基于LabVIEW的船用張緊器仿真平臺研究

摘 要：張緊器作為海底管道鋪設的重要設備，其動態行為對管道鋪設有著直接的影響。本文以鋪管起重船“海洋石油201”張緊器為研究對象，針對實船張緊器恒張力控制的特點，給出了張緊器仿真平臺的軟硬件設計方案。最后進行了仿真平臺的功能測試，結果表明仿真平臺達到對張緊器工作過程的動態模擬。

關鍵詞：張緊器；虛擬儀器；恒張力控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.09.140

1 引言

在深海油氣田開發過程中，海底管道是海洋石油天然氣運輸的重要渠道，張緊器則是完成該項作業的關鍵設備，它負責將已焊接好的管道夾緊并控制其下放入水，此過程要求張緊器能夠實現恒張力控制[1-3]。

本課題是根據國家科技重大專項深水鋪管起重船及配套工程技術課題的子課題：深水鋪管起重船作業視景仿真技術研究而制定的研究計劃[2，3]。論文根據鋪管作業中張緊器工藝流程，設計和開發出一套能夠動態模擬實船張緊器工作的仿真平臺，并對仿真平臺進行功能性分析[4]。

2 仿真平臺總體方案

2.1 仿真平臺硬件設計方案

本仿真平臺主要用于模擬“海洋石油201” 船用張緊器的實際作業，以達到對張緊器操作員的培訓功能。仿真平臺的硬件結構如圖1。

2.2 仿真平臺軟件設計方案

張緊器仿真平臺軟件由人機交互界面模塊、數據接口模塊、張緊器仿真模塊、數據采集與處理模塊、數據存儲模塊組成。仿真平臺軟件結構圖如圖2。

3 仿真平臺軟硬件設計

3.1 硬件設計

（1）張緊器控制臺臺體。張緊器控制臺是連接張緊器主控服務器與外圍的仿真設備、向鋪管仿真作業發送控制命令和管理張緊器動態行為從而保證鋪管作業正常運行的重要設備。（2）數據采集卡。數據采集卡將外界信號輸入至計算機并被計算機所利用[5，6]。最終選取研華數據采集卡PCI-1751和PCI-1711。（3）張緊器主控服務器。張緊器主控服務器是整個仿真平臺最核心的部分，其主要功能是在LabVIEW開發環境下開發出一套能夠模擬張緊器作業且能反映其動態行為的應用軟件。本仿真平臺最終選用研華工業控制計算機IPC-610-L。

3.2 軟件設計

3.2.1 數據采集與存儲

（1）數據采集。其組成為：張緊器控制臺開關、高精密角位移傳感器、D/I采集卡PCI-1751和A/D采集卡PCI-1711、張緊器主控服務器和采集測試軟件LabVIEW。（2）數據存儲。仿真平臺需要記錄的歷史數據為：管道線速度、管道實時張力、管道目標張力值。實現對仿真作業中的有效數據的記錄。

3.2.2 人機交互界面顯示模塊

人機交互界面上包括著系統的控制指令，操作者通過它對仿真平臺控制，設置自動控制參數、鋪管管徑、上下履帶間距等作業物理參數。同時人機交互界面顯示了張緊器仿真作業中的所有數據。

4 仿真平臺功能測試

仿真現場三人分別為右后方教練員、左后方指揮員與張緊器操作員，正前方為視景投影顯示，通過切換機以任意切換想要觀看的視景畫面，用于給其他學員觀看。

經過多次張緊器仿真平臺的測試以及和整體鋪管仿真系統的聯合調試，現場仿真作業運行穩定，視景顯示畫面流暢，整個作業過程中未出現系統卡死等不良現象，驗證了仿真平臺整體方案的可行性。

5 結論

本文給出了仿真平臺的總體設計方案，采用LabView編程完成了對張緊器控制臺控制按鈕、角位移傳感器模擬信號的采集以及仿真數據的通信，并實現了人機交互界面的設計、仿真數據的平滑處理、顯示與存儲。最終達到對張緊器工作及操作過程的動態模擬。

參考文獻：

[1]何寧，王桂林，段夢蘭等.深水油氣田開發中的中深水輸送概念[J].石油工程建設，2010（03）：33-38.

[2]Jackson M E，Gnadt J W.Numerical simulation of nonlinear feedback model of saccade generation circuit implemented in the LabView graphical programming language[J].J Neurosci Methods，1999，87（02）：137-145.

[3]Heedo D Yun，Ralf R Peek，Paul R Paslay，etal.Loading history effects for deep-water S-lay of pipelines.Journal of Offshore Me-chanics and Arctic Engineering，2004，126（02）：156-163.

[4]張立克，常建軍.工控機的現狀與前景[J].水利電力機械，2007，29（01）：65.

[5]陳春平.數字繪圖中曲線擬合算法的研究[J].城市建設理論研究，2013（16）：35-50.

[6]王力.基于LabVIEW的高速數據采集系統的軟硬件設計[D].南京理工大學，2013.

作者簡介：李琳杰（1990-），女，陜西咸陽人，碩士，助教，研究方向：機電一體化方向。