CN102508491A - 多点系泊系统中多台收缆单元平衡横向移船的控制方法 - Google Patents

Abstract

多点系泊系统中多台收缆单元平衡横向移船的控制方法，该控制方法在使用中形成两个闭环控制系统，一个是收缆单元内部的速度闭环控制系统，包括子控制器、速度控制阀、液压马达与速度传感器，使用时通过速度传感器将缆绳的即时收缆速度反馈进子控制器以形成闭环；另一个是收缆单元外部的船头朝向闭环控制系统，包括船体数据处理单元与船体姿态测量系统，使用时通过船体姿态测量系统将即时朝向角度值反馈进船体姿态测量系统以形成闭环；通过这两个闭环控制系统的配合即可在确保船体设定朝向的基础上实现船体的水面横向移位，且均采用了PID算法。本设计不仅安全性较强、操作难度较小，而且工作效率较高、精确度较高。

Description

多点系泊系统中多台收缆单元平衡横向移船的控制方法

技术领域

本发明涉及采取多点系泊系统进行船舶水面移位的控制方法，尤其涉及多点系泊系统中多台收缆单元平衡横向移船的控制方法，具体适用于在确保船体设定朝向的基础上，通过多台收缆单元自动、平衡的实现船体的水面横向移位。

背景技术

多点系泊系统是海洋工程船舶的重要组成部分，而收缆单元是多点系泊系统的关键设备之一，它能通过调整系在船舶上的多根缆绳长度控制船舶在水面上进行小范围的移动定位，从而便于进行海上作业。目前，大部分海洋工程船舶采用的是八点系泊系统，该八点系泊系统分别位于主船体的两侧舷边位置上，作业时船舷一侧四台收缆单元负责收缆，另外四台负责放缆。在船舶进行水面横向移位的整个作业过程中，确保船头始终位于设定朝向至关重要，否则，海面风浪将会造成各收缆单元受力不均匀，严重时甚至会损坏缆绳和甲板。

为确保船头始终位于设定朝向，四台收缆单元收缆的速度、长度是否同步十分关键。为实现四台收缆单元收缆速度、长度的同步，现有技术中采取人工单独操作的方法，即每台收缆单元均由人工操作，采用这种方法时，不仅对操作人员要求较高（不仅要具备丰富的操作经验，而且要具备一定的专业知识），操作难度较大，而且安全性较弱，常由于操作不慎而对缆绳、甲板造成严重损害，此外，人工操作的工作效率非常低下。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的工作效率较低、安全性较差、操作难度较大的缺陷与问题，提供一种工作效率较高、安全性较强、操作难度较小的多点系泊系统中多台收缆单元平衡横向移船的控制方法。

为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：

多点系泊系统中多台收缆单元平衡横向移船的控制方法，该控制方法依次包括以下步骤：

第一步：先向船体数据处理单元中输入船体设定朝向，再由手柄将收缆初始速度指令                                                

发至每台收缆单元中的子控制器上，然后由子控制器依PID算法对收缆初始速度指令

进行处理以得到阀控信号，并将该阀控信号发至速度控制阀，再由速度控制阀根据阀控信号操纵液压马达进行收缆操作； 

第二步：先由速度传感器测得缆绳的即时收缆速度，并将该即时收缆速度反馈进子控制器，同时，船体姿态测量系统测得船体的即时朝向角度值，并将该即时朝向角度值反馈进船体数据处理单元，再由船体数据处理单元依PID算法对即时朝向角度值、船体设定朝向进行比较以得到船头向标定方向的角度偏移量与船尾向标定方向的角度偏移量

，然后将船头向标定方向的角度偏移量、船尾向标定方向的角度偏移量发送至每台收缆单元中的子控制器上； 

第三步：先由子控制器根据公式对接收到的收缆初始速度指令、船头向标定方向的角度偏移量

、船尾向标定方向的角度偏移量进行处理以得到收缆修正速度指令

，其中，

为通道信号比例系数，取值1，为船头向移动方向的反馈比例系数，

为船尾向移动方向的反馈比例系数，且

、

均为正数；再采用PID算法对收缆修正速度指令

进行处理以得到阀控修正信号，然后将该阀控修正信号发至速度控制阀，再由速度控制阀根据阀控修正信号操纵液压马达进行收缆修正操作，……，依次循环，直至船体按船体设定朝向完成船舶在水面的横向移动；

