CN106988335B - 一种复合筒型基础下沉姿态馈控系统 - Google Patents

一种复合筒型基础下沉姿态馈控系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于海洋风电领域，公开了一种复合筒型基础下沉姿态馈控系统，该系统应用于多舱复合筒型基础的下沉过程，包括数据采集系统、预警系统及姿态控制系统，数据采集系统信号连接预警系统，预警系统信号连接姿态控制系统；数据采集系统将处理后的数据通过系统总线传输至预警系统，预警系统接收并计算数据采集系统输入的倾斜角度数据，根据结算结果对复合筒型基础的倾斜状态进行判断，并调用相应的策略后通过系统总线传输至姿态控制系统，姿态控制系统根据预警系统的策略对复合筒型基础进行调平控制。本发明具有施工周期短、成本低、调节过程简单等优点，能够有效地提高复合筒型基础在沉放过程中稳定性与安全性。

Description

一种复合筒型基础下沉姿态馈控系统
技术领域
本发明属于海洋风电领域，具体的说，是涉及一种海上风电复合筒型基础下沉姿态馈控系统。
背景技术
海上风机复合筒型基础以及海上风机一步安装成套装备全部设计建造完成，促进了我国海洋风电产业的发展。复合筒型基础拖航到目的地后放气下沉，但由于施工工艺和现场环境等各种原因，基础在进行下沉过程中，不会一直保持平衡，若基础倾斜角过大，会在下沉过程中发生基础倾覆等严重工程事故，需人工调节各个分舱内的气压，使基础保持水平，但是此平衡调节过程存在施工周期长、成本高、施工过程复杂等缺点。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种复合筒型基础下沉姿态馈控系统，使复合筒型基础在下沉过程中能够自动调平且无需人工干预，该系统具有施工周期短、成本低、调节过程简单等优点，能够有效地提高复合筒型基础在沉放过程中稳定性与安全性。
本发明通过以下的技术方案予以实现：
一种复合筒型基础下沉姿态馈控系统，该系统应用于多舱复合筒型基础的下沉过程，包括数据采集系统、预警系统及姿态控制系统，所述数据采集系统信号连接所述预警系统，所述预警系统信号连接所述姿态控制系统；所述数据采集系统将处理后的数据通过系统总线传输至所述预警系统，所述预警系统接收并计算所述数据采集系统输入的倾斜角度数据，根据结算结果对复合筒型基础的倾斜状态进行判断，并调用相应的策略后通过系统总线传输至所述姿态控制系统，所述姿态控制系统根据所述预警系统的策略对复合筒型基础进行调平控制。
所述数据采集系统包括水平传感器模块、数据处理模块、平衡信息数据库模块；所述水平传感器模块用于测量复合筒型基础的倾斜角度数据，并将测量的倾斜角度数据传输给所述数据处理模块；所述数据处理模块删除明显偏差的倾斜角度数据，将纠正后的倾斜角度数据传输给所述平衡信息数据库模块和所述预警系统；所述平衡信息数据库模块用于储存纠正后的倾斜角度数据用于研究分析。
其中，所述水平传感器模块包括6-20个水平传感器，其安装于复合筒型基础顶板上且环向均匀布置。
其中，所述水平传感器模块每分钟测量100-200组数据。
所述预警系统包括模型计算模块、判断并输出预警等级模块、调用策略模块、策略库模块；
所述模型计算模块接受所述数据采集系统传输的纠正后的倾斜角度数据，计算每分钟所述数据采集系统输入的倾斜角度平均值θ；
所述判断并输出预警等级模块根据倾斜角度平均值θ判断当前的预警等级，并将当前的预警等级传输给所述调用策略模块，判断依据如下：
当0°≤θ≤0.5°时，判断复合筒型基础处于微偏状态，输出预警等级为绿灯，属于安全；当0.5°<θ≤1.5°时，判断复合筒型基础处于轻偏状态，输出预警等级为黄灯，属于非安全；当1.5°<θ≤3°时，判断复合筒型基础处于中偏状态，输出预警等级为橙灯，属于非安全；当θ>3°时，判断复合筒型基础处于重偏状态，输出预警等级为红灯，属于非安全；
所述调用策略模块根据四种预警等级分别调用所述策略库模块中的不同策略，并将相应的策略信息传输给所述姿态控制系统，调用依据如下：
当预警等级为绿灯时，对应的策略为所有抽气/水阀门开启度100％；当预警等级为黄灯时，对应的策略为向下倾斜分舱抽气/水阀门关闭、向上倾斜分舱抽气/水阀门开启度30％；当预警等级为橙灯时，对应的策略为向下倾斜分舱抽气/水阀门关闭、向上倾斜分舱抽气/水阀门开启度50％；当预警等级为红灯时，对应的策略为向下倾斜分舱抽气/水阀门关闭、向上倾斜分舱抽气/水阀门开启度80％。
