绞吸挖泥船疏浚全自动控制系统及方法与流程

本申请属于疏浚吹填工程技术领域，尤其涉及一种绞吸挖泥船疏浚全自动控制系统及方法。

背景技术：

自航绞吸挖泥船系一种特别工程船，装有绞刀、泥泵、横移绞车、桥架绞车、钢桩台车、疏浚管路、疏浚闸阀、封水管路、封水泵、闸阀冲水泵、液压泵等特种设备，在航行至施工区域后切换为疏浚模式，通过绞刀的旋转击碎岩石泥沙，由泥泵将形成的泥浆通过疏浚管系输送至吹填区域，绞刀的上下由桥架绞车控制，而在挖槽区域的左右摆动由横移绞车实现。传统是由手动控制plc控制上述设备进行手动施工作业。

绞吸挖泥船的施工安全与施工质量及效率与绞刀速度、泥泵转速、横移速度、桥架深度、台车进关量息息相关，而在传统施工作业中所有子系统的控制均由一人操作，在高度的压力和紧张的状态下，人往往容易疲惫，反应时间长且操作精度低，造成施工质量不高甚至影响施工安全。另外，绞刀速度、泥泵转速、横移速度、桥架深度、台车进关量这几个影响施工效率的关键参数，在传统施工作业中完全按照操作员的经验来决定，也造成了施工效率因人而异，差异巨大，造成人工和燃油成本的浪费。

技术实现要素：

本申请的目的在于，提供一种绞吸挖泥船疏浚全自动控制系统及方法，以解决传统施工手动操作中的问题。本申请可以实现绞吸挖泥船疏浚全自动控制技术，实现船舶挖泥输送施工自动化，可以提高疏浚设备及疏浚管系安全性，提升挖泥效率，减少人工成本和燃油消耗。

为了实现上述目标，本申请提供了如下技术方案：

一种绞吸挖泥船疏浚全自动控制系统，包括控制系统以及受该控制系统控制的绞刀子系统、泥泵子系统、横移绞车子系统、桥架绞车子系统、钢桩台车子系统、疏浚管系闸阀子系统。

该控制系统针对除疏浚管系闸阀子系统外的每个子系统分别设置控制器，各个控制器负责对相应子系统的相关设备进行控制，即疏浚主流程由该控制系统根据当前挖泥进程分别通过每个控制器调用相应的子系统进行工作，进而实现并确保疏浚安全的前提下实现整个挖泥输送系统全自动工作过程。

本申请还提供一种绞吸挖泥船疏浚全自动控制方法，包括浚前设置、自动挖泥两个阶段。

其中，浚前设置阶段：

在自动挖泥前，对挖泥流程进行基本参数设置，至少包括设定挖深、泥泵设定转速、绞刀设定转速、工作线、横移速度、桥架速度、台车进关量、切削量，挖泥模式，绞刀和泥泵停止触发条件，挖泥准备超时时间；

其中，自动挖泥阶段又包括准备进程、放桥进程、横移进程、进关进程、起桥进程。

准备进程，主要完成启动液压泵、封水泵和闸阀冲洗泵以及预置闸阀。

放桥进程，第一阶段自动桥架绞车控制器执行桥架下放至设定深度，自动横移绞车控制器执行横移至挖泥初始边线位置，自动泥泵控制器执行泥泵旋转至设定转速；第二阶段，自动绞刀控制器执行绞刀旋转至设定转速，自动桥架绞车控制器执行桥架下放至设定挖深。

横移进程，自动横移绞车控制器根据浚前参数的设置在相应工作线执行横移。在本阶段自动绞刀控制器、自动泥泵控制器、自动横移控制器、自动桥架控制器协同工作，优化各个子系统的控制参数，提高施工效率。

进关进程，自动钢桩台车控制器根据浚前参数设定执行台车进关；自动桥架绞车控制器执行桥架下放切削量。

起桥进程，自动横移绞车控制器执行将横移绞车停在中线位置；自动桥架绞车控制器执行桥架起升至安全销位置；自动绞刀控制器执行绞刀停止动作；自动泥泵控制器执行泥泵停止动作；停止封水泵、液压泵等附属设备，结束挖泥。

