機電一體化在機械控制系統中的應用論文
摘要：機電一體化技術在各行各業中的應用十分廣泛，目前已經被廣泛應用於機械製造、船舶製造、機床生產、陸地及海上鑽井系統，是我國工業科技的重要組成部分。機電一體化主要是綜合運用機械技術和計算機技術、微電子技術、資訊科技、智慧控制技術、軟體程式設計、遠端監控等技術，根據實際需要，合理佈置裝置及資源，實現多個模組共同運作，進而實現生產效率的提升，最佳化整體系統的功能。本文就以海上平臺鑽井系統為例，首先對機電一體化的概念和發展進行了闡述，分析了其在海上鑽井系統給的具體應用，指出了未來機電一體化應用的發展趨勢，旨在突出機電一體化技術的優勢和價值，保證海上鑽井系統的正常執行。
關鍵詞：機電一體化；海上平臺；鑽井系統；應用策略
引言
目前，隨著陸地能源的逐漸減少，現在海域能源開發已經成為了我國有關部門的視野的轉向點。海上平臺鑽井系統是海底油氣勘探和開發的主要裝置，確保海洋平臺的正常執行，對於我國能源開發至關重要。機電一體化技術是確保海洋平臺平穩執行的重要技術，目前在各領域中的應用較為廣泛。現階段海洋已經成為全球技術開發的重點區域，海洋鑽井系統是勘探能源資訊，我國之前採用的控制技術都是進口自國外，不符合我國部分海域的實際情況，因此，要創新機電一體化技術在海上平臺鑽井系統的應用方式，進而確保鑽井系統的科學執行。海洋鑽井系統包括很多部分，如升降式海上鑽井平臺、海上起重系統、動力定位系統，多臺裝置的執行是一個重要問題，採用機電一體化技術可以實現系統的正常執行。
1、機電一體化的概念和發展
機電一體化最早是由日本人提出的，包含了機械學和電子學的內容，機電一體化是一種創新的學術思想和技術形式，強調機械與電子技術的有機結合，含義較為廣泛。1983年，日本機械振興協會經濟研究所提出了這一詞彙，機電一體化主要是指機械的動力功能、資訊處理、控制上運用更先進的資訊科技和微電子技術，將機械和電子軟體相結合的綜合體。機電一體化是一個複雜的概念，主要包括產品和技術兩方面，首先是指技術的結合，技術基礎較為穩固，技術理念較為先進，機電一體化還指採用綜合技術製作出的產品。機電一體化技術包括很多部分，包括計算機技術、微電子技術、資訊科技、控制技術、感測技術、電子技術、驅動技術等，是一種高新技術的集合體。
2、機電一體化在海上平臺鑽井系統中的應用
2.1海上平臺液壓升降裝置動力控制系統
海上平臺鑽井系統中設定有液壓升降系統，液壓執行系統由控制系統操縱，可以實現單獨執行，也可以全部聯動，進而保證系統正常執行。
2.1.1機電一體化技術在液壓動力系統的應用通常海上平臺鑽井系統中的升降系統需要有幾臺液壓泵，主泵向主油缸提供燃油，其他的液壓泵向換向閥和插銷油缸提供燃油，進而保證液壓系統的動力。在鑽井平臺升降系統工況比較複雜，當主油缸空載執行時，泵的流量自動提高，壓力逐漸降低，進而提高升系統的執行效率。主油缸處於待載時，泵中流量還會自動降低，壓力隨之升高，進而保證液壓系統的安全和穩定，這樣可以大大節約能源的消耗，可以節約部分成本。利用機電一體化技術中的PLC邏輯控制訊號對電液比例進行科學控制，根據不同的通電狀態，進而實現系統中結構的協調工作，反饋檢測系統的資訊和資料，進而保證升降鑽井系統的平穩執行。海上平臺鑽井系統的液壓系統和裝置的回油過濾器可以使油清潔，過濾機器上裝有堵塞訊息傳遞裝置，一旦發生堵塞會自動報警，要及時更換過濾器濾芯；液壓升降系統中設定有液位溫度計，可以檢測油位和溫度，可以利用海水作為介質進行冷卻，進而避免系統裝置溫度過高，還配置有空氣過濾器，保證油箱內空氣清潔。
