CN111459032B - 一种起升式桩腿平台起升同步自适应控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及起升式桩腿平台领域，公开了一种起升式桩腿平台起升同步自适应控制方法及系统，包括桩腿平台、多轴运动控制器、传感器检测系统、平台数据记录系统、若干个桩腿本地控制台、起升中心控制台和若干组本地低压柜；桩腿平台包括平台本体以及若干个桩腿，每组起升驱动装置与多轴运动控制器连接，若干个桩腿通过起升驱动装置对平台本体进行升降控制；传感器检测系统、平台数据记录系统、若干个桩腿本地控制台、起升中心控制台、本地低压柜分别与多轴运动控制器相连。本发明对桩腿平台的平衡控制中综合考虑了平台上升以及下降的速度、水平位置、齿轮齿条受力等信息，使得桩腿平台保持升降高度的一致，保证了桩腿平台工作的安全性和可靠性。

Description

一种起升式桩腿平台起升同步自适应控制方法及系统

技术领域

本发明涉及起升式桩腿平台领域，尤其涉及一种起升式桩腿平台起升同步自适应控制方法及系统。

背景技术

自升式海洋钻井平台是重要的海洋油气资源开采装备之一。主要组成部分包括平台本体、桩腿、升降装置等，平台本体主要用于承载钻井设备及人员生活设施；桩腿固定于海底，对平台不仅起支撑作用，而且承受平台自身重力及海上风浪等恶劣环境带来的外力；升降装置控制平台的升、降。自升式平台的关键技术之一是它的升降系统，目前大多数自升式平台采用的是齿轮齿条相啮合的升降装置。平台升降系统通常由多套安装在船体固桩架上的电动机驱动的“小齿轮升降单元组”和“控制装置”组成。每套“小齿轮升降单元组”均通过船体固桩架与安装在桩腿上的齿条相啮合，通过控制系统，实现平台本体的上升和下降。

比如国家公开专利文献CN207017240U，公开了“一种新型六桩海上自升式平台”，该实用新型包括平台本体、护舷、甲板、栏杆、升降装置、圆柱形桩腿，平台本体上设有六个圆柱形桩腿，六个圆柱形桩腿的桩轴中心线连线呈正六边形，平台本体的顶部设有栏杆，平台本体的侧面设有护舷，升降装置限定在圆柱形桩腿上，圆柱形桩腿与平台本体的结合处设有桩腿固定基座，平台本体中心处还设有通海工作孔。

该实用新型在现有四桩或者三桩平台的基础上增加桩腿，但是相应地增加了升降装置设备，不仅增加了成本，而且该实用新型使得对桩腿平台的平衡控制更加困难。在对平台升降装置的控制中，要求设置在桩腿上的平台本体能够同步上升和下降，保持升降高度的一致，否则有可能使平台发生倾斜甚至侧翻，将会对人员及设备造成很大的危害。因此，在对自升式海洋钻井平台升降系统的控制中，尤其需对升降系统进行同步控制，以保证平台工作的安全性和可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种起升式桩腿平台起升同步自适应控制方法及系统，从而解决现有技术中的上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种起升式桩腿平台起升同步自适应控制方法，包括步骤：

S1)检查起升式桩腿平台起升同步自适应控制系统的初始状态，判断初始状态是否正常，若是，则进入步骤S2)；若否，则对初始状态不正常的原因进行排查，重复本步骤；

S2)启动起升中心控制台，判断起升中心控制台是否正常，若是，则进入步骤S3)；若否，则对起升中心控制台不正常的原因进行排查，重复本步骤；

S3)对桩腿平台的状态数据进行监测，利用若干个倾角传感器及若干个位置编码器获取平台本体的升降速度和水平位置；设定同步偏差范围，判断平台本体的升降速度和水平位置是否均处于同步偏差范围内，若是，进入步骤S5)；若否，则进入步骤S4)；

S4)设置纠偏范围，判断平台本体的升降速度和水平位置是否处于纠偏范围内，若是，则进行同步纠偏，同步纠偏包括桩腿平台的位置同步纠偏和/或桩腿平台的倾角同步纠偏，返回步骤S3)；若否，则进行故障停车；