与现有技术相比，本申请的有益效果在于：

本申请可以实现绞吸挖泥船疏浚全自动控制技术，实现船舶挖泥输送施工自动化，可以提高疏浚设备及疏浚管系安全性，提升挖泥效率，减少人工成本和燃油消耗。

附图说明

图1为本申请实施例提供的全自动输送调用关系示意图；

图2为本申请实施例提供的疏浚主流程图；

图3为本申请实施例提供的准备进程的流程图；

图4为本申请实施例提供的放桥进程的流程图；

图5为本申请实施例提供的横移进程的流程图；

图6为本申请实施例提供的进关进程的流程图；

图7为本申请实施例提供的起桥进程的流程图。

具体实施方式

以下结合实施例以及附图对本申请技术方案做进一步描述。需要说明的是，本申请技术方案中提及的绞刀、泥泵、横移绞车、桥架绞车、钢桩台车、疏浚管路、疏浚闸阀、封水管路、封水泵、闸阀冲水泵、液压泵等等，皆是绞吸挖泥船配备的常见设备。

实施例

一种绞吸挖泥船疏浚全自动控制系统，包括控制系统以及受该控制系统控制的绞刀子系统、泥泵子系统、横移绞车子系统、桥架绞车子系统、钢桩台车子系统、疏浚管系闸阀子系统。

在本申请中，控制系统的硬件可以采用plc全自动控制设备。

进一步，控制系统针对每个子系统分别设置控制器，通过调用各个控制器对相应子系统的相关设备进行控制，调用关系如图1所示。

进一步，控制系统可以包括主流程控制器、自动绞刀控制器、自动横移控制器、自动泥泵控制器、自动桥架控制器、自动钢桩台车控制器；其中，主流程控制器分别与自动绞刀控制器、自动横移控制器、自动泥泵控制器、自动桥架控制器、自动钢桩台车控制器及疏浚管系闸阀子系统连接。

进一步，自动绞刀控制器与绞刀子系统连接并控制绞刀子系统工作；自动横移控制器与横移绞车子系统连接并控制横移绞车子系统工作；自动泥泵控制器与泥泵子系统连接并控制泥泵子系统工作；自动桥架控制器与桥架绞车子系统连接并控制桥架绞车子系统工作；自动钢桩台车控制器与钢桩台车子系统连接并控制钢桩台车子系统工作。

进一步，绞刀子系统包括绞刀、绞刀电机、绞刀变频器、绞刀离合器、绞刀齿轮箱、绞刀传感器；横移子系统包括横移绞车、横移绞车电机、横移绞车变频器、横移绞车传感器；泥泵子系统包括水下泵、水下泵电机、水下泵变频器、水下泵离合器、水下泵齿轮箱、水下泵封水泵、水下泵封水泵电机、水下泵封水泵变频器、水下泵传感器、舱内泵、舱内泵电机、舱内泵变频器、舱内泵离合器、舱内泵齿轮箱、舱内泵封水泵、舱内泵封水泵电机、舱内泵封水泵变频器、舱内泵传感器；桥架绞车子系统包括桥架绞车、桥架绞车电机、桥架绞车变频器、桥架绞车传感器；钢桩台车子系统包括钢桩、台车、钢桩台车传感器；疏浚管系子系统包括疏浚闸阀、闸阀冲洗泵、疏浚闸阀传感器。上述子系统均可以采用绞吸挖泥船上的现有设备。

本申请提供的绞吸挖泥船疏浚全自动控制方法按动作时序包括两个阶段：s1浚前设置阶段、s2自动挖泥阶段。

s1.浚前设置阶段

在自动挖泥前，需要对挖泥流程进行基本参数设置，这些基本参数对挖泥流程起到约束或选择作用，基本参数主要包括设定挖深、泥泵设定转速、绞刀设定转速、工作线、横移速度、桥架速度、台车进关量、切削量，挖泥模式，绞刀和泥泵停止触发条件，挖泥准备超时时间等。其中，挖泥模式包括单水下泵、两泵、三泵，其中两泵为水下泵加1号舱内泵、水下泵加2号舱内泵、三泵为水下泵加1号舱内泵加2号舱内泵。

s2.自动挖泥阶段

选择全自动挖泥控制指令后，系统将读取浚前设置的基本参数并进入准备进程。在优选的实施方式中，疏浚主流程如图2所示。

s21.准备进程：

系统自检，并启动液压泵、封水泵和闸阀冲洗泵以及预置闸阀；在挖泥准备时间内完成相关自检后进入s22放桥进程。

s22.放桥进程：

第一阶段启动桥架绞车变频器，并调用自动桥架绞车控制器按设定速度下放至设定深度，此时桥架入水，但并未进入泥面；然后启动横移绞车变频器，并调用自动横移绞车控制器将横移绞车自动移至左边线位置；与此同时，启动水下泵变频器，并调用自动泥泵控制器调整水下泵至设定转速，之后根据设定挖泥模式启动舱内泵变频器，并由自动泥泵控制器调整舱内泵至设定转速，此时管路中仅有清水。

