CN117096704A - 中压电缆岸电智能对接控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了中压电缆岸电智能对接控制系统，涉及岸电智能对接技术领域，包括3D视觉识别模块、主动安全避障模块、液压驱动模块、电缆控制模块、下位机控制模块和上位机控制模块。本发明能够自主识别并精确定位船舶岸电插座箱，通过智能控制系统驱动主机各机构动作，将电缆插头自动送至船舶岸电插座箱附近，人工将插头放置到自动插拔机构上，插拔机构将插头插入插座，有效降低了人工使用成本，具有智能化水高，工作强度低，效率高。
Description
技术领域
本发明涉及岸电智能对接技术领域，具体为中压电缆岸电智能对接控制系统。
背景技术
大型船舶特别是油船和集装箱船靠港时通常使用燃油制品(多为重油、柴油)发电，来满足船舶用电需求。重油和柴油在燃烧过程中产生大量硫化物和氮氧化物，对周边环境造成污染。船舶使用柴油发电机组产生的噪声也会对环境造成污染。目前，国际一些先进港口已经采用陆地电源对靠岸船舶供电，这种供电系统称为靠岸船舶供电系统，传统岸电对接采用船上电缆卷筒将电缆下放至码头上，人工拖拽至接电插座箱附近并插入插座箱里。
但现有技术中，目前传统的岸电对接操作中，由于岸电供电采用高压电缆，电缆重量较重且尺寸大，每次接船需要多名码头操作人员搬运电缆，工作强度大，人工成本高且耗费较长时间，船舶岸电对接效率较低。
发明内容
本发明的目的在于提供中压电缆岸电智能对接控制系统，以解决上述背景技术提出的目前传统的岸电对接操作中，由于岸电供电采用高压电缆，电缆重量较重且尺寸大，每次接船需要多名码头操作人员搬运电缆，工作强度大，人工成本高且耗费较长时间，船舶岸电对接效率较低的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：中压电缆岸电智能对接控制系统，包括3D视觉识别模块、主动安全避障模块、液压驱动模块、电缆控制模块、下位机控制模块和上位机控制模块；
所述3D视觉识别模块用于通过3D视觉识别对船舶船舷高度识别，获取高度数据，并对插座柜进行厘米级3D定位，基于距离传感器和角度传感器实现实时定位电缆插头位置；
所述主动安全避障模块用于通过岸上吊臂上安装的多组传感器，实时检测吊臂周边障碍物，对吊臂运动过程中遇到障碍物时快速识别并实时调节运动路径，在接电过程中，实时检测水平伸缩臂到甲板之间的距离，若甲板浮动超出设定值时，调整设备高度并收放电缆；
所述液压驱动模块用于实现设备垂直伸缩臂升降、水平伸缩臂伸缩、水平回转和吊臂俯仰动作，实现电缆及其插头的位置移动；
所述电缆控制模块用于电缆的收放控制、电缆长度检测和电缆张力检测；
所述下位机控制模块用于控制各液压驱动机构动作，包括电气控制、无线遥控、极限位置报警、限位开关故障监测和终端信息交互；
所述上位机控制模块用于通过智能运动算法，根据目标位置参数，提供最优化运行路径，实现主机姿态自适应调节。
优选的，所述液压驱动模块中垂直伸缩臂升降、水平伸缩臂伸缩和吊臂俯仰均采用工程油缸伸缩实现，水平回转采用液压回转装置带动回转支承实现。
优选的，所述电缆的收放控制通过电缆卷筒实现电缆的自动收放，并通过力矩限制配合磁滞联轴器实现电缆顺利拉出；所述电缆长度检测用于通过安装在电缆卷筒上的传感器，实时检测电缆放出长度，并在受气流和潮汐影响船舶时，电缆卷筒根据船舶在码头向前、向后或外侧移动的状态，自动放出电缆以适配船舶的移动；所述电缆张力检测用于通过吊臂上安装的电缆张力传感器，实时检测电缆张力，并设置电缆张力阈值，数值可通过触摸屏上设置，在张力超过阈值时发出报警。
