CN214648929U - 沉管运载安装一体船出坞控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了沉管运载安装一体船出坞控制系统，包括一体船的驱动机构和管船连接机构，以及驱动控制单元；控制系统还包括信号采集单元和主控制器，信号采集单元用于采集一体船的实时参数，以及实时监控管船连接机构与沉管的管船连接状态信息；主控器包括：存储模块；比较模块，信号连接于信号采集单元和存储模块以接收设计参数和实时参数输出比较信号；主控制模块，信号连接于比较模块以接收比较信号，输出控制信号；驱动控制单元信号连接于主控制模块以接收控制信号，控制驱动机构。该控制系统可在出坞过程中可以自动检测一体船与沉管的连接状态是否满足设计要求，并能通过控制一体船驱动机构的侧推驱动单元实现携带沉管的一体船的位置调整。

Description

沉管运载安装一体船出坞控制系统

技术领域

本实用新型涉及水下隧道建造工程技术领域，特别涉及沉管运载安装一体船出坞控制系统。

背景技术

沉管隧道是用于水下交通的建筑物，通常沉管隧道先分段预制成型后，再将预制沉管水上运输至指定位置进行施工安装。预制沉管的体积和自重很庞大，为了更好的实现预制沉管水上运输，中国专利CN106628018A公开了自航式大型构件运输安装一体船及施工工艺，该一体船可实现沉管水上安装。采用这种一体船运输沉管，需人工潜水检测确认沉管和一体船的连接状态合格后，一体船携带沉管按指定的路线驶出放置沉管的狭小坞区，才能实现出坞浮运。

一体船设有驱动机构可以实现自航行驶，但出坞过程的特殊工况受坞门位置、沉管位置等因素影响，一体船运动的调整空间较为狭小，且位置精度要求较高，依靠常规的转舵调整船舶位置的方式，较难实现一体船自航出坞，因此，目前一体船的出坞过程多采用绞移、拖轮协作和潜水作业配合等方式实现，出坞过程十分耗时耗力，施工效率较低，且施工成本较高。

发明内容

本实用新型针对现有技术不足，提出沉管运载安装一体船出坞控制系统，该控制系统可在出坞过程中可以自动检测一体船与沉管的连接状态是否满足设计要求，并能通过控制一体船驱动机构的侧推驱动单元实现携带沉管的一体船的位置调整，无需采用绞移、拖轮协作和潜水作业配合等方式，即可实现一体船出坞，一体船出坞过程船体位置纠偏所需空间较小，可以满足出坞过程狭小的施工状况，方便的实现一体船自航出坞控制，节约一体船出坞工序时间，提供施工效率。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种沉管运载安装一体船出坞控制系统，包括所述一体船的驱动机构和管船连接机构，以及控制所述驱动机构驱动动力的驱动控制单元，所述驱动机构包括侧推驱动单元和主推驱动单元，所述侧推驱动单元用于沿一体船宽度方向双向推动一体船和驱动一体船转动，所述主推驱动单元用于控制一体船船速，所述管船连接机构用于连接一体船和沉管；所述控制系统还包括信号采集单元和主控制器，所述信号采集单元，用于采集所述一体船的实时参数，以及实时监控所述管船连接机构与所述沉管的管船连接状态信息，所述实时参数包括所述一体船的实时位置信息；所述主控器包括：

存储模块，用于存储设计参数；所述设计参数包括出坞设计航线位置阈值；

比较模块，信号连接于所述信号采集单元和所述存储模块以接收设计参数和实时参数输出比较信号；

主控制模块，信号连接于所述比较模块以接收比较信号，输出控制信号；所述驱动控制单元信号连接于所述主控制模块以接收控制信号，控制所述侧推驱动单元。

作为优选，所述管船连接机构信号连接于所述主控制模块以接收控制信号，控制调整所述管船连接机构与所述沉管的连接状态。

作为优选，所述信号采集单元包括船用DP动力控制系统和用于监控所述管船连接机构连接状态的管船连接监控装置。

作为优选，所述管船连接机构包括多个连接所述沉管和所述一体船的拉索；所述管船连接监控装置包括与所述拉索一一对应设置的力敏传感器，所述力敏传感器用于检测其对应的拉索的拉力。

