CN117687325A - 海上沉箱出运远程控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种海上沉箱出运远程控制系统，包括阀门控制模块、现场控制模块以及船载控制中心，其中，所述阀门控制模块与所述现场控制模块之间建立有通信连接，所述现场控制模块与所述船载控制中心之间建立有通信连接，本发明通过阀门控制模块实现舱内水位的监测与阀门的控制，并定时上传数据至现场控制模块，然后由现场控制模块实时测量沉箱四个角到水面距离与沉箱X轴和Y轴的倾斜姿态，并采集阀门控制模块的舱内水位和阀门开度，定时上传至船载控制中心，最后由船载控制中心实时显示并远程遥控阀门开度，使得沉箱能够平稳地沉入海底，以减少沉箱出运时的人工参与度，提高安全性，并实现沉箱出运远程监控的目的。

Description

海上沉箱出运远程控制系统

技术领域

本发明涉及沉箱出运技术领域，尤其涉及一种海上沉箱出运远程控制系统。

背景技术

随着社会和经济的发展，重力式码头的施工技术要求也越来越高，重力式沉箱码头作为重力式码头的一种，具有耐久坚固、无需维修等优点，能够适用于坚硬粘土、砂质、岩石等海床地基。

沉箱是一种有底无盖，由钢筋混凝土结构浇筑而成的建筑物，其根据安装位置的海水深度不同，具有不同高度。沉箱内部由内隔墙分隔成多个仓，将所有仓分成4组，每组仓有一个闸阀作为进水孔，组内仓之间底部有通水孔，可以实现组内各仓之间水位平衡。

沉箱出运共包括以下几个过程：1）利用液压小车将沉箱从码头运到半潜驳；2）在半潜驳上给沉箱加水至重心低于浮心，使沉箱达到浮游稳定状态；3）拖船将沉箱拖运至安装现场；4）沉箱定位；5）沉箱加水，下沉至海床；6）向沉箱内部抛石或抛沙，实现沉箱稳定安装。

目前沉箱出运都是靠有经验的工人进行施工，一般四阀门沉箱的出运过程中，沉箱顶部需要9个人配合工作，其中1人利用打水板测量沉箱四角的水位高度，判断沉箱是否倾斜，其余8人分成4组，每组两人，其中一人通过打水板确定舱内水位高度，另一人负责转动阀门，控制进水量。由于海上施工，沉箱很难保持完全平衡，又由于液体具有流动的特性，沉箱下沉过程中存在倾覆风险，沉箱顶部施工工人存在安全风险。

因此，有必要提供一种海上沉箱出运远程控制系统解决上述技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种海上沉箱出运远程控制系统，减少沉箱出运时的人工参与度，提高安全性，并实现沉箱出运远程监控的目的。

本发明提供的一种海上沉箱出运远程控制系统，包括阀门控制模块、现场控制模块以及船载控制中心，其中，所述阀门控制模块与所述现场控制模块之间建立有通信连接，所述现场控制模块与所述船载控制中心之间建立有通信连接；

所述阀门控制模块设置有四组，且均安装在沉箱的顶部，通过四组阀门控制模块分别监测沉箱的四个舱内水位，以及控制四个阀门的阀门开度，并定时将舱内水位和阀门开度传输至现场控制模块；

所述现场控制模块设置在沉箱的顶部，用于采集沉箱的倾斜姿态和入水深度，以及接收阀门控制模块监测的沉箱的舱内水位与阀门开度，并实时将倾斜姿态、入水深度、舱内水位和阀门开度传输至所述船载控制中心，同时，接收所述船载控制中心的操作指令，并发送给所述阀门控制模块；

所述船载控制中心设置于施工船上，用于实时接收沉箱的倾斜姿态、入水深度、舱内水位和阀门开度，并进行可视化显示，同时通过船载控制中心的控制旋钮生成调整阀门开度的操作指令，以调整沉箱的状态，实现沉箱出运的远程操控。