第二阶段经过一定的打清水时间后，启动绞刀变频器，并调用自动绞刀控制器调整绞刀至设定转速，然后自动桥架绞车控制器按设定速度将桥架下放至设定挖深，并进入s23横移进程。

s23.横移进程：

开始横移后，自动横移控制器、自动绞刀控制器、自动泥泵控制器、自动桥架控制器协同工作，并优化施工效率。在横移至边线之后根据重复开挖次数设定决定是否再次横移，如若不需再次横移，进入s24进关进程。

s24.进关进程：

在允许进关的情况下，调用自动钢桩台车控制器按设定进关量进行进关，进关成功后回到s23横移进程；

若台车剩余行程不允许进关且需进行下层挖泥，则台车退后最大行程位置，桥架按设定切削量下放，之后退后至s23横移进程；

若台车剩余行程不允许进关且不需进行下层挖泥，如继续挖泥则需进行人工换桩，换桩成功之后退后至s23横移进程，如需停止挖泥则进入s25起桥进程。

s25.起桥进程：

首先停止绞刀，然后自动横移至中线位置，之后停止横移，同时起升桥架至设定深度，此时，桥架已离开泥面，但泥泵仍在运行，只是在打清水，冲洗泥管中残留的泥沙，防止泥沙沉淀在泥管中，待一定时间的打清水时间之后，先停止舱内泵，之后停止水下泵，起升桥架至安全销位置，之后停止桥架，停止封水泵及冲洗泵，停止液压泵，至此，全自动挖泥输送的施工全部完成。

在优选的实施方式中，准备进程的实施流程如图3所示：

s211：挖泥准备开始；

s212：启动挖泥准备计时器；

s213：开始系统自检，并转至步骤s213a和s213b；

s213a：判断液压泵是否可用，若否，则转至步骤s213a1，若是，则转至步骤s214；

s213a1：启动液压泵并判断液压泵启动是否超时，若是，则触发液压泵启动超时警报，若否，则返回步骤s213a；

s213b：判断多传动变频系统是否可用，若否，则转至步骤s213b1，若是，则转至步骤s213b2；多传动变频系统包括横移绞车变频器、桥架绞车变频器、封水泵变频器；

