下面文章主要以海上平臺(tái)鉆井系統(tǒng)為例，首先對(duì)機(jī)電一體化的概念和發(fā)展進(jìn)行了闡述，分析了其在海上鉆井系統(tǒng)給的具體應(yīng)用，指出了未來(lái)機(jī)電一體化應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)，旨在突出機(jī)電一體化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和價(jià)值，保證海上鉆井系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

　　關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化,海上平臺(tái),鉆井系統(tǒng),應(yīng)用策略

　　目前，隨著陸地能源的逐漸減少，現(xiàn)在海域能源開(kāi)發(fā)已經(jīng)成為了我國(guó)有關(guān)部門的視野的轉(zhuǎn)向點(diǎn)。海上平臺(tái)鉆井系統(tǒng)是海底油氣勘探和開(kāi)發(fā)的主要設(shè)備，確保海洋平臺(tái)的正常運(yùn)行，對(duì)于我國(guó)能源開(kāi)發(fā)至關(guān)重要。機(jī)電一體化技術(shù)是確保海洋平臺(tái)平穩(wěn)運(yùn)行的重要技術(shù)，目前在各領(lǐng)域中的應(yīng)用較為廣泛。

　　現(xiàn)階段海洋已經(jīng)成為全球技術(shù)開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)區(qū)域，海洋鉆井系統(tǒng)是勘探能源信息，我國(guó)之前采用的控制技術(shù)都是進(jìn)口自國(guó)外，不符合我國(guó)部分海域的實(shí)際情況，因此，要?jiǎng)?chuàng)新機(jī)電一體化技術(shù)在海上平臺(tái)鉆井系統(tǒng)的應(yīng)用方式，進(jìn)而確保鉆井系統(tǒng)的科學(xué)運(yùn)行。海洋鉆井系統(tǒng)包括很多部分，如升降式海上鉆井平臺(tái)、海上起重系統(tǒng)、動(dòng)力定位系統(tǒng)，多臺(tái)設(shè)備的運(yùn)行是一個(gè)重要問(wèn)題，采用機(jī)電一體化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

　　1機(jī)電一體化的概念和發(fā)展

　　機(jī)電一體化最早是由日本人提出的，包含了機(jī)械學(xué)和電子學(xué)的內(nèi)容，機(jī)電一體化是一種創(chuàng)新的學(xué)術(shù)思想和技術(shù)形式，強(qiáng)調(diào)機(jī)械與電子技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，含義較為廣泛。1983年，日本機(jī)械振興協(xié)會(huì)經(jīng)濟(jì)研究所提出了這一詞匯，機(jī)電一體化主要是指機(jī)械的動(dòng)力功能、信息處理、控制上運(yùn)用更先進(jìn)的信息技術(shù)和微電子技術(shù)，將機(jī)械和電子軟件相結(jié)合的綜合體。

　　機(jī)電一體化是一個(gè)復(fù)雜的概念，主要包括產(chǎn)品和技術(shù)兩方面，首先是指技術(shù)的結(jié)合，技術(shù)基礎(chǔ)較為穩(wěn)固，技術(shù)理念較為先進(jìn)，機(jī)電一體化還指采用綜合技術(shù)制作出的產(chǎn)品。機(jī)電一體化技術(shù)包括很多部分，包括計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、控制技術(shù)、傳感技術(shù)、電子技術(shù)、驅(qū)動(dòng)技術(shù)等，是一種高新技術(shù)的集合體。

　　2機(jī)電一體化在海上平臺(tái)鉆井系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　2.1海上平臺(tái)液壓升降裝置動(dòng)力控制系統(tǒng)

　　海上平臺(tái)鉆井系統(tǒng)中設(shè)置有液壓升降系統(tǒng)，液壓執(zhí)行系統(tǒng)由控制系統(tǒng)操縱，可以實(shí)現(xiàn)單獨(dú)運(yùn)行，也可以全部聯(lián)動(dòng)，進(jìn)而保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。

