确控制上浮速度，具有较强的可控性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的应急系统的原理框图；

图2是本发明实施例提供的应急释放单元结构示意图；

图3是本发明实施例提供的应急配电原理图。

1-水上应急单元       11-水上工控机        12-水上应急控制器

13-应急操作面板

2-应急缆单元         21-水上应急分线盒    22-应急缆

23-水下应急分线盒    221-水上应急缆       222-水下应急缆

3-水下应急单元       31-水下应急控制器    32-平台位姿控制器

33-进排水控制器      34-绞车控制器        331-气阀执行机构

341-绞车执行机构

4-应急释放单元         41-电动作动筒        42-束缚带

43-自浮滚筒

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1是本发明实施例提供的应急系统的原理框图。如图1所示，一种水下作业平台应急系统包括水上应急单元1、应急缆单元2、水下应急单元3，水上应急单元1和水下应急单元2通过应急缆单元2连接。本实例中，水上应急单元1包括水上工控机11、水上应急控制器12、应急操作面板13。水上单元1布置在水面母船集控室内，水上应急控制器12选用西门子PLC，水上应急控制器通过232通信和水上工控机11相连，水上工控机11运行水面显控程序，并实时存储操作指令和反馈数据，还用以显示水下平台状态信息，水下平台状态信息包括平台位姿信息、绞车状态信息和报警信息等。通过应急操作面板13输入控制指令，通过以太网将指令传输到水上应急控制器12，水上应急控制器12通过应急RS485将指令传输到水下应急控制器31，由于RS485通信具有信号传输距离远，抗干扰性强的优点，所以在应急情况下优选该传输方式。水下应急控制器31对接收到的控制指令进行解包和校验后发送给平台位姿控制器32、进排水控制器33以及绞车控制器34。平台位姿控制器32接收安装于平台四角的深度计和安装于平台中心的倾角仪的信息，该倾角仪既可测量横倾角也可测量纵倾角，将测量的平台位姿信息反馈至水上工控机11显示。进排水控制器33用于待作业平台上浮至水面，控制开启高压气阀对压载舱排水，使平台继续上浮而拔锚。绞车控制器34用于接收控制指令，控制位于本实施例水下作业平台四角的四台绞车动作，并反馈绞车的马达压力、放缆速度、缆绳张力等状态信息。各控制器对操作指令解码，控制对应的执行机构动作。进排水控制器33控制气阀执行机构331动作，以使压载水舱的高压气阀开启，以实现水下作业平台排水上浮至水面后拔锚。绞车控制器34控制绞车执行机构341动作，通过控制绞车稳定放缆实现平台平稳上浮。同时，平台位姿控制器32、进排水控制器33、绞车控制器34反馈出的平台状态信息，通过水下以太网传输到水下应急控制器31，由水下应急控制器31校验合包，通过应急缆22发送到水上应急控制器12，水上工控机11接收由水上应急控制器12转发的关于平台深度和倾角的信息、绞车的状态信息、高压气阀阀门遥控的信息等，并通过水上工控机11显示屏进行显示。

图2是本发明实施例提供的应急释放单元4结构示意图，应急释放单元4安装在水下作业平台上，电动作动筒41与水下应急单元3中的UPS以电缆连接，束缚带42一端被电动作动筒41端部贯穿而被固定，另一端被固定在水下作业平台上，自浮滚筒43被束缚带42捆绑的。其中自浮滚筒43由浮力材料制成，自浮滚筒43入水后呈一定的正浮力。水下应急缆222一端通过电缆网套固定在水下作业平台上，且从另一端开始全部缠绕在所述自浮滚筒43上，即其一端固定在水下作业平台上，剩余部分均缠绕在自浮滚筒上。平台正常工作时，安装在平台上的电动作动筒41锁住固定自浮滚筒的束缚带42，确保其不释放，一旦应急程序启动，电动作动筒41受电力驱动而旋转以放开束缚带42，自浮滚筒43开始上浮，应急缆22一端通过电缆网套固定在水下作业平台上，另一端由于自浮滚筒43一边上浮一边旋转实现放缆。待自浮滚筒到达水面后，人工将母船上的水上应急缆221和自浮滚筒上的水下应急缆222对接。

水上应急分线盒21将母船集控室的RS485通信电缆和配电室380V应急供电电缆合并为水上应急缆221，水上应急缆221和水下应急缆222通过水密接头连接，水下应急分线盒23安装在水下控制舱内，其连接在水下应急缆222靠近水下作业平台的端部，用于将同时提供通信和电力的水下应急缆222分为供电电缆和通讯电缆，即将应急缆22传输的380V应急供电连接到应急配电柜，给水下各装置供电，将RS485通信缆连接至水下应急控制器31，建立水上水下通信通道。

