CN109750704B - 一种绞吸挖泥船绞刀转速自动控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种绞吸挖泥船绞刀转速自动控制器，属于工程船舶自动化控制技术领域，该绞刀转速自动控制器由三个子控制器组成，分别为：绞刀转速与横移速度比控制器、绞刀转速与绞刀扭矩比控制器、绞刀转速与横移拉力比控制器；绞刀转速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及绞刀转速自动控制器自动控制绞刀转速，确保切削量与泵吸入量达到一种平衡，从而实现高效的自动挖泥疏浚。本发明通过三个子控制器联动控制，根据不同的土质、不同的工况，控制绞刀转速，确保切削量与泵吸入量达到一种平衡，能够提高绞刀的工作效率，提高土质的挖掘量，进而达到提高施工产量的目的。

Description

一种绞吸挖泥船绞刀转速自动控制器

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绞刀转速自动控制器。

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。这显著的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。同时也存在着人员劳动强度大、设备安全性不高、油耗相对较高等问题。疏浚过程的核心就是提高施工产量，而目前国内外对横移摆动与切削量的关系尚处于研发过程中，特别是对于比较硬的、难以切削的土质，仍在不断探索更加有效的绞刀转速、横移拉力与绞刀扭矩的控制方法。对于容易挖掘的土质，探索能充分发挥绞刀功率的方法。

为解决以上问题，发明绞吸挖泥船绞刀转速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绞刀转速自动控制器。

本发明是这样实现的，一种绞吸挖泥船绞刀转速自动控制器，该绞刀转速自动控制器由三个子控制器组成，分别为：绞刀转速与横移速度比控制器、绞刀转速与绞刀扭矩比控制器、绞刀转速与横移拉力比控制器；绞刀转速控制通过各子控制器联动控制。

该绞刀转速自动控制器可根据需要启用相应的子控制器；各子控制器对绞刀转速的影响具有同等的优先级；当某个控制器的限制条件最先生效时，则优先响应该控制器的控制策略。

所述绞刀转速与横移速度比控制器，是指在施工过程中，为控制横移摆动与切削量的关系，引入了绞刀转速与横移速度比模型：(1)当横移速度低于至左舷或至右舷边线某一设定低限值时，绞刀转速为至左舷或至右舷某一设定低转速值；(2)当横移速度高于至左舷或至右舷某一设定高限值时，绞刀转速为至左舷或至右舷某一设定高转速值；(3)当横移速度介于至左舷或至右舷低限值与高限值之间时，系统按设定的至左舷或至右舷绞刀转速与横移速度比值，绞刀转速自动跟随至左舷或至右舷横移速度变化，以获得最佳的绞刀切片厚度。

所述绞刀转速与绞刀扭矩比控制器，是指对于比较硬、难以切削的土质时，需要提高绞刀扭矩，引入了绞刀转速与绞刀扭矩比模型：1)当绞刀扭矩低于至左舷某一设定低限值或至右舷某一设定低限值时，绞刀转速为至左舷某一设定低转速值或至右舷某一设定低转速值；(2)当绞刀扭矩高于至左舷某一设定高限值或至右舷某一设定高限值时，绞刀转速为至左舷某一设定高转速值或至右舷某一设定高转速值；(3)当绞刀扭矩介于至左舷低限与高限值之间或至右舷低限与高限值之间时，系统按设定的至左舷绞刀转速与绞刀扭矩比值或至右舷绞刀转速与绞刀扭矩比值，绞刀转速自动跟随绞刀扭矩变化，对于比较硬、难以切削的土质，以获得最佳的切削量。

所述绞刀转速与横移拉力比控制器，通过横移拉力控制绞刀转速，提高绞刀的挖掘效率。对于容易挖掘的土质，可适当的提高切削厚度和降低横移速度。此时根据横移拉力控制绞刀转速，能充分发挥绞刀功率。对于硬的土质，根据横移拉力控制绞刀转速能提高挖掘切削量。(1)当横移拉力低于至左舷某一设定低限值或至右舷某一设定低限值时，绞刀转速为至左舷某一设定低转速值或至右舷某一设定低转速值；(2)当横移拉力高于至左舷某一设定高限值或至右舷某一设定高限值时，绞刀转速为至左舷某一设定高转速值或至右舷某一设定高转速值；(3)当横移拉力介于至左舷低限与高限值之间或至右舷低限与高限值之间时，系统按设定的至左舷绞刀转速与横移拉力比值或至右舷绞刀转速与横移拉力比值，绞刀转速自动跟随横移拉力变化，以获得最佳的挖掘效率。

本发明的绞吸挖泥船绞刀转速自动控制器是根据不同的土质、不同的工况，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及绞刀转速自动控制器自动控制绞刀的转速，确保切削量与泵吸入量达到一种平衡，从而实现高效的自动挖泥疏浚。

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、绞刀转矩信号、绞刀转速信号。各个信号通过对应安装位置的传感器采集。