2。1。2液壓控制系統液壓控制系統主要要實現對主油缸、上插銷油缸和下插銷油缸執行的速度，控制其位置，協調各裝置之間的關係，實現精準控制，精度約在1mm。利用機電技術按照科學的流程對液壓站、電磁換向閥進行操縱，並定時監測壓力、油溫、液體位值，及時發現故障及時解決實。液壓系統中主油缸透過位移感測器監測油缸運動位移，檢測訊號主要利用電纜進行傳輸，之後對傳輸的資料進行分析，控制機器會發出訊號，操作液壓站和液壓控制模組，進而實現下樁、插樁、拔樁的動作，橫向位置和縱向位置資訊也是由位移感測器傳輸資訊，進而保證操作位置精確。
2.2海上鑽井系統起重機
2.2.1起重系統特點及功能海上鑽井平臺的起重灌置都是固定在海面上的，主要功能是實現人員、貨物、裝置的裝卸和轉移。海上起重機型別較多，目前主要採用的是將軍柱型平臺起重機，最大載荷一般都是根據規格而定。海上平臺鑽井系統起重工作主要分為內操作和外操作，平臺內的起重作業主要是貨物或裝置的搬運和轉移，作業幅度較小，載荷也較小；平臺外作業主要是在周邊海域內的起重作業，主要是指船舶的起重，作業幅度大，載荷係數較大。起重機器的起重率隨作業半徑的增加而增加，在起重機實際應用時操作人員要按照說明書的說明進行，根據起重機的載荷圖表進行作業，不得超載荷，導致出現事故，起重作業要注意內外部環境，操作是要注意其傾斜程度，作業時觀察海上風速，控制上升速度，進而保證作業的安全性。
2.2.2機電調控系統海上平臺鑽井系統中的起重機器在載重操作時，需要依靠四套電驅動裝置，每套裝置配有高頻變頻電機，電控系統與之配套。起重機在工作時，四套電機同時運轉，但是這些電機是相對獨立的，小齒輪運轉時會形成合力，一起作用於一個大齒輪，一般直徑在5米左右，會產生巨大的動力。執行中要注意檢查齒輪精密度，保證有效齧合，避免部分電機出現超負荷罷工。
2.2.3機電控制系統工作原理：
①工作原理概述。機電控制系統主要由變頻電機、變頻器、光纖、程式設計控制面板、脈衝式編碼器反饋板構成，變頻器與編碼器分別位於變頻電機兩側，使用光纖連線，電機要保證功率相同，要連線相同的變頻器，將資料和資訊傳輸到控制器，利用控制器進行程式設計，主要工作原理是：將1臺變頻器設為總指令機器，其他3臺就是命令的執行者，當主電機速度大於主指令速度時，執行命令的4臺電機速度會早大齒輪處結合，執行命令時的速度不超過主命令速度，進而保證電機執行速度均等。電機變頻器都是利用光線傳輸資料，3臺執行命令電機轉矩較大時，控制器要對其進行操縱，其中一臺執令電機由於機械原因轉速極大時，控制器調節後可以保證其與主命令電機轉速一致，這樣可以避免電機出現超負荷工作，進而降低電機的損耗。我國目前採用的海上鑽井平臺起重機電機系統都是這樣的，避免傳動中出現傳動鏈斷裂，並及時進行維護。
②資料傳輸通道。電機控制系統中控制器資料傳輸利用光線傳輸至4臺電機中，透過變頻器接受指令，變頻機對電機工作狀態進行讀取和分析，再將資料傳輸回主控制器。機電控制系統可以對傳輸方式進行控制，保證4臺變頻器資料的精確，可以及時獲取變頻器的故障資訊。
2.3海上鑽井平臺動力定位系統
