CN109750698B - 一种绞吸挖泥船横移自动控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种绞吸挖泥船横移自动控制器，属于工程船舶自动化控制技术领域，由七个子控制器组成，分别为：绞刀扭矩控制器、水下泵真空控制器、水下泵排出压力控制器、总排出压力控制器、泥浆流速控制器、泥浆浓度控制器、管路平均浓度控制器；横移绞车的横移速度控制通过各子控制器联动控制；通过绞吸挖泥船疏浚控制系统的横移自动控制器联合运用上述7个子控制器对横移系统自动控制，在保证绞吸挖泥船疏浚设备安全的基础上实现实时调整横移绞车的横移速度至预期横移速度，从而达到最佳生产效率。本发明控制器能够极大程度地减少疏浚作业人员的劳动量，减小不同操作人员间的操作差异，提高施工质量，保障设备安全，降低油耗。

Description

一种绞吸挖泥船横移自动控制器

技术领域

本发明属于工程船舶自动化控制技术领域，特别是涉及一种绞吸挖泥船横移自动控制器。

背景技术

上世纪90年代以后，随着计算机和网络技术的发展，挖泥船“全船集成监控系统”逐步得到应用。施工人员可通过远程的工作站控制疏浚设备、监视疏浚过程。这显著提高了挖泥船的施工效率，但疏浚作业人员的操作水平和熟练程度较大程度地会影响挖泥船施工产量。如操作人员通过操作横移旋钮在单动或联动模式下控制挖泥船横摆施工时，会因为操作经验不足导致输送泥浆浓度低导致施工效率低下，或浓度过高导致泥管堵塞；会因为人为失误导致横移速度与绞刀扭矩或起锚绞车放缆速度不匹配导致出现绞刀驱动超负荷或缆绳截断等设备安全问题。

为解决以上问题，发明绞吸挖泥船横移自动控制器具有重要意义。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种绞吸挖泥船横移自动控制器。

本发明是这样实现的，一种绞吸挖泥船横移自动控制器，该横移自动控制器由七个子控制器组成，分别为：绞刀扭矩控制器、水下泵真空控制器、水下泵排出压力控制器、总排出压力控制器、泥浆流速控制器、泥浆浓度控制器、管路平均浓度控制器；横移绞车的横移速度控制通过各子控制器联动控制。

该横移自动控制器可根据需要启用相应的子控制器；各子控制器对横移速度的影响具有同等的优先级；当某个子控制器的限制条件最先生效时，则优先响应该子控制器的控制策略。

所述绞刀扭矩控制器，用于通过判断绞刀扭矩是否超过设定值来调节横移速度。

所述水下泵真空控制器，用于通过判断水下泵吸入真空是否超过设定值来调节横移速度。

所述水下泵排出压力控制器，用于通过判断水下泵排出压力是否超过设定值来调节横移速度。

所述总排出压力控制器，用于通过判断总排出压力是否超过设定值来调节横移速度。

所述泥浆流速控制器，用于通过判断泥浆流速是否超过设定值来调节横移速度。

所述泥浆浓度控制器，用于通过判断泥浆浓度是否超过设定值来调节横移速度。

所述管路平均浓度控制器，用于通过判断管路平均浓度是否超过设定值来调节横移速度。

上述绞吸挖泥船横移自动控制器是，首先在绞吸挖泥船疏浚控制系统工作站软件中设定好控制状态及施工参数的条件下，通过绞吸挖泥船疏浚控制系统的横移自动控制器联合运用上述7个子控制器对横移系统自动控制。运用绞刀扭矩控制器判断绞刀扭矩是否超过设定值后降低横移速度；运用水下泵真空控制器判断水下泵吸入真空是否超过设定值来调节横移速度；运用水下泵排出压力控制器判断水下泵排出压力是否超过设定值来调节横移速度；运用总排出压力控制器判断总排出压力是否超过设定值来调节横移速度；运用泥浆流速控制器判断泥浆流速是否超过设定值来调节横移速度；运用泥浆浓度控制器判断泥浆浓度是否超过设定值来调节横移速度；运用管路平均浓度控制器判断管路平均浓度是否超过设定值来调节横移速度；运用管路平均浓度控制器判断管路平均浓度是否超过设定值来调节横移速度、判断管路平均浓度是否超过设定值来调节横移速度。在保证绞吸挖泥船疏浚设备安全的基础上实现实时调整横移绞车的横移速度至预期横移速度，从而达到最佳生产效率。