S5)设置受力保护范围，利用张力传感器判断齿轮齿条受力是否在保护范围内，若是，则桩腿同步升降；若否，则进行故障停车。

进一步的，步骤S4)中，桩腿平台的位置同步纠偏，包括步骤：

S41)对设置在桩腿平台上的多轴运动控制器建立一个定位虚轴；将多轴运动控制器通过定位虚轴与桩腿平台的n个桩腿建立位置同步关联，每个桩腿有一个伺服驱动器与多轴运动控制器为位置等时同步关联，伺服驱动器与桩腿上其他伺服驱动器为主从控制，桩腿上其他伺服驱动器为转矩等时同步控制；

S42)通过每个桩腿上设置的位置编码器获取平台本体在第i个桩腿上进行升降的实时位置值和实时速度值，0<i≤n，将实时位置值和实时速度值分别与第i个桩腿上与多轴运动控制器做位置等时同步关联的伺服驱动器连接的伺服电机的编码器输出的位置值及速度值进行比较，获得比较值，设定误差范围，判断比较值是否在误差范围内，若是，则将第i个桩腿的实时位置值和实时速度值反馈给多轴运动控制器，进入步骤S43)；若否，则报警停机；

S43)多轴运动控制器输出控制信号，将伺服驱动器的转矩输出值分别作为第i个桩腿上其他伺服驱动器的转矩输入值，伺服驱动器与第i个桩腿上其他伺服驱动器构成主从控制，第i个桩腿上其他伺服驱动器为转矩等时同步控制；第i个桩腿的每一个伺服驱动器分别连接有相应的伺服电机，并对相应的伺服电机进行驱动控制。

进一步的，步骤S4)中，桩腿平台的倾角同步纠偏，包括步骤：

S411)利用若干个倾角传感器对平台本体的水平倾角进行检测，获得若干个倾角传感器的测量结果，将测量结果相互进行对比，设定阈值范围，判断是否存在倾角传感器的测量结果与其他任意一个倾角传感器的测量结果进行对比后的值超出阈值范围，若存在，则报警停机；若不存在，则进入步骤S412)；

S412)设定水平调节值，判断平台本体的水平倾角是否超出水平调节值，若否，则结束桩腿平台的倾角同步纠偏；若是，则以水平位置最低的桩腿为基准进行调整，对除水平位置最低的桩腿外的其他桩腿上的伺服电机进行驱动，使除水平位置最低的桩腿外的其他桩腿上的平台本体的水平位置降低。

等时同步关联即建立信号之间的实时同步通讯，从而满足运动控制的高速通讯需求和系统的及时响应。本发明不仅能够进行桩腿平台的位置同步纠偏，而且还能够进行桩腿平台的倾角同步纠偏。当进行桩腿平台的位置同步纠偏的过程发生故障时，本发明能够通过桩腿平台的倾角同步纠偏从而对桩腿平台进行升降平衡控制。当进行桩腿平台的倾角同步纠偏的过程发生故障时，本发明能够通过桩腿平台的位置同步纠偏从而对桩腿平台进行升降平衡控制，通过多方面的自适应控制，保证了系统的控制精度、安全性和可靠性。

进一步的，步骤S5)中进行桩腿同步升降，包括步骤：

在每个桩腿上设置与驱动电机个数相对应的张力传感器，通过每个桩腿的若干个张力传感器获取桩腿上齿轮齿条受力信息，并将齿轮齿条受力信息反馈至与张力传感器相对应的伺服驱动器，利用与张力传感器相对应的伺服驱动器对伺服电机进行驱动控制。

本发明对桩腿平台的平衡控制中综合考虑了平台上升以及下降的速度、水平位置、倾角等信息，还考虑了齿轮齿条受力情况，使得桩腿平台保持升降高度的一致，保证了桩腿平台工作的安全性和可靠性。

本发明还提供了一种起升式桩腿平台起升同步自适应控制系统，包括桩腿平台、多轴运动控制器、传感器检测系统、平台数据记录系统、若干个桩腿本地控制台、起升中心控制台和若干组本地低压柜；桩腿平台包括平台本体以及用来支撑平台本体的若干个桩腿，每个桩腿设有一组起升驱动装置，每组起升驱动装置与多轴运动控制器连接，若干个桩腿通过起升驱动装置对平台本体进行升降控制；传感器检测系统、平台数据记录系统、若干个桩腿本地控制台、起升中心控制台、本地低压柜分别与多轴运动控制器相连。

