CN101463613A - 耙吸挖泥船主动耙头控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于疏浚工程设备，涉及一种耙吸挖泥船主动耙头控制系统及控制方法。该系统的耙头油缸上装有可检测油缸行程的油缸行程传感器和可检测耙头油缸压力的油缸压力传感器，在耙管上安装有可检测耙管垂直角度的耙管角度传感器；所述油缸行程传感器、油缸压力传感器和耙管角度传感器经过信号电缆与一个主动耙头控制器的检测信号输入端连接；主动耙头控制器通过油缸执行单元连接控制耙头油缸的伸缩；所述主动耙头控制器的控制信号输入端与位于疏浚控制台的指令单元连接。本发明能够自动对主动耙头的姿态进行调整，其自动化程度高、操作方便可靠、控制精度高，可提高疏浚施工的效率。

Description

耙吸挖泥船主动耙头控制系统及控制方法

技术领域

本发明属于疏浚工程设备，涉及一种耙吸挖泥船主动耙头控制系统及控制方法。

背景技术

在耙吸挖泥船的工作系统中，耙头与疏浚效率有着最直接的联系，普通耙吸挖泥船的一般无法调整耙头耙齿与海底面的夹角，因而无法人为调整耙头的破土能力，极大地影响了疏浚效率。新型耙吸挖泥船舶更多采用了可以控制的主动耙头，以提高疏浚效率。主动耙头安装在耙管的前端，本体与耙头护罩的角度可以通过两个液压油缸进行调节。通过控制液压油缸的行程，来调节主动耙头耙齿和海底面的夹角，从而获得最佳的破土效果。但现有结构中的主动耙头一般要通过人为控制耙头的动作，控制精度低、可靠性差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够对耙吸挖泥船的主动耙头进行自动控制、运行可靠、效率高的耙吸挖泥船主动耙头控制系统及控制方法。

本发明的耙吸挖泥船主动耙头控制系统包括有一个主动耙头，主动耙头上安装有可调节主动耙头与耙头护罩之间角度的耙头油缸，其特征是：所述耙头油缸上装有可检测油缸行程的油缸行程传感器和可检测耙头油缸压力的油缸压力传感器，在连接主动耙头的耙管上安装有可检测耙管垂直角度的耙管角度传感器；所述油缸行程传感器、油缸压力传感器和耙管角度传感器经过信号电缆与一个主动耙头控制器的检测信号输入端连接；主动耙头控制器通过油缸执行单元控制耙头油缸的伸缩；所述主动耙头控制器的控制信号输入端与位于疏浚控制台的指令单元连接；所述主动耙头控制器的控制信号输入端还与一个位于现场耙头搁架侧的现场操作箱连接。

所述主动耙头控制器为一个可编程控制器。

本发明的基于上述耙吸挖泥船主动耙头控制系统的耙吸挖泥船主动耙头现场控制方法是：由现场操作箱向主动耙头控制器发出“耙头油缸放出”命令或“耙头油缸收进”命令，分别控制耙头油缸的推出和收进。

本发明的基于上述耙吸挖泥船主动耙头控制系统的耙吸挖泥船主动耙头遥控手动控制方法是：通过指令单元向主动耙头控制器发出“耙头油缸放出”命令或“耙头油缸收进”命令，分别控制耙头油缸的推出和收进。

本发明的基于上述耙吸挖泥船主动耙头控制系统的耙吸挖泥船主动耙头半自动控制方法是：主动耙头在耙头对地角度设定值α下进行作业，由主动耙头控制器不断检测油缸行程，以获得耙头对地角度实际值；当耙头阻力增大，耙头油缸压力超过一个设定值P2时，由主动耙头控制器发出指令自动收回油缸而将耙头护罩抬起，使耙头对地角度发生变化；当耙头对地角度变化超越设定的允许范围时停止收回油缸，然后每隔一定的时间间隔T2，由主动耙头控制器控制油缸以设定的压力P1推出，每次油缸动作持续一定的时间T1，直至耙头护罩角度回到耙头对地角度设定值α。