所述船体姿态测量系统包括控制箱本体、显示屏、GPS定位系统与两个GPS接收点，其中，控制箱本体、显示屏与GPS定位系统设置于驾驶室内，两个GPS接收点分别设置在船头和船尾；所述每台收缆单元都包括子控制器、速度控制阀、液压马达与速度传感器。

所述速度控制阀安装在船舱中的设备泵站上；所述液压马达安装在船舷的设备底座上，且液压马达与减速机、收缆卷筒相连接；所述速度传感器安装在船舷的卷筒上。

所述

、

依据速度控制阀的放大比例系数与收缆单元在船上布置的位置参数而定；所述速度控制阀的放大比例系数是指速度控制阀的控制信号强度依次经液压马达、减速机、收缆卷筒放大之后落实到缆绳运动速度上的放大比例系数。

所述多点系泊系统为八点系泊系统；所述多台收缆单元为四台收缆单元，分别为船头设置的两台收缆单元与船尾设置的两台收缆单元。

所述船头设置的两台收缆单元的

为0，

则与距船头之间的距离成反比；所述船尾设置的两台收缆单元的

为0，

则与距船尾之间的距离成反比。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明多点系泊系统中多台收缆单元平衡横向移船的控制方法在使用中形成两个闭环控制系统，一个是收缆单元内部的速度闭环控制系统，包括子控制器、速度控制阀、液压马达与速度传感器，使用时通过速度传感器将缆绳的即时收缆速度反馈进子控制器以形成闭环；另一个是收缆单元外部的船头朝向闭环控制系统，包括船体数据处理单元与船体姿态测量系统，使用时通过船体姿态测量系统将即时朝向角度值反馈进船体姿态测量系统以形成闭环；通过这两个闭环控制系统的配合即可在确保船体设定朝向的基础上实现船体的水面横向移位，整体过程只需在驾驶室通过电脑与电子设备即可完成，不仅安全性较强、操作难度较小，而且工作效率较高，能自动、平衡的实现船体的水面横向移位；此外，本发明在形成速度闭环控制系统、船头朝向闭环控制系统时均采用了PID算法，在速度闭环控制系统中采取PID算法能提高对速度的精确控制性，在船头朝向闭环控制系统中采取PID算法能实现参数的在线整定，从而达到船头保持在允许的角度偏差内的理想控制效果。因此本发明不仅安全性较强、操作难度较小，而且工作效率较高、精确度较高。

2、本发明多点系泊系统中多台收缆单元平衡横向移船的控制方法在使用时形成的速度闭环控制系统采用了PID算法，该算法不仅能提高系统的响应速度，而且能让收缆速度的运行趋向稳定，从而提高系统的的抗扰性能，进而抑制船体摇动等随机性非线性的扰动影响。因此本发明的抗干扰性较强。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参见图1，多点系泊系统中多台收缆单元平衡横向移船的控制方法，该控制方法依次包括以下步骤：

第一步：先向船体数据处理单元中输入船体设定朝向，再由手柄将收缆初始速度指令

发至每台收缆单元中的子控制器上，然后由子控制器依PID算法对收缆初始速度指令

进行处理以得到阀控信号，并将该阀控信号发至速度控制阀，再由速度控制阀根据阀控信号操纵液压马达进行收缆操作； 

第二步：先由速度传感器测得缆绳的即时收缆速度，并将该即时收缆速度反馈进子控制器，同时，船体姿态测量系统测得船体的即时朝向角度值，并将该即时朝向角度值反馈进船体数据处理单元，再由船体数据处理单元依PID算法对即时朝向角度值、船体设定朝向进行比较以得到船头向标定方向的角度偏移量

与船尾向标定方向的角度偏移量，然后将船头向标定方向的角度偏移量

、船尾向标定方向的角度偏移量发送至每台收缆单元中的子控制器上； 

第三步：先由子控制器根据公式

对接收到的收缆初始速度指令

、船头向标定方向的角度偏移量

、船尾向标定方向的角度偏移量

进行处理以得到收缆修正速度指令

，其中，

为通道信号比例系数，取值1，

为船头向移动方向的反馈比例系数，

为船尾向移动方向的反馈比例系数，且

、

均为正数；再采用PID算法对收缆修正速度指令

进行处理以得到阀控修正信号，然后将该阀控修正信号发至速度控制阀，再由速度控制阀根据阀控修正信号操纵液压马达进行收缆修正操作，……，依次循环，直至船体按船体设定朝向完成船舶在水面的横向移动；

