CN112271649B - 一种海底电力电缆敷设施工综合控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海底电力电缆敷设施工综合控制系统,涉及海缆施工控制方法。现有的海缆施工控制系统基本都是各个环节独立控制，各环节的协同配合通常由操作人员根据经验进行，严重制约了海缆施工的质量和效率。本发明包括中央控制模块、转动缆盘监控模块、布缆受力监控模块、埋设犁实时监控模块、动力定位操控模块；将转动缆盘监控模块、布缆受力监控模块、埋设犁实时监控模块、动力定位操控模块统一集中控制，保证海缆敷设施工过程中出缆过驳、入水释放、海底埋设等环节的综合协同控制，保证海缆敷设施工按设定路径和埋设深度有序进行。消除海缆敷设施工各关键环节协同性差的问题，使海缆施工的质量精度和智能化水平得到大幅提升。

Description

一种海底电力电缆敷设施工综合控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及海缆施工控制方法，尤其涉及一种海底电力电缆敷设施工综合控制系统及控制方法。

背景技术

海底电力电缆施工是一项复杂的大型工程，工程建设受地域条件、海洋环境、施工设备等多种因素限制。海底电力电缆施工技术复杂，技术难度远远高于陆地电缆，海缆出缆过驳、入水释放、海底埋设等环节都需要精准控制，并且需要各个环节的协同配合，否则将影响海缆施工质量，严重时可能会造成海缆打扭等损伤，导致海缆施工无法进行。

现有的海缆施工控制系统基本都是各个环节独立控制，各环节的协同配合通常由操作人员根据经验进行，严重制约了海缆施工的质量和效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供一种海底电力电缆敷设施工综合控制系统及控制方法，以达到提高海缆施工质量和效率的目的。为此，本发明采取以下技术方案。

一种海底电力电缆敷设施工综合控制系统，包括：中央控制模块、转动缆盘监控模块、布缆受力监控模块、埋设犁实时监控模块、动力定位操控模块；其中，

中央控制模块，其与转动缆盘监控模块、布缆受力监控模块、埋设犁实时监控模块、动力定位操控模块相连，接收设定的海缆敷设路径、敷设速度和埋设深度信息，负责对转动缆盘监控模块、布缆受力监控模块、埋设犁实时监控模块、动力定位操控模块进行统一集中控制，同时接收转动缆盘监控模块、布缆受力监控模块、埋设犁实时监控模块、动力定位操控模块反馈的信号，并根据实际情况调整各部分的控制指令，实现包括海缆出缆过驳、入水释放、海底埋设的敷设施工关键环节的智能化协同控制；中央控制模块接收的反馈信号包括施工船位置、埋设犁位置、埋设速度、埋设深度、缆盘转速、出缆张力、入水角度、入水张力；

动力定位操控模块接受中央控制模块发出的位置指令，根据位置指令控制施工船舶的位置轨迹，根据埋设犁实时速度动态调整施工船行进速度；

埋设犁实时监控模块接收中央控制模块发出的包括海缆敷设路径、埋设深度、埋设速度的指令，根据指令操控埋设犁以一定的速度按照设定的敷设路径及埋设深度行进，完成海缆精准敷设；同时对埋设犁的工作状态进行实时监控，并将埋设犁速度和状态信息反馈给中央控制模块；

转动缆盘监控模块接收中央控制模块发出的缆盘转速指令，缆盘转速根据海缆设定敷设速度和埋设犁实时速度计算得出，然后通过控制电机实现缆盘转动速度的精准控制，并将缆盘转速反馈给中央控制模块；

布缆受力监控模块包括船上海缆受力监控和水下海缆受力监控，实时监控海缆敷设过程中的出缆张力、入水张力、悬挂张力，并将测量信号实时反馈至中央控制模块；当海缆受力超过设定阈值时，中央控制模块通过控制缆盘转速、布料机牵引力及压力、海缆入水角度，对海缆受力进行实时修正，保证海缆受力在可控范围，确保施工过程中海缆安全。

作为优选技术手段：动力定位操控模块包括自动控制子模块、位置测量子模块、环境传感子模块；位置测量子模块通过采集包括全球导航定位、电罗经、风向风速仪的位置信号，根据中央控制模块发出的位置指令，确定施工船舶的航行轨迹；环境传感子模块采集施工海域的包括风、浪、流的外部环境影响因素信息，将采集的信号传递给自动控制子模块；自动控制子模块根据位置指令和环境指令，通过控制舵浆，使施工船舶按照设定位置航行。