2.3.1動力定位系統的實際功能動力定位系統是海上鑽井平臺的重要組成部分，在這一系統中運用機電一體化技術是必然的.，有助於提升定位的精準度，提升工作效率。動力定位指的是依靠推進的方式固定航線或位置，不利用傳統的錨泊方式。主要原理是使用計算機接收衛星訊號、環境引數、船舶位置資訊，做好與計算機預定位置的比較，進而保證各推進裝置的運轉，控制其方向和速度，進而保證能源開發過程中船舶的合理停靠和執行。2。3。2DP系統DP系統主要包括電力系統、控制系統、推進系統三部分；電力系統又分為發電機組、配電系統、功率管理系統；控制系統分為自動控制系統、獨立操縱系統、感測系統、位置參考系統；推進系統主要是發動機、螺旋槳、推進器。2。3。3DP電力系統配置以GM4000半潛式鑽井平臺為例，電力系統要應用6臺發電機，每臺5760kW，60Hz，6。6kV，每兩臺發電機連線在一起，配電板中間有連鎖開關，任意一臺電機出現故障，都可以使用其他配電板供電，可以並聯工作，滿足推進器需求。
3、海上鑽井系統機電一體化技術發展的趨勢
3.1綠色技術
隨著經濟與科技水平的逐步提升，我國十分重視環境問題與生態問題，因此，在海上鑽井平臺開發和能源開採的過程中要重視環保，這也符合低碳經濟發展的需要，機電一體化技術也要朝著綠色環保的方向發展。機電一體化技術綠色化主要是指裝置和能源的使用要儘量節約和低碳，裝置材料和原材料的選用盡量選擇環保材質，降低能源消耗，鑽井平臺建設要注重環保性。
3.2光機電一體化技術
機電一體化在多種領域的應用已經十分廣泛，目前其應用優勢十分明顯，目前，在此基礎上，光機電一體化是未來技術發展的方向，機電一體化系統包含計算機系統、感測系統、資訊處理系統，主要結構是機械結構，要逐漸與金銀光學技術相結合，實現光機電一體化的發展。
3.3全資訊化與智慧化
隨著資訊化技術與智慧化技術的發展，人工智慧逐漸應用於機電一體化技術中，進而需要將人工智慧合理應用在機電一體化技術當中，從而實現機電一體化技術的智慧化發展。資訊化與智慧化技術融入機電一體化是其發展的重要標誌，要結合人工智慧、模糊定量、模擬人類智慧技術，促進機電一體化的新突破。
4、結語
綜上所述，海洋資源開發已經成為了一個新的方向，我國對於海洋資源十分重視，海上鑽井平臺的建立體現了我國新時期能源開發技術的發展。機電一體化技術應用於海上平臺鑽井系統，可以實現機械系統的正常運轉，可以保證專業裝置的完整性與精密性，進而促進海洋開發裝置的安裝和除錯工作的順利進行，促進鑽井系統的執行，保證海洋資源開發的效率。
參考文獻：
[1]張東亮。淺析機電一體化技術的應用與發展[J]。橡塑技術與裝備，2015（24）：83—84。
[2]代麗華，韓明良，周金山，等。鑽井平臺最高階定位設計和應用：DPS3[J]。造船技術，2010（1）：40—42。
[3]王定亞，丁莉萍。海洋鑽井平臺技術現狀與發展趨勢[J]。石油機械，2010，38（4）：69—72。
[4]李昊。海上鑽井平臺升降系統的控制方案研究[J]。中國化工貿易，2014。
[5]南樹岐，王定亞，任克忍，等。海洋鑽井分流器系統技術分析與應用[J]。石油機械，2011，9（3）：78—81。
[6]苑思敏。自升式海洋平臺齒輪齒條升降裝置設計研究[D]。東營：中國石油大學（華東），2012。
[7]王小聰。海洋工程裝備中長期規劃年底出臺[N]。財新網，2011—10。
[8]李廣武。淺海坐底式鑽井平臺抗滑樁液壓升降系統分析[J]。液壓與氣動，2007（9）。