进一步的，每组起升驱动装置包括无谐波整流器、若干个伺服驱动器、小齿轮升降单元组、若干个伺服电机；伺服电机设有编码器，伺服驱动器与伺服电机相连，伺服电机与所述小齿轮升降单元组相连；小齿轮升降单元组包括安装在桩腿上的齿条以及安装在平台本体的齿轮；多轴运动控制器集成有可编程序控制器。

本发明采用模块化结构，便于安装和维护。桩腿本地控制台的个数、本地低压柜的个数与桩腿的个数相适应。本发明采用多轴运动控制器，多轴运动控制器是基于驱动的运动控制系统，结构紧凑，集成了可编程序控制器，能够方便地与伺服驱动器相连接。

进一步的，传感器检测系统包括位置编码器、位置传感器、张力传感器、倾角传感器和高度传感器，位置传感器用于检测起升式桩腿平台起升同步自适应控制系统中机械结构的位置状况；张力传感器用于检测小齿轮升降单元组的齿轮齿条受力情况；倾角传感器用于检测平台本体的水平位置；高度传感器用于检测平台本体的高度位置；位置编码器用于检测平台本体的升降速度及位置。

进一步的，起升驱动装置还包括制动单元；伺服驱动器包括电压源型交-直-交变频模块；电压源型交-直-交变频模块包括电流反馈控制单元；起升中心控制台包括主系统和备用系统，主系统和备用系统均包括处理器和电源；主系统和备用系统均设有紧急停车自动停机系统和安全联锁保护装置；起升中心控制台和桩腿本地控制台均分别设有紧急停止按钮；所述平台数据记录系统包括电池、PC机、触摸屏和平台数据记录系统键盘，所述PC机包括微处理器。

本发明的伺服驱动器不仅能够实现伺服控制，而且还具有变频器的作用，将工频交流电变频成适合调节电机速度的电流，用以驱动伺服电机。伺服驱动器包括电压源型交-直-交变频模块，电压源型交-直-交变频模块具有电流反馈控制单元，起动性能良好，反应灵敏，根据负载大小能快速输出相应起动电流，不会超出额定电流，使得对电网无冲击，本发明的起升驱动装置具有适应于伺服电机能力的短时过载功能及电源缺相、输出缺相、电源过压、过流、欠压、接地以及过热保护功能。起升驱动装置还包括制动单元，当伺服电机进入再生发电制动状态时，制动单元将电能回馈到直流母线，因而导致直流母线电压的升高，这时产生的电能会自动的用到其他处于电动状态的驱动单元上，达到最简单的节能效果，节省了燃料，从而起到了保护环境的作用，多余的电能会通过制动电阻消耗掉。本发明的起升驱动装置采用伺服变频驱动方式，能非常有效地减小伺服电机启动和制动时对电网的冲击。同时，在启动时，制动器开闸前电压源型交-直-交变频器已经可以输出足够的力矩，保证不出现“溜车”的现象，且伺服电机是逐步缓慢加速至额定值；在正常停机时，电压源型交-直-交变频器能实现平滑的制动性能，在伺服电机降至零速时，再进行机械制动，大大减小制动器的磨损。

进一步的，起升中心控制台包括人机界面，人机界面设有用于指示每个桩腿设备上电的电源指示单元、小齿轮负荷指示单元、桩腿高度指示单元、桩腿平台的升降发光按钮、报警确认和复位按钮、系统停止按钮和若干个指示灯，所述若干个指示灯包括报警指示灯以及电机制动指示灯。

起升中心控制台具有相互独立设置的主、备用双系统，主系统和备用系统均设有紧急停车自动停机系统和安全联锁保护装置，提供了安全可靠的机械保护功能和起升操作。主系统可以切换到备份系统，备份系统也可以切换到主系统，安全联锁保护装置包括可锁定的分断开关或断路器，可锁定的分断开关或断路器保障了电路安全。起升中心控制台包括工控机、起升中心控制台键盘和鼠标，起升中心控制台能够对系统各数据进行远程监视，同时显示平台本体的水平位置、平台本体的高度、齿轮齿条的受力、电机功率、载荷、转速、电压、电流等数据，以及进行各设备运行状态、数据归档、报警及故障信息查询。

