一种用于提高绞吸式挖泥船挖泥效率的控制系统及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明一种用于提高绞吸式挖泥船挖泥效率的控制系统及其控制方法涉及用于 绞吸式挖泥船挖泥过程的控制，通过对绞吸式挖泥船排泥泵工作参数的控制来有效的提高 绞吸式挖泥船的工作效率并预防堵管事故的发生。 技术背景
[0002] 在中国沿海地区生活的人口占全国人口的比率约为45%，国民经济的高速发展带 来沿海的土地供应紧张，中国沿海港口建设、围海造地等疏浚吹填工程逐年增加。尤其是沿 海滩涂、浅滩等地区，建造港口难度很大，对于围海造地来说，却十分有利。提高绞吸挖泥 船的施工效率对于疏浚工程企业来说，是很重要的一个课题。
[0003] 绞吸式挖泥船是目前世界上普遍使用的疏浚吹填施工主要设备，目前在绞吸式挖 泥船施工操作中普遍存在以下问题： 目前绞吸式挖泥船要达到最佳生产效率均需通过人的工作经验和高度集中的注意力 来控制。
[0004] 缺陷是： I人的工作注意力有不确定性，不能保证持续的维持高度注意力使设备在最佳效率区 工作； ② 每个人的业务能力差距也客观存在，无法及时意识到是否偏离了最佳效率区； ③ 偏离最佳施工效率点时无法及时纠正操作行为。
[0005] 以上三个原因导致绞吸挖泥船很难持续在最佳效率点工作，也是导致人为操作失 误情况下发生堵管事故的根本原因，所以有必要设计出一种新的控制方法及装置，在保证 安全的前提下提高生产效率，预防堵管事故的发生。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于：针对上述不足之处提供了一种用于提高绞吸式挖泥船挖泥效 率的控制系统，能够有效地克服上述缺点，在保证安全的前提下提高生产效率。
[0007] 本发明的原理如下： 船上的排泥泵旋转产生的一定的真空度，将挖掘的具有一定密度的泥浆经排泥泵吸口 吸入，泥浆在排泥泵中获取相应的流速、排出压力再通过船上的排泥管排出至指定地点。因 此绞吸式挖泥船上排泥泵的工作参数为吸入真空度、泥浆密度、泥浆流速、泥浆的排出压力 四种。目前绞吸式挖泥船排泥泵的四种参数仅用于远程显示数值，没有其它用途， 本发明通过四种排泥泵参数的信号来动态调节挖泥船的挖泥节奏，在满足挖泥安全的 前提下，大幅度的提高挖泥船的挖泥效率。
[0008] 目前绞吸式挖泥船排泥泵参数的工作原理，四种排泥泵工作参数仅用于远程显示 数值，没有其它用途，操作人员须时刻关注显示仪表上的数据变化，然后运用个人的工作经 验来作出手动操作动作。其中真空释放阀的作用是用于在排泥泵吸口真空过高情况下自动 打开注入海水，这种凭借个人经验来控制挖泥船工作的方式，存在着效率低、安全性差的缺 点。
[0009] 本发明一种用于提高绞吸式挖泥船挖泥效率的控制系统达到的目标如下： 1、设定最佳工作效率(密度和流速）区间，协助操作人员维持在最佳效率点挖泥工作， 提高产量，同时防止堵管发生。
[0010] 2、分析堵管发生原因，设定密度、流速、排出压力的动作值，通过密度、流速、排出 压力的动作值在满足条件时及时打开真空释放阀稀释，降低堵管风险。
[0011] 3、设定密度下降速率报警，防止因操作原因导致密度突降而造成堵管。
[0012] 通过对绞吸式挖泥船排泥泵工作参数的控制来有效的提高绞吸式挖泥船的工作 效率并预防堵管事故的发生，在真空释放阀上增加了真空过低控制真空释放阀打开的功 能。
