專利名稱：耙吸挖泥船自動(dòng)耙管絞車控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及挖泥船工作過(guò)程的控制系統(tǒng)，具體是 一種用來(lái)對(duì)耙吸挖 泥船耙管位置進(jìn)行自動(dòng)控制的耙吸挖泥船自動(dòng)耙管絞車控制器。
技術(shù)背景在耙吸挖泥船工作過(guò)程中，需要通過(guò)乾管絞車收放絞車鋼絲繩來(lái)控 制耙管與船舶的相對(duì)位置，以保證耙管在疏浚時(shí)有一個(gè)良好的姿態(tài)和固 定的疏浚深度，確保疏浚過(guò)程順利進(jìn)行，提高疏浚船舶的安全性。耙管 絞車包括耙頭絞車和耙中絞車。要使耙吸挖泥船波浪補(bǔ)償器油缸的柱塞 經(jīng)常保持在行程的中間位置，必須通過(guò)控制耙頭絞車，卷入或放出乾頭 鋼絲繩來(lái)補(bǔ)償海底高低不規(guī)則、波浪起伏和船體吃水變化而引起的柱塞 移動(dòng)量。對(duì)于雙節(jié)耙管，為了使兩節(jié)耙管的夾角不超過(guò)允許的范圍，也 必須控制耙中絞車的鋼絲繩長(zhǎng)度。現(xiàn)有的耙吸挖泥船工作過(guò)程中一般通過(guò)人工操作的方式對(duì)耙管絞 車進(jìn)行控制，其自動(dòng)化程度低，不僅操作不便、操控的準(zhǔn)確度和安全性 差，也難以適應(yīng)挖泥船工作過(guò)程中工作條件和參數(shù)的實(shí)時(shí)變化。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種自動(dòng)化程度高，能夠?qū)崟r(shí) 控制耙管絞車的運(yùn)行，操作方便，操控精確、安全的乾吸挖泥船自動(dòng)耙 管絞車控制器。本發(fā)明的耙吸挖泥船自動(dòng)耙管絞車控制器包括有絞車控制器、參數(shù)設(shè)定模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和絞車執(zhí)行模塊，參數(shù)設(shè)定模塊將耙管控制參 數(shù)輸出到絞車控制器，數(shù)據(jù)釆集模塊將耙管的實(shí)時(shí)位置參數(shù)輸出到絞車 控制器，絞車控制器將絞車執(zhí)行信號(hào)輸出到絞車執(zhí)行模塊。所述參數(shù)設(shè)定模塊可以是位于疏?？刂婆_(tái)上的計(jì)算機(jī)，它向絞車控制器輸出的控制參數(shù)包括最大挖深設(shè)定、波浪補(bǔ)償器最大位置設(shè)定、 波浪補(bǔ)償器最小位置設(shè)定、最大距舷外距離設(shè)定、最大距舷內(nèi)距離設(shè)定、 挖泥深度控制死區(qū)設(shè)定、耙頭絞車控制增益設(shè)定、最小控制深度設(shè)定、 距船底最小距離設(shè)定、距船體最小距離設(shè)定、下耙管傾斜角度設(shè)定、中 間萬(wàn)向節(jié)夾角設(shè)定、控制角度死區(qū)范圍設(shè)定、中間管絞車增益設(shè)定、最 大垂直角度設(shè)定、最大水平角度設(shè)定。 所述數(shù)據(jù)釆集模塊包括安裝在上耙管上的上水平傳感器，用來(lái)釆集耙管上水平角度； 安裝在上乾管上的上垂直傳感器，用來(lái)釆集乾管上垂直角度； 安裝在下耙管上的下水平傳感器，用來(lái)釆集耙管下水平角度； 安裝在下耙管上的下垂直傳感器，用來(lái)釆集耙管下垂直角度； 安裝在波浪補(bǔ)償器上的行程傳感器，用來(lái)釆集波浪補(bǔ)償器行程； 安裝在耙管吸口附近的吃水傳感器，用來(lái)釆集吸口深度； 安裝在船體上的橫傾傳感器，用來(lái)采集船體橫傾數(shù)據(jù)； 安裝在船體上的縱傾傳感器，用來(lái)采集船體縱傾數(shù)據(jù)。 本發(fā)明可以通過(guò)絞車控制器對(duì)釆集到的耙管位置傳感數(shù)據(jù)和設(shè)定 的控制參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的處理，并及時(shí)通過(guò)絞車執(zhí)行模塊對(duì)耙管的姿態(tài)進(jìn) 行調(diào)整，其自動(dòng)化程度高、操作方便、操控的準(zhǔn)確性和安全性高，能夠準(zhǔn)確及時(shí)地對(duì)挖泥船工作條件和參數(shù)的變化作出相應(yīng)反應(yīng)。