所述绞吸挖泥船疏浚控制系统主要包括：测量系统、逻辑控制器、数据转换/传输设备、服务器及计算机工作站；通过测量系统将执行机构采集运行的实时数据信号传输至逻辑控制器，经绞吸挖泥船疏浚过程控制程序处理后将执行命令发送至执行机构的驱动装置进行下一步动作，同时将过程数据通过数据转换/传输设备发送至服务器进行高级功能处理及历史数据存储，并在计算机工作站对控制过程数据进行显示、对逻辑控制器进行控制指令发送。

运行的实时数据信号主要包括横移速度信号、横移拉力信号、绞刀扭矩信号、泵吸入真空信号、泵排出压力信号、泥浆浓度信号、绞刀距边线的距离信号等；各个信号通过对应安装位置的传感器采集。

控制状态及施工边界条件参数包括：自动挖泥工作模式状态、横移速度设定、横移扭矩设定及横移绳长设定等。

在实时调整横移绞车的横移速度至预期横移速度时，需要考虑绞刀偏移距离是否接近边线，在接近边线后发出预报警，此时横移控制转为以绞车边线控制速度为主。横移绞车控制桥架摆动到左、右边线时，自动控制横移绞车停止，以防超边线挖掘。

本发明具有的优点和积极效果是：

本发明通过七个子控制器联动控制，并综合利用了计算机、网络、传感器和自动控制等技术，使横移绞车与其他相关疏浚设备间协同运行、相互联动，解决了传统疏浚挖泥作业过于依靠疏浚作业人员个人经验的问题，能够极大程度地减少疏浚作业人员的劳动量，减小不同操作人员间的操作差异，能够实现疏浚机具自动化施工作业，提高了施工质量及疏浚效率，同时能够有效保证设备的安全，降低油耗，提高经济效益。

附图说明

图1为本发明实施例提供的绞吸挖泥船疏浚控制系统的结构框图；

图2为本发明实施例提供的绞吸挖泥船横移自动控制流程图；

图3为本发明实施例提供的绞吸挖泥船横移自动控制实施示意图。

图中：W-横移绞车，V-真空释放阀，P-泥泵

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

实施例

一种绞吸挖泥船横移自动控制器，该横移自动控制器由七个子控制器组成，分别为：绞刀扭矩控制器、水下泵真空控制器、水下泵排出压力控制器、总排出压力控制器、泥浆流速控制器、泥浆浓度控制器、管路平均浓度控制器；横移绞车的横移速度控制通过各子控制器联动控制，具体为：横移速度与绞刀扭矩联动控制、横移速度与水下泵真空度联动控制、横移速度与水下泵排出压力联动控制、横移速度与总排出压力联动控制、横移速度与泥浆流速联动控制、横移速度与泥浆浓度联动控制、横移速度与管路平均浓度联动控制。

该横移自动控制器可根据需要启用相应的子控制器；各子控制器对横移速度的影响具有同等的优先级；当某个子控制器的限制条件最先生效时，则优先响应该子控制器的控制策略。

本发明的绞吸挖泥船横移自动控制器是，首先在绞吸挖泥船疏浚控制系统工作站软件中设定好控制状态及施工参数的条件下，通过绞吸挖泥船疏浚控制系统的横移自动控制器联合运用上述7个子控制器对横移系统自动控制，在保证绞吸挖泥船疏浚设备安全的基础上实现实时调整横移绞车的横移速度至预期横移速度，从而达到最佳生产效率。

