基于PLC控制的海油管动态测试仪电气系统及测试方法技术方案

本发明专利技术涉及基于PLC控制的海油管动态测试仪电气系统及测试方法，系统包括PLC控制系统以及与其连接的动态测试设备和触摸屏；所述PLC控制系统与触摸屏通过PROFIBUS进行通信。测试方法包括弯曲试验、扭转试验和拉伸试验。本发明专利技术基本实现自动化测试，将弯曲、扭转、拉伸三项测试功能综合在一起，既节省了场地，又节省了大量的人力和时间，提高了准确率，保障了劳动者的安全，大大提高了生产效率。

The electrical system and testing method of the dynamic testing instrument for the oil pipe based on PLC control

The invention relates to an electrical system and a testing method for a dynamic testing instrument of sea oil tube based on PLC control. The system comprises a PLC control system and a dynamic testing device and a touch screen connected thereto, and the PLC control system communicates with the touch panel through PROFIBUS. The testing methods include bending test, torsion test and tensile test. The invention basically realizes automatic test, combines the three test functions of bending, twisting and stretching, saves the field, saves a lot of manpower and time, improves the accuracy rate, ensures the safety of labourers, and greatly improves the production efficiency.

【技术实现步骤摘要】
基于PLC控制的海油管动态测试仪电气系统及测试方法
本专利技术属于自动控制应用领域，涉及一种基于PLC控制的海油管动态测试仪电气系统及其测试方法，具体涉及由西门子的S7300系列PLC控制系统与TP1200Comfort触摸屏、动态测试设备融合了自动控制系统，PROFIBUS总线和PID闭环控制算法相结合等技术，用于海洋输油管的疲劳性动态测试。
技术介绍
我国的海洋具有十分丰富的石油资源储备，随着日益增长的消费需求，使得海上油田和陆上石油工业系统高速安全连接成为重中之重。海上输油管道可以连续地输送大量原油，是最快捷、安全和经济可靠的运输方式。海上输油管道是海洋油田开发建设工程的重要组成部分，对海上油田的开发、生产加工和产品对外输送起着关键性的作用。海上输油管道的工作环境的恶劣程度与陆地管道相比更加复杂多变，既可能受到波浪、潮汐、腐蚀等作用，又可能面临船锚或船舶掉落物等撞击拖挂的危险，而且管道本身不仅受到静水压力的作用，同时会受到轴向拉力和弯曲荷载的作用。由于长期处于此等恶劣条件下，管道材料的内部有发生细裂纹的危险，如不加以应对和控制，则会影响管道的强度以至于降低其寿命，海油管性能的检测是成功研制海油管成品的重要前提，海油管的性能测试，工作量大、周期长、单靠人工，效率地下，容易出现事故。目前，还没有一种用于对海油管进行自动测试的系统和方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供了一种基于PLC控制的海油管动态测试仪电气系统及其测试方法。依托西门子最新的博途编程软件平台进行海油管动态测试仪电气系统控制方法的程序设计，通过触摸屏完成动态测试仪电气系统重要参数的设置，通过PROFIBUS网络使触摸屏与PLC控制系统的CPU之间进行交互数据，通过控制电缆实现PLC控制系统与动态测试设备之间系统信号的交互。以PLC控制系统为中心，结合PID闭环控制算法最终实现在一套PLC控制系统控制下有效地完成三项关于海油管的动态测试试验。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：基于PLC控制的海油管动态测试仪电气系统，包括PLC控制系统以及与其连接的动态测试设备和触摸屏；所述PLC控制系统与触摸屏通过PROFIBUS进行通信；触摸屏，用于输入参数及显示测试数据；动态测试设备，用于实现海油管的弯曲、拉伸和扭转；PLC控制系统，用于根据输入参数发送控制命令控制动态测试设备动作，并根据传感器采集的数据输出至触摸屏。