本发明的基于上述耙吸挖泥船主动耙头控制系统的耙吸挖泥船主动耙头自动控制方法是：在主动耙头作业过程中，由主动耙头控制器不断检测耙头油缸压力；当耙头油缸压力大于耙头自动控制压力设定值P3且超越了设定的允许范围φ时，由主动耙头控制器发出指令自动收回油缸而将耙头护罩抬起，直至耙头油缸压力回到耙头自动控制压力设定值P3；当耙头油缸压力小于耙头自动控制压力设定值P3且超越了设定的允许范围φ时，每隔一定的时间间隔T2，主动耙头控制器控制油缸以压力P1推出，每次油缸动作持续一定的时间T1，直至耙头油缸压力回到耙头自动控制压力设定值P3。

本发明能够通过各传感器的检测信号，确定耙头各部分的位置状态，再通过主动耙头控制器的计算获得耙头的实际工作状态信息，进而自动对主动耙头的姿态进行调整，其自动化程度高、操作方便可靠、控制精度高，可提高疏浚施工的效率。

附图说明

图1是本发明的原理图；

图2是本发明实施例的主动耙头控制器的信号输入输出示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的系统包括有耙头油缸1、主动耙头控制器2，油缸行程传感器3、耙头油缸压力传感器4、耙管角度传感器5、油缸执行单元6、指令单元7和现场操作箱8。其中：

