AC在公海上空飞行中央控制

新加坡，马来西亚- 挑战与愤怒的大海一样强大：设计一个船板系统，将每天三小时，每天24小时轻轻地将近三英里的石油和天然气输送管道铺设在海底。这样的系统不仅要承受超过660吨的张力，因为5英尺的钢 - 混凝土管道下沉到3000英尺的深度，它必须对抗经常充满敌意的环境的滚动，俯仰和撞击。这些是荷兰Allseas公司在将其M / V纸牌(一艘985英尺的前散货船)改装成世界上最大的铺管船时发布的规格。满足它们需要集成三个关键系统：有史以来最大和最强大的履带式线性管张紧器;紧急放弃和恢复系统，旨在使船舶可以突然出现狂风或大风;还有一个船上管组装厂，可以与岸上最高效的作业相媲美。

它是交流电机，可调速驱动器和交流齿轮电动机的组合，可优化这三个系统。通过具有通用操作员界面的分布式控制系统，交流网络从尺寸和效率的角度来看都超越了更传统的直流和/或液压系统。所有电力，驱动和控制单元的设计和集成都归功于位于俄亥俄州克里夫兰市的分包商Reliance Electric。

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船板组装。管道以40英尺直径装在船上。从供应船或驳船运出，并堆放在货舱的甲板下面，钢部分预先涂有四英寸的混凝土。这个沉重的套管固定管子，否则管子会在空的时候弹到表面。

在甲板下方，在配备多个管道输送机的双连接工厂中，焊工将40英尺长度转换为80英尺长的管道。较长的段允许不间断地生产连续管道 - 这一过程发生在船舶“射击线”的下游。由位于俄克拉荷马州塔尔萨的CRC Evans设计和建造，车载装配厂具有前所未有的自动化程度。

例如，Reliance交流齿轮电动机和GP2000逆变器，坚固耐用，适用于剧烈振动和腐蚀性盐水环境，可对角度滚轮组件输送机进行可调速控制，从而将管道从一个站点移动到另一个站点。在每个焊接站，附加驱动器与焊机一起提升和旋转管段。

暴露的钢法兰经过对接焊接，X射线检查，并用沥青/沥青化合物密封，然后转移到船上的射击线。在这里，焊工“在飞行中”工作。他们的工作是：在通过船舶的巨型张紧器进入海洋之前，将每个80英尺的段加入管道的末端，利用矢量控制的驱动器将最终的组件送入到位。

由WesTech Gear Corp.，Lynwood，CA建造的履带式张紧器在连续管道从船尾下降时施加张力。如果没有这种受控的减速率，巨大的混凝土质量上的引力可能会紊乱，甚至会使船只下沉。张力还确保系统将管道舒适地放在海床上，保护其完整性。

每个张紧器包括上部和下部轨道。每个轨道有两个300马力的电机，每个张紧器总计1200马力，是有史以来最大的。此外，伦敦的保险公司Lloyds需要三个张紧器，共计3600马力的可调速驱动器。他们计算出这个数字，使船舶能够以最快的速度铺设最大的管道，同时保持可接受的安全系数。

为什么交流?在运行过程中，由两个300马力的马达控制的上部和下部履带轨道将管道推过各自的张紧器。同时，每个轨道28个液压缸施加挤压力，用于将管道保持在适当位置所需的张力。传统上，DC或液压马达用于为这些履带提供动力，但是对于船板应用存在若干缺点。

对于初学者来说，“船上没有足够的空间容纳12台300马力的液压马达和所有相关的管道，”Reliance项目工程师Tom Renner解释道。另一方面，直流电机必须完全封闭，因为海水会迅速腐蚀换向器电刷。他说，冷却这些装置所需的空气/水热交换器也会导致大规模装配。

Renner补充说“DC在失速时不能承受全扭矩”，并描述了必须保持管道以便进行阀门连接的情况。“用直流电机保持张力和扭矩，”他说，“加热换向器杆，开始膨胀。如果杆扩展超过换向器的正常同心布置，它将像锉刀一样，破坏刷子，最终电机。“

常见的解决方案 - 机械制动器 - 无法解决问题。“你能想象除了已经超大的电机之外还有3600马力的制动器吗?”雷恩问道。因此，WesTech Gear使用Reliance DutyMaster交流感应电机为每个张紧器提供主要动力;12个Reliance Invertrona再生，矢量控制逆变器提供张紧器控制。

WesTech项目经理Kurt Schantz表示，他的公司选择了这些电机和驱动器，因为他们已经在空间非常重要的重型采矿应用中证明了自己。虽然水套马达占用的空间很小，但它们也与船上现有的动力系统相匹配。Schantz也可以剔除其他几个优点：

中央控制。Reliance Electric的AutoMax分布式控制系统与公司的SIGMA操作员界面系统相结合，可协调管道装配厂和张紧器的运行，以确保连续的管道装配率。它还补偿了船舶的滚动作用。当船尾和船首交替上升和下降时，必须将管道降低到海洋中，就像船舶始终保持水平一样。

因此，整个系统必须考虑各种变量，例如船舶总排水量，所需管道重量，张力和铺设速度，以及海浪和波浪频率对船舶和管道的影响。AutoMax DCS通过其多任务操作系统，多处理硬件和多语言编程功能，适应这些不同的输入和要求。

Reliance Electric的SIGMA通用操作员界面和通用过程监控系统可用作铺管操作的监控级架构。它们位于船桥上，将数据采集，监控和信息管理集成到一个综合包中。自定义屏幕指示分布式电源驱动器状态，维护和故障排除工具，过程概述，趋势和事件历史记录。

SIGMA系统在IBM PC兼容的情况下运行;使用Microsoft(R)Visual Basic(R)生成屏幕。定制的实时数据采集系统称为SIGMA Kernel，通过标准ISA卡将整个软件包链接到AutoMax驱动系统。为了防止干扰导航声纳和雷达，每个驱动器，控制台和机柜都具有光纤连接。

海上安全。通过AutoMax / SIGMA的中央命令也控制紧急放弃和恢复系统。该系统也是由WesTech Gear开发的，是该船的第一道防线。当海面粗糙时，它会在一条标有浮标的重型钢索上将加盖的管道下降到海底 - 使船上的潜在致命系绳脱落。飓风过后，该船使用荷兰Bodewes设计的双鼓电缆绞车收回管道。

操作类似于任何阻挡和解决方法，其中围绕几个绞盘的多个缠绕产生大量的拉力。然而，AC控制为电缆绞盘的固有机械优势增加了电效率。由八个400马力的水冷矢量驱动器和电机驱动，绞车 - 就像张紧器一样 - 可以再生直接进入船舶电网的额外能量。这种情况发生在放弃期间，当重力克服电动机并将其转变为交流发电机时。

一旦放弃和恢复系统卷入其电缆以使管端通过张紧器，管道操作就可以恢复。设计用于在任何气候下全年运行 - 从寒冷的北极到热带的热带地区 - 世界上最大的铺管船目前正在新加坡建造。北海的测试计划于1997年初进行。