进一步的，若干个桩腿本地控制台连接有插座式的制动释放操作盒；制动释放操作盒设有输入输出接口；若干个桩腿本地控制台通过数据传输总线与制动释放操作盒的输入输出接口相连；制动释放操作盒，用于发送操作指令，并将操作指令传输给指定的一个桩腿本地控制台；桩腿本地控制台将操作指令传输给多轴控制器；多轴控制器与每个桩腿的起升驱动装置相连，用于接收并识别操作指令，以分别对桩腿平台的若干个桩腿进行同时控制。

本发明通过设置制动释放操作盒实现不同本地控制台分别向同一个控制器(多轴控制器)发送操作指令，使得多轴控制器控制本地控制台所对应的升降桩腿，从而实现平台本体的升降。通过设置插座式的制动释放操作盒便于对整个系统进行集中制动控制，本发明采用模块化结构，便于安装和维护。

本发明的有益效果是：本发明对桩腿平台的平衡控制中综合考虑了平台上升以及下降的速度、水平位置、齿轮齿条受力等信息，使得桩腿平台保持升降高度的一致，保证了桩腿平台工作的安全性和可靠性。

附图说明

图1是本实施例一桩腿平台起升同步自适应控制系统结构示意图。

图2是本实施例一桩腿平台起升同步自适应控制系统网络连接示意图。

图3是本实施例一桩腿平台起升同步自适应控制方法流程示意图。

图4是本实施例一桩腿平台起升同步自适应控制系统的整体结构框图。

图5是本实施例一桩腿平台起升同步自适应控制系统的部分结构框图。

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，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方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。需要说明的是，本发明的说明书及权利要求书的术语“包括”和“和/或”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，以便一系列单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他单元。

实施例一，一种起升式桩腿平台起升同步自适应控制方法，如图3所示，包括步骤：

S1)检查起升式桩腿平台起升同步自适应控制系统的初始状态，判断初始状态是否正常，若是，则进入步骤S2)；若否，则对初始状态不正常的原因进行排查，重复本步骤；

S2)启动起升中心控制台，判断起升中心控制台是否正常，若是，则进入步骤S3)；若否，则对起升中心控制台不正常的原因进行排查，重复本步骤；

S3)对桩腿平台的状态数据进行监测，利用若干个水平传感器及若干个位置编码器获取平台本体的升降速度和水平位置；设定同步偏差范围，判断平台本体的升降速度和水平位置是否均处于同步偏差范围内，若是，进入步骤S5)；若否，则进入步骤S4)；

S4)设置纠偏范围，判断平台本体的升降速度和水平位置是否处于纠偏范围内，若是，则进行同步纠偏，同步纠偏包括桩腿平台的位置同步纠偏和/或桩腿平台的倾角同步纠偏，返回步骤S3)；若否，则进行故障停车。

步骤S4)中，桩腿平台的位置同步纠偏，包括步骤：

S41)对设置在桩腿平台上的多轴运动控制器建立一个定位虚轴；将多轴运动控制器通过定位虚轴与桩腿平台的n个桩腿建立位置同步关联，每个桩腿有一个伺服驱动器与多轴运动控制器为位置等时同步关联，伺服驱动器与桩腿上其他伺服驱动器为主从控制，桩腿上其他伺服驱动器为转矩等时同步控制；

S42)通过每个桩腿上设置的位置编码器获取平台本体在第i个桩腿上进行升降的实时位置值和实时速度值，0<i≤n，将实时位置值和实时速度值分别与第i个桩腿上与多轴运动控制器做位置等时同步关联的伺服驱动器1ⁱ ₁₁连接的伺服电机1i₁₂的编码器输出的位置值及速度值进行比较，获得比较值，设定误差范围，判断比较值是否在误差范围内，若是，则将第i个桩腿的实时位置值和实时速度值反馈给多轴运动控制器，进入步骤S43)；若否，则报警停机；

S43)多轴运动控制器输出控制信号，将伺服驱动器1ⁱ ₁₁的转矩输出值分别作为第i个桩腿上其他伺服驱动器的转矩输入值，伺服驱动器1i₁₁与第i个桩腿上其他伺服驱动器构成主从控制，第i个桩腿上其他伺服驱动器为转矩等时同步控制；第i个桩腿的每一个伺服驱动器分别连接有相应的伺服电机，并对相应的伺服电机进行驱动控制。