主动耙头控制器是一套可编程控制器；

耙头油缸行程传感器安装于耙头油缸内部，用于测量耙头油缸的行程；

耙头油缸压力传感器安装于耙头油缸内部，用于测量耙头油缸的压力；

耙管角度传感器安装于耙管上，用于测量耙管垂直角度；

现场操作箱位于现场耙头搁架侧，可以向主动耙头控制器发出油缸收进指令和油缸放出指令；

指令单元：位于疏浚控制台，可以向主动耙头控制器发出手动控制指令、半自动控制指令、自动控制指令、油缸收进指令和油缸放出指令。

如图2所示，本发明实施例中主动耙头控制器的输入输出信号可分为4类：数据采集信号、参数设定信号、指令输入信号、指令输出信号。

数据采集信号包括：

耙头油缸压力，通过安装在耙头油缸里的耙头油缸压力传感器采集；

耙头油缸行程，通过安装在耙头油缸里的耙头油缸行程传感器采集；

耙管角度，通过安装于耙管的耙管角度传感器采集。

参数设定信号包括：

耙头油缸压力高设定值：设定手动控制模式下耙头油缸压力的高位值；

耙头油缸压力高高设定值：设定手动控制模式下耙头油缸压力的超高位值；

耙头对地角度设定值：设定半自动控制模式下耙头相对对地角度的控制值；

耙头油缸动作持续时间设定值：设定自动、半自动控制模式下每次油缸推出动作的持续时间；

耙头油缸动作间隔时间设定值：设定自动、半自动控制模式下每次油缸推出动作的时间间隔；

耙头油缸自动进给压力设定值：设定自动、半自动控制模式下耙头油缸放出时的推出压力值；

耙头自动控制压力设定值：设定自动控制模式下压力的控制值；

耙头自动控制压力死区设定值：设定自动控制模式下耙头油缸压力值相对自动控制压力值所允许变化的范围；

角度死区设定值：设定半自动控制模式下实际的耙头对地角度相对耙头对地角度设定值所允许变化的范围。

指令输入信号包括：

耙头油缸放出指令(现场)：由现场操作箱发出；

耙头油缸收进指令(现场)：由现场操作箱发出；

耙头油缸放出指令(遥控)：由指令单元发出；

耙头油缸收进指令(遥控)：由指令单元发出；

半自动控制有效指令：由指令单元发出；

半自动控制取消指令：由指令单元发出；

自动控制有效指令：由指令单元发出；

自动控制取消指令：由指令单元发出；

报警复位指令：由指令单元发出。

指令输出信号包括：

耙头油缸放出命令：当此指令输出时，耙头油缸将放出；

耙头油缸收进命令：当此指令输出时，耙头油缸将收进；

耙头护罩出限位：当此指令输出时，指令单元中的“放出”按钮指示灯将常亮；

耙头护罩收限位：当此指令输出时，指令单元中的“收进”按钮指示灯将常亮；

主动耙头油缸压力高：当主动耙头油缸压力超过耙头油缸压力高设定值时，主动耙头控制器将输出该信号；

主动耙头油缸压力高高：当主动耙头油缸压力超过耙头油缸压力高高设定值时，主动耙头控制器将输出该信号。

本发明实施例的工作过程包括现场控制、遥控手动控制、遥控半自动控制、遥控自动控制、报警几种模式，其中：

1、现场控制模式是通过现场控制箱向主动耙头控制器发出“耙头油缸放出”命令、“耙头油缸收进”命令，控制耙头油缸的收进和推出。

2、遥控手动控制是通过指令单元向主动耙头控制器发出“耙头油缸放出”命令、“耙头油缸收进”命令，控制耙头油缸的收进和推出。

当主动耙头控制器接收到“耙头油缸放出”命令时，耙头油缸行程将放出。当主动耙头油缸到达行程95％以上时，主动耙头控制器认为耙头护罩到达出限位，主动耙头控制器输出“耙头护罩出限位”指令，指令单元中的“放出”按钮指示灯将常亮。

当主动耙头控制器接收到“耙头油缸收进”命令时，耙头油缸行程将收进。当主动耙头油缸到达行程5％以下时，主动耙头控制器认为耙头护罩到达收限位，主动耙头控制器输出“耙头护罩收限位”指令，指令单元中的“收进”按钮指示灯将常亮。

在遥控手动控制执行过程中，当主动耙头油缸压力超过耙头油缸压力高设定值，主动耙头控制器将输出“主动耙头油缸压力高”报警。此时，操作人员需要抬起耙头护罩，以减小耙头护罩对地阻力，既减小耙头护罩油缸压力，使压力上升至正常值。

当主动耙头油缸压力超过耙头油缸压力高高设定值而动作，主动耙头控制器将输出“主动耙头油缸压力高高”报警。此时，主动耙头控制器将同时输出“耙头护罩出限位”和“耙头护罩收限位”指令，指令单元中的“放出”、“收进”按钮指示灯将闪烁，指令单元发出的“耙头油缸放出”指令和“耙头油缸收进”指令将被锁定处于失效状态。当压力恢复正常后，报警消失，通过指令单元发出“报警复位指令”指令可对状态进行复位，指令单元中的“放出”、“收进”按钮指示灯将停止闪烁，指令单元发出的“耙头油缸放出”指令和“耙头油缸收进”指令将解除锁定，可再次进行遥控手动控制。

3、遥控半自动控制是通过指令单元，向主动耙头控制器发出“半自动控制有效”指令与“半自动控制取消”指令来实现的。

在遥控半自动控制过程中，主动耙头控制器将控制耙头护罩始终与海底始终保持在“耙头对地角度设定值”。在特定的设备规格尺寸的条件下，耙头对地角度由油缸行程和耙管角度值计算获得。

T1：耙头油缸动作持续时间设定值

T2：耙头油缸动作间隔时间设定值

P1：耙头油缸自动进给压力设定值

P2：耙头油缸压力高设定值

α：耙头对地角度设定值

β：角度死区设定值

作业过程中，主动耙头控制器不断检测油缸行程，当耙头阻力增大，耙头护罩油缸压力超过耙头油缸压力高设定值P2时，主动耙头控制器将自动收回油缸而将耙头护罩抬起。当角度变化超越了角度死区β，在设定的时间间隔T2，主动耙头控制器控制油缸以压力P1推出，每次油缸动作持续时间为T1，直至耙头护罩角度回到耙头对地角度设定值α。

在遥控半自动模式下，主动耙头控制器将控制耙头护罩在整个操作过程中，使耙头护罩保持固定的角度，压力仅起到保护作用。

当主动耙头控制器接收到指令单元发出的“耙头油缸放出”或“耙头油缸收进”指令时，遥控半自动控制无条件退出。

4、遥控自动控制是通过指令单元，向主动耙头控制器发出“自动控制有效”指令与“自动控制取消”指令来实现的。

在遥控自动控制过程中，主动耙头控制器通过控制耙头护罩的放出与收进，使耙头油缸压力保持在“耙头自动控制压力设定值”。

T1：耙头油缸动作持续时间设定值

T2：耙头油缸动作间隔时间设定值

P1：耙头油缸自动进给压力设定值

P2：耙头油缸压力高设定值

P3：耙头自动控制压力设定值

φ：耙头自动控制压力死区设定值

主动耙头控制器不断检测耙头油缸压力，当耙头油缸压力大于耙头自动控制压力设定值P3且超越了耙头自动控制压力死区φ时，主动耙头控制器将自动收回油缸而将耙头护罩抬起，直至耙头油缸压力回到耙头自动控制压力设定值P3。当耙头油缸压力小于耙头自动控制压力设定值P3且超越了耙头自动控制压力死区φ时，在设定的时间间隔T2，主动耙头控制器控制油缸以压力P1推出，每次油缸动作持续时间为T1，直至耙头油缸压力回到耙头自动控制压力设定值P3。