优选的，所述电气控制基于电控柜实现电机过载、短路等保护；所述无线遥控用于通过无线遥控器实现在自动动作过程遭受不可控因素发生故障提示后，可实现对岸电智能对接装置的手动遥控功能，遥控有效距离0-100m。
优选的，所述极限位置报警用于通过各位置传感器实现极限位置的报警；所述限位开关故障监测用于自动对所有限位开关进行监测，在任一限位开关失效时发出报警。
优选的，所述终端信息交互用于为各泊位控制室提供设备运行/停止、综合故障报警、限位报警信号等无源开关量信号，也可提供用户指定的通讯总线与DCS系统进行数据交互。
优选的，所述上位机控制模块中主机姿态自适应调节流程为，通过智能算法计算设备预摆放位置，驱动设备提前动作，垂直升降机构，水平伸缩及俯仰动作提前运动至合适位置，当操作人员下达自动动作指令后，设备按智能算法算出的路径运动至目标位置，下放电缆到船舶甲板上，设备动作时间≤5分钟。
优选的，所述液压驱动模块中液压缸配设有安全自锁阀，液压缸的进出口在对接管内失压时或软管突然破断时快速关闭。
优选的，所述下位机控制模块中各报警信息均与外部信息显示屏信息交互，通过信息显示屏显示报警信息，详细显示故障位置及原因，并且结合控制面板报警信号指示灯进行灯光警示。
优选的，所述电缆控制模块中电缆通过吊臂收放，利用水平伸缩臂上的距离传感器，实时检测船舶甲板到吊臂之间的距离，根据距离变化情况自动收放电缆。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明中，在船舶抵达港口后，能够自主识别并精确定位船舶岸电插座箱，通过智能控制系统驱动主机各机构动作，通过智能控制算法对岸电智能对接装置的运行路径进行最优化规划，将岸电电缆插头快速、准确、安全的输送到船舶插座箱附近，有效降低了人工使用成本，具有智能化水高，工作强度低，效率高，通过主动安全避障模块实时检测吊臂周边障碍物，对吊臂运动过程中遇到障碍物时快速识别并实时调节运动路径，具有较好的避障功能安全性高。
附图说明
图1为本发明中压电缆岸电智能对接控制系统的系统框图。
图中：1、3D视觉识别模块；2、主动安全避障模块；3、液压驱动模块；4、电缆控制模块；5、下位机控制模块；6、上位机控制模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施条例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1所示：中压电缆岸电智能对接控制系统，包括3D视觉识别模块1、主动安全避障模块2、液压驱动模块3、电缆控制模块4、下位机控制模块5和上位机控制模块6。
3D视觉识别模块1用于通过3D视觉识别对船舶船舷高度识别，获取高度数据，并对插座柜进行厘米级3D定位，基于距离传感器和角度传感器实现实时定位电缆插头位置。
主动安全避障模块2用于通过岸上吊臂上安装的多组传感器，实时检测吊臂周边障碍物，对吊臂运动过程中遇到障碍物时快速识别并实时调节运动路径，在接电过程中，实时检测水平伸缩臂到甲板之间的距离，若甲板浮动超出设定值时，调整设备高度并收放电缆。
液压驱动模块3用于实现设备垂直伸缩臂升降、水平伸缩臂伸缩、水平回转和吊臂俯仰动作，实现电缆及其插头的位置移动；其中，液压驱动模块3中垂直伸缩臂升降、水平伸缩臂伸缩和吊臂俯仰均采用工程油缸伸缩实现，水平回转采用液压回转装置带动回转支承实现，液压驱动模块3中液压缸配设有安全自锁阀，液压缸的进出口在对接管内失压时或软管突然破断时快速关闭。