水下作业平台的应急供电原理如图3所示，水下配电出现故障时，远程遥控合闸/分断无法恢复，此时，水下各控制器和电动作动筒41通过UPS供电仍能维持正常工作，但是执行机构均已断电。系统自动判断释放自浮滚筒43，建立水上水下通信通道和电力通道，配电转为水上母船提供的380V应急供电，由水上应急分线盒21经应急缆22传输到水下应急分线盒23，再连接到水下的应急配电柜，由应急配电柜变压为220V，给UPS充电、以及给各个水下的控制器和执行机构供电。

应急系统根据平台的应急状况，具有三种绞车工作模式，模式一：通过绞车液压控制系统中的四个旋钮设定比例节流阀开度，从而调节张力绞车马达回油口压力，控制马达转速，通过控制使能按钮统一控制四个张力绞车动作；模式二：在模式一失效情况下，切换至模式二，通过控制绞车液压系统的四个开关节流阀控制张力绞车放缆；模式三：模式二失效情况下，切换至模式三，通过控制四台张力绞车刹车点刹，实现平台平稳上浮回收，按照一定的优先级通过应急操作面板13进行相应应急模式下的绞车工作操作，即模式一优先级大于模式二优先级，模式二优先级大于模式三优先级。

平台上浮过程中，根据平台位姿控制器32采集的平台姿态及深度信息，人工决定绞车工作模式以及平台上浮速度，保证平台安全平稳的上升至水面。同时，水下应急控制器31将平台深度、姿态发送至水面工控机11，待作业平台上浮至水面，打开高压气阀排水至平台甲板露出水面，对四台绞车进行机械锁定，本文就只对张力绞车进行锁定，不涉及锚泊绞车，继续打开高压气阀对压载舱进行排水，使平台继续上浮并拔锚，最后平台完全浮出水面，从而实现对水下作业平台的应急回收。

当水下应急控制器31检测到水下作业平台与水上母船间出现电力中断或者通讯故障时，当5～60分钟内无法恢复，所述的水下应急控制器31自动释放所述电动作动筒41使自浮滚筒43上浮，实现所述水上应急缆221和所述水下应急缆222对接，以建立通信和电力通道。该时间的确定是根据海域状况和水下作业平台的大小等实际情况确定的，当水下作业平台水下深度较浅，海域情况良好时，最长可以在一个小时内无法恢复再使其应急回收，反之，则需要尽快回收。

实际当中，水上母船和水下作业平台以光电复合缆连接，通过光电复合缆传输电力和通信，但是当发生故障后，该光电复合缆不能传输电力和进行通信了，此时，启用本发明提供的水下应急系统，使水上应急缆221和水下应急缆222对接，以建立另一条水上母船和水下作业平台间的通信和电力通道，并通过水上应急操作面板13输入指令，再通过水上应急控制器12和对接的应急缆22将指令传递给水下应急控制器31，使水下控制器对相应的气阀执行机构331和绞车执行机构341工作，实现水下作业平台上浮，该上浮速度一般可为0.3m/min。还通过水下平台位姿控制器32采集水下作业平台的姿态信息，并将该信息通过应急缆22和水上应急控制器12反馈到水上工控机11，使工作人员能实时获知水下作业平台的状态。而且，当发生故障后，但是水上应急缆221和水下应急缆222还没有对接上的阶段，通过UPS给水下应急控制器31以及电动作动筒41等需要用电的地方供电，UPS可持续供电3小时，在3小时内完全可以保证自浮滚筒43上浮到水面上。当应急缆22对接后，来自水上母船的电力还可以对UPS充电，使其储备电量。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种水下作业平台的应急系统，当水下作业平台出现故障时，用于使水下作业平台上浮至水面，其特征在于，包括水下应急单元、水上应急单元、用于出现故障时连接水下应急单元和水上应急单元的应急缆单元、以及用于出现故障时释放信号的应急释放单元，其中，

水上应急单元(1)，其安装在水面上母船的集控室内，包括水上应急控制器(12)，分别与水上应急控制器(12)相电连接的水上工控机(11)和应急操作面板(13)，所述应急操作面板(13)用于输入控制指令，所述水上工控机(11)用于显示来自所述水上应急控制器(12)传输过来的信息，并实时存储操作指令和反馈数据；

水下应急单元(3)，其安装在水下作业平台的控制舱内，其包括UPS，水下应急控制器(31)，分别与水下应急控制器(31)相电连接的用于实时控制水下作业平台姿态的平台位姿控制器(32)、控制水下作业平台压载水舱进排水的进排水控制器(33)以及控制绞车收放缆的绞车控制器(34)，还包括与进排水控制器相电连接的实施高压气阀开闭的气阀执行机构(331)，以及与绞车控制器(34)相电连接的实施绞车稳定放缆的绞车执行机构(341)；