圖l是本發(fā)明實(shí)施例的原理框圖。
具體實(shí)施方式
如圖所示，本發(fā)明實(shí)施例中，參數(shù)設(shè)定模塊將耙管控制參數(shù)輸出到 絞車控制器，數(shù)據(jù)釆集模塊將乾管的實(shí)時(shí)位置參數(shù)輸出到絞車控制器， 絞車控制器將絞車執(zhí)行信號(hào)輸出到絞車執(zhí)行模塊。參數(shù)設(shè)定模塊向絞車控制器輸出以下控制參數(shù)最大挖深設(shè)定當(dāng)耙管絞車控制器在自動(dòng)模式下工作，控制器使乾頭處于該深度與疏浚挖深之間；波浪補(bǔ)償器最大位置設(shè)定當(dāng)波浪補(bǔ)償器處于這一設(shè)定位置時(shí)，耙 頭絞車將上升。當(dāng)?shù)竭_(dá)波浪補(bǔ)償器中間位置，耙頭絞車停止；波浪補(bǔ)償器最小位置設(shè)定當(dāng)波浪補(bǔ)償器處于這一設(shè)定位置時(shí)，耙 頭絞車將下降。當(dāng)?shù)竭_(dá)波浪補(bǔ)償器中間位置，耙頭絞車停止；最大距舷外距離設(shè)定當(dāng)耙頭超過(guò)這一距離時(shí)，耙頭絞車將上升， 提升耙頭；最大距舷內(nèi)距離設(shè)定當(dāng)耙頭超過(guò)這一距離時(shí)，耙頭絞車將上升， 提升耙頭；挖泥深度控制死區(qū)設(shè)定該控制死區(qū)是指在設(shè)定值上下的一定范 圍，當(dāng)耙頭偏離挖泥深度控制死區(qū)設(shè)定時(shí)，耙管絞車控制器立即調(diào)節(jié)耙 頭位置；耙頭絞車控制增益設(shè)定設(shè)置一個(gè)耙頭控制增益系數(shù)，增益系數(shù)每增加l,意味著乾頭每變化0.1米，絞車速度將遞增10%的速度(正 常起耙速度)；最小控制深度設(shè)定為了防止耙頭被提出水面，系統(tǒng)設(shè)置耙頭在水 面下最小的工作深度，使耙頭絞車控制器只能在這一深度以下投入工作；距船底最小距離設(shè)定耙頭在船體底部，耙頭頂部距船體的距離， 當(dāng)乾頭距船體小于這一距離時(shí)，耙頭絞車將上升，提升耙頭；距船體最小距離設(shè)定耙頭內(nèi)側(cè)距船體距離，當(dāng)耙頭內(nèi)側(cè)靠近船體 距離超過(guò)設(shè)定值時(shí)，耙頭絞車將上升，提升耙頭；下耙管傾斜角度設(shè)定設(shè)定下耙管與海底的夾角；中間萬(wàn)向節(jié)夾角設(shè)定設(shè)定上下耙管彎曲角度；控制角度死區(qū)范圍設(shè)定該控制死區(qū)指下耙管傾斜角度或上下耙管 夾角的死區(qū)，當(dāng)控制角度超過(guò)設(shè)定范圍時(shí)，絞車將動(dòng)作；中間管絞車增益設(shè)定設(shè)置一個(gè)中間管控制增益系數(shù)，增益系數(shù)每 增加l,意味著中間管每變化O. l米，絞車速度將遞增10%的速度。最大垂直角度設(shè)定當(dāng)下垂直角度過(guò)大時(shí)，耙頭絞車上升，提升耙 頭；當(dāng)下垂直角度過(guò)大時(shí)，中間管絞車上升，提升中間管；最大水平角度設(shè)定當(dāng)上水平角度過(guò)大時(shí)，耙頭絞車上升，提升耙 頭；當(dāng)下水平角度過(guò)大時(shí)，中間管絞車上升，提升耙頭。數(shù)據(jù)釆集模塊用來(lái)釆集耙管和船體的姿態(tài)、位置數(shù)據(jù)，它包括有 安裝在上耙管上的上水平傳感器；安裝在上耙管上的上垂直傳感器；安 裝在下耙管上的下水平傳感器；安裝在下耙管上的下垂直傳感器；安裝在波浪補(bǔ)償器上的行程傳感器；安裝在耙管吸口附近的吃水傳感器；安 裝在船體上的橫傾傳感器；安裝在船體上的縱傾傳感器。 