电缆控制模块4用于电缆的收放控制、电缆长度检测和电缆张力检测；具体的，电缆的收放控制通过电缆卷筒实现电缆的自动收放，并通过力矩限制配合磁滞联轴器实现电缆顺利拉出；电缆长度检测用于通过安装在电缆卷筒上的传感器，实时检测电缆放出长度，并在受气流和潮汐影响船舶时，电缆卷筒根据船舶在码头向前、向后或外侧移动的状态，自动放出电缆以适配船舶的移动；电缆张力检测用于通过吊臂上安装的电缆张力传感器，实时检测电缆张力，并设置电缆张力阈值，数值可通过触摸屏上设置，在张力超过阈值时发出报警；电缆控制模块4中电缆通过吊臂收放，利用水平伸缩臂上的距离传感器，实时检测船舶甲板到吊臂之间的距离，根据距离变化情况自动收放电缆。
下位机控制模块5用于控制各液压驱动机构动作，包括电气控制、无线遥控、极限位置报警、限位开关故障监测和终端信息交互；具体的，电气控制基于电控柜实现电机过载、短路等保护，电控柜外罩采用304不锈钢材料，表面做喷塑处理，防护等级IP65，具有良好的防雨防腐功能，提高使用寿命；无线遥控用于通过无线遥控器实现在自动动作过程遭受不可控因素发生故障提示后，可实现对岸电智能对接装置的手动遥控功能，遥控有效距离0-100m，使得本发明具有自动/手动切换功能，当自动对接系统发生故障时可及时切换至手动对接模式，不影响码头的接电作业；极限位置报警用于通过各位置传感器实现极限位置的报警；限位开关故障监测用于自动对所有限位开关进行监测，在任一限位开关失效时发出报警；终端信息交互用于为各泊位控制室提供设备运行/停止、综合故障报警、限位报警信号等无源开关量信号，也可提供用户指定的通讯总线与DCS系统进行数据交互。
上位机控制模块6用于通过智能运动算法，根据目标位置参数，提供最优化运行路径，实现主机姿态自适应调节；其中，上位机控制模块6中主机姿态自适应调节流程为，通过智能算法计算设备预摆放位置，驱动设备提前动作，垂直升降机构，水平伸缩及俯仰动作提前运动至合适位置，当操作人员下达自动动作指令后，设备按智能算法算出的路径运动至目标位置，下放电缆到船舶甲板上，设备动作时间≤5分钟，对接装置的运行路径进行最优化规划，便于将岸电电缆插头快速、准确、安全的输送到船舶插座箱附近。
本发明的使用方法及工作原理：在船舶抵达港口后，能够通过3D视觉识别模块1自主识别并精确定位船舶岸电插座箱，通过智能控制系统驱动主机各机构动作，通过智能算法计算设备预摆放位置，驱动岸上吊臂提前动作，通过垂直升降机构，水平伸缩及俯仰动作提前运动至合适位置，当操作人员下达自动动作指令后，设备按智能算法算出的路径运动至目标位置，下放电缆到船舶甲板，将岸电电缆插头快速、准确、安全的输送到船舶插座箱附近，然后进行后续连接，通过吊臂上安装的电缆张力传感器，实时检测电缆张力，并设置电缆张力阈值，数值可通过触摸屏上设置，在张力超过阈值时发出报警，避免电缆输送张力过大造成损坏，通过无线遥控器实现在自动动作过程遭受不可控因素发生故障提示后，可实现对岸电智能对接装置的手动遥控功能，使得本发明具有自动/手动切换功能，当自动对接系统发生故障时可及时切换至手动对接模式，不影响码头的接电作业，通过各泊位控制室提供设备运行/停止、综合故障报警、限位报警信号等无源开关量信号，或与用户指定的通讯总线与DCS系统进行数据交互，便于对岸电对接操作中进行实时监控。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.中压电缆岸电智能对接控制系统，其特征在于：包括3D视觉识别模块(1)、主动安全避障模块(2)、液压驱动模块(3)、电缆控制模块(4)、下位机控制模块(5)和上位机控制模块(6)；
所述3D视觉识别模块(1)用于通过3D视觉识别对船舶船舷高度识别，获取高度数据，并对插座柜进行厘米级3D定位，基于距离传感器和角度传感器实现实时定位电缆插头位置；