优选的，所述阀门控制模块包括用于控制阀门开度的电机传动部件。

优选的，所述阀门控制模块还包括用于监测沉箱的舱内水位的舱内水位计，以及与舱内水位计和电机传动部件电性连接的阀门控制器。

优选的，所述阀门控制模块还用于自动寻找阀门的行程，并对行程进行等分处理。

优选的，所述现场控制模块包括用于采集沉箱的倾斜姿态的倾角仪、采集入水深度的雷达液位计以及与倾角仪和雷达液位计电性连接的现场控制器；

其中，所述倾斜姿态包括沉箱在X轴方向和Y轴方向上的倾斜角，所述倾角仪包括分别采集沉箱在X轴方向和Y轴方向上的倾斜角的X轴倾角仪和Y轴倾角仪。

优选的，所述现场控制模块还包括用于与船载控制中心进行无线通信的无线数传模块。

优选的，所述船载控制中心包括进行可视化显示的显示屏以及控制阀门开度的控制旋钮，其中，所述控制旋钮设置有四个，分别对应于四个阀门。

优选的，所述船载控制中心还用于在沉箱的倾斜姿态超过预设的姿态阈值后发出警报。

与相关技术相比较，本发明提供的一种海上沉箱出运远程控制系统具有如下有益效果：

本发明通过阀门控制模块实现舱内水位的监测与阀门的控制，并定时上传数据至现场控制模块，然后由现场控制模块实时测量沉箱四个角到水面距离与沉箱X轴和Y轴的倾斜姿态，并采集阀门控制模块的舱内水位和阀门开度，定时上传至船载控制中心，最后由船载控制中心实时显示并远程遥控阀门开度，使得沉箱能够平稳地沉入海底，以减少沉箱出运时的人工参与度，提高安全性，并实现沉箱出运远程监控的目的。

附图说明

图1为本发明的线框结构示意图；

图2为本发明的沉箱示意图；

图中标号：1、现场控制模块；2、X轴倾角仪；3、Y轴倾角仪；4、舱内水位计；5、雷达液位计；6、阀门控制模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明做进一步说明。

在本申请的实施例中，参考图1所示，一种海上沉箱出运远程控制系统，包括阀门控制模块6、现场控制模块1以及船载控制中心，其中，所述阀门控制模块6与所述现场控制模块1之间建立有通信连接，且通信方式采用485总线，搭载Modbus-RTU协议，通过主从问答的通信方式与CRC数据校验，保证了通信系统的安全性。

所述现场控制模块1与所述船载控制中心之间建立有通信连接，且通信方式采用无线数传模块进行，无线数传模块为无线数传电台，且电台采用P900，海上最大传输距离可达200m以上，采用Modbus-RTU协议，船载控制中心作为主机，现场控制模块1作为从机。

在上述通信中，现场控制模块1是船载控制中心与现场控制模块1的通信中枢，分别与船载控制中心通信和与阀门控制模块6进行数据通信。

在本申请的实施例中，参考图2所示，所述阀门控制模块6设置有四组，且均安装在沉箱的顶部，通过四组阀门控制模块6分别监测沉箱的四个舱内水位L，以及控制四个阀门的阀门开度A，并定时将舱内水位和阀门开度A传输至现场控制模块1。

其中，所述阀门控制模块6包括用于控制阀门开度A的电机传动部件，电机传动部件具体包括电机驱动器、电机以及连接在电机与阀门之间的传动部件，通过电机驱动器控制电机运转，继而实现与阀门开度A的控制，具体的，通过编码器计量电机转动位置，换算为阀门当前的阀门开度A，并定时上传至现场控制模块1，数据上传周期为1s，同时接收现场控制模块1的操作指令，并控制电机转动至设定阀门开度A。

所述阀门控制模块6还包括用于监测沉箱的舱内水位的舱内水位计4，舱内水位计4采用投入式液位计实时监测舱内水位L，并定时上传至现场控制模块1，数据上传周期为1s。

所述阀门控制模块6还用于自动寻找阀门的行程，并对行程进行等分处理，具体的，其可以自动寻找阀门限位，包括全开限位和全关限位，通过电机电流判断是否到达阀门限位，找到限位后记录当前位置，并将整个阀门行程分成0~100%；

具体的，先设置电机工作模式为速度模式，且速度设置为负向速度，在触发负向电流限制时，记录阀门关闭位置，然后设置正向速度，在触发正向电流限制时，记录阀门最大开度位置，从而得到正向和负向最大的阀门开度，以确定阀门的行程。

所述阀门控制模块6还包括阀门控制器，其与舱内水位计4和电机传动部件电性连接，阀门控制模块6采用48V/18Ah锂电池供电，其中锂电池直接给电机传动部件的电机进行供电，将48V电压转换成12V供给舱内水位计4，转换成5V电压供给阀门控制器，具体的，阀门控制器的一个USB端口通过电机驱动线与电机传动部件的电机驱动器相连，从而控制电机；另一个USB端口通过RS485与舱内水位计4相连从而读回水位数据，最后一个USB端口通过通信线与现场控制模块1相连，从而传回数据和读取命令。

阀门控制模块6工作过程为：

状态零：设置电机工作模式为速度模式，开始寻找阀门限位，进入状态一;

