CN107522103B - 一种海洋吊机示教控制装置及示教控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海洋吊机示教控制装置，主钩编码器安装于主钩钢丝绳绞车滚筒轴处，辅钩编码器安装于辅钩钢丝绳绞车滚筒轴处，变幅编码器安装于变幅绞车或变幅液缸下部，回转编码器安装于基座回转齿轮处；主钩编码器、辅钩编码器、变幅编码器、回转编码器同时与主控制器信号连接；角度仪安装在吊臂变幅机构中，角度仪与主控制器信号连接；示教控制模块的信号输入端与遥控盒连接、信号输出端与触摸屏连接，示教控制模块另与主控制器互联；主控制器信号输入端与操作手柄的输出信号连接、信号输出端与执行阀组和报警组件连接。本发明还公开了一种海洋吊机示教控制方法。本发明的装置及方法，设置合理，安全可靠。

Description

一种海洋吊机示教控制装置及示教控制方法

技术领域

本发明属于自动化控制技术领域，涉及一种海洋吊机示教控制装置，本发明还涉及一种海洋吊机示教控制方法。

背景技术

海洋平台吊机是海洋钻采平台及工程船舶配套的特种起吊作业设备，在海洋工程和海上油田开发中有着重要作用。自动控制系统是海洋平台吊机的关键组成部分。海洋平台吊机需要满足多种工况要求，涵盖变幅、回转、提升下放等常规工况，以及载人、恒张力等特殊工况。

目前，海洋吊机在各类舷内、舷外操作工况下都以人工点动控制为主，操作人员必须实时搬动手柄或按钮进行作业，对劳动者专业素质要求高，控制系统自动化、智能化水平较低，尤其在定点作业工况下，即起吊点和下放点已指定的作业，仍是人工手动完成，操作者做大量重复性劳动，易产生疲劳和误操作。

发明内容

本发明的目的是提供一种海洋吊机示教控制装置，解决了现有海洋吊机在指定作业下对操作者专业素质要求高，尤其在定点作业时仍是人工手动完成，操作者做大量重复性劳动，易产生疲劳和误操作的问题。

本发明的另一目的是提供一种海洋吊机示教控制方法。

本发明采用的技术方案是，一种海洋吊机示教控制装置，包括主钩编码器、辅钩编码器、变幅编码器、回转编码器、角度仪、示教控制模块，

主钩编码器安装于主钩钢丝绳绞车滚筒轴处，辅钩编码器安装于辅钩钢丝绳绞车滚筒轴处，变幅编码器安装于变幅绞车或变幅液缸下部，回转编码器安装于基座回转齿轮处；主钩编码器、辅钩编码器、变幅编码器、回转编码器同时与主控制器信号连接；角度仪安装在吊臂变幅机构中，角度仪与主控制器信号连接；

示教控制模块和主控制器均安装于控制柜中，示教控制模块的信号输入端与遥控盒连接，示教控制模块的信号输出端与触摸屏连接，示教控制模块另与主控制器互联；主控制器信号输入端与操作手柄的输出信号连接，主控制器信号输出端与执行阀组和报警组件连接。

本发明采用的另一技术方案是，一种海洋吊机示教控制方法，利用上述的海洋吊机示教控制装置，按照以下步骤实施：

首先，在触摸屏上选择示教控制模式，此时触摸屏上的示教控制界面和遥控盒被激活，示教控制模式开启，

步骤1，记录主钩编码器、辅钩编码器、变幅编码器、回转编码器和角度仪的初始值，将各个数据存储于示教控制模块中；

步骤2，通过遥控盒或现有控制系统的操作手柄操作吊机，经历基座回转、吊臂变幅及吊钩的提升下放全套动作后，将吊钩移至起吊点；

步骤3，示教控制模块实时记录操作手柄的输入信号和主钩编码器、辅钩编码器、变幅编码器、回转编码器和角度仪在步骤2全程运动中的数据，形成运动控制曲线，并自动优化生成最佳运动轨迹；