还需要一定的控制状态及施工参数主要包括：控制器自动工作模式状态、绞刀加速度、绞刀最小转速限制参数设定、绞刀最大转速限制参数设定、绞刀超扭矩限制参数设定、绞刀长度、绞刀半径。

本发明具有的优点和积极效果是：

1)本发明通过三个子控制器联动控制，通过设置横移速度与绞刀转速的关系，可一定程度上增加绞刀切片厚度；通过绞刀转速与绞刀扭矩比的控制，对于比较硬、难以切削的土质时，需要提高绞刀扭矩；通过绞刀转速与横移拉力的控制，对于容易挖掘的土质，可适当的提高切削厚度和降低横移速度，此时根据横移拉力控制绞刀转速，能充分发挥绞刀功率，对于硬的土质，根据横移拉力控制绞刀转速能提高挖掘切削量；

2)本发明的控制器综合利用了计算机、网络、传感器和自动控制等技术，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，能够实现疏浚机具自动化施工作业，提高了疏浚效率，同时能够有效保证设备的安全，提高经济效益。

附图说明

图1为本发明所述的绞刀转速与横移速度比关系曲线图；

图2为本发明所述的绞刀转速与绞刀扭矩比关系曲线图；

图3为本发明所述的绞刀转速与横移拉力比关系曲线图；

图4为本发明所述的绞吸挖泥船疏浚控制系统的结构框图；

图5为本发明所述的绞吸挖泥船绞刀转速自动控制器流程图。

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

一种绞吸挖泥船绞刀转速自动控制器，该绞刀转速自动控制器由三个子控制器组成，分别为：绞刀转速与横移速度比控制器、绞刀转速与绞刀扭矩比控制器、绞刀转速与横移拉力比控制器；绞刀转速控制通过各子控制器联动控制。

该绞刀转速自动控制器可根据需要启用相应的子控制器；各子控制器对绞刀转速的影响具有同等的优先级；当某个控制器的限制条件最先生效时，则优先响应该控制器的控制策略。

本发明的绞吸挖泥船绞刀转速自动控制器是根据不同的土质、不同的工况，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及绞刀转速自动控制器自动控制绞刀的转速，确保切削量与泵吸入量达到一种平衡，从而实现高效的自动挖泥疏浚。

如图4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、绞刀转矩信号、绞刀转速信号。各个信号通过对应安装位置的传感器采集。

本控制器还需要一定的控制状态及施工参数主要包括：控制器自动工作模式状态、绞刀加速度、绞刀最小转速限制参数设定、绞刀最大转速限制参数设定、绞刀超扭矩限制参数设定、绞刀长度、绞刀半径。

一、控制模型

如图5所示，本控制器的控制模型为：

通过三个子控制器联动控制，用户根据不同的土质、不同的挖泥工况选择工作模式。

二、子控制器

如图5所示，本控制器通过各子控制器联合发挥作用，分别是：

1.本发明所述绞刀转速与横移速度比控制器，如图1所示，其模型为：在施工过程中，为控制横移摆动与切削量的关系，引入了绞刀转速与横移速度比模型：(1)当横移速度低于至左舷或至右舷边线设定低限值9m/min时，绞刀转速为至左舷或至右舷设定低转速值13rpm；(2)当横移速度高于至左舷或至右舷设定高限值15m/min时，绞刀转速为至左舷或至右舷设定高转速值24rpm；(3)当横移速度介于至左舷或至右舷低限与高限值之间时，系统按设定的至左舷或至右舷绞刀转速与横移速度比值0.7动作，绞刀转速自动跟随至左舷或至右舷横移速度变化，以获得最佳的绞刀切片厚度。

2.本发明所述绞刀转速与绞刀扭矩比控制器，如图2所示，其模型为：对于比较硬、难以切削的土质时，需要提高绞刀扭矩，引入了绞刀转速与绞刀扭矩比的控制。(1)当绞刀扭矩低于至左舷设定低限值11Nm或至右舷设定低限值11Nm时，绞刀转速为至左舷设定低转速值13rpm或至右舷设定低转速值13rpm；(2)当绞刀扭矩高于至左舷设定高限值44Nm或至右舷设定高限值44Nm时，绞刀转速为至左舷设定高转速值24rpm或至右舷设定高转速值24rpm；(3)当绞刀扭矩介于至左舷低限值11Nm与高限值44Nm之间或至右舷低限值11Nm与高限值44Nm之间时，系统按设定的至左舷绞刀转速与绞刀扭矩比值或至右舷绞刀转速与绞刀扭矩比值，绞刀转速自动跟随绞刀扭矩变化，以获得对于比较硬，难以切削的土质最佳的切削量。