所述动态测试设备包括弯曲小车、小车导轨及分别安装在地面上的弯曲装置、拉伸装置、扭转装置，其中拉伸装置及扭转装置分别位于所述弯曲装置的两侧，所述拉伸装置及扭转装置之间设有安装在地面上的小车导轨，该小车导轨上设有可往复滑动的弯曲小车；所述弯曲装置包括左导轨、左弯曲油缸、主动小车、随动小车、右弯曲油缸及右导轨，该左导轨及右导轨分别安装在所述小车导轨两侧的地面上，所述左弯曲油缸与右弯曲油缸的分别设置在左导轨及右导轨上，活塞杆上分别连接有沿左导轨往复移动的主动小车及沿右导轨往复移动的随动小车；所述扭转装置包括扭转座、左扭转油缸、扭转头及右扭转油缸，该扭转座安装在地面上，所述扭转头转动安装在扭转座上，在扭转头的两侧分别设有安装在所述扭转座上、使扭转头发生扭转的左扭转油缸和右扭转油缸；所述拉伸装置包括安装在地面上的拉伸座及安装在该拉伸座上、用于拉动随动小车的拉伸油缸。所述左导轨及右导轨对称设置于小车导轨的两侧，该左导轨及右导轨均为上下两层，所述左弯曲油缸及右弯曲油缸安装在任一层的左导轨及右导轨上。所述左弯曲油缸及右弯曲油缸的活塞缸座分别固定在左导轨及右导轨上，活塞杆与所述主动小车及随动小车相连，所述主动小车及随动小车的一端为与橡胶管道端部法兰面连接的法兰盘，另一端分别与所述左导轨及右导轨滑动连接。所述小车导轨的一端伸至主动小车及随动小车之间的正下方。所述随动小车上安装有用于与所述拉伸油缸连接的定位销。所述左扭转油缸与右扭转油缸对称设置在扭转头的两侧，该左扭转油缸与右扭转油缸的活塞杆端部分别连接于扭转座的两侧，活塞缸座分别与所述扭转头的两侧相连。所述PLC控制系统包括PLC以及与其连接的倾角检测传感器、压力传感器、拉力传感器、两个直线位移传感器、激光位移传感器；所述倾角检测传感器设于扭转装置的扭转头外侧的圆盘上，用于测量扭转试验时对油管的扭转角度；所述压力传感器设于各油缸与连接管道接口处，用于各油缸内的实时压力；所述拉力传感器设于扭转装置的扭转头内部圆盘轴线中心处，用于测量拉伸试验中对油管的拉力；所述两个直线位移传感器分别设于弯曲装置的左导轨、右导轨相对的侧面上，用于测量主动小车、随动小车的位移；所述激光位移传感器设于左导轨、右导轨向地面投影形成的直线与小车导轨中心线的交点处，用于测量弯曲小车的移动位移。基于PLC控制的海油管动态测试仪电气测试方法，包括以下步骤：触摸屏接收用户输入的试验类别，包括弯曲试验、扭转试验、拉伸试验；若为弯曲试验，PLC通过控制动态测试设备的左弯曲油缸、右弯曲油缸，分别带动主动小车、随动小车相向移动使海油管弯曲；PLC根据两个直线位移传感器检测到的主动小车、随动小车之间相对位移，得到主动小车、随动小车的实时相对速度，实现左弯曲油缸、右弯曲油缸的同步运行；激光位移传感器检测的弯曲小车位移即为海油管的弯曲半径；若为扭转试验，PLC通过控制动态测试设备的左扭转油缸使海油管扭转，当倾角检测传感器反馈的角度值达到设定角度时，PLC发出反向扭转指令通过控制动态测试设备的右扭转油缸使海油管反向扭转，实现海油管的正负角度的扭转；若为拉伸试验：当静态拉伸测试时，PLC通过控制动态测试设备的拉伸油缸使随动小车带动海油管拉伸，通过拉力传感器检测拉力；动态拉伸测试时，PLC通过控制动态测试设备的拉伸油缸使随动小车带动海油管拉伸，PLC通过拉力传感器检测海油管拉伸力，当海油管拉伸力达到预设值，则由PLC给出释放拉伸力的指令，直到拉伸力达到最小值为止，实现海油管的反复拉伸。所述PLC根据两个直线位移传感器检测到的主动小车、随动小车之间相对位移，得到主动小车、随动小车的实时相对速度包括以下步骤：PLC根据两个直线位移传感器分别检测主动小车、随动小车的位移；以主动小车的位移检测作为内环，通过位移设定值与主动小车的位移检测值对左弯曲油缸进行PID控制；根据随动小车的位移检测值得到主动小车与随动小车的实时相对速度，进而得到主动小车的速度作为外环的反馈值，根据设定的主动小车的速度值与反馈值对主动小车进行PID控制，输出主动小车的位移作为内环的位移设定值。本专利技术的优点与积极效果为：1.本专利技术采用的西门子PLC控制系统，PROFIBUS网络，系统稳定且响应速度快，使设备稳定安全可靠。2.本专利技术保证在长时间连续测试阶段，根据液压泵站的工作情况，进行分时切换工作，确保了设备的长期使用稳定性与易维护性3.弯曲控制方面，由于是双液压缸主从同步控制方式，为确保设备能够同步稳定的进行测试，检测回路采用了两套激光测距传感器，在测试过程中，控制系统可进行双回路闭环限位控制。4.本专利技术通过网口、SD卡等传输媒介系统重要参数记录可以随时下载保存，方便了用户的日常维护。5.本专利技术实现了对三项试验的状态实时监控控制和外围信号的控制一体化，弥补了该领域的空白。6.本专利技术基本实本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于PLC控制的海油管动态测试仪电气系统，其特征在于：包括PLC控制系统以及与其连接的动态测试设备和触摸屏；所述PLC控制系统与触摸屏通过PROFIBUS进行通信；触摸屏，用于输入参数及显示测试数据；动态测试设备，用于实现海油管的弯曲、拉伸和扭转；PLC控制系统，用于根据输入参数发送控制命令控制动态测试设备动作，并根据传感器采集的数据输出至触摸屏。