[0013] 本发明一种用于提高绞吸式挖泥船挖泥效率的控制系统的技术方案如下： 一种用于提高绞吸式挖泥船挖泥效率的控制系统由吸泥管、排泥管、排泥泵、真空释放 阀、远程显示器、压力传感器、流速传感器、密度传感器、真空信号传感器和参数控制报警装 置组成； 所述的吸泥管为中通的圆筒，在吸泥管的一端设置有排泥泵，排泥泵的另一端设置有 排泥管； 在吸泥管的内壁安装有真空信号传感器，用于检测吸泥管内的真空度； 在排泥管的内壁分别安装有压力传感器、流速传感器、密度传感器； 压力传感器、流速传感器、密度传感器和真空信号传感器上有信号线连接在每个传感 器对应的远程显示器上，或共用的远程显示器上； 压力传感器、流速传感器、密度传感器还有信号线连接在参数控制报警装置上，用以传 输相关信号数据，在参数控制报警装置上设置有信号线连接在真空释放阀上，用于控制参 数控制报警装置的开启，在参数控制报警装置上还有信号线连接在远程显示器上，用于显 示真空释放阀的状态。
[0014] 所述的参数控制报警装置上还设有与压力传感器、流速传感器、密度传感器和真 空信号传感器对应的声、光报警装置，用于在上述传感器超出设置数值时提示报警。
[0015] 所述的参数控制报警装置包括参数比较仪和PLC可编程控制器。
[0016] 所述的PLC可编程控制器内包含有模数转换模块。
[0017] 所述的参数比较仪和PLC可编程控制器采用市售的参数比较仪和PLC可编程控制 器。
[0018] 所述的参数比较仪数量为4个，分别对应比较流体密度P、流速V、出口压力P、吸 入真空度Vac的参数。
[0019] 所述的远程显示器为远程显示仪表，每个远程显示仪表对应显示流体密度P、流 速V、出口压力P、吸入真空度Vac中的一种参数，用以避免控制系统与显示仪表之间的相互 干扰，影响显示与控制精度。
[0020] 本发明一种用于提高绞吸式挖泥船挖泥效率的控制系统的工作原理是通过分析 排泥泵工作的各技术参数随工况的变化的关系，合理动态的设置各参数区间值，并通过参 数比较仪与PLC可编程控制器的控制，让操作者高效的保持连续工作在最高效率区，并可 以防止堵管的发生。
[0021] 与排泥泵工作相关的动态技术参数包括流体密度P、泥浆流速V、排泥泵出口压 力P、排泥泵吸口真空度Vac0
[0022] 设定绞吸挖泥船所输送的泥浆为重力场中的不可压缩均质流体，应用伯努利方程 式，其基本原理及理论分析如下： 伯努利方程式 p + (1/2)*pv ~2 + Pgh = c 式中P、P ^分别为流体的压强、密度和线性速度（即泥浆流速）； h为铅垂高度(换算为潮落差+排泥管爬坡高度）； g为重力加速度； c为常量（在此可理解为泥浆可以从排泥泵得到的总能量保持不变）。
[0023] 上式各项分别表示单位体积流体的压力能p、重力势能P gh和动能（l/2)*p V ~2,在沿流线运动过程中，总和保持不变，即总能量守恒。
[0024] 工作原理 1.假定其它参数不变时，流体密度P与流速V成反比，也就是说对于具体工况而言密 度P和流速V有最佳效率点，单纯追求高密度导致堵管，就是说在保证不低于临界流速的 前提下，尽量提高密度来提高工作效率。
[0025] 2.假定其它参数不变时，泥浆压力p与流速V成反比； 3. 堵管时，排泥泵出口压力p接近最大，流速V接近为零； 4. 流体密度P过高会导致流速V下降，当其下降至实际临界流速时，泥浆在管路内停 止流动，发生堵管； 5. 堵管预兆时各参数的表现应为出口压力p增大，吸入真空度Vac上升，流速V下降。
[0026] 通过PLC可编程控制器，将排泥泵工作时的四种参数(流体密度P、流速V、出口压 力P、吸入真空度Vac)调整控制系统，信号输入为连续变化的模拟量，输出为开关量，输出