CN105398961B - 视频测距的海洋平台起重机升沉补偿控制系统试验台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种视频测距的海洋平台起重机升沉补偿控制系统试验台。包括液压油源，液压控制阀，控制手柄，液压绞车，直接泵控式电液升沉补偿装置、控制计算机，工业摄像机，机架，模拟负载，六自由度平台，配电控制柜和张力传感器。本发明它可方便的进行利用视频测距的海洋平台起重机升沉补偿运动控制系统的测试、常规海洋平台起重机操作过程的模拟与测试，通过对钢丝绳张力的检测，可判别利用机器视觉的海洋平台起重机升沉补偿运动控制系统的控制性能优劣，并与常规海洋平台起重机进行对比，进行利用机器视觉的海洋平台起重机升沉补偿运动控制系统的控制策略研究，该试验台结构紧凑，使用方便，具有广泛的实用性。

Description

视频测距的海洋平台起重机升沉补偿控制系统试验台

技术领域

本发明涉及起重机升沉补偿控制系统及方法，尤其是涉及一种视频测距的海洋平台起重机升沉补偿控制系统试验台。

技术背景

2l 世纪以来，全世界对能源的需求日益增加，海洋成为各国新世纪能源战略的重点，世界各国纷纷加大了对海洋开发的力度。随着海洋石油的大量开发，大型海上工程也蓬勃发展，在这些工程中海上起重机则是关键设备之一。

由于海浪运动造成的船体升沉运动与摆动，极大的限制了海上起重机的作业能力，不仅会降低吊装的就位精度，增加作业的危险性，还会在结构上产生附加动载荷，严重时会导致设备的损坏和人员的伤亡。消除海浪运动对起重机作业的影响成为海上起重机与地面起重机最大的技术区别。

现有用于消除海浪运动影响的发展较成熟的单元技术，如恒张力技术及升沉补偿技术，主要是针对船载设备进行研发的，且其控制目标是通过连续的补偿保持负载在水中位置恒定，而海洋平台起重机的控制目标应是在海浪运动的条件下，不受船体升沉运动的影响，平稳的将负载提升离开且能够平稳下放至补给船甲板，一旦货物提升离开甲板或放置在甲板上后，就无需再进行补偿。

主动式升沉补偿技术是利用安装于船体的传感器对船体运动的检测实现的，而对于海洋平台起重机而言，起重机作业船只不可能是同一条船，且起重机距离船只垂直距离近百米，对于船体位置信息的检测通过在补给船上安装传感器实现是不现实的，应采用非接触式测量装置。

目前国际及国内制造商的海洋平台起重机，解决海浪运动的措施仍是配置恒张力功能，升沉补偿技术由于在海洋平台起重机条件下船体运动检测不便，没有大规模使用，但事实上对于海洋平台起重机而言，无论是恒张力技术还是现有的升沉补偿技术，只能使海洋平台起重机的起吊过程不受船体升沉影响，而下落过程依然受到船体运动的影响，起重机的完整操作包含提升与下放两个过程，因此现有技术只能解决问题的一半。

综上所述，因此现有单元技术直接移用到海洋平台起重机上是不合适的。针对海洋平台起重机特殊的操作要求与控制要求，研发适合于海洋平台起重机的运动控制系统，保证在海浪运动的条件下，不受船体升沉运动的影响，平稳的将负载提升离开且能够平稳下放至补给船甲板，不但具有实用性，且在国际上也属前沿，能够大幅提升我国海洋平台起重机在关键技术上的不足，提升国际市场竞争力。基于以上原因，作者提出了利用视频测距的海洋平台起重机升沉补偿运动控制系统及方法，在技术的开发中，试验台起到样机测试、改进的关键作用。

发明内容

综合现有各类型的升沉补偿技术的优点，克服其缺点，本发明的目的在于提供一种视频测距的海洋平台起重机升沉补偿控制系统试验台，模拟海洋平台起重机在海洋环境下提升、下放全过程的真实环境，以便对海洋平台运动控制系统控制的研究。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：

