CN114992386A - 一种海管弃管脱扣装置控制系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海管弃管脱扣装置控制系统及控制方法,属于海底管道施工技术领域,其特征在于,包括海管弃管脱扣装置;其中:所述海管弃管脱扣装置上开设有与绳扣配合的锁口;所述海管弃管脱扣装置的锁口处设置有锁舌;所述海管弃管脱扣装置的内部安装有带动锁舌动作的驱动机构和自动控制系统总成;所述海管弃管脱扣装置尾部通过下放绳索与铺管船连接;所述铺管船上设置有与自动控制系统总成进行数据交互的控制部。通过采用上述技术方案,本申请既能提高施工安全性,又能提高施工效率,同时无需特殊装备配合,即可对脱扣装置进行自动控制,对海底管道施工作业具有重要的现实意义。
Description
技术领域
本发明属于海底管道施工技术领域,具体涉及一种海管弃管脱扣装置控制系统及控制方法。
背景技术
目前,海底管道铺设过程中,如遇大风、大浪、铺管船舶出现重大故障等紧急情况时,需将正在铺设的管线暂时封堵,然后下放至海床,再由潜水员或水下机器人将连接管线封堵的钢丝绳脱开。待海况好转或故障消除后,再将管线回收继续铺管。
显然,由潜水员或水下机器人脱扣,均具有高风险、耗时长、需要特殊装备配合等缺点。因此需要一种海管弃管脱扣装置自动控制系统,对脱扣装置进行自动控制,提高弃管作业安全性及施工效率。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足,提出一种海管弃管脱扣装置控制系统及控制方法,既能提高施工安全性,又能提高施工效率,同时无需特殊装备配合,即可对脱扣装置进行自动控制,对海底管道施工作业具有重要的现实意义。
本发明的第一目的是提供一种海管弃管脱扣装置控制系统,包括海管弃管脱扣装置(10);其中:
所述海管弃管脱扣装置(10)上开设有与绳扣配合的锁口;所述海管弃管脱扣装置(10)的锁口处设置有锁舌;所述海管弃管脱扣装置(10)的内部安装有带动锁舌动作的驱动机构和自动控制系统总成(16);所述海管弃管脱扣装置(10)通过下放绳索与铺管船(24)连接;所述铺管船(24)上设置有与自动控制系统总成(16)进行数据交互的控制部。
优选地:所述驱动机构包括液压油缸(3)、液压油路和液压泵(6);所述自动控制系统总成(16)包括电源和脱扣控制器;所述液压油路包括溢流阀(1)、液压管路(2)、直流电机(5)、单向阀(7);所述脱扣控制器通过直流电机(5)与液压泵(6)连接;所述液压油缸(3)的活塞杆与锁舌连接。
优选地:所述液压油缸(3)上安装有监测活塞杆伸缩状态的两个接近开关(4);两个接近开关(4)与脱扣控制器进行数据交互。
优选地:所述海管弃管脱扣装置(10)内部安装有水深传感器(13),所述水深传感器(13)与脱扣控制器进行数据交互。
优选地:所述海管弃管脱扣装置(10)内部安装有角度传感器,所述角度传感器与脱扣控制器进行数据交互。
优选地:所述控制部包括上位机、USB转RS485模块;所述上位机通过USB转RS485模块与脱扣控制器进行数据交互。
优选地:所述下放绳索为下放钢丝绳(23)。
本发明的第二目的是提供一种海管弃管脱扣装置控制系统的控制方法,基于上述的海管弃管脱扣装置控制系统完成如下步骤:
步骤一、将连接钢丝绳(22)一端的绳扣与管线封堵(21)连接;将管线封堵(21)与管线(20)连接;
步骤二、将控制部和自动控制系统总成(16)连接,控制部首先向自动控制系统总成(16)发送开锁指令,自动控制系统总成(16)控制驱动机构执行锁舌打开动作;将绳扣置于锁口内,控制部然后向自动控制系统总成(16)发送闭锁指令,自动控制系统总成(16)控制驱动机构执行锁舌闭合动作,最后在控制部上设定自动脱扣参数;控制部将自动脱扣参数发送至自动控制系统总成(16);参数设定完毕后,将控制部与自动控制系统总成(16)断开;
步骤三、将管线下放到海底后;自动控制系统总成(16)采集角度传感器数据和水深传感器数据,当海管弃管脱扣装置处于水平的状态时,自动控制系统总成(16)判断海管已下放完毕,进入准备脱扣状态;