状态一：设置电机速度为负向速度，等待阀门完全关闭，触发负向电流限制标志，记录阀门关闭位置，进入状态二；

状态二：设置电机速度为正向速度，等待阀门完全打开，触发正向电流限制标志，记录阀门全开位置，进入状态三；

状态三：根据阀门全开和全关位置，对阀门行程进行划分，上传限位标志，设置电机工作模式为位置模式，进入状态四，寻找阀门限位；

状态四：读取现场控制模块1的操作指令，调整阀门开度A，如果阀门开度A设置为零，且当前阀门开度A小于5%，设置电机工作模式为速度模式，速度给定负向速度，进入状态五；实时读取系统工作状态，当出现欠压、过流、超温、通信失败等情况时进入故障状态六；

状态五：读取现场控制模块1的操作指令，如果阀门开度A不为零，设置电机工作模式为位置模式，返回状态四，否则等待负向电流限制标志触发，完成阀门关闭动作；实时读取系统工作状态，当出现欠压、过流、超温、通信失败等情况时进入故障状态六；

状态六：故障状态，关闭阀门，上报船载控制中心。

参考图2所示，所述现场控制模块1设置在沉箱的顶部，用于采集沉箱的倾斜姿态和入水深度，以及与阀门控制模块6进行通信，以接收沉箱的舱内水位与阀门开度A，并实时将倾斜姿态、入水深度、舱内水位和阀门开度A传输至所述船载控制中心，同时，接收所述船载控制中心的操作指令，并发送给所述阀门控制模块6，以便实现远程控制。

具体的，现场控制模块1包括用于采集沉箱的倾斜姿态的倾角仪、采集入水深度的雷达液位计5以及与倾角仪和雷达液位计5电性连接的现场控制器。

其中，所述倾斜姿态包括沉箱在X轴方向和Y轴方向上的倾斜角，所述倾角仪包括分别采集沉箱在X轴方向和Y轴方向上的倾斜角的X轴倾角仪2和Y轴倾角仪3；

雷达液位计5设置有四个，分别安装在沉箱的四个角顶点，通过四个雷达液位计5实时监测沉箱四个角顶点到水面的距离，从而计算沉箱入水高度H。

同样的，现场控制模块1采用24V/10Ah锂电池供电，直接对雷达液位计5供电，24V/10Ah锂电池通过24V转12V开关电源对X轴倾角仪2和Y轴倾角仪3，通过24V转5V开关电源对现场控制器供电。

现场控制模块1的无线数传模块用于与所述船载控制中心之间建立无线通信连接，以接收船载控制中心的操作指令，进行处理后发给阀门控制模块6；反向的，接收阀门控制模块6的数据，经过处理传给船载控制中心，通过倾角仪以及雷达液位计5监测沉箱状态，进而发出阀门的操作指令。

现场控制模块1工作包括线程一至线程九，其中，线程一为采集雷达液位计5的数据，线程二、线程三为采集倾角仪的数据，包括X轴倾角仪2和Y轴倾角仪3，线程四至线程七为采集四个阀门的阀门开度，线程九为通信保护相关工作。

现场控制模块1的线程八的工作过程为：

状态零：获取船载控制中心系统命令，若命令为系统启动命令，进入状态一，若控制命令为阀门开度设定命令，进入状态二，若控制命令为数据读取命令，进入状态三，若控制命令不满足以上三种条件，返回通信数据异常报警

状态一：向阀门控制模块发送启动命令，阀门控制模块启动；

状态二：判断阀门控制器是否在线，若阀门控制器在线，则向对应的阀门控制模块发送调节命令；

状态三：向船载控制模块发送数据；

所述船载控制中心设置于施工船上，装有进行可视化显示的显示屏和阀门的控制旋钮，工人通过进行可视化显示的显示屏可以实时看到沉箱当前的参数，包括沉箱的倾斜姿态、舱内水位L、入水高度H等，并且设置控制旋钮，分别对应于四个阀门，实现四个阀门开度A的实时调整。

此外，所述船载控制中心还用于在沉箱的倾斜姿态超过预设的姿态阈值后发出警报，警报可以采用指示灯。

具体的，船载控制中心需要安装于驳船上，采用蓄电池进行供电，需供电设备包括船载控制器、数传电台、进行可视化显示的显示屏、按键与指示灯，其中，船载控制器的通信接口采用RS232与数传电台进行通信。

船载控制中心的工作过程为：

启动整个系统，并进行通信测试，在通信连通后读取现场控制模块的数据，并检查阀门限位标志以及点亮对应指示灯，在接收到需要调整阀门开度的信号时，先判断阀门控制是否使能，若已经使能，然后读取控制旋钮位置，并发送阀门开度调节命令给现场控制模块，由现场控制模块发送控制指令至阀门控制模块，通过电机传动部件，控制阀门转动，调整阀门开度至需求位置。