本发明包括液压油源，液压控制阀，控制手柄，液压绞车，直接泵控式电液升沉补偿装置、控制计算机，工业摄像机，机架，模拟负载，六自由度平台，配电控制柜和张力传感器；直接泵控式电液升沉补偿装置和工业摄像机装在机架上，钢丝绳的一端经直接泵控式电液升沉补偿装置中的静滑轮、动滑轮，张力传感器与模拟负载连接，钢丝绳的另一端与液压绞车连接，液压控制阀分别与液压油源、控制手柄和液压绞车连接，控制手柄能对模拟负载进行提升与下放；模拟负载放在六自由度平台上，六自由度平台和配电控制柜组合模拟船体在海洋中运动；配电控制柜，直接泵控式电液升沉补偿装置中的传感器组、工业摄像机和伺服电机驱动器，均分别与控制计算机连接。

所述直接泵控式电液升沉补偿装置，包括伺服电机驱动器、伺服电机、双向液压泵、蓄能器、快插接头、两个溢流阀、单出杆液压缸、动滑轮、静滑轮、三个压力传感器、转速传感器和内置式位移传感器；伺服电机驱动器驱动伺服电机带动双向液压泵转动，双向液压泵的两输出端分别与单出杆液压缸的有杆腔和无杆腔连接，在双向液压泵的两输出端间并联两个反向安装的溢流阀；蓄能器分三路，第一路与单出杆液压缸有杆腔侧连接，第二路与快插接头连接，第三路与第一压力传感器连接，双向液压泵的两输出端分别接有第二压力传感器和第三压力传感器，伺服电机与转速传感器连接，三个压力传感器、转速传感器、内置式位移传感器、张力传感器和伺服电机驱动器分别与控制计算机连接；动滑轮连接在单出杆液压缸的活塞杆上，静滑轮连接在单出杆液压缸的底部，内置式位移传感器安装在单出杆液压缸内。

所述伺服电机、双向液压泵、单出杆液压缸、蓄能器、两个溢流阀、快插接头、三个压力传感器、转速传感和内置式位移传感器均集成构成自治装置。

所述传感器组，包括三个压力传感器、流量传感器、位移传感器和张力传感器。

本发明具有的有益效果是：

本发明通过六自由度平台模拟船只在海洋环境下的运动，用工业摄像机检测六自由度平台的运动参数，并将这些参数传送至计算机，用以构成利用视频测距的海洋平台起重机升沉补偿运动控制系统的闭环控制结构，采集对液压系统运行参数、六自由度平台姿态、钢丝绳冲击、升沉补偿装置的运行参数，对系统的运行进行全方位的监测，可方便的进行利用视频测距的海洋平台起重机升沉补偿运动控制系统测试、常规海洋平台起重机操作过程的模拟与测试，通过对钢丝绳张力的检测，可判别利用视频测距的海洋平台起重机升沉补偿运动控制系统的控制性能优劣，并与常规海洋平台起重机进行对比，进行利用视频测距的海洋平台起重机升沉补偿运动控制系统的控制策略研究，该试验台结构紧凑，使用方便，具有广泛的实用性。本发明也可用于船载设备、码头起重机升沉补偿装置的测试、研究。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是直接泵控式电液升沉补偿装置的结构示意图。

图中：1、液压油源，2、液压控制阀，3、控制手柄，4、液压绞车，5、直接泵控式电液升沉补偿装置，6，传感器组，7，控制计算机，8、工业摄像机，9、机架，10、模拟负载，11、六自由度平台，12、配电控制柜，13、液压管路，14-电气接线，15-钢丝绳，16、张力传感器，17、伺服电机驱动器，18、液压管路，19、伺服电机，20、双向液压泵，21、快插接头，22、蓄能器，23、溢流阀，24、单出杆液压缸，25、动滑轮，26、静滑轮，27、转速传感器，28、压力传感器，29、内置式位移传感器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明包括液压油源1，液压控制阀2，控制手柄3，液压绞车4，直接泵控式电液升沉补偿装置5、控制计算机7，工业摄像机8，机架9，模拟负载10，六自由度平台11，配电控制柜12和张力传感器16。