【技术特征摘要】
1.基于PLC控制的海油管动态测试仪电气系统，其特征在于：包括PLC控制系统以及与其连接的动态测试设备和触摸屏；所述PLC控制系统与触摸屏通过PROFIBUS进行通信；触摸屏，用于输入参数及显示测试数据；动态测试设备，用于实现海油管的弯曲、拉伸和扭转；PLC控制系统，用于根据输入参数发送控制命令控制动态测试设备动作，并根据传感器采集的数据输出至触摸屏。2.基于PLC控制的海油管动态测试仪电气系统，其特征在于所述动态测试设备包括弯曲小车(13)、小车导轨(14)及分别安装在地面上的弯曲装置、拉伸装置、扭转装置，其中拉伸装置及扭转装置分别位于所述弯曲装置的两侧，所述拉伸装置及扭转装置之间设有安装在地面上的小车导轨(14)，该小车导轨(14)上设有可往复滑动的弯曲小车(13)；所述弯曲装置包括左导轨(4)、左弯曲油缸(5)、主动小车(6)、随动小车(7)、右弯曲油缸(9)及右导轨(10)，该左导轨(4)及右导轨(10)分别安装在所述小车导轨(14)两侧的地面上，所述左弯曲油缸(5)与右弯曲油缸(9)的分别设置在左导轨(4)及右导轨(10)上，活塞杆上分别连接有沿左导轨(4)往复移动的主动小车(6)及沿右导轨(10)往复移动的随动小车(7)；所述扭转装置包括扭转座(1)、左扭转油缸(2)、扭转头(3)及右扭转油缸(15)，该扭转座(1)安装在地面上，所述扭转头(3)转动安装在扭转座(1)上，在扭转头(3)的两侧分别设有安装在所述扭转座(1)上、使扭转头(3)发生扭转的左扭转油缸(2)和右扭转油缸(15)；所述拉伸装置包括安装在地面上的拉伸座(12)及安装在该拉伸座(12)上、用于拉动随动小车(7)的拉伸油缸(11)。3.按权利要求2所述的基于PLC控制的海油管动态测试仪电气系统，其特征在于：所述左导轨(4)及右导轨(10)对称设置于小车导轨(14)的两侧，该左导轨(4)及右导轨(10)均为上下两层，所述左弯曲油缸(5)及右弯曲油缸(9)安装在任一层的左导轨(4)及右导轨(10)上。4.按权利要求3所述的基于PLC控制的海油管动态测试仪电气系统，其特征在于：所述左弯曲油缸(5)及右弯曲油缸(9)的活塞缸座分别固定在左导轨(4)及右导轨(10)上，活塞杆与所述主动小车(6)及随动小车(7)相连，所述主动小车(6)及随动小车(7)的一端为与橡胶管道端部法兰面连接的法兰盘，另一端分别与所述左导轨(4)及右导轨(10)滑动连接。5.按权利要求3所述的基于PLC控制的海油管动态测试仪电气系统，其特征在于：所述小车导轨(14)的一端伸至主动小车(6)及随动小车(7)之间的正下方。6.按权利要求2所述的基于PLC控制的海油管动态测试仪电气系统，其特征在于：所述随动小车(7)上安装有用于与所述拉伸油缸(11)连接的定位销(8)。7.按权利要求2所述的基于PLC控制的海油管动态测试仪电气系统，其特征在于：所述左扭转油缸(2)与右扭转油缸(15)对称设置在扭转头(3)的两侧，该左扭转油缸(2)与右扭转油缸(15)的活塞杆端部分别连...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏筱筠，朱翔宇，刘丽丽，崔东静，单方威，赵玉波，宋佳，徐菲菲，朱永伟，果翔，韩肃，李擘申，郑伟，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳计算技术研究所有限公司，三橡股份有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21