步骤四、回收下放绳索,自动控制系统总成(16)采集角度传感器数据,当满足自动弃管参数中的角度参数后,自动控制系统总成(16)控制驱动机构驱动锁舌打开;绳扣与锁口脱离。
优选地:所述自动弃管参数中的角度参数为海管弃管脱扣装置已由水平状态变为竖直状态。
在步骤二中,包括根据目前铺管船所处位置的水深及浪涌情况,确定自动弃管参数,将上位机与脱扣控制器通过USB转RS485模块进行连接,将参数从上位机传输到脱扣控制器,设定完毕后,将USB转RS485模块与脱扣控制器断开。
本申请的有益效果是:
本发明可根据作业地点水深和浪涌情况提前设定脱扣参数,海管弃管脱扣装置入水后,由脱扣控制器采集水深和角度信号来判断进行脱扣的时机,能够自动控制脱扣和复位动作,操作简便,可靠性高,无需特殊装备配合,缩短了出现紧急状况时的脱扣时间,降低了施工成本。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明优选实施例的液压原理图;
图2是本发明优选实施例的控制系统结构图;
图3是本发明优选实施例复位状态结构简图;
图4是本发明优选实施例脱扣状态结构简图;
图5是本发明优选实施例应用中开始下放时工作状态图;
图6是本发明优选实施例应用中水平状态时工作状态图;
图7是本发明优选实施例应用中开始脱扣时工作状态图。
图中:1、溢流阀;2、液压管路;3、液压油缸;4、接近开关;5、直流电机;6、液压泵;7、单向阀;10、海管弃管脱扣装置;13、水深传感器;15、连接电缆;16、自动控制系统总成;20、管线;21、管线封堵;22、连接钢丝绳;23、下放钢丝绳;24、铺管船。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,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它步骤或单元。
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
请参阅图1至图7,一种海管弃管脱扣装置控制系统,包括:
与管线封堵21连接的连接钢丝绳22;
海管弃管脱扣装置10;其中:
所述海管弃管脱扣装置10优选的是圆柱形结构,左端上表面开设有与绳扣配合的锁口;所述海管弃管脱扣装置10的锁口处设置有锁舌,所述海管弃管脱扣装置10上开设有锁舌伸缩用的通道孔;所述海管弃管脱扣装置10的内部安装有带动锁舌动作的驱动机构;所述海管弃管脱扣装置10通过下放绳索与铺管船24连接;所述铺管船24上设置有与海管弃管脱扣装置10进行数据交互的控制部。下放绳索优选的下放钢丝绳23。
所述驱动机构包括液压油缸3、液压油路、液压泵6;自动控制系统总成16包括电源和脱扣控制器;所述液压油路包括溢流阀1、液压管路2、直流电机5、单向阀7;所述脱扣控制器通过直流电机5与液压泵6连接;所述液压油缸3的活塞杆与锁舌连接。
所述液压油缸3上安装有监测活塞杆伸缩状态的两个接近开关4;两个接近开关4与脱扣控制器进行数据交互。一个接近开关用于检测活塞杆伸出时的锁紧位置,另外一个接近开关用于检测活塞杆回缩时的开锁位置;
所述海管弃管脱扣装置10内部安装有水深传感器13,所述水深传感器13与脱扣控制器进行数据交互。
所述海管弃管脱扣装置10内部安装有角度传感器,所述角度传感器与脱扣控制器进行数据交互。
所述控制部包括上位机、USB转RS485模块;所述上位机通过USB转RS485模块与脱扣控制器进行数据交互。
所述海管弃管脱扣装置控制系统的工作原理为:
步骤一、将连接钢丝绳22一端的绳扣与管线封堵21连接;将管线封堵21与管线20连接;
步骤二、将控制部和自动控制系统总成16连接,控制部首先向自动控制系统总成16发送开锁指令,自动控制系统总成16控制驱动机构执行锁舌打开动作;将绳扣置于锁口内,控制部然后向自动控制系统总成16发送闭锁指令,自动控制系统总成16控制驱动机构执行锁舌闭合动作,最后在控制部上设定自动脱扣参数;控制部将自动脱扣参数发送至自动控制系统总成16;参数设定完毕后,将控制部与自动控制系统总成16断开;