整个海上沉箱出运远程控制系统的工作流程为：

1）所有设备上电，船载控制中心的指示灯亮起。

2）按下系统启动按键，系统启动。

3）等待通信系统建立，通信成功后船载控制中心对应指示灯亮起。

4）等待各阀门控制模块6寻找阀门限位，找到限位后，船载控制中心上对应指示灯亮起。

5）按下阀门控制按键，解锁阀门的控制旋钮。

6）调节控制旋钮，查看目标阀门开度A与当前阀门开度A是否正常。

7）实时调节控制旋钮改变阀门开度A，实现远程遥控。

本发明提供的一种海上沉箱出运远程控制系统的工作原理如下：本发明通过阀门控制模块6实现舱内水位的监测与阀门的控制，并定时上传数据至现场控制模块1，然后由现场控制模块1实时测量沉箱四个角到水面距离与沉箱X轴和Y轴的倾斜姿态，并采集阀门控制模块6的舱内水位和阀门开度A，定时上传至船载控制中心，最后由船载控制中心实时显示并远程遥控阀门开度A，使得沉箱能够平稳地沉入海底，以减少沉箱出运时的人工参与度，提高安全性，并实现沉箱出运远程监控的目的。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备系统和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框，以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，存储介质包括只读存储器（Read-Only Memory，ROM）、随机存储器（Random Access Memory，RAM）、可编程只读存储器（Programmable Read-only Memory，PROM）、可擦除可编程只读存储器（Erasable Programmable Read Only Memory，EPROM）、一次可编程只读存储器（One-time Programmable Read-Only Memory，OTPROM）、电子抹除式可复写只读存储器（Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM）、只读光盘（CompactDisc Read-Only Memory，CD-ROM）或其他光盘存储器、磁盘存储器、磁带存储器，或者能够用于携带或存储数据的计算机可读的任何其他介质。

还需要说明的是，术语“包括”“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者还是包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (8)

1.一种海上沉箱出运远程控制系统，其特征在于，包括阀门控制模块（6）、现场控制模块（1）以及船载控制中心，其中，所述阀门控制模块（6）与所述现场控制模块（1）之间建立有通信连接，所述现场控制模块（1）与所述船载控制中心之间建立有通信连接；

所述阀门控制模块（6）设置有四组，且均安装在沉箱的顶部，通过四组阀门控制模块（6）分别监测沉箱的四个舱内水位，以及控制四个阀门的阀门开度，并定时将舱内水位和阀门开度传输至现场控制模块（1）；

所述现场控制模块（1）设置在沉箱的顶部，用于采集沉箱的倾斜姿态和入水深度，以及接收阀门控制模块（6）监测的沉箱的舱内水位与阀门开度，并实时将倾斜姿态、入水深度、舱内水位和阀门开度传输至所述船载控制中心，同时，接收所述船载控制中心的操作指令，并发送给所述阀门控制模块（6）；

所述船载控制中心设置于施工船上，用于实时接收沉箱的倾斜姿态、入水深度、舱内水位和阀门开度，并进行可视化显示，同时通过船载控制中心的控制旋钮生成调整阀门开度的操作指令，以调整沉箱的状态，实现沉箱出运的远程操控。

2.根据权利要求1所述的一种海上沉箱出运远程控制系统，其特征在于，所述阀门控制模块（6）包括用于控制阀门开度的电机传动部件。

3.根据权利要求2所述的一种海上沉箱出运远程控制系统，其特征在于，所述阀门控制模块（6）还包括用于监测沉箱的舱内水位的舱内水位计（4），以及与舱内水位计（4）和电机传动部件电性连接的阀门控制器。

4.根据权利要求3所述的一种海上沉箱出运远程控制系统，其特征在于，所述阀门控制模块（6）还用于自动寻找阀门的行程，并对行程进行等分处理。

5.根据权利要求1所述的一种海上沉箱出运远程控制系统，其特征在于，所述现场控制模块（1）包括用于采集沉箱的倾斜姿态的倾角仪、采集入水深度的雷达液位计（5）以及与倾角仪和雷达液位计（5）电性连接的现场控制器；

其中，所述倾斜姿态包括沉箱在X轴方向和Y轴方向上的倾斜角，所述倾角仪包括分别采集沉箱在X轴方向和Y轴方向上的倾斜角的X轴倾角仪（2）和Y轴倾角仪（3）。

6.根据权利要求5所述的一种海上沉箱出运远程控制系统，其特征在于，所述现场控制模块（1）还包括用于与船载控制中心进行无线通信的无线数传模块。

7.根据权利要求1所述的一种海上沉箱出运远程控制系统，其特征在于，所述船载控制中心包括进行可视化显示的显示屏以及控制阀门开度的控制旋钮，其中，所述控制旋钮设置有四个，分别对应于四个阀门。

8.根据权利要求7所述的一种海上沉箱出运远程控制系统，其特征在于，所述船载控制中心还用于在沉箱的倾斜姿态超过预设的姿态阈值后发出警报。