s213b1：启动多传动变频器并判断多传动变频器启动是否超时，若是，则触发多传动变频器启动超时警报，若否，则返回步骤s213b；

s213b2：启动封水泵及闸阀冲洗泵；

s214：判断疏浚管系是否处于设定挖泥模式，若否，则转至步骤s215，若是，则转至步骤s216；

s215：预置疏浚闸阀并判断疏浚闸阀预置是否超时，若是，则触发疏浚闸阀预置超时警报，若否，则返回步骤s214；

s216：判断挖泥准备是否超时，若是，则触发挖泥准备超时警报，若否，则进入放桥进程s22。

在优选的实施方式中，放桥进程的实施流程如图4所示：

s221：放桥进程开始；

s222：判断桥架绞车变频器是否可用，若否，则启动桥架绞车变频器，并继续判断桥架绞车变频系统是否可用，若是，则转至步骤s223；

s223：判断桥架绞车运行条件是否满足，若否，则触发桥架绞车运行条件不满足警报，若是，则转至步骤s224；

s224：桥架绞车开始运行，并判断桥架绞车系统停止条件是否满足，若是，则桥架绞车停止并触发桥架绞车自动停止提示，若否，则转至步骤s225；

s225：下放桥架至设定深度，并转至步骤s225a和s225b：

s225a：判断横移绞车变频器是否可用，若否，则启动横移绞车变频器并继续判断横移绞车变频系统是否可用，若是，则转至步骤s225a1；

s225a1：判断横移绞车运行条件是否满足，若否，则触发横移绞车运行条件不满足警报，若是，则转至步骤s225a2；

s225a2：横移绞车开始运行，并判断横移绞车系统停止条件是否满足，若是，则横移绞车停止并触发横移绞车运行条件不满足警报，若否，则转至步骤s226；

s225b：判断水下泵是否可用，若否，则启动水下泵变频器并继续判断水下泵是否可用，若是，则转至步骤s225b1；

s225b1：判断水下泵运行条件是否满足，若否，则触发水下泵运行条件不满足警报，若是，则转至步骤s225b2；

s225b2：水下泵开始运行，并判断水下泵停止条件是否满足，若是，则水下泵停止并触发水下泵自动停止提示，若否，则重复步骤s225b2；

s225b3：判断舱内泵是否可用，若否，则启动舱内泵变频器并继续判断舱内泵是否可用，若是，则转至步骤s225b4；

s225b4：判断舱内泵运行条件是否满足，若否，则触发舱内泵运行条件不满足警报，若是，则转至步骤s225b5；

s225b5：舱内泵开始运行，并判断舱内泵停止条件是否满足，若是，则舱内泵停止并触发舱内泵自动停止提示，若否，则重复步骤s225b5；

s226：判断绞刀是否处于左边线位置，若否，则横移至左边线位置并继续判断绞刀是否处于左边线位置，若是，则转至步骤s227；

绞刀装在桥架上，桥架绞车上下移动改变绞刀的上下位置，横移绞车拖动桥架左右移动，改变绞刀的左右位置。

s227：再次启动放桥进程，并判断绞刀变频器是否可用，若否，则启动绞刀变频器并继续判断绞刀变频系统是否可用，若是，则转至步骤s228；

s228：判断绞刀运行条件是否满足，若否，则触发绞刀运行条件不满足警报，若是，则转至步骤s229；

s229：绞刀开始运行，并判断绞刀停止条件是否满足，若是，则绞刀停止并触发绞刀自动停止提示，若否，则下放桥架至设定挖深，到达设定挖深一定时间后，进入横移进程s23。

在优选的实施方式中，横移进程的实施流程如图5所示：

s231：开始横移进程；

s232：自动横移控制器、自动绞刀控制器、自动泥泵控制器、自动桥架控制器协同工作。

s233：判断绞刀是否到达边线位置，若是，则转至步骤s234，若不是，则返回步骤s232；

s234：判断是否需要重复开挖，若是，触发单层挖泥次数提示并返回步骤s232，若否，则进入进关进程s24。

在优选的实施方式中，进关进程的实施流程如图6所示：

s241：开始进关进程；

s242：判断台车剩余行程是否大于进关量，若是，则转至步骤s243a，若否，则转至步骤s243b；

s243a：调用自动钢桩台车控制器，自动进关，并判断进关是否成功，若否，则触发进关不成功警报，若是，则并返回横移进程s23；

s243b：判断是否进行下层挖泥，若是，则转至步骤s243b11，若否，则转至步骤s243b21；

s243b11：台车退回至最大行程位置；

s243b12：桥架下放切削量，并返回横移进程s23；

s243b21：判断是否进行人工换桩，若是，则转至步骤s243b22，若否，则转至步骤s244；

s243b22：横移至中线位置；

s243b23：人工换桩；

s243b24：人工换桩成功确认；

s243b25：横移至左边线位置，并返回横移进程s23；

s244：判断是否停止挖泥，若否，则触发暂停挖泥警报，若是，则进入起桥进程s25。

在优选的实施方式中，起桥进程的实施流程如图7所示：

s251：开始起桥进程；

s252：停止绞刀，并起升桥架至设定深度；

s253：判断桥架是否在中线位置，若否，则横移至中线位置并继续判断桥架是否在中线位置，若是，则停止横移，并转至步骤s254；

s254：判断打清水时间是否满足要求，若否，则等待直至打清水时间满足要求，若是，则转至步骤s255；

s255：再次启动起桥；

s256：停止舱内泵；

s257：停止水下泵；

s258：起升桥架至安全销位置；

s259：停止桥架；

s2510：停止封水泵和冲洗泵；

s2511：停止液压泵；

s2512：全自动挖泥输送控制流程结束。

上述描述仅是对本申请较佳实施例的描述，并非是对本申请范围的任何限定。任何熟悉该领域的普通技术人员根据上述揭示的技术内容做出的任何变更或修饰均应当视为等同的有效实施例，均属于本申请技术方案保护的范围。