在遥控自动模式下，主动耙头控制器将控制耙头护罩在整个操作过程中，油缸的压力保护作用始终是放在第一位的。

当主动耙头控制器接收到指令单元发出的“耙头油缸放出”或“耙头油缸收进”指令时，遥控自动控制无条件退出。

5、当主动耙头油缸压力超过耙头油缸压力高设定值，主动耙头控制器发出“主动耙头油缸压力高”报警；当主动耙头油缸压力超过耙头油缸压力高高设定值而动作，主动耙头控制器发出“主动耙头油缸压力高高”报警。

Claims (7)

1、一种耙吸挖泥船主动耙头控制系统，包括有一个主动耙头，主动耙头上安装有可调节主动耙头与耙头护罩之间角度的耙头油缸(1)，其特征是：所述耙头油缸上装有可检测油缸行程的油缸行程传感器(3)和可检测耙头油缸压力的油缸压力传感器(4)，在连接主动耙头的耙管上安装有可检测耙管垂直角度的耙管角度传感器(5)；所述油缸行程传感器(3)、油缸压力传感器(4)和耙管角度传感器(5)经过信号电缆与一个主动耙头控制器(2)的检测信号输入端连接；主动耙头控制器(2)通过油缸执行单元(6)控制耙头油缸的伸缩；所述主动耙头控制器(2)的控制信号输入端与位于疏浚控制台的指令单元(7)连接。

2、根据权利要求1所述的耙吸挖泥船主动耙头控制系统，其特征是：所述主动耙头控制器(2)的控制信号输入端还与一个位于现场耙头搁架侧的现场操作箱(8)连接。

3、根据权利要求1所述的耙吸挖泥船主动耙头控制系统，其特征是：所述主动耙头控制器为一个可编程控制器。

4、一种基于权利要求2的耙吸挖泥船主动耙头控制系统的耙吸挖泥船主动耙头现场控制方法，其特征是：由现场操作箱(8)向主动耙头控制器(2)发出“耙头油缸放出”命令或“耙头油缸收进”命令，再由主动耙头控制器经过油缸执行单元(6)分别控制耙头油缸的推出和收进。

5、一种基于权利要求1或2的耙吸挖泥船主动耙头控制系统的耙吸挖泥船主动耙头遥控手动控制方法，其特征是：通过指令单(7)元向主动耙头控制器(2)发出“耙头油缸放出”命令或“耙头油缸收进”命令，再由主动耙头控制器经过油缸执行单元(6)分别控制耙头油缸的推出和收进。

6、一种基于权利要求1或2的耙吸挖泥船主动耙头控制系统的耙吸挖泥船主动耙头半自动控制方法，其特征是：主动耙头在耙头对地角度设定值α下进行作业，由主动耙头控制器不断检测油缸行程，以获得耙头对地角度实际值；当耙头阻力增大，耙头油缸压力超过一个设定值P2时，由主动耙头控制器发出指令自动收回油缸而将耙头护罩抬起，使耙头对地角度发生变化；当耙头对地角度变化超越设定的允许范围时停止收回油缸，然后每隔一定的时间间隔T2，由主动耙头控制器控制油缸以设定的压力P1推出，每次油缸动作持续一定的时间T1，直至耙头护罩角度回到耙头对地角度设定值α。

7、一种基于权利要求1或2的耙吸挖泥船主动耙头控制系统的耙吸挖泥船主动耙头自动控制方法，其特征是：在主动耙头作业过程中，由主动耙头控制器不断检测耙头油缸压力；当耙头油缸压力大于耙头自动控制压力设定值P3且超越了设定的允许范围φ时，由主动耙头控制器发出指令自动收回油缸而将耙头护罩抬起，直至耙头油缸压力回到耙头自动控制压力设定值P3；当耙头油缸压力小于耙头自动控制压力设定值P3且超越了设定的允许范围φ时，每隔一定的时间间隔T2，主动耙头控制器控制油缸以压力P1推出，每次油缸动作持续一定的时间T1，直至耙头油缸压力回到耙头自动控制压力设定值P3。

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