所述姿态控制系统包括信号转化模块、动力控制模块、气压控制模块；所述信号转化模块将所述预警系统输入的策略信息转化为电信号；所述动力控制模块接收电信号后启动动力装置以对各分舱的抽气/水阀门进行控制，并为抽气/水提供动力；所述气压控制模块利用动力装置调整复合筒型基础各分舱的抽气/水阀门的开启度并抽气/水。
该系统还包括一船载显示系统，所述船载显示系统接收所述预警系统的判断并输出的状态、预警等级和是否安全的判断结果，并通过人机界面进行显示。
本发明的有益效果是：
本发明的复合筒型基础下沉姿态馈控系统，使复合筒型基础在下沉过程中能够自动调平而无需人工干预，该系统在复合筒型基础的下沉作业过程中，不断地对复合筒型基础下沉姿态进行倾斜角度数据采集，从而自动调平，具有施工周期短、成本低、调节过程简单等优点，该系统能够有效地提高复合筒型基础在沉放过程中的稳定性与安全性。
附图说明
图1是本发明所提供的复合筒型基础下沉姿态馈控系统的结构示意图；
图2是数据采集系统的结构示意图；
图3是预警系统的结构示意图；
图4是姿态控制系统的结构示意图；
图5是本发明所提供的复合筒型基础下沉姿态馈控系统的工作流程图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及效果，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
如图1所示，本实施例公开了一种复合筒型基础下沉姿态馈控系统，该系统应用于多舱复合筒型基础的下沉过程，包括数据采集系统1、预警系统2及姿态控制系统3，上述各系统在逻辑上形成层进式结构。数据采集系统1信号连接预警系统2，数据采集系统1将处理后的数据通过系统总线传输至预警系统2。预警系统2信号连接姿态控制系统3，预警系统2接收并计算数据采集系统1输入的倾斜角度数据，根据结算结果对复合筒型基础的倾斜状态进行判断，并调用相应的策略后通过系统总线传输至姿态控制系统3。姿态控制系统3根据预警系统2的不同策略对复合筒型基础进行调平控制。
如图2所示，数据采集系统1包括水平传感器模块101、数据处理模块102、平衡信息数据库模块103。水平传感器模块101包括6-20个水平传感器，其普遍安装于复合筒型基础顶板上并且环向均匀布置，用于测量复合筒型基础的倾斜角度数据，每分钟测量100-200组数据；同时将测量的倾斜角度数据传输给数据处理模块102。数据处理模块102用于接收水平传感器模块101输入的倾斜角度数据，删除由于仪器误差等因素而导致明显偏差的倾斜角度数据以达到纠正倾斜角度数据的目的，将纠正后的倾斜角度数据传输给平衡信息数据库模块103和预警系统2的模型计算模块201。平衡信息数据库模块103用于储存纠正后的复合筒型基础的倾斜角度数据，并用于后期相关性研究分析。其中，明显偏差的倾斜角度数据是指存在某些数据与这组数据平均值的绝对差值大于该组数据平均值的30％，则称这些数据是明显偏差的数据。
如图3所示，预警系统2包括模型计算模块201、判断并输出预警等级模块202、调用策略模块203、策略库模块204。模型计算模块201用于接受数据采集系统1的数据处理模块102传输的纠正后的倾斜角度数据，计算每分钟数据采集系统1输入的倾斜角度平均值θ。
判断并输出预警等级模块202首先用于根据倾斜角度平均值θ判断当前的状态、预警等级和是否安全，表1是复合筒型基础倾斜角度平均值θ与预警等级对应表。θ为每分钟数据采集系统1输入的倾斜角度平均值，当0°≤θ≤0.5°时，复合筒型基础处于微偏状态，输出预警等级绿灯，属于安全；当0.5°<θ≤1.5°时，复合筒型基础处于轻偏状态，输出预警等级黄灯，属于非安全；当1.5°<θ≤3°时，复合筒型基础处于中偏状态，输出预警等级橙灯，属于非安全；当θ>3°时，复合筒型基础处于重偏状态，输出预警等级红灯，属于非安全。判断并输出预警等级模块202将当前的预警等级传输给调用策略模块203。
表1
表2是复合筒型基础预警等级与策略对应表。调用策略模块203根据四种预警等级调用策略库模块204中的不同策略，并将相应的策略信息传输给姿态控制系统3。策略库模块204中包含四种预警等级对应的策略数据：当预警等级为绿灯时，对应的策略为所有抽气/水阀门开启度100％；当预警等级为黄灯时，对应的策略为向下倾斜分舱抽气/水阀门关闭、向上倾斜分舱抽气/水阀门开启度30％；当预警等级为橙灯时，对应的策略为向下倾斜分舱抽气/水阀门关闭、向上倾斜分舱抽气/水阀门开启度50％；当预警等级为红灯时，对应的策略为向下倾斜分舱抽气/水阀门关闭、向上倾斜分舱抽气/水阀门开启度80％。
表2