步骤S4)中，桩腿平台的倾角同步纠偏，包括步骤：

S411)利用若干个倾角传感器对平台本体的水平倾角进行检测，获得若干个倾角传感器的测量结果，将测量结果相互进行对比，设定阈值范围，判断是否存在倾角传感器的测量结果与其他任意一个倾角传感器的测量结果进行对比后的值超出阈值范围，若存在，则报警停机；若不存在，则进入步骤S412)；

S412)设定水平调节值，判断平台本体的水平倾角是否超出水平调节值，若否，则结束桩腿平台的倾角同步纠偏；若是，则以水平位置最低的桩腿为基准进行调整，对除水平位置最低的桩腿外的其他桩腿上的伺服电机进行驱动，使除水平位置最低的桩腿外的其他桩腿上的平台本体的水平位置降低。通过以水平位置最低的桩腿为基准进行调整使得桩腿平台的倾角同步纠偏过程更加节能。

等时同步关联即建立信号之间的实时同步通讯，从而满足运动控制的高速通讯需求和系统的及时响应。本发明不仅能够进行桩腿平台的位置同步纠偏，而且还能够进行桩腿平台的倾角同步纠偏。当进行桩腿平台的位置同步纠偏的过程发生故障时，本发明能够通过桩腿平台的倾角同步纠偏从而对桩腿平台进行升降平衡控制。当进行桩腿平台的倾角同步纠偏的过程发生故障时，本发明能够通过桩腿平台的位置同步纠偏从而对桩腿平台进行升降平衡控制，通过多方面的自适应控制，保证了系统的控制精度、安全性和可靠性。

S5)设置受力保护范围，利用张力传感器判断齿轮齿条受力是否在保护范围内，若否，则进行故障停车。若是，则桩腿同步升降，包括步骤：在每个桩腿上设置与驱动电机个数相对应的张力传感器，通过每个桩腿的若干个张力传感器获取桩腿上齿轮齿条受力信息，并将齿轮齿条受力信息反馈至与张力传感器相对应的伺服驱动器，利用与张力传感器相对应的伺服驱动器对伺服电机进行驱动控制。

步骤S1)检查起升式桩腿平台起升同步自适应控制系统的初始状态包括检查各个指示灯是否指示正常、断路器是否合闸、通讯是否正常。步骤S2)中判断起升中心控制台是否正常，包括判断是否存在电机堵转、电机过载、制动故障、制动过载、驱动故障的问题，若存在，则先起升操作自动停车，再逐一排除故障问题。步骤S5)中齿轮齿条受力是指每个小齿轮升降单元组的齿轮与安装在桩腿上的齿条相啮合的受力情况。图4、图5分别为起升式桩腿平台起升同步自适应控制系统的整体、部分结构框图。每个桩腿设有位置编码器、18个伺服驱动器、与18个伺服驱动器分别相连的18个伺服电机、与18个伺服电机分别相连的18个张力传感器。本实施例一先对桩腿平台的多轴运动控制器建立一个定位虚轴，多轴运动控制器通过定位虚轴与桩腿平台的四个桩腿建立位置同步关联；每个桩腿有一个伺服驱动器与定位虚轴做位置等时同步关联，这个伺服驱动器与所在桩腿的其他17个伺服驱动器构成主从系统，其他17个伺服驱动器为转矩等时同步控制，四个桩腿通过定位虚轴关联在一起，定位虚轴在起动过程、故障处理过程中能够实现桩腿参考点和引导轴作用。本实施例一的倾角传感器共6个，倾角传感器用来检测平台本体的倾斜角度，6个倾角传感器实时互相比对数据，若平台倾斜，则以最低的桩腿为准进行调节，通过以最低的桩腿为准进行调节起到了节能、保证安全的作用。

本发明还提供了一种起升式桩腿平台起升同步自适应控制系统，如图1所示，包括桩腿平台、传感器检测系统、平台数据记录系统、4个桩腿本地控制台、起升中心控制台和4组本地低压柜；桩腿平台包括平台本体以及用来支撑平台本体的4个桩腿，每个桩腿设有一组起升驱动装置，每组起升驱动装置与多轴运动控制器连接，4个桩腿通过4组起升驱动装置对平台本体进行升降控制。每组起升驱动装置包括无谐波整流器、18个伺服驱动器、小齿轮升降单元组和18个伺服电机；每个伺服电机设有编码器。每个桩腿共设有72个伺服驱动器、72个伺服电机、72个张力传感器。每个桩腿有3面，每面共有6个伺服驱动器、6个伺服电机、6个张力传感器，伺服驱动器分别与多轴运动控制器、伺服电机相连，伺服电机与编码器相连(见图2)。伺服电机与小齿轮升降单元组相连；小齿轮升降单元组包括安装在桩腿上的齿条以及安装在平台本体的齿轮。多轴运动控制器集成有可编程序控制器。传感器检测系统、平台数据记录系统、4个桩腿本地控制台、起升中心控制台、4组本地低压柜分别与多轴运动控制器相连。