如图1所示，本发明的绞吸挖泥船横移自动控制器所基于的绞吸挖泥船疏浚控制系统主要包括：测量系统、逻辑控制器、数据转换/传输设备、服务器及计算机工作站；通过测量系统将执行机构采集运行的实时数据信号传输至逻辑控制器，经绞吸挖泥船疏浚过程控制程序处理后将执行命令发送至执行机构的驱动装置进行下一步动作，同时将过程数据通过数据转换/传输设备发送至服务器进行高级功能处理及历史数据存储，并在计算机工作站对控制过程数据进行显示、对逻辑控制器进行控制指令发送。

运行的实时数据信号主要包括横移速度信号、横移拉力信号、绞刀扭矩信号、泵吸入真空信号、泵排出压力信号、泥浆浓度信号、绞刀距边线的距离信号等；各个信号通过对应安装位置的传感器采集。

控制状态及施工边界条件参数包括：自动挖泥工作模式状态、横移速度设定、横移扭矩设定及横移绳长设定等。

一、控制模型

如图2所示，本控制器的控制模型为：

通过七个子控制器联动控制，实时计算横移速度是否达到期待横移速度以及绞刀偏移距离是否接近边线，在接近边线后发出预报警，此时横移控制以绞车边线控制速度为主。横移绞车控制桥架摆动到左、右边线时，自动控制横移绞车停止，以防超边线挖掘。

当输送系统在自动控制模式下，横移的自动控制主要负责控制管路中的密度在设定值附近；而输送系统在全功率控制模式下，横移的自动控制在管路允许的情况下，最大限度的提高横移速度。

二、子控制器

如图2所示，本发明的横移自动控制器通过各子控制器联合发挥作用，分别是：

1.本发明所述绞刀扭矩控制器，用于通过判断绞刀扭矩是否超过设定值来调节横移速度。其模型为：绞刀扭矩与横移速度相关，横移摆动时，绞刀扭矩超过设定值后，需要降低横移速度。如图3所示，在实例过程中，当绞刀扭矩超过设定值的85％后，降低横移速度。

2.本发明所述水下泵真空控制器，用于通过判断水下泵吸入真空是否超过设定值来调节横移速度。其模型为：水下泵吸入真空与横移速度、真空释放阀相关，横移摆动时，系统根据设定的水下泵吸入真空控制横移速度和真空释放阀；控制过程中，先调节真空释放阀，再控制横移速度。如图3所示，在实例过程中，水下泵吸入真空压力大于-0.63bar后打开真空释放阀，水下泵吸入真空压力大于-0.73bar后限制横移速度。

3.本发明所述水下泵排出压力控制器，用于通过判断水下泵排出压力是否超过设定值来调节横移速度。其模型为：水下泵排出压力与水下泵、横移速度、真空释放阀相关，横移摆动时，水下泵排出压力超过横移控制设定值后，降低横移速度；控制过程中，先调节水下泵，再控制横移速度，最后控制真空释放阀。如图3所示，在实例过程中，水下泵排出压力降低至0.5bar后首先降低水下泵转速，再降低至0.4bar时再降低横移速度、继续降低至0.3bar时最后打开真空释放阀。

4.本发明所述总排出压力控制器，用于通过判断总排出压力是否超过设定值来调节横移速度。其模型为：总排出压力与横移速度相关，横移摆动时，总排出压力超过横移控制设定值后，降低横移速度。如图3所示，在实例过程中，总排出压力超过横移控制(设定值为20～30bar)后，降低横移速度。

5.本发明所述泥浆流速控制器，用于通过判断泥浆流速是否超过设定值来调节横移速度。其模型为：泥浆流速与泥泵、横移速度相关，横移摆动时，泥浆流速低于流速设定值后，降低横移速度。如图3所示，在实例过程中，泥浆流速低于流速5.5m/s后，降低横移速度。

6.本发明所述泥浆浓度控制器，用于通过判断泥浆浓度是否超过设定值来调节横移速度。其模型为：泥浆浓度与真空释放阀、横移速度相关，横移摆动时，泥浆浓度超过设定值后，降低横移速度。如图3所示，在实例过程中，泥浆浓度超过1.4t/m³后首先降低横移速度，继续超过1.5t/m³后打开真空释放阀。