直接泵控式电液升沉补偿装置5和工业摄像机8装在机架9上，钢丝绳15的一端经直接泵控式电液升沉补偿装置5中的静滑轮、动滑轮，张力传感器16与模拟负载10连接，钢丝绳15的另一端与液压绞车4连接，液压控制阀2经液压管路13分别与液压油源1、控制手柄3和液压绞车4连接，控制手柄3能对模拟负载10进行提升与下放；模拟负载10放在六自由度平台11上，六自由度平台11和配电控制柜12组合模拟船体在海洋中运动；配电控制柜12，直接泵控式电液升沉补偿装置5中的传感器组6、工业摄像机8和伺服电机驱动器17，均分别与控制计算机7连接。

如图2所示，所述直接泵控式电液升沉补偿装置5，包括伺服电机驱动器17、伺服电机19、双向液压泵20、蓄能器22、快插接头21、两个溢流阀23、单出杆液压缸24、动滑轮25、静滑轮26、三个压力传感器28、转速传感器27和内置式位移传感器29。

伺服电机驱动器17驱动伺服电机19带动双向液压泵20转动，双向液压泵20的两输出端分别经液压管路18与单出杆液压缸24的有杆腔和无杆腔连接，在双向液压泵20的两输出端间并联两个反向安装的溢流阀23；蓄能器22分三路，第一路与单出杆液压缸24有杆腔侧连接，第二路与快插接头21连接，第三路与第一压力传感器28连接，双向液压泵20的两输出端分别接有第二压力传感器28和第三压力传感器28，伺服电机19与转速传感器27连接，三个压力传感器28、转速传感器27、内置式位移传感器29、张力传感器16和伺服电机驱动器17分别与控制计算机7连接；动滑轮25连接在单出杆液压缸24的活塞杆上，静滑轮26连接在单出杆液压缸24的底部，内置式位移传感器29安装在单出杆液压缸24内。

所述伺服电机19、双向液压泵20、单出杆液压缸24、蓄能器22、两个溢流阀23、快插接头21、三个压力传感器28、转速传感器27和内置式位移传感器29均集成构成自治装置。

所述传感器组6，包括三个压力传感器28、转速传感器27、内置式位移传感器29和张力传感器16。

由六自由度平台模拟船只在海洋环境下的运动，由固定的机架、液压绞车、液压油源、液压控制阀、控制手柄、负载模拟常规的海洋平台起重机操作，固定机架上安装工业摄像机、升沉补偿装置，系统由配电控制柜提供电源，由控制计算机进行控制、进行数据采集。

本试验台可实现常规海洋平台起重机操作过程的模拟与测试、利用视频测距的海洋平台起重机升沉补偿运动控制系统测试，并进行数据的记录与处理。传感器组包括压力传感器、流量传感器、位移传感器、张力传感器等，可对液压系统运行参数、六自由度平台姿态、钢丝绳冲击、升沉补偿装置的运行参数等进行记录并送入控制计算机用于液压系统、六自由度平台、升沉补偿装置的控制。

利用视频测距的海洋平台起重机升沉补偿运动控制系统试验台能够通过传感器组6，监测使用利用视频测距的海洋平台起重机升沉补偿运动控制系统时，连接于模拟负载10与液压绞车4之间的钢丝绳15的张力变化，从而进行利用视频测距的海洋平台起重机升沉补偿运动控制系统控制策略研究。

视频测距的海洋平台起重机升沉补偿运动控制系统试验台能够通过传感器组6，监测使用常规海洋平台起重机提升机构时，连接于模拟负载10与液压绞车4之间的钢丝绳15的张力变化，从而与使用进行利用视频测距的海洋平台起重机升沉补偿运动控制系统时系统的冲击进行对比研究。