步骤4，用户在触摸屏上确认是否采用最佳轨迹，确认后保存数据并发送信号到主控制器；

步骤5，挂好绳索安放重物后，通过现有控制系统自带的操作手柄或遥控盒重新操作吊机，经历基座回转、吊臂变幅及吊钩的提升下放全套动作后，将吊钩移至下放点；

步骤6，示教控制模块实时记录操作手柄的输入信号和主钩编码器、辅钩编码器、变幅编码器、回转编码器和角度仪在步骤5运动过程中的数据，形成运动控制曲线，按照步骤3的方式，自动优化生成最佳运动轨迹；

步骤7，在触摸屏上确认是否采用最佳轨迹，确认后示教控制模块保存数据并发送信号到主控制器；

步骤8，确认开启复现模式，示教控制模块发送信号询问主控制器是否已就绪；

步骤9，信号确认后，开始复现过程，吊机沿示教控制模块生成的运动轨迹进行作业；

步骤10，作业完成后停止复现，将触摸屏切换回现有控制系统的主控界面，退出示教控制模式，进入正常操作模式。

本发明的有益效果是，通过引入工业机器人技术领域的示教再现技术，对海洋吊机的指定作业进行示教编程操作，达到降低操作者劳动强度，提高作业效率的目的。其中的示教控制模块采用基于PXA270处理器的工业嵌入式单板机，具有功耗低，网络接口丰富，扩展性强等特点，所有的示教控制过程数据都存储于该单板机中，因此当现有控制系统主控制器10出现故障时，完全不影响示教控制模块的数据，充分保证系统的安全可靠性；智能化水平高，并具有很强的扩展性和灵活性。

附图说明

图1为本发明装置的结构框图；

图2为本发明方法的控制流程框图。

图中，1.主钩编码器，2.辅钩编码器，3.变幅编码器，4.回转编码器，5.角度仪，6.示教控制模块，7.触摸屏，8.遥控盒，9.控制柜，10.主控制器，11.操作手柄，12.报警组件，13.执行阀组。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

参照图1，虚线框表示现有控制系统中的通用设备，

本发明的结构是，包括主钩编码器1、辅钩编码器2、变幅编码器3、回转编码器4、角度仪5、示教控制模块6、触摸屏7、遥控盒8，

其中，主钩编码器1安装于主钩钢丝绳绞车滚筒轴处，辅钩编码器2安装于辅钩钢丝绳绞车滚筒轴处，变幅编码器3安装于变幅绞车或变幅液缸下部，回转编码器4安装于基座回转齿轮处；主钩编码器1、辅钩编码器2、变幅编码器3、回转编码器4均为绝对值式编码器，该四个编码器同时与控制柜9中的主控制器10信号连接；角度仪5安装在吊臂变幅机构中，用于测量吊臂变幅角，角度仪5与主控制器10信号连接；

示教控制模块6和主控制器10均安装于控制柜9(即电气控制柜)中，示教控制模块6的信号输入端与遥控盒8连接，示教控制模块6的信号输出端与触摸屏7连接，示教控制模块6另与主控制器10互联；主控制器10信号输入端与操作手柄11的输出信号连接，主控制器10信号输出端与执行阀组13和报警组件12连接。

主控制器10接收操作手柄11(包括有关的开关、按钮)的操作动作信号，主控制器10信号输出端控制执行阀组13实现吊臂动作，还控制报警组件12在吊臂超出安全范围时进行报警，示教控制模块6与主控制器10实现自动组网，作为辅助控制器使用，通过工业以太网与主控制器10进行信息交换，从而实现示教控制模块6间接控制执行阀组13和报警组件12；

触摸屏7可以独立配置，也可以采用现有控制系统操作面板上的一个窗口画面；遥控盒8通过无线网络与示教控制模块6信号相连，可以替代原系统中的手柄等操作元件完成作业，进行教学模拟操作，便于操作者观测吊机状态，完成现有控制系统中操作手柄11的替代作业，操作者可以站在控制室外调整吊机姿态，获得最佳操作视角。