所述船体姿态测量系统包括控制箱本体、显示屏、GPS定位系统与两个GPS接收点，其中，控制箱本体、显示屏与GPS定位系统设置于驾驶室内，两个GPS接收点分别设置在船头和船尾；所述每台收缆单元都包括子控制器、速度控制阀、液压马达与速度传感器。

所述速度控制阀安装在船舱中的设备泵站上；所述液压马达安装在船舷的设备底座上，且液压马达与减速机、收缆卷筒相连接；所述速度传感器安装在船舷的卷筒上。

所述

、

依据速度控制阀的放大比例系数与收缆单元在船上布置的位置参数而定；所述速度控制阀的放大比例系数是指速度控制阀的控制信号强度依次经液压马达、减速机、收缆卷筒放大之后落实到缆绳运动速度上的放大比例系数。

所述多点系泊系统为八点系泊系统；所述多台收缆单元为四台收缆单元，分别为船头设置的两台收缆单元与船尾设置的两台收缆单元。

所述船头设置的两台收缆单元的

为0，则与距船头之间的距离成反比；所述船尾设置的两台收缆单元的

为0，

则与距船尾之间的距离成反比。

本发明的原理说明如下：

一、关于多台收缆单元收缆速度、长度的同步：

由于多台收缆单元对应的缆绳系泊点不同，因而缆绳与船舶移动的方向角度也就不同。同样侧向移动1米，如果A绳和船舶移动方向成0度，那么收绳1米就能实现移动效果；如果B绳和船舶移动方向成30度，则需要收绳1米/COS60°﹦2米才能实现移动效果。因此，本文中提到的多台收缆单元收缆速度、长度的同步是指多台收缆单元的收缆速度、长度转换到船体上的移动同步，而不是指缆绳本身同步。

二、PID算法：

本发明在形成速度闭环控制系统、船头朝向闭环控制系统的过程中均采用了PID算法，具体应用方法是：在PLC中调用成熟的PID控制模块，其中P、I、D三个参数既可根据产品的状态进行设定，也可采用触摸屏直接在调试过程中进行修改。

三、船头向移动方向的反馈比例系数

与船尾向移动方向的反馈比例系数

：

、

根据以下参数而定：1、速度控制阀的放大比例系数：速度控制阀（一种电磁比例阀）的控制信号强度经液压马达、减速机、收缆卷筒放大之后落实到缆绳运动速度的放大比例系数，这个可在系统设计时确定；2.收缆单元在船上布置的位置参数：比如，安装在船前半部分的两台收缆单元就只有

系数，而

则为0，其中安装位置更靠近船头的收缆单元的

系数会比安装位置更靠近船中部的收缆单元的系数大，这是因为船体的角度旋转是以船中心点为圆心，同样的调整量作用在船头改变的角度会比作用在靠近船中部改变的小。

实施例1：

本发明应用于八点系泊系统，该八点系泊系统中包括四台收缆单元，分别为船头设置的两台收缆单元与船尾设置的两台收缆单元。收缆单元的

、

依据速度控制阀的放大比例系数与收缆单元在船上布置的位置参数而定，所述速度控制阀的放大比例系数是指速度控制阀的控制信号强度依次经液压马达、减速机、收缆卷筒放大之后落实到缆绳运动速度上的放大比例系数。船头设置的两台收缆单元的为0，

则与距船头之间的距离成反比，船尾设置的两台收缆单元的

为0，

则与距船尾之间的距离成反比。

同时，船体姿态测量系统包括控制箱本体、显示屏、GPS定位系统与两个GPS接收点，其中，控制箱本体、显示屏与GPS定位系统设置于驾驶室内，两个GPS接收点分别设置在船头和船尾。每台收缆单元都包括子控制器、速度控制阀、液压马达与速度传感器，速度控制阀安装在船舱中的设备泵站上，液压马达安装在船舷的设备底座上，且液压马达与减速机、收缆卷筒相连接，速度传感器安装在船舷的卷筒上。

八点系泊系统中四台收缆单元平衡横向移船的控制方法，该控制方法依次包括以下步骤：

第一步：先向船体数据处理单元中输入船体设定朝向，再由手柄将收缆初始速度指令

发至四台收缆单元中每台收缆单元的子控制器上，然后由子控制器依PID算法对收缆初始速度指令

进行处理以得到阀控信号，并将该阀控信号发至速度控制阀，再由速度控制阀根据阀控信号操纵液压马达进行收缆操作； 

第二步：先由速度传感器测得缆绳的即时收缆速度，并将该即时收缆速度反馈进子控制器，同时，船体姿态测量系统测得船体的即时朝向角度值，并将该即时朝向角度值反馈进船体数据处理单元，再由船体数据处理单元依PID算法对即时朝向角度值、船体设定朝向进行比较以得到船头向标定方向的角度偏移量

