CN107059830B - 用于单步进液压插销升降系统的优化控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于单步进液压插销式升降系统的优化控制方法，其步骤为：（1）对平台桩腿重新分组：在升降系统运行过程中，在倾角允许范围内，任一桩腿接近插销位置时，控制系统根据当前各桩腿位置，对桩腿重新分组，控制系统监控各桩腿升降油缸位移，任意两桩或多桩升降油缸位移差在允许范围内，将该两桩或多桩编成一组，记为A组；将其他桩腿记为µ组；（2）控制所有桩腿的升降油缸动作，保证各桩腿运动的同步性。通过优化桩腿分组，减少了升降过程中当某一桩腿固定环梁插销时等待其他桩腿固定环梁插销，活动环梁拔销，升降油缸回程，活动环梁插销及固定环梁再次拔销的时间；能够有效减少平台在升降过程中的低效等待时间，从而提升了平台的作业效率。

Description

用于单步进液压插销升降系统的优化控制方法

技术领域

本发明涉及一种海洋平台在海上的作业区域的升降系统，特别是一种液压插销式升降系统的控制方法，属于海洋平台升降系统技术领域。

背景技术

液压插销式升降系统适用于需频繁升降且速度要求较高的平台。在液压插销式升降系统的发展中，先后出现了单步进、双步进和连续型液压插销式升降系统。单步进液压插销式升降系统因其造价相对较低，性价比较高，在液压插销式升降系统中仍占据较大的比重。

单步进液压插销式升降系统的升降机构见附图1。该升降机构由固定环梁1、固定环梁插销2、升降油缸3、活动环梁4、活动环梁销5、升降室6、桩腿7等构成。固定环梁1上置，固定环梁1悬挂于升降室6顶部；升降油缸3组件通过油缸销，上端与固定环梁1的耳环相连，下端与活动环梁4的耳环相连；插销油缸组件则分别安装于固定环梁1、活动环梁4的四周，插销装配于固定环梁1、活动环梁4内部的插销孔内。

单步进液压插销式升降系统的单桩升降动作见附图2。图2中①→⑦的过程称为升平台过程，⑦→①的过程称为降平台过程。

每个步骤的状态如下：

①：固定环梁及活动环梁插销处于插销状态，升降油缸处于缩回状态；

②：固定环梁处于拔销状态，活动环梁处于插销状态，升降油缸处于缩回状态；

③：固定环梁处于拔销状态，活动环梁处于插销状态，升降油缸伸出；

④：固定环梁及活动环梁插销处于插销状态，升降油缸处于伸出状态；

⑤：固定环梁处于插销状态，活动环梁处于拔销状态，升降油缸处于伸出状态；

⑥：固定环梁处于插销状态，活动环梁处于拔销状态，升降油缸缩回；

⑦：固定环梁及活动环梁插销处于插销状态，升降油缸处于缩回状态；

步骤①→⑦的过程为平台升一个节距，步骤⑦→①的过程为平台降一个节距。

现有控制方法为：在所有固定环梁拔销到位且所有活动环梁插销到位，控制所有桩腿的升降油缸以相同的速度执行相同的动作，并监控固定环梁是否插销到位；当任一桩腿的固定环梁插销到位时，控制所有升降油缸停止动作；控制与插销到位固定环梁对应的活动环梁拔销，拔销到位后升降油缸回程直至活动环梁再次插销到位，控制插销到位桩腿固定环梁与活动环梁之间进行载荷转移，载荷转移完毕后，固定环梁拔销，拔销到位后控制所有桩腿的升降油缸再次以相同的速度执行相同的动作，流程如图3所示，在升平台工况下，升降油缸回程动作为缩回；在降平台工况下，升降油缸回程动作为伸出。在这种控制方法下，能够保证平台各桩腿的相对高度位置不会变化，始终在允许的倾斜范围内，平台不至于有倾覆危险。但这种控制方法的缺点比较明显，海洋平台在海上的作业区域并不固定，需要不断进行移位作业，然而海床的状况并不一致，平台压桩完毕后不能保证所有桩腿压入海床的长度一致，即所有桩腿销孔可能不在一个水平面上，在恶劣的情况下，所有桩腿销孔任意两个桩腿的销孔都不在一个水平面内，见附图4。