作为优选技术手段：埋设犁状态信息包括埋设犁的横倾角、纵倾角、触地状态的姿态信息，以及包括敷设路径和埋设深度的位置信息。

一种海底电力电缆敷设施工综合控制方法，其包括步骤：

1）中央控制模块接收设定的海缆敷设路径、敷设深度、敷设速度指令，同时启动动力定位操控模块、埋设犁实时监控模块、转动缆盘监控模块、布缆受力监控模块；

2）中央控制模块根据施工船位置、埋设犁位置，生成施工船位置控制指令并发送至动力定位操控模块，动力定位操控模块根据位置指令控制施工船位置轨迹，使施工船按照设定位置航行，同时将施工船实际位置轨迹反馈给中央控制模块；动力定位模块根据施工船实时速度和埋设犁实时速度，动态调整施工船行进速度；

3）中央控制模块根据设定敷设路径和埋设犁实时位置生成埋设犁位置控制指令，控制埋设犁行进轨迹；中央控制模块根据设定敷设深度和埋设犁实时埋设深度生成埋设犁深度控制指令，控制海缆埋设深度；中央控制模块根据设定敷设速度和埋设犁实时速度生成埋设犁速度控制指令，控制埋设犁行进速度；同时获取埋设犁实时位置、埋设深度、行进速度信息，以便对动力定位操控模块和转动缆盘监控模块进行实时调节；

4）中央控制模块根据设定敷设速度和埋设犁实时速度生成缆盘转速控制指令，控制缆盘出缆速度，使得施工船航速、埋设犁行进速度、缆盘出缆速度协调一致，并将缆盘实时转速反馈至中央控制模块；

5）布缆受力监控模块实时监控包括出缆张力、入水张力、悬挂张力的海缆受力状态，并将实际受力情况反馈至中央控制模块；当海缆敷设受力状态超出设定阈值时，布缆受力监控模块及时调整布缆机的牵引力和入水角，并调整海缆设定敷设速度，保证海缆敷设过程中的受力状态在安全范围。

有益效果：本技术方案实现海缆的出缆过驳、入水释放、海底埋设等环节的综合协同控制，达到提高海缆敷设精度、提升海缆敷设效率、改进海缆敷设质量的效果，进而提升海缆敷设施工的智能化水平；克服了现有海缆施工各环节单独控制的缺陷，提高了海缆敷设施工的质量和效率，提升海缆敷设施工的智能化水平。消除了海缆敷设施工各关键环节协同性差的问题，使海缆施工的质量精度和智能化水平得到大幅提升。

附图说明

图1是本发明的结构框图。

图2是本发明的流程图。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

如图1所示，本一种海底电力电缆敷设施工综合控制系统主要由中央控制系统、转动缆盘监控系统、布缆受力监控系统、埋设犁实时监控系统、动力定位操控系统等部分组成。

中央控制系统是整个海底电力电缆敷设施工综合控制系统的中枢和大脑，接收设定的海缆敷设路径、敷设速度和埋设深度信息，负责对转动缆盘监控系统、布缆受力监控系统、埋设犁实时监控系统、动力定位操控系统等部分进行统一集中控制，同时接收上述各系统反馈的施工船位置、埋设犁位置、埋设速度、埋设深度、缆盘转速、出缆张力、入水角度、入水张力等信号，并根据实际情况调整各部分的控制指令，实现海缆出缆过驳、入水释放、海底埋设等敷设施工关键环节的智能化协同控制。

动力定位操控系统接受中央控制系统发出的位置指令，根据位置指令控制施工船舶的位置轨迹，根据埋设犁实时速度动态调整施工船行进速度，主要包括自动控制系统、位置测量系统、环境传感系统等部分。位置测量系统通过采集全球导航定位、电罗经、风向风速仪等位置信号，根据中央控制系统发出的位置指令，确定施工船舶的航行轨迹；环境传感系统采集施工海域的风、浪、流等外部环境影响因素信息，将采集的信号传递给自动控制系统；自动控制系统根据位置指令和环境指令，通过控制舵浆，使施工船舶按照设定位置航行。

埋设犁实时监控系统接收中央控制系统发出的海缆敷设路径、埋设深度、埋设速度等指令，根据指令操控埋设犁以一定的速度按照设定的敷设路径及埋设深度行进，完成海缆精准敷设；同时对埋设犁的工作状态进行实时监控，并将埋设犁速度和状态信息反馈给中央控制系统。埋设犁状态信息主要包括埋设犁的横倾角、纵倾角、触地状态等姿态信息，以及敷设路径和埋设深度等位置信息。

转动缆盘监控系统接收中央控制系统发出的缆盘转速指令（缆盘转速根据海缆设定敷设速度和埋设犁实时速度计算得出，然后通过控制电机实现缆盘转动速度的精准控制，并将缆盘转速反馈给中央控制系统。