与船尾向标定方向的角度偏移量

，然后将船头向标定方向的角度偏移量

、船尾向标定方向的角度偏移量

发送至每台收缆单元中的子控制器上； 

第三步：先由子控制器根据公式

对接收到的收缆初始速度指令

、船头向标定方向的角度偏移量

、船尾向标定方向的角度偏移量

进行处理以得到收缆修正速度指令

，其中，

为通道信号比例系数，取值1，

为船头向移动方向的反馈比例系数，

为船尾向移动方向的反馈比例系数，且

、

均为正数；再采用PID算法对收缆修正速度指令

进行处理以得到阀控修正信号，然后将该阀控修正信号发至速度控制阀，再由速度控制阀根据阀控修正信号操纵液压马达进行收缆修正操作，……，依次循环，直至船体按船体设定朝向完成船舶在水面的横向移动。 

Claims (5)

1.多点系泊系统中多台收缆单元平衡横向移船的控制方法，其特征在于该控制方法依次包括以下步骤：

第一步：先向船体数据处理单元中输入船体设定朝向，再由手柄将收缆初始速度指令                                               

发至每台收缆单元中的子控制器上，然后由子控制器依PID算法对收缆初始速度指令

进行处理以得到阀控信号，并将该阀控信号发至速度控制阀，再由速度控制阀根据阀控信号操纵液压马达进行收缆操作； 

第二步：先由速度传感器测得缆绳的即时收缆速度，并将该即时收缆速度反馈进子控制器，同时，船体姿态测量系统测得船体的即时朝向角度值，并将该即时朝向角度值反馈进船体数据处理单元，再由船体数据处理单元依PID算法对即时朝向角度值、船体设定朝向进行比较以得到船头向标定方向的角度偏移量

与船尾向标定方向的角度偏移量

，然后将船头向标定方向的角度偏移量

、船尾向标定方向的角度偏移量发送至每台收缆单元中的子控制器上； 

第三步：先由子控制器根据公式

对接收到的收缆初始速度指令

、船头向标定方向的角度偏移量

、船尾向标定方向的角度偏移量

进行处理以得到收缆修正速度指令

，其中，

为通道信号比例系数，取值1，

为船头向移动方向的反馈比例系数，

为船尾向移动方向的反馈比例系数，且

、

均为正数；再采用PID算法对收缆修正速度指令

进行处理以得到阀控修正信号，然后将该阀控修正信号发至速度控制阀，再由速度控制阀根据阀控修正信号操纵液压马达进行收缆修正操作，……，依次循环，直至船体按船体设定朝向完成船舶在水面的横向移动；

所述船体姿态测量系统包括控制箱本体、显示屏、GPS定位系统与两个GPS接收点，其中，控制箱本体、显示屏与GPS定位系统设置于驾驶室内，两个GPS接收点分别设置在船头和船尾；所述每台收缆单元都包括子控制器、速度控制阀、液压马达与速度传感器。

2.根据权利要求1所述的多点系泊系统中多台收缆单元平衡横向移船的控制方法，其特征在于：所述速度控制阀安装在船舱中的设备泵站上；所述液压马达安装在船舷的设备底座上，且液压马达与减速机、收缆卷筒相连接；所述速度传感器安装在船舷的卷筒上。

3.根据权利要求1或2所述的多点系泊系统中多台收缆单元平衡横向移船的控制方法，其特征在于：所述

、

依据速度控制阀的放大比例系数与收缆单元在船上布置的位置参数而定；所述速度控制阀的放大比例系数是指速度控制阀的控制信号强度依次经液压马达、减速机、收缆卷筒放大之后落实到缆绳运动速度上的放大比例系数。

4.根据权利要求3所述的多点系泊系统中多台收缆单元平衡横向移船的控制方法，其特征在于：所述多点系泊系统为八点系泊系统；所述多台收缆单元为四台收缆单元，分别为船头设置的两台收缆单元与船尾设置的两台收缆单元。

5.根据权利要求4所述的多点系泊系统中多台收缆单元平衡横向移船的控制方法，其特征在于：所述船头设置的两台收缆单元的为0，

则与距船头之间的距离成反比；所述船尾设置的两台收缆单元的

为0，

则与距船尾之间的距离成反比。