利用视频测距的海洋平台起重机升沉补偿控制系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及起重机升沉补偿控制系统及方法，尤其是涉及一种利用视频测距的海洋平台起重机升沉补偿控制系统及方法。
【背景技术】
[0002]21世纪以来，全世界对能源的需求日益增加，海洋成为各国新世纪能源战略的重点，世界各国纷纷加大了对海洋开发的力度。随着海洋石油的大量开发，大型海上工程也蓬勃发展，在这些工程中海上起重机则是关键设备之一。
[0003]由于海浪运动造成的船体升沉运动与摆动，极大的限制了海上起重机的作业能力，不仅会降低吊装的就位精度，增加作业的危险性，还会在结构上产生附加动载荷，严重时会导致设备的损坏和人员的伤亡。消除海浪运动对起重机作业的影响成为海上起重机与地面起重机最大的技术区别。
[0004]现有用于消除海浪运动影响的发展较成熟的单元技术，如恒张力技术及升沉补偿技术，主要是针对船载设备进行研发的，且其控制目标是通过连续的补偿保持负载在水中位置恒定，而海洋平台起重机的控制目标应是在海浪运动的条件下，不受船体升沉运动的影响，平稳的将负载提升离开且能够平稳下放至补给船甲板，一旦货物提升离开甲板或放置在甲板上后，就无需再进行补偿。
[0005]主动式升沉补偿技术是基于安装于船体的传感器对船体运动的检测实现的，而对于海洋平台起重机而言，起重机作业船只不可能是同一条船，且起重机距离船只垂直距离近百米，对于船体位置信息的检测通过在补给船上安装传感器实现是不现实的，应采用非接触式测量装置。
[0006]目前国际及国内制造商的海洋平台起重机，解决海浪运动的措施仍是配置恒张力功能，升沉补偿技术由于在海洋平台起重机条件下船体运动检测不便，没有大规模使用，但事实上对于海洋平台起重机而言，无论是恒张力技术还是现有的升沉补偿技术，只能使海洋平台起重机的起吊过程不受船体升沉影响，而下落过程依然受到船体运动的影响，起重机的完整操作包含提升与下放两个过程，因此现有技术只能解决问题的一半。
[0007]综上所述，因此现有单元技术直接移用到海洋平台起重机上是不合适的。针对海洋平台起重机特殊的操作要求与控制要求，研发适合于海洋平台起重机的运动控制系统，保证在海浪运动的条件下，不受船体升沉运动的影响，平稳的将负载提升离开且能够平稳下放至补给船甲板，能够大幅提升我国海洋平台起重机在关键技术上的不足，提升国际市场竞争力。
【发明内容】
[0008]综合现有各类型的升沉补偿技术的优点，克服其缺点，本发明的目的在于提供一种利用视频测距的海洋平台起重机升沉补偿控制系统及方法，保证在海浪运动的条件下，起重机不受船体升沉运动的影响，平稳的将负载提升离开且能够平稳下放至补给船甲板，进行起重机提升与下放全过程的智能升沉运动补偿。
[0009]为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是:
一、一种利用视频测距的海洋平台起重机升沉补偿控制系统
本发明包括控制计算机，工业摄像机和直接栗控式电液升沉补偿装置；工业摄像机和直接栗控式电液升沉补偿装置中的伺服电机驱动器、转速传感器、三个压力传感器和内置式位移传感器分别通过电气接线与控制计算机相连接，进行信息与能量的交换；工业摄像机和直接栗控式电液升沉补偿装置分别安装于海洋平台起重机基座上。
[0010]所述直接栗控式电液升沉补偿装置，包括伺服电机驱动器、伺服电机、双向液压栗、蓄能器、快插接头、两个溢流阀、单出杆液压缸、动滑轮、静滑轮\、三个压力传感器、转速传感器和内置式位移传感器；