　　2.1.1機(jī)電一體化技術(shù)在液壓動(dòng)力系統(tǒng)的應(yīng)用

　　通常海上平臺(tái)鉆井系統(tǒng)中的升降系統(tǒng)需要有幾臺(tái)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(jìn)而保證液壓系統(tǒng)的動(dòng)力。在鉆井平臺(tái)升降系統(tǒng)工況比較復(fù)雜，當(dāng)主油缸空載運(yùn)行時(shí)，泵的流量自動(dòng)提高，壓力逐漸降低，進(jìn)而提高升系統(tǒng)的運(yùn)行效率。主油缸處于待載時(shí)，泵中流量還會(huì)自動(dòng)降低，壓力隨之升高，進(jìn)而保證液壓系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定，這樣可以大大節(jié)約能源的消耗，可以節(jié)約部分成本。

　　利用機(jī)電一體化技術(shù)中的PLC邏輯控制信號(hào)對(duì)電液比例進(jìn)行科學(xué)控制，根據(jù)不同的通電狀態(tài)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)工作，反饋檢測(cè)系統(tǒng)的信息和數(shù)據(jù)，進(jìn)而保證升降鉆井系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。海上平臺(tái)鉆井系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)和設(shè)備的回油過(guò)濾器可以使油清潔，過(guò)濾機(jī)器上裝有堵塞訊息傳遞裝置，一旦發(fā)生堵塞會(huì)自動(dòng)報(bào)警，要及時(shí)更換過(guò)濾器濾芯;液壓升降系統(tǒng)中設(shè)置有液位溫度計(jì)，可以檢測(cè)油位和溫度，可以利用海水作為介質(zhì)進(jìn)行冷卻，進(jìn)而避免系統(tǒng)設(shè)備溫度過(guò)高，還配置有空氣過(guò)濾器，保證油箱內(nèi)空氣清潔。

　　2.1.2液壓控制系統(tǒng)

　　液壓控制系統(tǒng)主要要實(shí)現(xiàn)對(duì)主油缸、上插銷油缸和下插銷油缸運(yùn)行的速度，控制其位置，協(xié)調(diào)各設(shè)備之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制，精度約在1mm。利用機(jī)電技術(shù)按照科學(xué)的流程對(duì)液壓站、電磁換向閥進(jìn)行操縱，并定時(shí)監(jiān)測(cè)壓力、油溫、液體位值，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障及時(shí)解決實(shí)。

　　液壓系統(tǒng)中主油缸通過(guò)位移傳感器監(jiān)測(cè)油缸運(yùn)動(dòng)位移，檢測(cè)信號(hào)主要利用電纜進(jìn)行傳輸，之后對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行分析，控制機(jī)器會(huì)發(fā)出信號(hào)，操作液壓站和液壓控制模塊，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)下樁、插樁、拔樁的動(dòng)作，橫向位置和縱向位置信息也是由位移傳感器傳輸信息，進(jìn)而保證操作位置精確。

　　2.2海上鉆井系統(tǒng)起重機(jī)

　　2.2.1起重系統(tǒng)特點(diǎn)及功能

　　海上鉆井平臺(tái)的起重裝置都是固定在海面上的，主要功能是實(shí)現(xiàn)人員、貨物、設(shè)備的裝卸和轉(zhuǎn)移。海上起重機(jī)類型較多，目前主要采用的是將軍柱型平臺(tái)起重機(jī)，最大載荷一般都是根據(jù)規(guī)格而定。海上平臺(tái)鉆井系統(tǒng)起重工作主要分為內(nèi)操作和外操作，平臺(tái)內(nèi)的起重作業(yè)主要是貨物或設(shè)備的搬運(yùn)和轉(zhuǎn)移，作業(yè)幅度較小，載荷也較小;平臺(tái)外作業(yè)主要是在周邊海域內(nèi)的起重作業(yè)，主要是指船舶的起重，作業(yè)幅度大，載荷系數(shù)較大。

　　起重機(jī)器的起重率隨作業(yè)半徑的增加而增加，在起重機(jī)實(shí)際應(yīng)用時(shí)操作人員要按照說(shuō)明書的說(shuō)明進(jìn)行，根據(jù)起重機(jī)的載荷圖表進(jìn)行作業(yè)，不得超載荷，導(dǎo)致出現(xiàn)事故，起重作業(yè)要注意內(nèi)外部環(huán)境，操作是要注意其傾斜程度，作業(yè)時(shí)觀察海上風(fēng)速，控制上升速度，進(jìn)而保證作業(yè)的安全性。

　　2.2.2機(jī)電調(diào)控系統(tǒng)