布缆受力监控系统包括船上海缆受力监控和水下海缆受力监控两部分，实时监控海缆敷设过程中的出缆张力、入水张力、悬挂张力，并将测量信号实时反馈至中央控制系统。当海缆受力超过设定阈值时，中央控制系统通过控制缆盘转速、布料机牵引力及压力、海缆入水角度，对海缆受力进行实时修正，保证海缆受力在可控范围，确保施工过程中海缆安全。

如图2所示，在海底电缆敷设施工过程中，本发明提供的一种海底电力电缆敷设施工综合控制系统由中央控制系统动态调整其他各子系统的控制信号，保证各系统协同工作，保证海缆敷设施工按设定路径和埋设深度有序进行，各子系统按如下方式对施工过程进行实时控制，关键流程环节为：

（1）中央控制系统接收设定的海缆敷设路径、敷设深度、敷设速度指令，同时启动动力定位操控系统、埋设犁实时监控系统、转动缆盘监控系统、布缆受力监控系统等各子系统。

（2）中央控制系统根据施工船位置、埋设犁位置，生成施工船位置控制指令并发送至动力定位操控系统，动力定位操控系统根据位置指令控制施工船位置轨迹，使施工船按照设定位置航行，同时将施工船实际位置轨迹反馈给中央控制系统；动力定位系统根据施工船实时速度和埋设犁实时速度，动态调整施工船行进速度。

（3）中央控制系统根据设定敷设路径和埋设犁实时位置生成埋设犁位置控制指令，控制埋设犁行进轨迹；中央控制系统根据设定敷设深度和埋设犁实时埋设深度生成埋设犁深度控制指令，控制海缆埋设深度；中央控制系统根据设定敷设速度和埋设犁实时速度生成埋设犁速度控制指令，控制埋设犁行进速度；同时将埋设犁实时位置、埋设深度、行进速度信息反馈给中央控制系统，以便对动力定位操控系统和转动缆盘监控系统进行实时调节。

（4）中央控制系统根据设定敷设速度和埋设犁实时速度生成缆盘转速控制指令，控制缆盘出缆速度，使得施工船航速、埋设犁行进速度、缆盘出缆速度协调一致，并将缆盘实时转速反馈至中央控制系统。

（5）布缆受力监控系统实时监控出缆张力、入水张力、悬挂张力等海缆受力状态，并将实际受力情况反馈至中央控制系统；当海缆敷设受力状态超出设定阈值时，布缆受力监控系统及时调整布缆机的牵引力和入水角，并调整海缆设定敷设速度，保证海缆敷设过程中的受力状态在安全范围。

本技术方案实现了转动缆盘监控系统、布缆受力监控系统、埋设犁实时监控系统、动力定位操控系统等各子系统的统一集中控制，保证了海缆敷设施工过程中出缆过驳、入水释放、海底埋设等环节的综合协同控制，保证海缆敷设施工按设定路径和埋设深度有序进行。本综合控制系统消除了海缆敷设施工各关键环节协同性差的问题，使海缆施工的质量精度和智能化水平得到大幅提升。

以上图1、2所示的一种海底电力电缆敷设施工综合控制系统及控制方法是本发明的具体实施例，已经体现出本发明实质性特点和进步，可根据实际的使用需要，在本发明的启示下，对其进行形状、结构等方面的等同修改，均在本方案的保护范围之列。

Claims (4)

1.一种海底电力电缆敷设施工综合控制系统，其特征在于包括：中央控制模块、转动缆盘监控模块、布缆受力监控模块、埋设犁实时监控模块、动力定位操控模块；其中，

中央控制模块，其与转动缆盘监控模块、布缆受力监控模块、埋设犁实时监控模块、动力定位操控模块相连，接收设定的海缆敷设路径、敷设速度和埋设深度信息，负责对转动缆盘监控模块、布缆受力监控模块、埋设犁实时监控模块、动力定位操控模块进行统一集中控制，同时接收转动缆盘监控模块、布缆受力监控模块、埋设犁实时监控模块、动力定位操控模块反馈的信号，并根据实际情况调整各部分的控制指令，实现包括海缆出缆过驳、入水释放、海底埋设的敷设施工关键环节的智能化协同控制；中央控制模块接收的反馈信号包括施工船位置、埋设犁位置、埋设速度、埋设深度、缆盘转速、出缆张力、入水角度、入水张力；

动力定位操控模块接受中央控制模块发出的位置指令，根据位置指令控制施工船舶的位置轨迹，根据埋设犁实时速度动态调整施工船行进速度；

埋设犁实时监控模块接收中央控制模块发出的包括海缆敷设路径、埋设深度、埋设速度的指令，根据指令操控埋设犁以一定的速度按照设定的敷设路径及埋设深度行进，完成海缆精准敷设；同时对埋设犁的工作状态进行实时监控，并将埋设犁速度和状态信息反馈给中央控制模块；