伺服电机驱动器驱动伺服电机带动双向液压栗转动，双向液压栗的两输出端分别与单出杆液压缸的有杆腔和无杆腔连接，在双向液压栗的两输出端间并联两个反向安装的溢流阀；蓄能器分三路，第一路与单出杆液压缸有杆腔侧连接，第二路与快插接头连接，第三路与第一压力传感器连接，双向液压栗的两输出端分别接有第二压力传感器和第三压力传感器，伺服电机与转速传感器连接，三个压力传感器、转速传感器、内置式位移传感器和伺服电机驱动器分别与控制计算机连接；动滑轮连接在单出杆液压缸的活塞杆上，静滑轮连接在单出杆液压缸的底部，内置式位移传感器安装在单出杆液压缸内。
[0011]所述伺服电机、双向液压栗、单出杆液压缸、蓄能器、两个溢流阀、快插接头、三个压力传感器、转速传感器和内置式位移传感器均集成构成自治装置。
[0012]二、一种利用视频测距的海洋平台起重机升沉补偿控制方法
本发明采用控制计算机作为控制器，通过工业摄像机采用视频测距方法检测船体的三维位置信息，直接栗控式电液升沉补偿装置由伺服电机驱动器驱动，作为系统的执行机构，采用转速传感器、三个压力传感器和内置式位移传感器采集直接栗控式电液升沉补偿装置的运行参数，并反馈至控制计算机，用于直接栗控式电液升沉补偿装置的闭环控制，实现海洋平台起重机的提升和下放。
[0013]所述海洋平台起重机的提升过程中，由工业摄像机采用视频测距方法检测船体升沉运动的位置，通过控制计算机的运算，得到速度和加速度信息，由伺服电机驱动器驱动的直接栗控式电液升沉补偿装置进行主动的升沉运动补偿、智能的选择提升时刻，避免提升过程产生起重机钢丝绳冲击载荷，实现平稳的提升。
[0014]所述海洋平台起重机的下放过程中，在控制计算机的控制下，通过直接栗控式电液升沉补偿装置在负载下降过程中叠加船体升沉运动同幅值、反方向的运动，保证负载以设定的相对速度下放至船体甲板，且能够判别船只姿态信息，选择负载下放时机，实现负载平稳的下放。
[0015]本发明具有的有益效果是:
本发明采用视频测距方法检测船只三维位置信息，并将这些参数传送至控制计算机，用以控制直接栗控式电液升沉补偿装置，进行海洋平台起重机智能化的升沉运动补偿，保证在海浪运动的条件下，起重机不受船体升沉运动的影响，平稳的将负载提升离开且能够平稳下放至补给船甲板，进行起重机提升与下放全过程的智能升沉运动补偿，其结构紧凑，系统简单，使用、维护方便，具有广泛的实用性与先进性。本发明也可用于船载设备、码头起重机的升沉补偿。
【附图说明】
[0016]图1是本发明的结构示意图。
[0017]图2是直接栗控式电液升沉补偿装置的结构示意图。
[0018]图中:1、控制计算机，2、工业摄像机，3、直接栗控式电液升沉补偿装置，4、伺服电机驱动器，5、转速传感器，6、压力传感器，7、内置式位移传感器，8、电气接线，9、动滑轮，10、静滑轮，11、单出杆液压缸，12、液压管路，13、蓄能器，14、快插接头，15、溢流阀，16、伺服电机，17、双向液压栗。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
[0020]如图1所示，本发明包括控制计算机1，工业摄像机2和直接栗控式电液升沉补偿装置3 ;工业摄像机2和直接栗控式电液升沉补偿装置3中的伺服电机驱动器4、转速传感器5、三个压力传感器6和内置式位移传感器7分别通过电气接线8与控制计算机1相连接，进行信息与能量的交换；工业摄像机2和直接栗控式电液升沉补偿装置3分别安装于海洋平台起重机基座上。
[0021]如图2所示，本发明所述直接栗控式电液升