作为优选，所述主控制器设为PLC控制器。

作为优选，还包括用于信号连接的信号传输模块，所述信号传输模块设为有线传输模块或无线传输模块。

作为优选，所述有线传输模块包括CAN、RS485或RS232中的一种或多种；所述无线传输模块包括WIFI、蓝牙或以太网中的一种或多种。

作为优选，所述一体船包括平行设置的第一船体和第二船体，所述侧推驱动单元包括四个侧推装置，其中，第一侧推装置与第三侧推装置分别靠近所述第一船体的船艏和船艉设置，第二侧推装置和第四侧推装置分别靠近所述第二船体的船艏和船艉设置，以第一船体和第二船体的宽度方向作为横向，所述第一侧推装置、第二侧推装置、第三侧推装置和第四侧推装置均可提供沿横向的双向推力；所述主推驱动单元包括设于所述第一船体船艉的第一主推装置，以及设于所述第二船体船艉的第二主推装置。

作为优选，所述第一侧推装置和第二侧推装置相对于所述一体船的中轴线对称设置；所述第三侧推装置和第四侧推装置相对于所述一体船的中轴线对称设置。

作为优选，所述信号采集单元采集的实时参数还包括一体船的实施船速信息和管船连接机构，所述存储模块存储的设计参数还包括预设出坞船速阈值和管船连接状态合格的设计值；所述比较模块包括信号连接于所述信号采集单元和所述存储模块以接收、比较实时船速和预设出坞船速阈值的第一比较模块，信号连接于所述信号采集单元和所述存储模块以接收、比较实时位置和出坞设计航线位置阈值的第二比较模块，以及信号连接于所述信号采集单元和所述存储模块以接收、比较管船连接状态实时值和管船连接状态合格的设计值的第三比较模块；所述驱动控制单元信号连接于所述主控制模块以接收控制信号控制所述驱动机构。

本实用新型的有益效果是：提出了沉管运载安装一体船出坞控制系统，该控制系统可在出坞过程中可以自动检测一体船与沉管的连接状态是否满足设计要求，并能通过控制一体船驱动机构的侧推驱动单元实现携带沉管的一体船的位置调整，无需采用绞移、拖轮协作和潜水作业配合等方式，即可实现一体船出坞，一体船出坞过程船体位置纠偏所需空间较小，可以满足出坞过程狭小的施工状况，方便的实现一体船自航出坞控制，节约一体船出坞工序时间，提供施工效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的沉管运载安装一体船出坞控制系统结构示意图；

图2为本实用新型的一体船出坞状态的结构示意图；

图3为本实用新型的一体船与沉管管船连接状态示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

如图1至图3所示，一种沉管运载安装一体船出坞控制系统，包括所述一体船1的驱动机构和管船连接机构6，以及控制所述驱动机构的驱动动力的驱动控制单元4，所述驱动机构包括侧推驱动单元3和主推驱动单元2，所述侧推驱动单元3用于沿一体船1宽度方向双向推动一体船1和驱动一体船1转动，所述主推驱动单元2用于控制一体船船速，所述管船连接机构7用于连接一体船2和沉管8；所述控制系统还包括信号采集单元5和主控制器6，所述信号采集单元5，用于采集所述一体船1的实时参数，以及实时监控所述管船连接机构7与所述沉管8的管船连接状态信息，所述实时参数包括所述一体船1的实时位置信息；所述主控器6包括：

存储模块61，用于存储设计参数；所述设计参数包括出坞设计航线位置阈值；

比较模块62，信号连接于所述信号采集单元61和所述存储模块以接收设计参数和实时参数输出比较信号；

主控制模块63，信号连接于所述比较模块以接收比较信号，输出控制信号；所述驱动控制单元4信号连接于所述主控制模块以接收控制信号，控制所述侧推驱动单元3。

一体船1出坞需要先确定管船连接机构6与沉管8的连接状态满足设计要求后才能进行出坞，上述控制系统在出坞前，可通过信号采集单元5检测管船连接机构7和沉管8的连接状态是否达到合格标准，可实现自动检测，无需人工潜水进行检测操作，在出坞过程中，可通过信号采集单元5采集一体船1的实时位置信息，信号采集单元5将实时位置信息传输给主控制器6，主控制器6通过比较模块62比较一体船1的实时位置是否在出坞设计航线位置阈值内，确定一体船的实时位置偏差，并根据实时位置偏差向驱动控制单元4输出控制信号以控制侧推驱动单元3开启提供侧推动力，实现一体船1位置的实时纠偏。通过该控制系统控制侧推驱动单元3进行一体船位置纠偏，无需采用常规转舵方式调整船舶位置，船舶位置纠偏所需空间较小，可以满足出坞过程的施工状况和位置精度要求，方便的实现一体船1自航出坞控制，节约一体船1出坞工序时间，提供施工效率。