单桩完成一个节距的运动过程中(见附图2，步骤①→⑦或步骤⑦→①)，需要等待其他桩腿固定环梁插销时活动环梁拔销，升降油缸回程，活动环梁插销及固定环梁再次拔销的时间。

以4个桩腿为例，根据所有桩腿销孔分布情况分别需要等待1次、2次及3次其他桩腿固定环梁插销时活动环梁拔销，升降油缸回程，活动环梁插销及固定环梁再次拔销的时间。

按照等待的次数分工况如下：

工况1：等待1次其他桩腿固定环梁插销时活动环梁拔销，升降油缸回程，活动环梁插销及固定环梁再次拔销的时间；即所有桩腿销孔分布在2个水平面内；

工况2：等待2次其他桩腿固定环梁插销时活动环梁拔销，升降油缸回程，活动环梁插销及固定环梁再次拔销的时间；即所有桩腿销孔部分在3个水平面内；

工况3：等待3次其他桩腿固定环梁插销时活动环梁拔销，升降油缸回程，活动环梁插销及固定环梁再次拔销的时间；即所有桩腿销孔分布在4个水平面内。

实际情况中，出现工况3的概率最大，这大大的降低了平台的平均升降速度，降低了平台的作业效率。

发明内容

为了提高升降平台的平均升降速度，提升升降平台的作业效率，本发明提出了一种用于单步进液压插销升降系统的优化控制方法，应用该控制方法的自升式平台，平台平均升降速度更快，有效减少平台升降的总时间。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种用于单步进液压插销式升降系统的优化控制方法，其步骤为：

(1)对平台桩腿重新分组

在升降系统运行过程中，在倾角允许范围内，任一桩腿接近插销位置时，控制系统根据当前各桩腿位置，对桩腿重新分组，控制系统监控各桩腿升降油缸位移，任意两桩或多桩升降油缸位移差在允许范围内，将该两桩或多桩编成一组，记为A组；将其他桩腿记为μ组；

(2)控制所有桩腿的升降油缸动作，保证各桩腿运动的同步性

当A组和μ组中所有桩腿固定环梁拔销到位且活动环梁插销到位时，计算A组和μ组中所有桩腿位置与指令信号的差值，根据差值的不同控制所有桩腿的升降油缸以不同的速度执行相同的动作，保证各桩腿运动的同步性，并监控固定环梁是否插销到位；

当A组或μ组中任一桩腿的固定环梁插销到位：

若该桩腿是分组A组中的单元，控制μ组中所有桩腿的升降油缸停止动作；控制A组中其他桩腿小幅调整，保证与插销桩腿动作同步，活动环梁进行拔销动作，拔销到位后升降油缸回程直至活动环梁再次插销到位，并控制A组中桩腿固定环梁与活动环梁之间进行载荷转移，在载荷转移完毕后，固定环梁拔销，拔销到位后控制A组和μ组中所有桩腿的升降油缸再次以不同的速度执行相同的动作，保证各桩腿之间的同步性；

若该桩腿是分组μ组中的单元，控制μ组中其他桩腿的升降油缸停止动作，控制A组中桩腿小幅调整，保证A中所有桩腿动作同步，并控制插销桩腿固定环梁对应的活动环梁拔销，拔销到位后升降油缸回程直至活动环梁再次插销到位，控制该桩腿固定环梁与活动环梁之间进行载荷转移，在载荷转移完毕后，固定环梁拔销，拔销到位后控制A组和μ组中所有桩腿的升降油缸再次以不同的速度执行相同的动作，保证各桩腿之间的同步性。

