基于LabVIEW的船用张紧器仿真平台研究

摘 要：张紧器作为海底管道铺设的重要设备，其动态行为对管道铺设有着直接的影响。本文以铺管起重船“海洋石油201”张紧器为研究对象，针对实船张紧器恒张力控制的特点，给出了张紧器仿真平台的软硬件设计方案。最后进行了仿真平台的功能测试，结果表明仿真平台达到对张紧器工作过程的动态模拟。

关键词：张紧器；虚拟仪器；恒张力控制

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

1 引言

在深海油气田开发过程中，海底管道是海洋石油天然气运输的重要渠道，张紧器则是完成该项作业的关键设备，它负责将已焊接好的管道夹紧并控制其下放入水，此过程要求张紧器能够实现恒张力控制[1-3]。

本课题是根据国家科技重大专项深水铺管起重船及配套工程技术课题的子课题：深水铺管起重船作业视景仿真技术研究而制定的研究计划[2，3]。论文根据铺管作业中张紧器工艺流程，设计和开发出一套能够动态模拟实船张紧器工作的仿真平台，并对仿真平台进行功能性分析[4]。

2 仿真平台总体方案

2.1 仿真平台硬件设计方案

本仿真平台主要用于模拟“海洋石油201” 船用张紧器的实际作业，以达到对张紧器操作员的培训功能。仿真平台的硬件结构如图1。

2.2 仿真平台软件设计方案

张紧器仿真平台软件由人机交互界面模块、数据接口模块、张紧器仿真模块、数据采集与处理模块、数据存储模块组成。仿真平台软件结构图如图2。

3 仿真平台软硬件设计

3.1 硬件设计

（1）张紧器控制台台体。张紧器控制台是连接张紧器主控服务器与外围的仿真设备、向铺管仿真作业发送控制命令和管理张紧器动态行为从而保证铺管作业正常运行的重要设备。（2）数据采集卡。数据采集卡将外界信号输入至计算机并被计算机所利用[5，6]。最终选取研华数据采集卡PCI-1751和PCI-1711。（3）张紧器主控服务器。张紧器主控服务器是整个仿真平台最核心的部分，其主要功能是在LabVIEW开发环境下开发出一套能够模拟张紧器作业且能反映其动态行为的应用软件。本仿真平台最终选用研华工业控制计算机IPC-610-L。

3.2 软件设计

3.2.1 数据采集与存储

（1）数据采集。其组成为：张紧器控制台开关、高精密角位移传感器、D/I采集卡PCI-1751和A/D采集卡PCI-1711、张紧器主控服务器和采集测试软件LabVIEW。（2）数据存储。仿真平台需要记录的历史数据为：管道线速度、管道实时张力、管道目标张力值。实现对仿真作业中的有效数据的记录。

3.2.2 人机交互界面显示模块

人机交互界面上包括着系统的控制指令，操作者通过它对仿真平台控制，设置自动控制参数、铺管管径、上下履带间距等作业物理参数。同时人机交互界面显示了张紧器仿真作业中的所有数据。

4 仿真平台功能测试

仿真现场三人分别为右后方教练员、左后方指挥员与张紧器操作员，正前方为视景投影显示，通过切换机以任意切换想要观看的视景画面，用于给其他学员观看。

经过多次张紧器仿真平台的测试以及和整体铺管仿真系统的联合调试，现场仿真作业运行稳定，视景显示画面流畅，整个作业过程中未出现系统卡死等不良现象，验证了仿真平台整体方案的可行性。

5 结论

本文给出了仿真平台的总体设计方案，采用LabView编程完成了对张紧器控制台控制按钮、角位移传感器模拟信号的采集以及仿真数据的通信，并实现了人机交互界面的设计、仿真数据的平滑处理、显示与存储。最终达到对张紧器工作及操作过程的动态模拟。

参考文献：

[1]何宁，王桂林，段梦兰等.深水油气田开发中的中深水输送概念[J].石油工程建设，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]张立克，常建军.工控机的现状与前景[J].水利電力机械，2007，29（01）：65.

[5]陈春平.数字绘图中曲线拟合算法的研究[J].城市建设理论研究，2013（16）：35-50.

[6]王力.基于LabVIEW的高速数据采集系统的软硬件设计[D].南京理工大学，2013.

作者简介：李琳杰（1990-），女，陕西咸阳人，硕士，助教，研究方向：机电一体化方向。