所述主动安全避障模块(2)用于通过岸上吊臂上安装的多组传感器，实时检测吊臂周边障碍物，对吊臂运动过程中遇到障碍物时快速识别并实时调节运动路径，在接电过程中，实时检测水平伸缩臂到甲板之间的距离，若甲板浮动超出设定值时，调整设备高度并收放电缆；
所述液压驱动模块(3)用于实现设备垂直伸缩臂升降、水平伸缩臂伸缩、水平回转和吊臂俯仰动作，实现电缆及其插头的位置移动；
所述电缆控制模块(4)用于电缆的收放控制、电缆长度检测和电缆张力检测；
所述下位机控制模块(5)用于控制各液压驱动机构动作，包括电气控制、无线遥控、极限位置报警、限位开关故障监测和终端信息交互；
所述上位机控制模块(6)用于通过智能运动算法，根据目标位置参数，提供最优化运行路径，实现主机姿态自适应调节。
2.根据权利要求1所述的中压电缆岸电智能对接控制系统，其特征在于：所述液压驱动模块(3)中垂直伸缩臂升降、水平伸缩臂伸缩和吊臂俯仰均采用工程油缸伸缩实现，水平回转采用液压回转装置带动回转支承实现。
3.根据权利要求1所述的中压电缆岸电智能对接控制系统，其特征在于：所述电缆的收放控制通过电缆卷筒实现电缆的自动收放，并通过力矩限制配合磁滞联轴器实现电缆顺利拉出；所述电缆长度检测用于通过安装在电缆卷筒上的传感器，实时检测电缆放出长度，并在受气流和潮汐影响船舶时，电缆卷筒根据船舶在码头向前、向后或外侧移动的状态，自动放出电缆以适配船舶的移动；所述电缆张力检测用于通过吊臂上安装的电缆张力传感器，实时检测电缆张力，并设置电缆张力阈值，数值可通过触摸屏上设置，在张力超过阈值时发出报警。
4.根据权利要求1所述的中压电缆岸电智能对接控制系统，其特征在于：所述电气控制基于电控柜实现电机过载、短路等保护；所述无线遥控用于通过无线遥控器实现在自动动作过程遭受不可控因素发生故障提示后，可实现对岸电智能对接装置的手动遥控功能，遥控有效距离0-100m。
5.根据权利要求1所述的中压电缆岸电智能对接控制系统，其特征在于：所述极限位置报警用于通过各位置传感器实现极限位置的报警；所述限位开关故障监测用于自动对所有限位开关进行监测，在任一限位开关失效时发出报警。
6.根据权利要求1所述的中压电缆岸电智能对接控制系统，其特征在于：所述终端信息交互用于为各泊位控制室提供设备运行/停止、综合故障报警、限位报警信号等无源开关量信号，也可提供用户指定的通讯总线与DCS系统进行数据交互。
7.根据权利要求1所述的中压电缆岸电智能对接控制系统，其特征在于：所述上位机控制模块(6)中主机姿态自适应调节流程为，通过智能算法计算设备预摆放位置，驱动设备提前动作，垂直升降机构，水平伸缩及俯仰动作提前运动至合适位置，当操作人员下达自动动作指令后，设备按智能算法算出的路径运动至目标位置，下放电缆到船舶甲板上，设备动作时间≤5分钟。
8.根据权利要求2所述的中压电缆岸电智能对接控制系统，其特征在于：所述液压驱动模块(3)中液压缸配设有安全自锁阀，液压缸的进出口在对接管内失压时或软管突然破断时快速关闭。
9.根据权利要求1所述的中压电缆岸电智能对接控制系统，其特征在于：所述下位机控制模块(5)中各报警信息均与外部信息显示屏信息交互，通过信息显示屏显示报警信息，详细显示故障位置及原因，并且结合控制面板报警信号指示灯进行灯光警示。
10.根据权利要求1所述的中压电缆岸电智能对接控制系统，其特征在于：所述电缆控制模块(4)中电缆通过吊臂收放，利用水平伸缩臂上的距离传感器，实时检测船舶甲板到吊臂之间的距离，根据距离变化情况自动收放电缆。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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