如图2所示，起升式桩腿平台起升同步自适应控制系统还包括三相进线电源和三相进线电抗器，伺服驱动器通过DRIVE-CLIQ总线与多轴运动控制器相连，传感器检测系统、各个分站分别通过Profi-net总线与多轴运动控制器相连，多轴运动控制器通过以太网与人机界面以及工作站连接。图2中的工作站包括起升中心控制台，分站包括4组本地低压柜和4个桩腿本地控制台。三相进线电源与三相进线电抗器相连，三相进线电抗器与无谐波整流器相连，无谐波整流器与伺服驱动器相连。起升中心控制台包括人机界面，人机界面设有用于指示每个桩腿设备上电的电源指示单元、小齿轮负荷指示单元、桩腿高度指示单元、每条桩腿的升降发光按钮、报警确认和复位按钮、系统停止按钮和若干个指示灯，若干个指示灯包括报警指示灯以及电机制动指示灯。报警指示灯设有两个报警级别，一个报警级别为声音报警和黄色指示；另一个报警级别为声音报警和红色指示，并停止系统起升。

传感器检测系统包括位置编码器、位置传感器、张力传感器、倾角传感器和高度传感器，传感器检测系统对应于图2中的测量系统，位置传感器用于检测起升式桩腿平台起升同步自适应控制系统中机械结构的位置状况；张力传感器用于检测小齿轮升降单元组的齿轮齿条受力情况(对应于图1中的负载测量)；倾角传感器用于检测平台本体的水平位置(对应于图1中的水平测量)；高度传感器用于检测平台本体的高度位置(对应于图1中的高度测量)；位置编码器用于检测平台本体的升降速度及位置。

起升驱动装置还包括制动单元；伺服驱动器包括电压源型交-直-交变频模块；电压源型交-直-交变频模块包括电流反馈控制单元。起升中心控制台包括主系统和备用系统，主系统和备用系统均包括处理器和电源；主系统和备用系统均设有紧急停车自动停机系统和安全联锁保护装置。起升中心控制台和桩腿本地控制台均分别设有紧急停止按钮。平台数据记录系统包括电池、PC机、触摸屏和平台数据记录系统键盘，PC机包括微处理器，平台数据记录系统提供了足够的内存进行数据存储(对应于图1中的数据记录)。

操作人员可以在0.25秒或更短的时间内调整采样时间。数据存储能够记录超过一段时间的起升系统机械寿命(超过200小时，基于2s的时间间隔)。也可以扩展数据存储。平台数据记录系统能够保存数据以及分析数据，例如分析张力趋势、载荷趋势或报警事件，另外数据可以输出成其它格式(如CSV)。平台数据记录系统能够24小时自动采集数据，通过平台数据记录系统能够全面地、准确地分析平台本体起升的操作情况，从而提高操作、维护和延长起升系统的寿命。

4个桩腿本地控制台分别连接有插座式的制动释放操作盒；若干个桩腿本地控制台连接有插座式的制动释放操作盒；制动释放操作盒设有输入输出接口；若干个桩腿本地控制台通过数据传输总线与制动释放操作盒的输入输出接口相连；制动释放操作盒，用于发送操作指令，并将操作指令传输给指定的一个桩腿本地控制台；桩腿本地控制台将操作指令传输给多轴控制器；多轴控制器与每个桩腿的起升驱动装置相连，用于接收并识别操作指令，以分别对桩腿平台的若干个桩腿进行同时控制。

本发明采用模块化结构，便于安装和维护。桩腿本地控制台的个数、本地低压柜的个数与桩腿的个数相适应。本发明采用多轴运动控制器，多轴运动控制器是基于驱动的运动控制系统，结构紧凑，集成了可编程序控制器，能够方便地与伺服驱动器相连接。