　　海上平臺(tái)鉆井系統(tǒng)中的起重機(jī)器在載重操作時(shí)，需要依靠四套電驅(qū)動(dòng)裝置，每套裝置配有高頻變頻電機(jī)，電控系統(tǒng)與之配套。起重機(jī)在工作時(shí)，四套電機(jī)同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，但是這些電機(jī)是相對(duì)獨(dú)立的，小齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)形成合力，一起作用于一個(gè)大齒輪，一般直徑在5米左右，會(huì)產(chǎn)生巨大的動(dòng)力。運(yùn)行中要注意檢查齒輪精密度，保證有效嚙合，避免部分電機(jī)出現(xiàn)超負(fù)荷罷工。

　　2.2.3機(jī)電控制系統(tǒng)工作原理

　　①工作原理概述。機(jī)電控制系統(tǒng)主要由變頻電機(jī)、變頻器、光纖、編程控制面板、脈沖式編碼器反饋板構(gòu)成，變頻器與編碼器分別位于變頻電機(jī)兩側(cè)，使用光纖連接，電機(jī)要保證功率相同，要連接相同的變頻器，將數(shù)據(jù)和信息傳輸?shù)娇刂破鳎�利用控制器進(jìn)行編程，主要工作原理是：將1臺(tái)變頻器設(shè)為總指令機(jī)器，其他3臺(tái)就是命令的執(zhí)行者，當(dāng)主電機(jī)速度大于主指令速度時(shí)，執(zhí)行命令的4臺(tái)電機(jī)速度會(huì)早大齒輪處結(jié)合，執(zhí)行命令時(shí)的速度不超過(guò)主命令速度，進(jìn)而保證電機(jī)運(yùn)行速度均等。

　　電機(jī)變頻器都是利用光線傳輸數(shù)據(jù)，3臺(tái)執(zhí)行命令電機(jī)轉(zhuǎn)矩較大時(shí)，控制器要對(duì)其進(jìn)行操縱，其中一臺(tái)執(zhí)令電機(jī)由于機(jī)械原因轉(zhuǎn)速極大時(shí)，控制器調(diào)節(jié)后可以保證其與主命令電機(jī)轉(zhuǎn)速一致，這樣可以避免電機(jī)出現(xiàn)超負(fù)荷工作，進(jìn)而降低電機(jī)的損耗。我國(guó)目前采用的海上鉆井平臺(tái)起重機(jī)電機(jī)系統(tǒng)都是這樣的，避免傳動(dòng)中出現(xiàn)傳動(dòng)鏈斷裂，并及時(shí)進(jìn)行維護(hù)。②數(shù)據(jù)傳輸通道。電機(jī)控制系統(tǒng)中控制器數(shù)據(jù)傳輸利用光線傳輸至4臺(tái)電機(jī)中，通過(guò)變頻器接受指令，變頻機(jī)對(duì)電機(jī)工作狀態(tài)進(jìn)行讀取和分析，再將數(shù)據(jù)傳輸回主控制器。機(jī)電控制系統(tǒng)可以對(duì)傳輸方式進(jìn)行控制，保證4臺(tái)變頻器數(shù)據(jù)的精確，可以及時(shí)獲取變頻器的故障信息。

　　2.3海上鉆井平臺(tái)動(dòng)力定位系統(tǒng)

　　2.3.1動(dòng)力定位系統(tǒng)的實(shí)際功能

　　動(dòng)力定位系統(tǒng)是海上鉆井平臺(tái)的重要組成部分，在這一系統(tǒng)中運(yùn)用機(jī)電一體化技術(shù)是必然的，有助于提升定位的精準(zhǔn)度，提升工作效率。動(dòng)力定位指的是依靠推進(jìn)的方式固定航線或位置，不利用傳統(tǒng)的錨泊方式。主要原理是使用計(jì)算機(jī)接收衛(wèi)星信號(hào)、環(huán)境參數(shù)、船舶位置信息，做好與計(jì)算機(jī)預(yù)定位置的比較，進(jìn)而保證各推進(jìn)裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)，控制其方向和速度，進(jìn)而保證能源開(kāi)發(fā)過(guò)程中船舶的合理停靠和運(yùn)行。

　　2.3.2DP系統(tǒng)