絞車控制器向絞車執(zhí)行模塊輸出的控制信號(hào)包括 耙頭絞車速度當(dāng)耙頭絞車動(dòng)作時(shí)，控制器將根據(jù)設(shè)定，自動(dòng)調(diào)節(jié) 乾頭絞車速度；耙頭紋車上升當(dāng)此指令輸出時(shí)，控制器將控制耙頭絞車上升，提 升耙頭；耙頭絞車下降當(dāng)此指令輸出時(shí)，控制器將控制耙頭絞車下降，降 低乾頭；耙中絞車速度當(dāng)耙中絞車動(dòng)作時(shí)，控制器將根據(jù)設(shè)定，自動(dòng)調(diào)節(jié) 耙中絞車速度；耙中絞車上升當(dāng)此指令輸出時(shí)，控制器將控制耙中絞車上升，提 升耙中；耙中絞車下降當(dāng)此指令輸出時(shí)，控制器將控制耙中絞車下降，降 低耙中；鎖定波浪補(bǔ)償器當(dāng)此指令輸出時(shí)，控制器將控制鎖定波浪補(bǔ)償器， 停止波浪補(bǔ)償器的動(dòng)作。本發(fā)明實(shí)施例可以進(jìn)行如下控制過(guò)程 (l)波浪補(bǔ)償器中間位置控制波浪補(bǔ)償器中間位置控制功能，通過(guò)對(duì)耙頭絞車的"上升"和"下 降"指令，以調(diào)節(jié)波浪補(bǔ)償器處于中間有效位置。如果由于任何的原因， 耙頭超過(guò)了設(shè)定挖深，系統(tǒng)將鎖定波浪補(bǔ)償器并立即發(fā)出耙頭鋼絲繩上升指令，直到耙頭回到希望的深度。波浪補(bǔ)償器僅在耙頭下降時(shí)才被鎖 定，所以如果由于海底淺點(diǎn)使耙吸管上升，柱塞仍可繼續(xù)上升，以防止 造成鋼絲繩松弛，當(dāng)耙頭上升到一定的程度使波浪補(bǔ)償器偏離中央距離 達(dá)到一定程度，耙頭絞車將收進(jìn)，將柱塞"壓下"，而乾頭依然保持著 對(duì)地的壓力并且使波浪補(bǔ)償器繼續(xù)產(chǎn)生效果。為了避免經(jīng)常因小的深度 偏差引起的頻繁調(diào)節(jié)，可以調(diào)整響應(yīng)時(shí)間常數(shù)。如果在達(dá)到設(shè)定挖深之 前，耙頭已到達(dá)海底，挖深控制不起作用，此時(shí)控制器僅進(jìn)行正常的波 浪補(bǔ)償控制，鎖定裝置不起作用。(2) 橫向控制由于橫向潮流或海底的地形引起耙頭橫向受力而離開船體或靠近 船體，導(dǎo)致耙吸管萬(wàn)向接頭運(yùn)動(dòng)過(guò)量，船體碰壓耙頭鋼絲、萬(wàn)向節(jié)、耙 頭，在淺水區(qū)域甚至可能導(dǎo)致?lián)p壞耙頭或船體。如果橫向移動(dòng)超過(guò)最大 舷內(nèi)距離或最大舷外距離，耙管絞車控制器將控制耙頭絞車提升鋼絲繩 以防止上述情況發(fā)生。同時(shí)，控制器鎖定波浪補(bǔ)償器，而不等柱塞全部 縮回，以保證快速升起耙頭，并用自身重力校正其位置。(3) 中間萬(wàn)向節(jié)角度控制中間萬(wàn)向節(jié)角度控制確保上下耙管的角度不超過(guò)設(shè)定極限值，在超 過(guò)設(shè)定值后，控制器將自動(dòng)控制絞車，調(diào)整中間萬(wàn)向節(jié)角度恢復(fù)正常狀 態(tài)。(4) 下耙管角度控制下耙管角度控制是控制下耙管與海底的角度保持在一定的范圍內(nèi)。 在超過(guò)設(shè)定值后，控制器將自動(dòng)控制絞車，調(diào)整中間下耙管度恢復(fù)正常狀態(tài)。(5) 固定挖深控制控制器將自動(dòng)控制絞車，使耙頭始終處于實(shí)際設(shè)定挖深與疏浚挖深 之間，同時(shí)為避免耙頭被提出水面，控制器會(huì)自動(dòng)在一個(gè)設(shè)定好的最小 水深以下投入工作，在最小水深以上時(shí)，控制器無(wú)效。(6) 角度保護(hù)彎管最大垂直角度、中間管最大垂直角度、耙頭最大角度，其中任 何一個(gè)角度超出設(shè)定范圍時(shí)，耙管絞車控制器將自動(dòng)停止所有絞車動(dòng) 作。上耙管最大水平角度、萬(wàn)向節(jié)最大水平角度，其中任何一個(gè)角度超 出了設(shè)定范圍，耙管絞車控制器將自動(dòng)控制耙頭絞車收緊鋼絲繩直至恢 復(fù)正常角度，但是如果超出其他限制的安全范圍，絞車將停止。(7) 報(bào)警當(dāng)任何的角度超越了設(shè)定值，控制器將發(fā)出報(bào)警。