转动缆盘监控模块接收中央控制模块发出的缆盘转速指令，缆盘转速根据海缆设定敷设速度和埋设犁实时速度计算得出，然后通过控制电机实现缆盘转动速度的精准控制，并将缆盘转速反馈给中央控制模块；

布缆受力监控模块包括船上海缆受力监控和水下海缆受力监控，实时监控海缆敷设过程中的出缆张力、入水张力、悬挂张力，并将测量信号实时反馈至中央控制模块；当海缆受力超过设定阈值时，中央控制模块通过控制缆盘转速、布料机牵引力及压力、海缆入水角度，对海缆受力进行实时修正，保证海缆受力在可控范围，确保施工过程中海缆安全；

在工作时，中央控制模块根据施工船位置、埋设犁位置，生成施工船位置控制指令并发送至动力定位操控模块，动力定位操控模块根据位置指令控制施工船位置轨迹，使施工船按照设定位置航行，同时将施工船实际位置轨迹反馈给中央控制模块；动力定位模块根据施工船实时速度和埋设犁实时速度，动态调整施工船行进速度；

中央控制模块根据设定敷设路径和埋设犁实时位置生成埋设犁位置控制指令，控制埋设犁行进轨迹；中央控制模块根据设定敷设深度和埋设犁实时埋设深度生成埋设犁深度控制指令，控制海缆埋设深度；中央控制模块根据设定敷设速度和埋设犁实时速度生成埋设犁速度控制指令，控制埋设犁行进速度；同时获取埋设犁实时位置、埋设深度、行进速度信息，以便对动力定位操控模块和转动缆盘监控模块进行实时调节；

中央控制模块根据设定敷设速度和埋设犁实时速度生成缆盘转速控制指令，控制缆盘出缆速度，使得施工船航速、埋设犁行进速度、缆盘出缆速度协调一致。

2.根据权利要求1所述的一种海底电力电缆敷设施工综合控制系统，其特征在于：动力定位操控模块包括自动控制子模块、位置测量子模块、环境传感子模块；位置测量子模块通过采集包括全球导航定位、电罗经、风向风速仪的位置信号，根据中央控制模块发出的位置指令，确定施工船舶的航行轨迹；环境传感子模块采集施工海域的包括风、浪、流的外部环境影响因素信息，将采集的信号传递给自动控制子模块；自动控制子模块根据位置指令和环境指令，通过控制舵桨，使施工船舶按照设定位置航行。

3.根据权利要求2所述的一种海底电力电缆敷设施工综合控制系统，其特征在于：埋设犁状态信息包括埋设犁的横倾角、纵倾角、触地状态的姿态信息，以及包括敷设路径和埋设深度的位置信息。

4.采用权利要求1-3任一权利要求所述的一种海底电力电缆敷设施工综合控制系统的控制方法，其特征在于包括步骤：

1）中央控制模块接收设定的海缆敷设路径、敷设深度、敷设速度指令，同时启动动力定位操控模块、埋设犁实时监控模块、转动缆盘监控模块、布缆受力监控模块；

2）中央控制模块根据施工船位置、埋设犁位置，生成施工船位置控制指令并发送至动力定位操控模块，动力定位操控模块根据位置指令控制施工船位置轨迹，使施工船按照设定位置航行，同时将施工船实际位置轨迹反馈给中央控制模块；动力定位模块根据施工船实时速度和埋设犁实时速度，动态调整施工船行进速度；

3）中央控制模块根据设定敷设路径和埋设犁实时位置生成埋设犁位置控制指令，控制埋设犁行进轨迹；中央控制模块根据设定敷设深度和埋设犁实时埋设深度生成埋设犁深度控制指令，控制海缆埋设深度；中央控制模块根据设定敷设速度和埋设犁实时速度生成埋设犁速度控制指令，控制埋设犁行进速度；同时获取埋设犁实时位置、埋设深度、行进速度信息，以便对动力定位操控模块和转动缆盘监控模块进行实时调节；

4）中央控制模块根据设定敷设速度和埋设犁实时速度生成缆盘转速控制指令，控制缆盘出缆速度，使得施工船航速、埋设犁行进速度、缆盘出缆速度协调一致，并将缆盘实时转速反馈至中央控制模块；

5）布缆受力监控模块实时监控包括出缆张力、入水张力、悬挂张力的海缆受力状态，并将实际受力情况反馈至中央控制模块；当海缆敷设受力状态超出设定阈值时，布缆受力监控模块及时调整布缆机的牵引力和入水角，并调整海缆设定敷设速度，保证海缆敷设过程中的受力状态在安全范围。

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