7.本发明所述的管路平均浓度控制器，用于通过判断管路平均浓度是否超过设定值来调节横移速度。其模型为：管路平均浓度与横移速度相关，横移摆动时，实时自动调节横移速度的增减，使管路平均浓度始终与设定值接近。如图3所示，在实例过程中，实时调节横移速度，使管路平均浓度接近在1.35t/m³。平均浓度低于1.35t/m³时，增加横移速度；平均浓度高于1.35t/m³时，降低横移速度。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种绞吸挖泥船横移自动控制器，其特征在于，该横移自动控制器由七个子控制器组成，分别为：绞刀扭矩控制器、水下泵真空控制器、水下泵排出压力控制器、总排出压力控制器、泥浆流速控制器、泥浆浓度控制器、管路平均浓度控制器；横移绞车的横移速度控制通过各子控制器联动控制；通过绞吸挖泥船疏浚控制系统的横移自动控制器联合运用上述7个子控制器对横移系统自动控制，在保证绞吸挖泥船疏浚设备安全的基础上实现实时调整横移绞车的横移速度至预期横移速度，从而达到最佳生产效率；

所述绞刀扭矩控制器，用于通过判断绞刀扭矩是否超过设定值来调节横移速度；绞刀扭矩超过设定值后，降低横移速度；

所述水下泵真空控制器，用于通过判断水下泵吸入真空是否超过设定值来调节横移速度；水下泵吸入真空压力大于不同设定值时，先打开真空释放阀，再降低横移速度；

所述水下泵排出压力控制器，用于通过判断水下泵排出压力是否超过设定值来调节横移速度；水下泵排出压力超过设定值后，降低横移速度；控制过程中，先降低水下泵转速，再降低横移速度，最后打开真空释放阀；

所述总排出压力控制器，用于通过判断总排出压力是否超过设定值来调节横移速度；总排出压力超过设定值后，降低横移速度；

所述泥浆流速控制器，用于通过判断泥浆流速是否超过设定值来调节横移速度；泥浆流速低于流速设定值后，降低横移速度；

所述泥浆浓度控制器，用于通过判断泥浆浓度是否超过设定值来调节横移速度；泥浆浓度超过不同设定值时，先降低横移速度，再打开真空释放阀；

所述管路平均浓度控制器，用于通过判断管路平均浓度是否超过设定值来调节横移速度；管路平均浓度低于设定值时，增加横移速度；管路平均浓度高于设定值时，降低横移速度。

2.根据权利要求1所述的一种绞吸挖泥船横移自动控制器，其特征在于，该横移自动控制器可根据需要启用相应的子控制器；各子控制器对横移速度的影响具有同等的优先级；当某个子控制器的限制条件最先生效时，则优先响应该子控制器的控制策略。

3.根据权利要求1所述的一种绞吸挖泥船横移自动控制器，其特征在于，在实时调整横移绞车的横移速度至预期横移速度时，需要考虑绞刀偏移距离是否接近边线，在接近边线后发出预报警，此时横移控制转为以绞车边线控制速度为主；横移绞车控制桥架摆动到左、右边线时，自动控制横移绞车停止，以防超边线挖掘。

4.根据权利要求1所述的一种绞吸挖泥船横移自动控制器，其特征在于，所述绞吸挖泥船疏浚控制系统主要包括：测量系统、逻辑控制器、数据转换/传输设备、服务器及计算机工作站；通过测量系统将执行机构采集运行的实时数据信号传输至逻辑控制器，经绞吸挖泥船疏浚过程控制程序处理后将执行命令发送至执行机构的驱动装置进行下一步动作，同时将过程数据通过数据转换/传输设备发送至服务器进行高级功能处理及历史数据存储，并在计算机工作站对控制过程数据进行显示、对逻辑控制器进行控制指令发送。

5.根据权利要求1所述的一种绞吸挖泥船横移自动控制器，其特征在于，运行的实时数据信号主要包括横移速度信号、横移拉力信号、绞刀扭矩信号、泵吸入真空信号、泵排出压力信号、泥浆浓度信号、绞刀距边线的距离信号；各个信号通过对应安装位置的传感器采集；

控制状态及施工边界条件参数包括：自动挖泥工作模式状态、横移速度设定、横移扭矩设定及横移绳长设定。

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