本发明的有益效果是：

使用本发明的确优化控制方法，通过优化桩腿分组，减少了升降过程中当某一桩腿固定环梁插销时等待其他桩腿固定环梁插销，活动环梁拔销，升降油缸回程，活动环梁插销及固定环梁再次拔销的时间；能够有效减少平台在升降过程中的低效等待时间，从而提升了平台的作业效率，降低了平台的作业成本。

附图说明

图1是单步进液压插销式升降系统示意图；

图2是单步进液压插销式升降系统的单桩升降动作示意图；

图3是现有单步进液压插销式升降系统的控制方法流程图；

图4是一种平台桩腿压桩入泥的方式示意图；

图5是优化分组方法流程示意图；

图6是升平台过程状态一示意图；

图7是升平台过程状态二示意图；

图8是降平台过程状态一示意图；

图9是降平台过程状态二示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一个具体实施例做进一步详细描述。

一种用于单步进液压插销式升降系统的优化控制方法，其步骤为：

(1)对平台桩腿重新分组(见图5)：

在升降系统运行过程中，在倾角允许范围内，任一桩腿接近插销位置时，控制系统根据当前各桩腿位置，对桩腿重新分组，控制系统监控各桩腿升降油缸位移，任意两桩或多桩升降油缸位移差在允许范围内，将该两桩或多桩编成一组，记为A组；将其他桩腿记为μ组；

(2)控制所有桩腿的升降油缸动作，保证各桩腿运动的同步性：

以4个桩腿为例，如图6至图9所示，将4个桩腿分别命名为1#桩、2#桩、3#桩和4#桩。

升平台工况：

升降系统升平台工况过程中状态如附图6所示。从附图6可以看出，2#桩与3#桩油缸位移较接近，差值在允许范围内(这个差值根据平台允许倾斜值自定义)，将2#桩与3#桩编成一组，记为A组；1#桩与4#桩记为μ组(1#桩与4#桩不属于A)。

附图6所示状态为1#桩固定环梁插固定环梁销2到位，此时μ组中的其他桩腿，即4#桩升降油缸停止动作；1#桩的活动环梁拔活动环梁销5，拔销到位后升降油缸回程直至活动环梁再次插销到位，进行载荷转移，转移完毕后，固定环梁销2拔销；与此同时A组中3#桩升降油缸停止动作，2#桩小幅调整，2#桩以3#桩升降油缸位移为指令信号，固定环梁销2的位置由附图6中的位置n运动到位置m，直至2#桩升降油缸位移与3#桩一致；等1#桩固定环梁拔固定环梁销2到位后所有桩腿再次以不同速度执行相同动作，保证平台各桩腿同步性；

附图7所示状态为附图6运动的后续状态，3#桩固定环梁插固定环梁销2到位，此时μ组中所有桩腿升降油缸停止动作；A组中其他桩腿，即2#桩腿继续运动，固定环梁拔固定环梁销2，并与3#桩同步进行下面的流程：活动环梁拔活动环梁销5，拔销到位后升降油缸回程直至活动环梁再次插销，进行载荷转移，转移完毕后，固定环梁拔固定环梁销2，拔销到位后所有桩腿再次以不同速度执行相同动作，保证各桩腿的同步性。

升平台过程中，通过这种优化分组方式，A组中的任一桩腿中固定环梁插固定环梁销2时，μ组中的各组桩腿升降油缸停止动作，而A组中的其他桩腿与固定环梁插销的桩腿保持同步，从而减少了现有技术中等待A组中其他桩腿升降过程中固定环梁插固定环梁销2，活动环梁拔活动环梁销5，升降油缸回程，活动环梁插活动环梁销5及固定环梁再次拔固定环梁销2的时间；

降平台工况：

升降系统降平台工况过程中状态如附图8所示。从附图8可以看出，2#桩与3#桩油缸位移较接近，差值在允许范围内(这个差值根据平台允许倾斜值自定义)，将2#桩与3#桩编成一组，记为A组；1#桩与4#桩记为μ组。