　　DP系統(tǒng)主要包括電力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)三部分;電力系統(tǒng)又分為發(fā)電機(jī)組、配電系統(tǒng)、功率管理系統(tǒng);控制系統(tǒng)分為自動(dòng)控制系統(tǒng)、獨(dú)立操縱系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、位置參考系統(tǒng);推進(jìn)系統(tǒng)主要是發(fā)動(dòng)機(jī)、螺旋槳、推進(jìn)器。

　　2.3.3DP電力系統(tǒng)配置

　　以GM4000半潛式鉆井平臺(tái)為例，電力系統(tǒng)要應(yīng)用6臺(tái)發(fā)電機(jī)，每臺(tái)5760kW，60Hz，6.6kV，每?jī)膳_(tái)發(fā)電機(jī)連接在一起，配電板中間有連鎖開(kāi)關(guān)，任意一臺(tái)電機(jī)出現(xiàn)故障，都可以使用其他配電板供電，可以并聯(lián)工作，滿足推進(jìn)器需求。

　　3海上鉆井系統(tǒng)機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)

　　3.1綠色技術(shù)

　　隨著經(jīng)濟(jì)與科技水平的逐步提升，我國(guó)十分重視環(huán)境問(wèn)題與生態(tài)問(wèn)題，因此，在海上鉆井平臺(tái)開(kāi)發(fā)和能源開(kāi)采的過(guò)程中要重視環(huán)保，這也符合低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，機(jī)電一體化技術(shù)也要朝著綠色環(huán)保的方向發(fā)展。機(jī)電一體化技術(shù)綠色化主要是指設(shè)備和能源的使用要盡量節(jié)約和低碳，設(shè)備材料和原材料的選用盡量選擇環(huán)保材質(zhì)，降低能源消耗，鉆井平臺(tái)建設(shè)要注重環(huán)保性。

　　3.2光機(jī)電一體化技術(shù)

　　機(jī)電一體化在多種領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，目前其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)十分明顯，目前，在此基礎(chǔ)上，光機(jī)電一體化是未來(lái)技術(shù)發(fā)展的方向，機(jī)電一體化系統(tǒng)包含計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)，主要結(jié)構(gòu)是機(jī)械結(jié)構(gòu)，要逐漸與金銀光學(xué)技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)光機(jī)電一體化的發(fā)展。

　　3.3全信息化與智能化

　　隨著信息化技術(shù)與智能化技術(shù)的發(fā)展，人工智能逐漸應(yīng)用于機(jī)電一體化技術(shù)中，進(jìn)而需要將人工智能合理應(yīng)用在機(jī)電一體化技術(shù)當(dāng)中，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化技術(shù)的智能化發(fā)展。信息化與智能化技術(shù)融入機(jī)電一體化是其發(fā)展的重要標(biāo)志，要結(jié)合人工智能、模糊定量、模擬人類智能技術(shù)，促進(jìn)機(jī)電一體化的新突破。

　　4結(jié)語(yǔ)

　　綜上所述，海洋資源開(kāi)發(fā)已經(jīng)成為了一個(gè)新的方向，我國(guó)對(duì)于海洋資源十分重視，海上鉆井平臺(tái)的建立體現(xiàn)了我國(guó)新時(shí)期能源開(kāi)發(fā)技術(shù)的發(fā)展。機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用于海上平臺(tái)鉆井系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，可以保證專業(yè)設(shè)備的完整性與精密性，進(jìn)而促進(jìn)海洋開(kāi)發(fā)設(shè)備的安裝和調(diào)試工作的順利進(jìn)行，促進(jìn)鉆井系統(tǒng)的運(yùn)行，保證海洋資源開(kāi)發(fā)的效率。

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　　機(jī)電工程師投稿期刊：煤礦機(jī)電是國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局主管、由煤炭科學(xué)研究總院上海分院主辦的煤炭行業(yè)專業(yè)技術(shù)刊物，全國(guó)中文核心期刊。《煤礦機(jī)電》雜志是中國(guó)期刊網(wǎng)、中國(guó)學(xué)術(shù)期刊(光盤版)收錄期刊，萬(wàn)方數(shù)據(jù)資源系統(tǒng)收錄期刊，中國(guó)學(xué)術(shù)期刊綜合評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)源期刊，曾多次榮獲煤炭行業(yè)優(yōu)秀期刊獎(jiǎng)。