液壓打樁錘是海洋石油平臺(tái)海上安裝階段的重要施工設(shè)備，在石油平臺(tái)樁基工程中不可或缺。通過(guò)對(duì)德國(guó)進(jìn)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(yàn)應(yīng)用到實(shí)際的施工過(guò)程中，及時(shí)解決設(shè)備出現(xiàn)的問(wèn)題，并推動(dòng)大型裝備的國(guó)產(chǎn)化。
集機(jī)械、電氣、液壓
諸功能于一體
整個(gè)打樁錘系統(tǒng)由錘體、動(dòng)力站、液壓絞車和電纜絞車等幾個(gè)部分組成，其中，控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)的部分包括控制打樁錘錘芯的起落，從而完成打樁過(guò)程。通過(guò)與動(dòng)力站內(nèi)的控制系統(tǒng)相互通訊，完成對(duì)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(gè)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(shí)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(lái)計(jì)算出錘芯所需要提升的高度，控制系統(tǒng)通過(guò)控制方向閥的換向來(lái)使錘芯向上移動(dòng)，需要有適當(dāng)?shù)脑O(shè)備來(lái)監(jiān)測(cè)錘芯的運(yùn)動(dòng)狀況，監(jiān)測(cè)錘芯的提升高度是否已經(jīng)達(dá)到設(shè)定值，當(dāng)錘芯的提升高度達(dá)到設(shè)定值時(shí)，控制系統(tǒng)控制換向閥來(lái)?yè)Q向，使得錘芯向下移動(dòng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)錘芯的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，計(jì)算出錘芯的運(yùn)動(dòng)速度，從而計(jì)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(gè)打樁過(guò)程中，調(diào)整計(jì)算所得錘芯高度，完成一個(gè)能量的閉環(huán)控制過(guò)程。
另外，打樁系統(tǒng)中需要有一個(gè)電動(dòng)的旁通閥，用來(lái)完成控制系統(tǒng)發(fā)出來(lái)的停止打樁的指令。同時(shí)，通過(guò)與動(dòng)力站內(nèi)控制系統(tǒng)的通訊，完成動(dòng)力站內(nèi)參數(shù)(液壓油溫度，室內(nèi)溫度)的檢測(cè)，以及液壓油流量等參數(shù)的調(diào)節(jié)，針對(duì)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(fù)責(zé)檢測(cè)錘芯的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，并將檢測(cè)信號(hào)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(dòng)作，以此來(lái)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(dòng)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(dòng)作，以此來(lái)控制電動(dòng)旁通閥的通斷，以此來(lái)完成打樁的停止動(dòng)作。另外，為了保證打樁錘在工作過(guò)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(cè)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(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)控制信號(hào)的發(fā)出，反饋信號(hào)的接收、處理，以及各種信息的顯示，是整個(gè)打樁錘系統(tǒng)的大腦。它主要是由一臺(tái)實(shí)時(shí)控制器(RTC)以及人機(jī)交互界面(HMI)組成。
RTC 的主要硬件部分由一個(gè)IBM Power PC405 GP，自帶16位的數(shù)字信號(hào)輸入輸出板以及一個(gè)分布式I/O系統(tǒng)(5個(gè)模擬信號(hào)輸入模塊和1個(gè)模擬信號(hào)輸出模塊組)。RTC與HMI采用工業(yè)以太網(wǎng)來(lái)進(jìn)行通訊，為了保證傳輸數(shù)據(jù)的豐富性，同時(shí)，分布式的I/O系統(tǒng)通過(guò)CAN總線來(lái)與PC相連接，完成系統(tǒng)中必要的模擬量信號(hào)的通訊。為了保護(hù)信號(hào)采集板，每個(gè)板子的接口都接有電涌保護(hù)器。
控制流程 控制系統(tǒng)打開(kāi)通電，檢查急�；芈肥欠癖患せ�，在急�；芈窙](méi)有被激活的情況下，系統(tǒng)檢測(cè)各個(gè)傳感器信號(hào) MH11，MH12，MH21，MH22，CH1，CS1，CS2信號(hào)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(gè)相鄰的傳感器激活才能工作，同時(shí)，要求CH1與CS信號(hào)為高電平時(shí)，可以進(jìn)行打樁工作。
在打樁過(guò)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(hào)變換的次數(shù)，并將其存在計(jì)數(shù)器C1中，在錘芯上升的過(guò)程中，當(dāng)MH傳感器信號(hào)變換次數(shù)達(dá)到計(jì)數(shù)器C1所存的數(shù)值時(shí)，電磁換向閥變向，錘芯向下運(yùn)動(dòng)，在下行過(guò)程中，計(jì)數(shù)器T2隨時(shí)記錄相鄰MH傳感器信號(hào)變換的時(shí)間，通過(guò)這個(gè)時(shí)間計(jì)算出錘芯的運(yùn)動(dòng)速度，從而計(jì)算出此次打樁的實(shí)際能量。在錘芯上升過(guò)程中，計(jì)時(shí)器T1作為一個(gè)保護(hù)起到較為重要的作用，它的作用是保證錘芯在一個(gè)規(guī)定的時(shí)間范圍內(nèi)都在處于上升的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，如果超出這個(gè)時(shí)間范圍，證明錘芯是被機(jī)械卡住，或者液壓油流量選擇不合適，系統(tǒng)泄壓，保護(hù)整個(gè)系統(tǒng)。
在作業(yè)過(guò)程中，系統(tǒng)隨時(shí)監(jiān)測(cè)錘體以及傳感器上返回的信號(hào)。例如，液壓油的高低壓數(shù)值，液壓油溫度、動(dòng)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(bào)警，并且有相應(yīng)的動(dòng)作。
在整個(gè)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(gè)信號(hào)圖，內(nèi)容包括各個(gè)傳感器在各個(gè)時(shí)間段的信號(hào)，以及錘芯的上升下降的趨勢(shì)，供用戶參考來(lái)判斷整臺(tái)設(shè)備的狀態(tài)。
打水下樁時(shí)，系統(tǒng)提供了三種方式來(lái)控制空氣閥的開(kāi)啟以及開(kāi)度來(lái)向錘套內(nèi)供氣，用戶可以根據(jù)實(shí)際情況自由選取(手動(dòng)，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(jī)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(tái)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(shí)及時(shí)排查設(shè)備出現(xiàn)的故障。
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