具体的，所述管船连接机构7信号连接于所述主控制模块63以接收控制信号，控制调整所述管船连接机构7与所述沉管8的连接状态。

具体的，所述信号采集单元5包括船用DP动力控制系统51和用于监控所述管船连接机构7连接状态的管船连接监控装置52。船用DP动力控制系统51安装于一体船1上。船用DP动力控制系统51采集船体位置、船速等实时信息，所述所述信号采集单元5除采用船用DP动力控制系统51外也可采用其他能够实现船舶位置实时定位的装置，如GPS等

具体的，所述管船连接机构7包括多个连接所述沉管8和所述一体船1的拉索71；所述管船连接监控装置52包括与所述拉索71一一对应设置的力敏传感器，所述力敏传感器用于检测其对应的拉索71的拉力。出坞前可通过所述力敏传感器监测各拉索71的拉力是否达到管船连接达标状态的设计值，来判断管船连接机构7的连接状态是否达到设计要求。

具体的，所述主控制器1设为PLC控制器。常规PLC控制器的比较模块可实现信号采集单元5采集的实时参数和设计参数的比较。

具体的，所述控制系统还包括用于信号连接的信号传输模块，所述信号传输模块设为有线传输模块或无线传输模块。

具体的，所述有线传输模块包括CAN、RS485或RS232中的一种或多种；所述无线传输模块包括WIFI、蓝牙或以太网中的一种或多种。

具体的，所述一体船1包括平行设置的第一船体11和第二船体12，所述侧推驱动单元3包括四个侧推装置，其中，第一侧推装置31与第三侧推装置33分别靠近所述第一船体11的船艏和船艉设置，第二侧推装置32和第四侧推装置34分别靠近所述第二船体12的船艏和船艉设置，所述第一侧推装置31、第二侧推装置32、第三侧推装置33和第四侧推装置34均可提供沿横向的双向推力。所述主推驱动单元2包括设于所述第一船体11船艉的第一主推装置21，以及设于所述第二船体12船艉的第二主推装置22。

具体的，所述第一侧推装置31和第二侧推装置32相对于所述一体船的中轴线AA’(即一体船1长度方向中心线)对称设置；所述第三侧推装置33和第四侧推装置34相对于所述一体船的中轴线AA’对称设置。

具体的，所述第一侧推装置31与第三侧推装置33可相对于所述一体船的横向中心线对称设置，所述第二侧推装置32与第四侧推装置34可相对于所述一体船1的横向中心线对称设置。

具体的，在所述位置纠偏调整步骤中，所述第一侧推装置31和第三侧推装置33可用于提供自所述第一船体指向第二船体的横向推力，所述第二侧推装置32和第四侧推装置34的推力方向可与所述第一侧推装置31相反。

所述侧推驱动单元3设为上述结构，通过第一侧推装置31与第三侧推装置33的配合，或第二侧推装置32和第四侧推装置34的配合可沿横向推动一体船1运动以调整一体船的横向位置；通过第一侧推装置31和第四侧推装置34的配合，或第二侧推装置32与第三侧推装置33的配合可推动一体船1转动以实现航偏角调整。

具体的，所述驱动控制单元4包括所述第一侧推装置31的驱动控制器，所述第二侧推装置32的驱动控制器，所述第三侧推装置33的驱动控制器，以及所述第四侧推装置34的驱动控制器。

具体的，所述信号采集单元采集的实时参数还包括一体船的实施船速信息和管船连接机构，所述存储模块存储的设计参数还包括预设出坞船速阈值和管船连接状态合格的设计值；所述比较模块包括信号连接于所述信号采集单元和所述存储模块以接收、比较实时船速和预设出坞船速阈值的第一比较模块，信号连接于所述信号采集单元和所述存储模块以接收、比较实时位置和出坞设计航线位置阈值的第二比较模块，以及信号连接于所述信号采集单元和所述存储模块以接收、比较管船连接状态实时值和管船连接状态合格的设计值的第三比较模块；所述驱动控制单元信号连接于所述主控制模块以接收控制信号控制所述驱动机构。

