該在行進中開展輸油作業(yè),輸油軟管由于自身承重,會在兩船之間產(chǎn)生 的下垂高度H。由于兩船間距的不斷變化以及風(fēng)浪等因素的影響,可能導(dǎo)致以下情況:
1)下垂高度過大,張力太小軟管落入水中;
2)下垂高度過小,軟管所承受的張力太大。
這兩種情況都會影響輸油裝置的使用 。如果 依靠人工操作來保持適當(dāng)?shù)南麓垢叨葧a(chǎn)生以下問題:
1)行進中輸油作業(yè)一般持續(xù)時間較長,僅憑人工控制下垂高度,操作人員體力上很難勝任;
2)人工操作只能憑感官判斷,控制精度不高;
3)反應(yīng)不夠及時。
針對上述問題,該輸油裝置在設(shè)計中采用基于PLC、扭矩傳感器、液壓伺服器件的自動補償控制系統(tǒng),控制軟管絞車自動調(diào)節(jié)輸油軟管的下垂高度,使其在輸油作業(yè)中始終處于正常工作范圍內(nèi)。由于軟管下垂高度H與其所承受的張力N之間呈近似的線性關(guān)系,可以用軟管張力補償來實現(xiàn)下垂高度的自動補償。
一、自動補償原理
該輸油裝置主要包括軟管絞車、液壓驅(qū)動單元、軟管組件、控制系統(tǒng)四部分。輸油軟管張力自動補償工作原理是:用扭矩傳感器檢測出軟管絞車驅(qū)動軸承受的扭矩,間接計算出軟管承受的張力;用光電開關(guān)組測出軟管絞車轉(zhuǎn)動的方向和圈數(shù),間接計算出絞車收放軟管的長度。PLC根據(jù)預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)表判斷當(dāng)軟管長度為L時,承受的張力是否超過上下限值,張力過小時,控制絞車自動放出軟管,張力過大時控制絞車自動收管,使軟管始終保持合適的下垂高度。
二、共振產(chǎn)生原因及解決方案
共振產(chǎn)生原因分析
該輸油裝置張力補償試驗中發(fā)現(xiàn),軟管產(chǎn)生共振是一個需要解決的主要問題:軟管本身具有 的彈性,其自身承受了張力,加上補償動作、慣性、海風(fēng)、船身起伏的影響,在輸油作業(yè)中將不可避免的始終處于上下振蕩狀態(tài)中,當(dāng)振蕩幅度增大到 程度時,將嚴(yán)重影響輸油作業(yè)。導(dǎo)致軟管產(chǎn)生振蕩的原因主要分為以下三類:
1)共振問題:自動補償收管和放管動作產(chǎn)生的振蕩會相互干擾,可能發(fā)生共振問題,導(dǎo)致振幅越來越大,這是對自動補償影響 大的問題;
2)慣性影響:絞車開始轉(zhuǎn)動和停止轉(zhuǎn)動瞬間,絞車驅(qū)動軸上的扭矩出現(xiàn)階躍跳變;收放管動作停止時,軟管由于慣性繼續(xù)向上/下運動帶來振蕩。兩種情況會導(dǎo)致收放高度與實際需要的補償量之間出現(xiàn)偏差;
3)海況影響:船身上下起伏、左右擺動、兩船間距變化、海風(fēng)海浪對軟管的作用都會造成軟管的振蕩。
補償系統(tǒng)振蕩分析
穩(wěn)定是控制系統(tǒng)能夠運行的 要條件,解決軟管振蕩對補償?shù)挠绊憜栴},實質(zhì)是自動控制系統(tǒng)在輸入信號和擾動作用下的穩(wěn)態(tài)誤差。分析軟管產(chǎn)生振蕩的三類原因可知,自動補償控制面對的 主要,也是對補償性能影響 大的擾動信號屬于瞬時變化的階躍函數(shù),補償系統(tǒng)輸入信號為斜坡函數(shù)。