应急释放单元(4)，其安装在水下作业平台上，包括与所述水下应急单元中的UPS相电连接的电动作动筒(41)，一端被电动作动筒端部贯穿而被固定另一端被固定在水下作业平台的束缚带(42)，被束缚带捆绑的自浮滚筒(43)；

应急缆单元(2)，其包括一端位于水上应急平台的水上应急缆(221)、一端位于水下应急平台且通过另一端而使自身全部缠绕在所述自浮滚筒(43)的水下应急缆(222)；

当水下应急控制器(31)检测到水下作业平台与水上母船间出现电力中断或者通讯故障时，由所述UPS给所述水下应急控制器(31)供电使其发出指令而使电动作动筒(41)旋转以释放被贯穿固定的束缚带(42)，被束缚带捆绑的自浮滚筒(43)因失去束缚而上浮，自浮滚筒(43)一边上浮一边旋转实现水下应急缆(222)的放缆，当水下应急缆(222)随自浮滚筒(43)浮出水面后，人工将水上应急缆(221)和水下应急缆(222)对接形成连通的应急缆(22)，即建立母船与水下作业平台间的电力和通讯传输，通过应急缆(22)将来自水上应急控制器(12)的指令传输给水下应急控制器(31)，并进一步将相应的指令传传输到所述绞车控制器(34)以使绞车执行机构(341)驱动绞车放缆，实现水下作业平台上浮，并进一步将相应指令传输至进排水控制器(33)以使气阀执行机构(331)驱动高压气阀开启以给压载水舱排水从而使水下作业平台浮出水面，实现应急回收。

2.如权利要求1所述的一种水下作业平台的应急系统，其特征在于，所述水上应急电缆(221)和水下应急电缆(222)包括电源线和一对屏蔽双绞线，能同时提供通信和电力通道，所述电源线为等效截面积为6mm2的三芯结构。

3.如权利要求1或2所述的一种水下作业平台的应急系统，其特征在于，所述应急缆单元(2)还包括水上应急分线盒(21)，其连接在水上应急缆(221)靠近水上母船的端部，用于将通讯电缆和供电电缆合并成可同时提供通信和电力的水上应急缆(221)，还包括水下应急分线盒(23)，其连接在水下应急缆(222)靠近水下作业平台的端部，用于将同时提供通信和电力的水下应急缆(222)分为供电电缆和通讯电缆。

4.如权利要求3所述的一种水下作业平台的应急系统，其特征在于，还包括与水下应急分线盒(23)相电连接的水下应急配电柜，其安装于水下控制舱中，用于将水下应急分线盒分离的供电电缆的电压转换为220V后给所述水下应急单元的需要用电的地方配电。

5.一种水下作业平台的应急方法，当水下作业平台出现故障时，使如权利要求1-4之一所述的系统及时工作而实现水作业平台平稳回收，其特征在于，当水下应急控制器检测到水下作业平台与水上母船间出现电力中断或者通讯故障时，当5～60分钟内无法恢复，所述的水下应急控制器自动控制所述电动作动筒旋转以释放自浮滚筒使其上浮，实现所述水上应急缆和所述水下应急缆对接，以建立通信和电力通道。

6.如权利要求5所述的一种水下作业平台的应急方法，其特征在于，所述水下作业平台上浮过程中，通过所述平台位姿控制器采集平台姿态及深度信息，并根据该信息人工调节绞车放缆速度从而调节平台上浮速度；当水下作业平台上浮至水面后，开启高压气阀而使水下作业平台压载水舱排水以实现水下作业平台甲板露出水面；接着对张力绞车进行机械锁定，继续对压载舱进行排水，使平台继续上浮而拔锚，实现水下作业平台完全浮出水面。

7.如权利要求5或6所述的一种水下作业平台的应急方法，其特征在于，采用三种绞车工作模式以调节放缆速度，其中，

模式一为通过设定绞车液压系统的比例节流阀开度，从而调节绞车马达回油口压力，控制马达转速，从而调节放缆速度；

模式二为控制绞车液压系统的开关节流阀以控制绞车放缆速度；

模式三为通过控制绞车刹车点刹，从而控制绞车的放缆速度。

8.如权利要求7所述的一种水下作业平台的应急方法，其特征在于，绞车工作模式具有优先级顺序，模式一的优先级大于模式二的优先级，模式二的优先级大于模式三的优先级，通过水上应急单元的所述应急操作面板进行相应模式的选择。