具体的，所述信号采集单元5采集的实时参数还包括一体船1的实施船速信息，所述存储模块61存储的设计参数还包括预设出坞船速阈值和管船连接状态合格的设计值；所述比较模块包括信号连接于所述信号采集单元5和所述存储模块61以接收、比较实时船速和预设出坞船速阈值的第一比较模块621，信号连接于所述信号采集单元5和所述存储模块61以接收、比较一体船1实时位置和出坞设计航线位置阈值的第二比较模块622，以及信号连接于所述信号采集单元5和所述存储模块61以接收、比较管船连接状态实时值和管船连接状态合格的设计值的第三比较模块623；所述驱动控制单元4信号连接于所述主控制模块63以接收控制信号控制所述驱动机构。控制系统采用上述结构，不仅能够在出坞前自动检测确定管船连接状态是否达到出坞标准，还能在出坞过程中通过对侧推驱动单元3的控制实现一体船1位置纠偏，通过实时船速和预设出坞船速阈值的比较结果，控制主推驱动单元2以实现出坞过程的船速调整，更好的保证一体船1出坞参数控制。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础；当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种沉管运载安装一体船出坞控制系统，其特征在于，包括所述一体船的驱动机构和管船连接机构，以及控制所述驱动机构驱动动力的驱动控制单元，所述驱动机构包括侧推驱动单元和主推驱动单元，所述侧推驱动单元用于沿一体船宽度方向双向推动一体船和驱动一体船转动，所述主推驱动单元用于控制一体船船速，所述管船连接机构用于连接一体船和沉管；所述控制系统还包括信号采集单元和主控制器，所述信号采集单元，用于采集所述一体船的实时参数，以及实时监控所述管船连接机构与所述沉管的管船连接状态信息，所述实时参数包括所述一体船的实时位置信息；所述主控制器包括：

存储模块，用于存储设计参数；所述设计参数包括出坞设计航线位置阈值；

比较模块，信号连接于所述信号采集单元和所述存储模块以接收设计参数和实时参数输出比较信号；

主控制模块，信号连接于所述比较模块以接收比较信号，输出控制信号；所述驱动控制单元信号连接于所述主控制模块以接收控制信号，控制所述侧推驱动单元。

2.根据权利要求1所述的沉管运载安装一体船出坞控制系统，其特征在于，所述管船连接机构信号连接于所述主控制模块以接收控制信号，控制调整所述管船连接机构与所述沉管的连接状态。

3.根据权利要求1所述的沉管运载安装一体船出坞控制系统，其特征在于，所述信号采集单元包括船用DP动力控制系统和用于监控所述管船连接机构连接状态的管船连接监控装置。

4.根据权利要求3所述的沉管运载安装一体船出坞控制系统，其特征在于，所述管船连接机构包括多个连接所述沉管和所述一体船的拉索；所述管船连接监控装置包括与所述拉索一一对应设置的力敏传感器，所述力敏传感器用于检测其对应的拉索的拉力。

5.根据权利要求1所述的沉管运载安装一体船出坞控制系统，其特征在于，所述主控制器设为PLC控制器。

6.根据权利要求1所述的沉管运载安装一体船出坞控制系统，其特征在于，还包括用于信号连接的信号传输模块，所述信号传输模块设为有线传输模块或无线传输模块。

7.根据权利要求6所述的沉管运载安装一体船出坞控制系统，其特征在于，所述有线传输模块包括CAN、RS485或RS232中的一种或多种；所述无线传输模块包括WIFI、蓝牙或以太网中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的沉管运载安装一体船出坞控制系统，其特征在于，所述一体船包括平行设置的第一船体和第二船体，所述侧推驱动单元包括四个侧推装置，其中，第一侧推装置与第三侧推装置分别靠近所述第一船体的船艏和船艉设置，第二侧推装置和第四侧推装置分别靠近所述第二船体的船艏和船艉设置，以第一船体和第二船体的宽度方向作为横向，所述第一侧推装置、第二侧推装置、第三侧推装置和第四侧推装置均可提供沿横向的双向推力；所述主推驱动单元包括设于所述第一船体船艉的第一主推装置，以及设于所述第二船体船艉的第二主推装置。

9.根据权利要求8所述的沉管运载安装一体船出坞控制系统，其特征在于，所述第一侧推装置和第二侧推装置相对于所述一体船的中轴线对称设置；所述第三侧推装置和第四侧推装置相对于所述一体船的中轴线对称设置。

10.根据权利要求1所述的沉管运载安装一体船出坞控制系统，其特征在于，所述信号采集单元采集的实时参数还包括一体船的实施船速信息，所述存储模块存储的设计参数还包括预设出坞船速阈值和管船连接状态合格的设计值；所述比较模块包括信号连接于所述信号采集单元和所述存储模块以接收、比较实时船速和预设出坞船速阈值的第一比较模块，信号连接于所述信号采集单元和所述存储模块以接收、比较实时位置和出坞设计航线位置阈值的第二比较模块，以及信号连接于所述信号采集单元和所述存储模块以接收、比较管船连接状态实时值和管船连接状态合格的设计值的第三比较模块；所述驱动控制单元信号连接于所述主控制模块以接收控制信号控制所述驱动机构。

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