Claims (4)

1.一种视频测距的海洋平台起重机升沉补偿控制系统试验台，其特征在于：所述升沉补偿控制系统试验台用于模拟海洋平台起重机在海洋环境下提升、下放全过程的真实环境；

所述升沉补偿控制系统试验台包括液压油源(1)，液压控制阀(2)，控制手柄(3)，液压绞车(4)，直接泵控式电液升沉补偿装置(5)、控制计算机(7)，工业摄像机(8)，机架(9)，模拟负载(10)，六自由度平台(11)，配电控制柜(12)和张力传感器(16)；直接泵控式电液升沉补偿装置(5)和工业摄像机(8)装在机架(9)上，钢丝绳(15)的一端经直接泵控式电液升沉补偿装置(5)中的静滑轮、动滑轮，张力传感器(16)与模拟负载(10)连接，钢丝绳(15)的另一端与液压绞车(4)连接，液压控制阀(2)分别与液压油源(1)、控制手柄(3)和液压绞车(4)连接，控制手柄(3)能对模拟负载(10)进行提升与下放；模拟负载(10)放在六自由度平台(11)上，六自由度平台(11)和配电控制柜(12)组合模拟船体在海洋中运动；配电控制柜(12)，直接泵控式电液升沉补偿装置(5)中的传感器组(6)、工业摄像机(8)和伺服电机驱动器(17)，均分别与控制计算机(7)连接；

所述六自由度平台(11)用于模拟船只在海洋环境下的运动，所述工业摄像机(8)利用视频测距检测六自由度平台(11)的运动参数，并将这些参数传送控制计算机(7)，用以构成利用视频测距的海洋平台起重机升沉补偿运动控制系统的闭环控制结构；

所述传感器组(6)记录液压系统运行参数、六自由度平台姿态、钢丝绳冲击、升沉补偿装置的运行参数并送入控制计算机(7)，所述控制计算机(7)对系统的运行进行监测和控制。

2.根据权利要求1所述的一种视频测距的海洋平台起重机升沉补偿控制系统试验台，其特征在于：所述直接泵控式电液升沉补偿装置(5)，包括伺服电机驱动器(17)、伺服电机(19)、双向液压泵(20)、蓄能器(22)、快插接头(21)、两个溢流阀、单出杆液压缸(24)、动滑轮(25)、静滑轮(26)、三个压力传感器、转速传感器(27)和内置式位移传感器(29)；伺服电机驱动器(17)驱动伺服电机(19)带动双向液压泵(20)转动，双向液压泵(20)的两输出端分别与单出杆液压缸(24)的有杆腔和无杆腔连接，在双向液压泵(20)的两输出端间并联两个反向安装的溢流阀；蓄能器(22)分三路，第一路与单出杆液压缸(24)有杆腔侧连接，第二路与快插接头(21)连接，第三路与第一压力传感器连接，双向液压泵(20)的两输出端分别接有第二压力传感器和第三压力传感器，伺服电机(19)与转速传感器(27)连接，三个压力传感器、转速传感器(27)、内置式位移传感器(29)、张力传感器(16)和伺服电机驱动器(17)分别与控制计算机(7)连接；动滑轮(25)连接在单出杆液压缸(24)的活塞杆上，静滑轮(26)连接在单出杆液压缸(24)的底部，内置式位移传感器(29)安装在单出杆液压缸(24)内。

3.根据权利要求2所述的一种视频测距的海洋平台起重机升沉补偿控制系统试验台，其特征在于：所述伺服电机(19)、双向液压泵(20)、单出杆液压缸(24)、蓄能器(22)、两个溢流阀、快插接头(21)、三个压力传感器、转速传感器(27)和内置式位移传感器(29)均集成构成自治装置。

4.根据权利要求1所述的一种视频测距的海洋平台起重机升沉补偿控制系统试验台，其特征在于：所述传感器组(6)，包括三个压力传感器、流量传感器、位移传感器和张力传感器。