步骤三、将管线下放到海底后;自动控制系统总成16采集角度传感器数据和水深传感器数据,当海管弃管脱扣装置处于水平的状态时,自动控制系统总成16判断海管已下放完毕,进入准备脱扣状态;
步骤四、回收下放绳索,自动控制系统总成16采集角度传感器数据,当满足自动弃管参数中的角度参数后,自动控制系统总成16控制驱动机构驱动锁舌打开;绳扣与锁口脱离。
在步骤二中,包括根据目前铺管船所处位置的水深及浪涌情况,确定自动弃管参数,将上位机与脱扣控制器通过USB转RS485模块进行连接,将参数从上位机传输到脱扣控制器,设定完毕后,将USB转RS485模块与脱扣控制器断开。
本申请中的海管弃管脱扣装置自动控制系统主要包括上位机、USB转RS485模块、液压油缸3、电池组、直流电机5、液压泵6、功率继电器、水深传感器13、角度传感器、接近开关4及脱扣控制器;
所述上位机为笔记本电脑,通信接口至少包括USB接口,用于施工人员设定自动弃管参数;
所述USB转RS485模块用于施工人员设定自动弃管参数时,将上位机的USB接口与控制器的RS485接口进行连接;
所述液压油缸3为驱动机构,用于使脱扣装置脱扣或复位;
所述液压泵6连接液压油缸3,用于为液压油缸3提供液压油源;
所述直流电机5连接液压泵6,用于为液压泵6提供动力;
所述功率继电器连接直流电机5为两个,用于控制直流电机5转动方向;
所述电池组连接功率继电器及脱扣控制器,用于为功率继电器及脱扣控制器提供直流电源;
所述水深传感器13为压力传感器,设置在海管弃管脱扣装置内部并能够接触到海水,用于监测脱扣装置所在位置的水深;
所述角度传感器用于监测脱扣装置自身的倾斜角度;
所述接近开关4为两个,设置在液压油缸3的缸筒上,用于监测液压油缸3活塞杆完全伸出和完全缩回的两种状态;接近开关4通过连接电缆15与脱扣控制器连接;
所述脱扣控制器包括采集电路、数字通信接口和输出电路,所述采集电路至少可以采集两路开关信号和两路模拟信号,所述数字通信接口至少包括RS485接口,所述输出电路至少包括两路开关量输出电路,所述脱扣控制器采集传感器数据进行分析判断,当满足自动脱扣条件时,输出开关量信号到功率继电器实现对液压油缸3的控制。
一种海管弃管脱扣装置自动控制系统控制方法,所述海管弃管脱扣装置自动控制系统控制方法使用了上述所述的海管弃管脱扣装置自动控制系统,所述海管弃管脱扣装置自动控制系统的控制方法包括以下步骤:
步骤一:确认电池组充电完成,保证电池组有足够的电量能够进行工作;
步骤二:操作员根据目前铺管船24所处位置的水深及浪涌情况确定自动弃管参数,将上位机与脱扣控制器通过USB转RS485模块进行连接,将参数从上位机传输到脱扣控制器,设定完毕后,将USB转RS485模块与脱扣控制器断开;
步骤三:将海管弃管脱扣装置10一端通过连接钢丝绳22与管线封堵21连接,另一端与下放钢丝绳23连接,然后将管线20下放,下放过程中,脱扣控制器采集水深传感器13数据,当满足自动弃管参数中的水深参数后,脱扣控制器开始采集角度传感器数据;
步骤四:当管线20下放到海底后,海管弃管脱扣装置10处于一种接近于水平的状态,脱扣控制器采集角度传感器数据,判断管线20已下放完毕,进入准备脱扣状态;
步骤五:铺管船24进行倒船作业及回收下放钢丝绳23作业,此时海管弃管脱扣装置10将慢慢由水平状态变为竖直状态,脱扣控制器采集角度传感器数据,当满足自动弃管参数中的角度参数后,脱扣控制器输出脱扣开关量信号,控制功率继电器A吸合,直流电机5转动带动液压泵6转动向液压油缸3输出液压油,使液压油缸3活塞杆伸出进行脱扣动作,当活塞杆完全伸出后,连接钢丝绳22脱出,脱扣动作完成,接近开关A向脱扣控制器发出信号,脱扣控制器停止输出脱扣开关量信号;
步骤六:脱扣控制器停止输出脱扣开关量信号后,开始计时一段时间,然后输出复位开关量信号,控制功率继电器B吸合,直流电机5反方向转动带动液压泵6反方向转动向液压油缸3输出液压油,使液压油缸3活塞杆缩回进行复位动作,当活塞杆完全缩回后,复位动作完成,接近开关B向脱扣控制器发出信号,脱扣控制器停止输出复位开关量信号,到此自动脱扣动作完成。