權(quán)利要求
1、一種耙吸挖泥船自動(dòng)耙管絞車控制器，其特征是它包括有絞車控制器、參數(shù)設(shè)定模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和絞車執(zhí)行模塊，參數(shù)設(shè)定模塊將耙管控制參數(shù)輸出到絞車控制器，數(shù)據(jù)采集模塊將耙管的實(shí)時(shí)位置參數(shù)輸出到絞車控制器，絞車控制器將絞車執(zhí)行信號(hào)輸出到絞車執(zhí)行模塊。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的乾吸挖泥船自動(dòng)乾管絞車控制器，其特 征是參數(shù)設(shè)定模塊向絞車控制器輸出的控制參數(shù)包括，最大挖深設(shè)定、 波浪補(bǔ)償器最大位置設(shè)定、波浪補(bǔ)償器最小位置設(shè)定、最大距舷外距離 設(shè)定、最大距舷內(nèi)距離設(shè)定、挖泥深度控制死區(qū)設(shè)定、耙頭絞車控制增 益設(shè)定、最小控制深度設(shè)定、距船底最小距離設(shè)定、距船體最小距離設(shè) 定、下乾管傾斜角度設(shè)定、中間萬(wàn)向節(jié)夾角設(shè)定、控制角度死區(qū)范圍設(shè) 定、中間管絞車增益設(shè)定、最大垂直角度設(shè)定、最大水平角度設(shè)定。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的耙吸挖泥船自動(dòng)耙管絞車控制器， 其特征是所述數(shù)據(jù)采集模塊包括有，安裝在上乾管上的上水平傳感器； 安裝在上乾管上的上垂直傳感器；安裝在下乾管上的下水平傳感器；安裝在下耙管上的下垂直傳感器；安裝在波浪補(bǔ)償器上的行程傳感器；安裝在耙管吸口附近的吃水傳感器；安裝在船體上的橫傾傳感器；安裝在船體上的縱傾傳感器。
全文摘要
本發(fā)明涉及挖泥船工作過(guò)程的控制系統(tǒng)，具體是一種用來(lái)對(duì)耙吸挖泥船耙管位置進(jìn)行自動(dòng)控制的耙吸挖泥船自動(dòng)耙管絞車控制器。該系統(tǒng)包括有絞車控制器、參數(shù)設(shè)定模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和絞車執(zhí)行模塊，參數(shù)設(shè)定模塊將耙管控制參數(shù)輸出到絞車控制器，數(shù)據(jù)采集模塊將耙管的實(shí)時(shí)位置參數(shù)輸出到絞車控制器，絞車控制器將絞車執(zhí)行信號(hào)輸出到絞車執(zhí)行模塊。本發(fā)明自動(dòng)化程度高，能夠?qū)崟r(shí)控制耙管絞車的運(yùn)行，操作方便，操控精確、安全。
文檔編號(hào)E02F5/00GK101240555SQ20081001970
公開日2008年8月13日 申請(qǐng)日期2008年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月13日
發(fā)明者丁志兵, 侯曉明, 張偉明, 張洪濤, 寧 李, 范柏乾, 虞瓊?cè)A, 鄭唐文, 陳松濤 申請(qǐng)人:鎮(zhèn)江市億華系統(tǒng)集成有限公司;中交上海航道局有限公司;中港疏浚股份有限公司;中國(guó)船舶工業(yè)集團(tuán)公司第七○八研究所