液壓打樁錘是海洋石油平臺海上安裝階段的重要施工設(shè)備，在石油平臺樁基工程中不可或缺。通過對德國進口液壓打樁錘控制系統(tǒng)的研究，了解其控制系統(tǒng)的構(gòu)成以及原理，掌握其控制流程，將所研究的經(jīng)驗應(yīng)用到實際的施工過程中，及時解決設(shè)備出現(xiàn)的問題，并推動大型裝備的國產(chǎn)化。
集機械、電氣、液壓
諸功能于一體
整個打樁錘系統(tǒng)由錘體、動力站、液壓絞車和電纜絞車等幾個部分組成，其中，控制系統(tǒng)負責(zé)的部分包括控制打樁錘錘芯的起落，從而完成打樁過程。通過與動力站內(nèi)的控制系統(tǒng)相互通訊，完成對控制系統(tǒng)內(nèi)必要參數(shù)的監(jiān)控以及調(diào)整，保證整個打樁錘系統(tǒng)工作的協(xié)調(diào)性。
控制系統(tǒng)組成及原理 用戶根據(jù)實際工況設(shè)置好所需要打樁的能量，控制系統(tǒng)根據(jù)用戶所設(shè)定的能量來計算出錘芯所需要提升的高度，控制系統(tǒng)通過控制方向閥的換向來使錘芯向上移動，需要有適當(dāng)?shù)脑O(shè)備來監(jiān)測錘芯的運動狀況，監(jiān)測錘芯的提升高度是否已經(jīng)達到設(shè)定值，當(dāng)錘芯的提升高度達到設(shè)定值時，控制系統(tǒng)控制換向閥來換向，使得錘芯向下移動系統(tǒng)監(jiān)測錘芯的運動狀態(tài)，計算出錘芯的運動速度，從而計算出打擊的能量，并反饋到CPU中，與用戶設(shè)定值比較，從而在下一個打樁過程中，調(diào)整計算所得錘芯高度，完成一個能量的閉環(huán)控制過程。
另外，打樁系統(tǒng)中需要有一個電動的旁通閥，用來完成控制系統(tǒng)發(fā)出來的停止打樁的指令。同時，通過與動力站內(nèi)控制系統(tǒng)的通訊，完成動力站內(nèi)參數(shù)(液壓油溫度，室內(nèi)溫度)的檢測，以及液壓油流量等參數(shù)的調(diào)節(jié)，針對以上的打樁原理，MENCK打樁錘的控制系統(tǒng)組成如圖1。
圖2為MENCK打樁錘系統(tǒng)的示意圖，其外圍部件包括：接近傳感器MH11，MH21，MH21，MH22，其主要功能負責(zé)檢測錘芯的運動過程，并將檢測信號反饋到CPU中。電磁換向閥，主要作用是接受CPU的輸出指令，適當(dāng)?shù)刈龀鱿鄳?yīng)的動作，以此來控制主閥的上下位置，控制主液壓油路的方向，從而完成錘芯的上升和下降動作。電磁液壓旁通閥，主要作用是接受CPU的輸出指令，適當(dāng)?shù)刈龀鱿鄳?yīng)的動作，以此來控制電動旁通閥的通斷，以此來完成打樁的停止動作。另外，為了保證打樁錘在工作過程中的安全性，控制系統(tǒng)中還包括接近傳感器CH1和接近傳感器 CS1。
系統(tǒng)可全程監(jiān)測作業(yè)流程
打樁錘控制器(MHU)MHU是打樁錘控制系統(tǒng)的主要部件，負責(zé)整個系統(tǒng)控制信號的發(fā)出，反饋信號的接收、處理，以及各種信息的顯示，是整個打樁錘系統(tǒng)的大腦。它主要是由一臺實時控制器(RTC)以及人機交互界面(HMI)組成。
RTC 的主要硬件部分由一個IBM Power PC405 GP，自帶16位的數(shù)字信號輸入輸出板以及一個分布式I/O系統(tǒng)(5個模擬信號輸入模塊和1個模擬信號輸出模塊組)。RTC與HMI采用工業(yè)以太網(wǎng)來進行通訊，為了保證傳輸數(shù)據(jù)的豐富性，同時，分布式的I/O系統(tǒng)通過CAN總線來與PC相連接，完成系統(tǒng)中必要的模擬量信號的通訊。為了保護信號采集板，每個板子的接口都接有電涌保護器。
控制流程 控制系統(tǒng)打開通電，檢查急�；芈肥欠癖患せ睿诩蓖；芈窙]有被激活的情況下，系統(tǒng)檢測各個傳感器信號 MH11，MH12，MH21，MH22，CH1，CS1，CS2信號是否滿足工作要求，Menck系列打樁錘要求，行程傳感器必須有兩個相鄰的傳感器激活才能工作，同時，要求CH1與CS信號為高電平時，可以進行打樁工作。
在打樁過程中，系統(tǒng)根據(jù)用戶所需要的能量要求以及所激活的MH傳感器換算出所需要的MH傳感器信號變換的次數(shù)，并將其存在計數(shù)器C1中，在錘芯上升的過程中，當(dāng)MH傳感器信號變換次數(shù)達到計數(shù)器C1所存的數(shù)值時，電磁換向閥變向，錘芯向下運動，在下行過程中，計數(shù)器T2隨時記錄相鄰MH傳感器信號變換的時間，通過這個時間計算出錘芯的運動速度，從而計算出此次打樁的實際能量。在錘芯上升過程中，計時器T1作為一個保護起到較為重要的作用，它的作用是保證錘芯在一個規(guī)定的時間范圍內(nèi)都在處于上升的運動狀態(tài)，如果超出這個時間范圍，證明錘芯是被機械卡住，或者液壓油流量選擇不合適，系統(tǒng)泄壓，保護整個系統(tǒng)。
在作業(yè)過程中，系統(tǒng)隨時監(jiān)測錘體以及傳感器上返回的信號。例如，液壓油的高低壓數(shù)值，液壓油溫度、動力站內(nèi)溫度、電磁旁通閥以及電磁換向閥的電流值、并且這些數(shù)值都有規(guī)定的范圍，如果傳感器采集的數(shù)值超出范圍，系統(tǒng)做出相應(yīng)的報警，并且有相應(yīng)的動作。
在整個打樁的信息記錄也較為全面，每根鋼樁的入泥深度，錘擊數(shù)，錘擊能量均有記錄，系統(tǒng)提供給用戶一個信號圖，內(nèi)容包括各個傳感器在各個時間段的信號，以及錘芯的上升下降的趨勢，供用戶參考來判斷整臺設(shè)備的狀態(tài)。
打水下樁時，系統(tǒng)提供了三種方式來控制空氣閥的開啟以及開度來向錘套內(nèi)供氣，用戶可以根據(jù)實際情況自由選取(手動，由壓差傳感器控制，由錘套內(nèi)水位控制)。
作為海洋工程的重要裝備，液壓打樁錘是一種集機械、電氣、液壓于一身的高技術(shù)含量的設(shè)備，而其控制系統(tǒng)是這臺大型設(shè)備的大腦，深入了解控制系統(tǒng)的組成以及原理有利于在海上施工時及時排查設(shè)備出現(xiàn)的故障。
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