采用上述技术方案的海管弃管脱扣装置自动控制系统与控制方法,用户可根据作业地点水深和浪涌情况提前设定脱扣参数,海管弃管脱扣装置入水后,由脱扣控制器采集水深和角度信号来判断进行脱扣的时机,能够自动控制脱扣和复位动作,操作简便,可靠性高,无需特殊装备配合,缩短了出现紧急状况时的脱扣时间,降低了施工成本。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已,并不用于限制本申请,对于本领域的技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种海管弃管脱扣装置控制系统,其特征在于,包括海管弃管脱扣装置(10);其中:
所述海管弃管脱扣装置(10)上开设有与绳扣配合的锁口;所述海管弃管脱扣装置(10)的锁口处设置有锁舌;所述海管弃管脱扣装置(10)的内部安装有带动锁舌动作的驱动机构和自动控制系统总成(16);所述海管弃管脱扣装置(10)尾部通过下放绳索与铺管船(24)连接;所述铺管船(24)上设置有与自动控制系统总成(16)进行数据交互的控制部。
2.根据权利要求1所述的海管弃管脱扣装置控制系统,其特征在于,所述驱动机构包括液压油缸(3)、液压油路和液压泵(6);所述自动控制系统总成(16)包括电源和脱扣控制器;所述液压油路包括溢流阀(1)、液压管路(2)、直流电机(5)、单向阀(7);所述脱扣控制器通过直流电机(5)与液压泵(6)连接;所述液压油缸(3)的活塞杆与锁舌连接。
3.根据权利要求2所述的海管弃管脱扣装置控制系统,其特征在于,所述液压油缸(3)上安装有监测活塞杆伸缩状态的两个接近开关(4);两个接近开关(4)与脱扣控制器进行数据交互。
4.根据权利要求1所述的海管弃管脱扣装置控制系统,其特征在于,所述海管弃管脱扣装置(10)内部安装有水深传感器(13),所述水深传感器(13)与脱扣控制器进行数据交互。
5.根据权利要求1所述的海管弃管脱扣装置控制系统,其特征在于,所述海管弃管脱扣装置(10)内部安装有角度传感器,所述角度传感器与脱扣控制器进行数据交互。
6.根据权利要求1所述的海管弃管脱扣装置控制系统,其特征在于,所述控制部包括上位机、USB转RS485模块;所述上位机通过USB转RS485模块与脱扣控制器进行数据交互。
7.根据权利要求1所述的海管弃管脱扣装置控制系统,其特征在于,所述下放绳索为下放钢丝绳(23)。
8.一种海管弃管脱扣装置控制系统的控制方法,其特征在于,基于权利要求1-7任一项所述的海管弃管脱扣装置控制系统完成如下步骤:
步骤一、将连接钢丝绳(22)一端的绳扣与管线封堵(21)连接;将管线封堵(21)与管线(20)连接;
步骤二、将控制部和自动控制系统总成(16)连接,控制部首先向自动控制系统总成(16)发送开锁指令,自动控制系统总成(16)控制驱动机构执行锁舌打开动作;将绳扣置于锁口内,控制部然后向自动控制系统总成(16)发送闭锁指令,自动控制系统总成(16)控制驱动机构执行锁舌闭合动作,最后在控制部上设定自动脱扣参数;控制部将自动脱扣参数发送至自动控制系统总成(16);参数设定完毕后,将控制部与自动控制系统总成(16)断开;
步骤三、将管线下放到海底后;自动控制系统总成(16)采集角度传感器数据和水深传感器数据,当海管弃管脱扣装置处于水平的状态时,自动控制系统总成(16)判断海管已下放完毕,进入准备脱扣状态;
步骤四、回收下放绳索,自动控制系统总成(16)采集角度传感器数据,当满足自动弃管参数中的角度参数后,自动控制系统总成(16)控制驱动机构驱动锁舌打开;绳扣与锁口脱离。
9.根据权利要求8所述海管弃管脱扣装置控制系统的控制方法,其特征在于,所述自动弃管参数中的角度参数为海管弃管脱扣装置已由水平状态变为竖直状态。
10.根据权利要求8所述海管弃管脱扣装置控制系统的控制方法,其特征在于,在步骤二中,包括根据目前铺管船所处位置的水深及浪涌情况,确定自动弃管参数,将上位机与脱扣控制器通过USB转RS485模块进行连接,将参数从上位机传输到脱扣控制器,设定完毕后,将USB转RS485模块与脱扣控制器断开。
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