实施例二，一种起升式桩腿平台起升同步自适应控制系统，包括桩腿平台、传感器检测系统、平台数据记录系统、3个桩腿本地控制台、起升中心控制台和3组本地低压柜；桩腿平台包括平台本体以及用来支撑平台本体的3个桩腿，每个桩腿有3面，每个桩腿设有一组起升驱动装置，每组起升驱动装置与多轴运动控制器连接，3个桩腿通过3组起升驱动装置对平台本体进行升降控制。每组起升驱动装置包括无谐波整流器、18个伺服驱动器、小齿轮升降单元组和18个伺服电机；每个伺服电机设有编码器。每个桩腿共设有54个伺服驱动器、54个伺服电机、54个张力传感器。本实施例二的其余部分与实施例一相同，在此不再重述。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种起升式桩腿平台起升同步自适应控制方法，其特征在于，包括步骤：

S1)检查起升式桩腿平台起升同步自适应控制系统的初始状态，判断初始状态是否正常，若是，则进入步骤S2)；若否，则对初始状态不正常的原因进行排查，重复本步骤；

S2)启动起升中心控制台，判断起升中心控制台是否正常，若是，则进入步骤S3)；若否，则对起升中心控制台不正常的原因进行排查，重复本步骤；

S3)对桩腿平台的状态数据进行监测，利用若干个倾角传感器及若干个位置编码器获取平台本体的升降速度和水平位置；设定同步偏差范围，判断平台本体的升降速度和水平位置是否均处于同步偏差范围内，若是，进入步骤S5)；若否，则进入步骤S4)；

S4)设置纠偏范围，判断平台本体的升降速度和水平位置是否处于纠偏范围内，若是，则进行同步纠偏，所述同步纠偏包括桩腿平台的位置同步纠偏和/或桩腿平台的倾角同步纠偏，返回步骤S3)；若否，则进行故障停车；

S5)设置受力保护范围，利用张力传感器判断齿轮齿条受力是否在所述保护范围内，若是，则桩腿同步升降；若否，则进行故障停车；

在步骤S4)中，所述桩腿平台的位置同步纠偏，包括步骤：

S41)对设置在桩腿平台上的多轴运动控制器建立一个定位虚轴；将所述多轴运动控制器通过定位虚轴与桩腿平台的n个桩腿建立位置同步关联，每个桩腿有一个伺服驱动器与所述多轴运动控制器为位置等时同步关联，所述伺服驱动器与所述桩腿上其他伺服驱动器为主从控制，所述桩腿上其他伺服驱动器为转矩等时同步控制；

S42)通过每个桩腿上设置的位置编码器获取平台本体在第i个桩腿上进行升降的实时位置值和实时速度值，0<i≤n，将所述实时位置值和所述实时速度值分别与第i个桩腿上与多轴运动控制器做位置等时同步关联的伺服驱动器连接的伺服电机的编码器输出的位置值及速度值进行比较，获得比较值，设定误差范围，判断所述比较值是否在所述误差范围内，若是，则将第i个桩腿的实时位置值和实时速度值反馈给多轴运动控制器，进入步骤S43)；若否，则报警停机；

S43)所述多轴运动控制器输出控制信号，将所述伺服驱动器的转矩输出值分别作为第i个桩腿上其他伺服驱动器的转矩输入值，所述伺服驱动器与第i个桩腿上其他伺服驱动器构成主从控制，第i个桩腿上其他伺服驱动器为转矩等时同步控制；第i个桩腿的每一个伺服驱动器分别连接有相应的伺服电机，并对相应的伺服电机进行驱动控制步骤S4)中，所述桩腿平台的倾角同步纠偏，包括步骤：

S411)利用若干个倾角传感器对平台本体的水平倾角进行检测，获得若干个倾角传感器的测量结果，将所述测量结果相互进行对比，设定阈值范围，判断是否存在倾角传感器的测量结果与其他任意一个倾角传感器的测量结果进行对比后的值超出所述阈值范围，若存在，则报警停机；若不存在，则进入步骤S412)；

S412)设定水平调节值，判断平台本体的水平倾角是否超出所述水平调节值，若否，则结束桩腿平台的倾角同步纠偏；若是，则以水平位置最低的桩腿为基准进行调整，对除所述水平位置最低的桩腿外的其他桩腿上的伺服电机进行驱动，使除所述水平位置最低的桩腿外的其他桩腿上的平台本体的水平位置降低。