如图4所示，姿态控制系统3包括信号转化模块301、动力控制模块302、气压控制模块303。信号转化模块301将预警系统2的调用策略模块203输入的策略信息转化为电信号。动力控制模块302接收电信号后启动动力装置，以按照当前的策略信息电信号对各分舱的抽气/水阀门进行控制，并为抽气/水提供动力。气压控制模块303利用动力装置调整复合筒型基础各分舱的抽气/水阀门的开启度并抽气/水，进行复合筒型基础的调平控制。
数据采集系统1、预警系统2及姿态控制系统3协同完成的复合筒型基础的调平过程会一直持续下去，直到完成复合筒型基础下沉作业。复合筒型基础下沉过程中，开启复合筒型基础分舱的抽气/水阀门并抽气/水，打开复合筒型基础下沉姿态馈控系统开关即可，调平过程皆无需人工干预。
复合筒型基础姿态馈控系统还可以包括一船载显示系统，预警系统2的判断并输出预警等级模块202将四种状态、预警等级和是否安全的判断结果输出给船载显示系统。船载显示系统提供了一个人机界面，接收并显示预警等级模块202传输的判断结果信息，以即时反映自动调平的全过程，施工人员可监控全过程，必要时及时干预，以增加复合筒型基础下沉的安全系数。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种复合筒型基础下沉姿态馈控系统，其特征在于，该系统应用于多舱复合筒型基础的下沉过程，包括数据采集系统、预警系统及姿态控制系统，所述数据采集系统信号连接所述预警系统，所述预警系统信号连接所述姿态控制系统；所述数据采集系统将处理后的数据通过系统总线传输至所述预警系统，所述预警系统接收并计算所述数据采集系统输入的倾斜角度数据，根据结算结果对复合筒型基础的倾斜状态进行判断，并调用相应的策略后通过系统总线传输至所述姿态控制系统，所述姿态控制系统根据所述预警系统的策略对复合筒型基础进行调平控制；
所述数据采集系统包括水平传感器模块、数据处理模块、平衡信息数据库模块；所述水平传感器模块用于测量复合筒型基础的倾斜角度数据，并将测量的倾斜角度数据传输给所述数据处理模块；所述数据处理模块删除明显偏差的倾斜角度数据，将纠正后的倾斜角度数据传输给所述平衡信息数据库模块和所述预警系统；所述平衡信息数据库模块用于储存纠正后的倾斜角度数据用于研究分析；
所述水平传感器模块包括6-20个水平传感器，其安装于复合筒型基础顶板上且环向均匀布置；
所述预警系统包括模型计算模块、判断并输出预警等级模块、调用策略模块、策略库模块；
所述模型计算模块接受所述数据采集系统传输的纠正后的倾斜角度数据，计算每分钟所述数据采集系统输入的倾斜角度平均值θ；
所述判断并输出预警等级模块根据倾斜角度平均值θ判断当前的预警等级，并将当前的预警等级传输给所述调用策略模块，判断依据如下：
当0°≤θ≤0.5°时，判断复合筒型基础处于微偏状态，输出预警等级为绿灯，属于安全；当0.5°<θ≤1.5°时，判断复合筒型基础处于轻偏状态，输出预警等级为黄灯，属于非安全；当1.5°<θ≤3°时，判断复合筒型基础处于中偏状态，输出预警等级为橙灯，属于非安全；当θ>3°时，判断复合筒型基础处于重偏状态，输出预警等级为红灯，属于非安全；
所述调用策略模块根据四种预警等级分别调用所述策略库模块中的不同策略，并将相应的策略信息传输给所述姿态控制系统，调用依据如下：
当预警等级为绿灯时，对应的策略为所有抽气/水阀门以开启度100％；当预警等级为黄灯时，对应的策略为向下倾斜分舱抽气/水阀门关闭、向上倾斜分舱抽气/水阀门开启度30％；当预警等级为橙灯时，对应的策略为向下倾斜分舱抽气/水阀门关闭、向上倾斜分舱抽气/水阀门开启度50％；当预警等级为红灯时，对应的策略为向下倾斜分舱抽气/水阀门关闭、向上倾斜分舱抽气/水阀门开启度80％。
2.根据权利要求1所述的一种复合筒型基础下沉姿态馈控系统，其特征在于，所述水平传感器模块每分钟测量100-200组数据。
3.根据权利要求1所述的一种复合筒型基础下沉姿态馈控系统，其特征在于，所述姿态控制系统包括信号转化模块、动力控制模块、气压控制模块；所述信号转化模块将所述预警系统输入的策略信息转化为电信号；所述动力控制模块接收电信号后启动动力装置以对各分舱的抽气/水阀门进行控制，并为抽气/水提供动力；所述气压控制模块利用动力装置调整复合筒型基础各分舱的抽气/水阀门的开启度并抽气/水。
4.根据权利要求1所述的一种复合筒型基础下沉姿态馈控系统，其特征在于，该系统还包括一船载显示系统，所述船载显示系统接收所述预警系统的判断并输出的状态、预警等级和是否安全的判断结果，并通过人机界面进行显示。
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