3.本发明所述绞刀转速与横移拉力比控制器，如图3所示，其模型为：通过横移拉力控制绞刀转速，可以提高绞刀的挖掘效率。对于容易挖掘的土质，可适当提高的切削厚度和降低横移速度。此时根据横移拉力控制绞刀转速，能充分发挥绞刀功率。对于硬的土质，根据横移拉力控制绞刀转速能提高挖掘切削量。(1)当横移拉力低于至左舷设定低限值6tons或至右舷设定低限值5tons时，绞刀转速为至左舷设定低转速值13rpm或至右舷设定低转速值13rpm；(2)当横移拉力高于至左舷设定高限值45tons或至右舷设定高限值45tons时，绞刀转速为至左舷设定高转速值24rpm或至右舷设定高转速值24rpm；(3)当横移拉力介于至左舷低限与高限值之间或至右舷低限与高限值之间时，系统按设定的至左舷绞刀转速与横移拉力比值或至右舷绞刀转速与横移拉力比值，绞刀转速自动跟随横移拉力变化，以获得最佳的挖掘效率。

以上各部分联动控制是可选择是否启用的，同时对绞刀的影响具有同等的优先级，当某个联动控制的限制条件最先生效时，则优先响应该控制策略。

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)

1.一种绞吸挖泥船绞刀转速自动控制器，其特征在于，该绞刀转速自动控制器由三个子控制器组成，分别为：绞刀转速与横移速度比控制器、绞刀转速与绞刀扭矩比控制器、绞刀转速与横移拉力比控制器；绞刀转速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及绞刀转速自动控制器自动控制绞刀转速，确保切削量与泵吸入量达到一种平衡，从而实现高效的自动挖泥疏浚；

所述绞刀转速与横移速度比控制器，是指在施工过程中，为控制横移摆动与切削量的关系，引入了绞刀转速与横移速度比模型：(1)当横移速度低于至左舷或至右舷边线某一设定低限值时，绞刀转速为至左舷或至右舷某一设定低转速值；(2)当横移速度高于至左舷或至右舷某一设定高限值时，绞刀转速为至左舷或至右舷某一设定高转速值；(3)当横移速度介于至左舷或至右舷低限值与高限值之间时，系统按设定的至左舷或至右舷绞刀转速与横移速度比值，绞刀转速自动跟随至左舷或至右舷横移速度变化，以获得最佳的绞刀切片厚度；

所述绞刀转速与绞刀扭矩比控制器，是指对于比较硬、难以切削的土质时，需要提高绞刀扭矩，引入了绞刀转速与绞刀扭矩比模型：1)当绞刀扭矩低于至左舷某一设定低限值或至右舷某一设定低限值时，绞刀转速为至左舷某一设定低转速值或至右舷某一设定低转速值；(2)当绞刀扭矩高于至左舷某一设定高限值或至右舷某一设定高限值时，绞刀转速为至左舷某一设定高转速值或至右舷某一设定高转速值；(3)当绞刀扭矩介于至左舷低限与高限值之间或至右舷低限与高限值之间时，系统按设定的至左舷绞刀转速与绞刀扭矩比值或至右舷绞刀转速与绞刀扭矩比值，绞刀转速自动跟随绞刀扭矩变化，对于比较硬、难以切削的土质，以获得最佳的切削量；

所述绞刀转速与横移拉力比控制器，通过横移拉力控制绞刀转速，提高绞刀的挖掘效率；对于容易挖掘的土质，提高切削厚度和降低横移速度；此时根据横移拉力控制绞刀转速，能充分发挥绞刀功率；对于硬的土质，根据横移拉力控制绞刀转速能提高挖掘切削量；(1)当横移拉力低于至左舷某一设定低限值或至右舷某一设定低限值时，绞刀转速为至左舷某一设定低转速值或至右舷某一设定低转速值；(2)当横移拉力高于至左舷某一设定高限值或至右舷某一设定高限值时，绞刀转速为至左舷某一设定高转速值或至右舷某一设定高转速值；(3)当横移拉力介于至左舷低限与高限值之间或至右舷低限与高限值之间时，系统按设定的至左舷绞刀转速与横移拉力比值或至右舷绞刀转速与横移拉力比值，绞刀转速自动跟随横移拉力变化，以获得最佳的挖掘效率。

2.根据权利要求1所述的一种绞吸挖泥船绞刀转速自动控制器，其特征在于，该绞刀转速自动控制器可根据需要启用相应的子控制器；各子控制器对绞刀转速的影响具有同等的优先级；当某个控制器的限制条件最先生效时，则优先响应该控制器的控制策略。

3.根据权利要求1所述的一种绞吸挖泥船绞刀转速自动控制器，其特征在于，所述绞吸挖泥船疏浚控制系统包括：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。

4.根据权利要求3所述的一种绞吸挖泥船绞刀转速自动控制器，其特征在于，运行的实时数据信号包括横移速度信号、横移拉力信号、绞刀转矩信号、绞刀转速信号；各个信号通过对应安装位置的传感器采集。

5.根据权利要求3所述的一种绞吸挖泥船绞刀转速自动控制器，其特征在于，还需要一定的控制状态及施工参数包括：控制器自动工作模式状态、绞刀加速度、绞刀最小转速限制参数设定、绞刀最大转速限制参数设定、绞刀超扭矩限制参数设定、绞刀长度、绞刀半径。

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