附图8所示状态为1#桩固定环梁插固定环梁销2到位，此时μ组中的其他桩腿，即4#桩升降油缸停止动作；1#桩活动环梁拔销，拔销到位后升降油缸回程直至活动环梁销5再次插销到位，进行载荷转移，转移完毕后，固定环梁拔固定环梁销2；与此同时A组中2#桩升降油缸停止动作，3#桩小幅调整，3#桩升降油缸以2#桩升降油缸位移为指令信号，固定环梁销2的位置由图7中的位置h运动到位置k，直至2#桩升降油缸位移与3#桩一致；等1#桩固定环梁拔固定环梁销2到位后所有桩腿再次以不同速度执行相同动作，保证平台各桩腿同步性。

附图9所示状态为附图8运动的后续状态，2#桩固定环梁插固定环梁销2到位，此时μ组中所有桩腿升降油缸停止动作；A组中其他桩腿，即3#桩腿继续运动，固定环梁插固定环梁销2，并与2#桩同步进行下面的流程：活动环梁拔活动环梁销5，拔销到位后升降油缸回程直至活动环梁再次插销，进行载荷转移，转移完毕后，固定环梁拔固定环梁销2，拔销到位后所有桩腿再次以不同速度执行相同动作，保证各桩腿的同步性。

降平台过程中，通过这种优化分组方式，A组中的任一桩腿固定环梁插固定环梁销2时，μ组中的各组桩腿升降油缸停止动作，而A组中的其他桩腿与固定环梁插固定环梁销2的桩腿保持同步，从而减少了现有技术中等待A组中其他桩腿升降过程中固定环梁插固定环梁销2，活动环梁拔活动环梁销5，升降油缸回程，活动环梁插销及固定环梁再次拔销的时间；

本发明的核心在升降系统升降过程中通过对桩腿的重新优化分组，减少了升降过程中当某一桩腿固定环梁插销时等待其他桩腿固定环梁插销，活动环梁拔销，升降油缸回程，活动环梁插销及固定环梁再次拔销的时间；减少平台升降过程中的低效等效时间从而提高平台的平均升降速度。

Claims (1)

1.一种用于单步进液压插销式升降系统的优化控制方法，其特征在于，其步骤为：

(1)对平台桩腿重新分组

在升降系统运行过程中，在倾角允许范围内，任一桩腿接近插销位置时，控制系统根据当前各桩腿位置，对桩腿重新分组，控制系统监控各桩腿升降油缸位移，任意多桩升降油缸位移差在允许范围内，将该多桩编成一组，记为A组；将其他桩腿记为μ组；

(2)控制所有桩腿的升降油缸动作，保证各桩腿运动的同步性

当A组和μ组中所有桩腿固定环梁拔销到位且活动环梁插销到位时，计算A组和μ组中所有桩腿位置与指令信号的差值，根据差值的不同控制所有桩腿的升降油缸以不同的速度执行相同的动作，保证各桩腿运动的同步性，并监控固定环梁是否插销到位；

当A组或μ组中任一桩腿的固定环梁插销到位：

若该桩腿是分组A组中的单元，控制μ组中所有桩腿的升降油缸停止动作；控制A组中其他桩腿小幅调整，保证与插销桩腿动作同步，活动环梁进行拔销动作，拔销到位后升降油缸回程直至活动环梁再次插销到位，并控制A组中桩腿固定环梁与活动环梁之间进行载荷转移，在载荷转移完毕后，固定环梁拔销，拔销到位后控制A组和μ组中所有桩腿的升降油缸再次以不同的速度执行相同的动作，保证各桩腿之间的同步性；

若该桩腿是分组μ组中的单元，控制μ组中其他桩腿的升降油缸停止动作，控制A组中桩腿小幅调整，保证A中所有桩腿动作同步，并控制插销桩腿固定环梁对应的活动环梁拔销，拔销到位后升降油缸回程直至活动环梁再次插销到位，控制该桩腿固定环梁与活动环梁之间进行载荷转移，在载荷转移完毕后，固定环梁拔销，拔销到位后控制A组和μ组中所有桩腿的升降油缸再次以不同的速度执行相同的动作，保证各桩腿之间的同步性。