本申请创新点重在这种用于海洋吊机的示教原理及方法，硬件只是载体，创新点在于系统组合方式，而不是某个单独的元件，示教控制模块6是硬件上的核心器件，可以采用多种形式的工业通用控制器产品，也可以为专用嵌入式处理器，都不影响系统的功能原理，本申请示教控制模块为标准PXA270内核单板机，内部功能及结构就是一块集成电路芯片上集成有CPU、程序存储器、数据存储器、输入/输出接口电路、定时/计数器、中断控制器、模/数转换器、数/模转换器、调制解调器等部件的微型计算机架构。由于是标准产品便没有详细阐述。同上所述，示教控制模块6采用标准PXA270内核单板机，预置Linux或Wince操作系统，以及用于收发命令的接口插件，接口形式可根据编码器等传感器件的接口类型选择。由于是标准产品便没有详细阐述，内部结构也不作为保护项列出。

参照图2，本发明的海洋吊机示教控制方法，利用上述的装置，按照以下步骤实施，

首先，操作员在触摸屏7上选择示教控制模式，此时触摸屏7上的示教控制界面和遥控盒8被激活，示教控制模式开启，

步骤1，记录主钩编码器1、辅钩编码器2、变幅编码器3、回转编码器4和角度仪5的初始值，将各个数据存储于示教控制模块6中；

步骤2，通过遥控盒8或现有控制系统的操作手柄11操作吊机，经历基座回转、吊臂变幅及吊钩的提升下放全套动作后，将吊钩移至起吊点；

步骤3，示教控制模块6实时记录操作手柄11的输入信号和主钩编码器1、辅钩编码器2、变幅编码器3、回转编码器4和角度仪5在步骤2全程运动中的数据，形成运动控制曲线，并自动优化生成最佳运动轨迹；

示教控制模块6设置有信号斜坡保护功能(编写脚本代码完成，使操作信号更加平滑)，将操作手柄11输入信号的变化率控制在一个斜坡内，自动计算生成最佳轨迹，使信号更加平滑稳定；防止由于液压系统的惯性和滞后性，在操作手柄11信号变化过快时，液压系统中的比例阀跟随电控信号动作，信号尖峰对机械结构和液压管线造成冲击；

步骤4，用户在触摸屏7上确认是否采用最佳轨迹，确认后保存数据并发送信号到主控制器10；

步骤5，挂好绳索安放重物后，通过现有控制系统自带的操作手柄11或遥控盒8重新操作吊机，经历基座回转、吊臂变幅及吊钩的提升下放全套动作后，将吊钩移至下放点；

步骤6，示教控制模块6实时记录操作手柄11的输入信号和主钩编码器1、辅钩编码器2、变幅编码器3、回转编码器4和角度仪5在步骤5运动过程中的数据，形成运动控制曲线，按照步骤3的方式，自动优化生成最佳运动轨迹；

步骤7，用户在触摸屏7上确认是否采用最佳轨迹，确认后示教控制模块6保存数据并发送信号到主控制器10；

步骤8，确认开启复现模式，示教控制模块6发送信号询问主控制器10是否已就绪；

步骤9，信号确认后，开始复现过程，吊机沿示教控制模块6生成的运动轨迹进行作业；

步骤10，作业完成后停止复现，将触摸屏7切换回现有控制系统的主控界面，退出示教控制模式，进入正常操作模式。

以上步骤中，用户可以随时中止或复位该过程，并按需求选择分段复现，例如只在提升操作时启用示教曲线控制。

本发明针对目前海洋吊机在各类舷内、舷外作业工况下都以人工点动控制为主，操作人员必须实时搬动手柄或按钮进行作业，对劳动者专业素质要求高，控制系统自动化、智能化水平低，尤其在定点作业中，即起吊点和下放点已指定的作业，仍是人工手动完成，操作者做大量重复性劳动，易产生疲劳和误操作等问题，引入工业机器人技术领域的示教再现技术，对海洋吊机的指定作业进行示教编程操作，达到降低操作者劳动强度，提高作业效率的目的；具有很强的灵活性，充分保证吊机的安全可靠性，有效提升海洋吊机的自动化、智能化水平。

Claims (5)