2.根据权利要求1所述的起升式桩腿平台起升同步自适应控制方法，其特征在于，步骤S5)中进行桩腿同步升降，包括步骤：

在每个桩腿上设置与驱动电机个数相对应的张力传感器，通过每个桩腿的若干个张力传感器获取桩腿上齿轮齿条受力信息，并将所述齿轮齿条受力信息反馈至与所述张力传感器相对应的伺服驱动器，利用与所述张力传感器相对应的伺服驱动器对伺服电机进行驱动控制。

3.一种起升式桩腿平台起升同步自适应控制系统，适用于如权利要求1所述的一种起升式桩腿平台起升同步自适应控制方法，其特征在于，包括桩腿平台、多轴运动控制器、传感器检测系统、平台数据记录系统、若干个桩腿本地控制台、起升中心控制台和若干组本地低压柜；所述桩腿平台包括平台本体以及用来支撑所述平台本体的若干个桩腿，每个桩腿设有一组起升驱动装置，每组起升驱动装置与所述多轴运动控制器连接，所述若干个桩腿通过起升驱动装置对所述平台本体进行升降控制；所述传感器检测系统、所述平台数据记录系统、所述若干个桩腿本地控制台、所述起升中心控制台、所述本地低压柜分别与所述多轴运动控制器相连。

4.根据权利要求3所述的起升式桩腿平台起升同步自适应控制系统，其特征在于，每组起升驱动装置包括无谐波整流器、若干个伺服驱动器、小齿轮升降单元组、若干个伺服电机；所述伺服电机设有编码器，所述伺服驱动器与所述伺服电机相连，所述伺服电机与所述小齿轮升降单元组相连；所述小齿轮升降单元组包括安装在桩腿上的齿条以及安装在平台本体的齿轮；所述多轴运动控制器集成有可编程序控制器。

5.根据权利要求4所述的起升式桩腿平台起升同步自适应控制系统，其特征在于，传感器检测系统包括位置编码器、位置传感器、张力传感器、倾角传感器和高度传感器，所述位置传感器用于检测起升式桩腿平台起升同步自适应控制系统中机械结构的位置状况；所述张力传感器用于检测小齿轮升降单元组的齿轮齿条受力情况；所述倾角传感器用于检测平台本体的水平位置；所述高度传感器用于检测平台本体的高度位置；所述位置编码器用于检测平台本体的升降速度及位置。

6.根据权利要求5所述的起升式桩腿平台起升同步自适应控制系统，其特征在于，所述起升驱动装置还包括制动单元；所述伺服驱动器包括电压源型交-直-交变频模块；所述电压源型交-直-交变频模块包括电流反馈控制单元；所述起升中心控制台包括主系统和备用系统，所述主系统和备用系统均包括处理器和电源；所述主系统和备用系统均设有紧急停车自动停机系统和安全联锁保护装置；所述起升中心控制台和所述桩腿本地控制台均分别设有紧急停止按钮；所述平台数据记录系统包括电池、PC机、触摸屏和平台数据记录系统键盘，所述PC机包括微处理器。

7.根据权利要求6所述的起升式桩腿平台起升同步自适应控制系统，其特征在于，所述起升中心控制台包括人机界面，所述人机界面设有用于指示每个桩腿设备上电的电源指示单元、小齿轮负荷指示单元、桩腿高度指示单元、桩腿平台的升降发光按钮、报警确认和复位按钮、系统停止按钮和若干个指示灯，所述若干个指示灯包括报警指示灯以及电机制动指示灯。

8.根据权利要求7所述的起升式桩腿平台起升同步自适应控制系统，其特征在于，所述若干个桩腿本地控制台连接有插座式的制动释放操作盒；所述制动释放操作盒设有输入输出接口；若干个桩腿本地控制台通过数据传输总线与所述制动释放操作盒的输入输出接口相连；所述制动释放操作盒，用于发送操作指令，并将操作指令传输给指定的一个桩腿本地控制台；桩腿本地控制台将操作指令传输给多轴运动控制器；多轴运动控制器与每个桩腿的起升驱动装置相连，用于接收并识别操作指令，以分别对桩腿平台的若干个桩腿进行同时控制。