1.一种海洋吊机示教控制装置，其特征在于：包括主钩编码器(1)、辅钩编码器(2)、变幅编码器(3)、回转编码器(4)、角度仪(5)、示教控制模块(6)，

主钩编码器(1)安装于主钩钢丝绳绞车滚筒轴处，辅钩编码器(2)安装于辅钩钢丝绳绞车滚筒轴处，变幅编码器(3)安装于变幅绞车或变幅液缸下部，回转编码器(4)安装于基座回转齿轮处；主钩编码器(1)、辅钩编码器(2)、变幅编码器(3)、回转编码器(4)同时与主控制器(10)信号连接；角度仪(5)安装在吊臂变幅机构中，角度仪(5)与主控制器(10)信号连接；

示教控制模块(6)和主控制器(10)均安装于控制柜(9)中，示教控制模块(6)的信号输入端与遥控盒(8)连接，示教控制模块(6)的信号输出端与触摸屏(7)连接，示教控制模块(6)另与主控制器(10)互联；主控制器(10)信号输入端与操作手柄(11)的输出信号连接，主控制器(10)信号输出端与执行阀组(13)和报警组件(12)连接。

2.根据权利要求1所述的海洋吊机示教控制装置，其特征在于：所述的主钩编码器(1)、辅钩编码器(2)、变幅编码器(3)、回转编码器(4)均为绝对值式编码器。

3.根据权利要求1所述的海洋吊机示教控制装置，其特征在于：所述的示教控制模块(6)采用标准PXA270内核单板机。

4.根据权利要求1所述的海洋吊机示教控制装置，其特征在于：所述的示教控制模块(6)预置Linux或Wince操作系统。

5.一种海洋吊机示教控制方法，利用权利要求1-4任一所述的海洋吊机示教控制装置，其特征在于，按照以下步骤实施：

首先，在触摸屏(7)上选择示教控制模式，此时触摸屏(7)上的示教控制界面和遥控盒(8)被激活，示教控制模式开启，

步骤1，记录主钩编码器(1)、辅钩编码器(2)、变幅编码器(3)、回转编码器(4)和角度仪(5)的初始值，将各个数据存储于示教控制模块(6)中；

步骤2，通过遥控盒(8)或现有控制系统的操作手柄(11)操作吊机，经历基座回转、吊臂变幅及吊钩的提升下放全套动作后，将吊钩移至起吊点；

步骤3，示教控制模块(6)实时记录操作手柄(11)的输入信号和主钩编码器(1)、辅钩编码器(2)、变幅编码器(3)、回转编码器(4)和角度仪(5)在步骤2全程运动中的数据，形成运动控制曲线，并自动优化生成最佳运动轨迹；

其中，示教控制模块(6)还设置有信号斜坡保护功能，将操作手柄(11)输入信号的变化率控制在一个斜坡内，自动计算生成最佳轨迹；

步骤4，用户在触摸屏(7)上确认是否采用最佳轨迹，确认后保存数据并发送信号到主控制器(10)；

步骤5，挂好绳索安放重物后，通过现有控制系统自带的操作手柄(11)或遥控盒(8)重新操作吊机，经历基座回转、吊臂变幅及吊钩的提升下放全套动作后，将吊钩移至下放点；

步骤6，示教控制模块(6)实时记录操作手柄(11)的输入信号和主钩编码器(1)、辅钩编码器(2)、变幅编码器(3)、回转编码器(4)和角度仪(5)在步骤5运动过程中的数据，形成运动控制曲线，按照步骤3的方式，自动优化生成最佳运动轨迹；

其中，示教控制模块(6)还设置有信号斜坡保护功能，将操作手柄(11)输入信号的变化率控制在一个斜坡内，自动计算生成最佳轨迹；

步骤7，在触摸屏(7)上确认是否采用最佳轨迹，确认后示教控制模块(6)保存数据并发送信号到主控制器(10)；

步骤8，确认开启复现模式，示教控制模块(6)发送信号询问主控制器(10)是否已就绪；

步骤9，信号确认后，开始复现过程，吊机沿示教控制模块(6)生成的运动轨迹进行作业；

步骤10，作业完成后停止复现，将触摸屏(7)切换回现有控制系统的主控界面，退出示教控制模式，进入正常操作模式。