专利名称：耙吸挖泥船自动耙管绞车控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及挖泥船工作过程的控制系统，具体是 一种用来对耙吸挖 泥船耙管位置进行自动控制的耙吸挖泥船自动耙管绞车控制器。
技术背景在耙吸挖泥船工作过程中，需要通过乾管绞车收放绞车钢丝绳来控 制耙管与船舶的相对位置，以保证耙管在疏浚时有一个良好的姿态和固 定的疏浚深度，确保疏浚过程顺利进行，提高疏浚船舶的安全性。耙管 绞车包括耙头绞车和耙中绞车。要使耙吸挖泥船波浪补偿器油缸的柱塞 经常保持在行程的中间位置，必须通过控制耙头绞车，卷入或放出乾头 钢丝绳来补偿海底高低不规则、波浪起伏和船体吃水变化而引起的柱塞 移动量。对于双节耙管，为了使两节耙管的夹角不超过允许的范围，也 必须控制耙中绞车的钢丝绳长度。现有的耙吸挖泥船工作过程中一般通过人工操作的方式对耙管绞 车进行控制，其自动化程度低，不仅操作不便、操控的准确度和安全性 差，也难以适应挖泥船工作过程中工作条件和参数的实时变化。 发明内容本发明所要解决的技术问题是，提供一种自动化程度高，能够实时 控制耙管绞车的运行，操作方便，操控精确、安全的乾吸挖泥船自动耙 管绞车控制器。本发明的耙吸挖泥船自动耙管绞车控制器包括有绞车控制器、参数设定模块、数据采集模块和绞车执行模块，参数设定模块将耙管控制参 数输出到绞车控制器，数据釆集模块将耙管的实时位置参数输出到绞车 控制器，绞车控制器将绞车执行信号输出到绞车执行模块。所述参数设定模块可以是位于疏浚控制台上的计算机，它向绞车控制器输出的控制参数包括最大挖深设定、波浪补偿器最大位置设定、 波浪补偿器最小位置设定、最大距舷外距离设定、最大距舷内距离设定、 挖泥深度控制死区设定、耙头绞车控制增益设定、最小控制深度设定、 距船底最小距离设定、距船体最小距离设定、下耙管倾斜角度设定、中 间万向节夹角设定、控制角度死区范围设定、中间管绞车增益设定、最 大垂直角度设定、最大水平角度设定。 所述数据釆集模块包括安装在上耙管上的上水平传感器，用来釆集耙管上水平角度； 安装在上乾管上的上垂直传感器，用来釆集乾管上垂直角度； 安装在下耙管上的下水平传感器，用来釆集耙管下水平角度； 安装在下耙管上的下垂直传感器，用来釆集耙管下垂直角度； 安装在波浪补偿器上的行程传感器，用来釆集波浪补偿器行程； 安装在耙管吸口附近的吃水传感器，用来釆集吸口深度； 安装在船体上的横倾传感器，用来采集船体横倾数据； 安装在船体上的纵倾传感器，用来采集船体纵倾数据。 本发明可以通过绞车控制器对釆集到的耙管位置传感数据和设定 的控制参数进行实时的处理，并及时通过绞车执行模块对耙管的姿态进 行调整，其自动化程度高、操作方便、操控的准确性和安全性高，能够准确及时地对挖泥船工作条件和参数的变化作出相应反应。
图l是本发明实施例的原理框图。
具体实施方式
如图所示，本发明实施例中，参数设定模块将耙管控制参数输出到 绞车控制器，数据釆集模块将乾管的实时位置参数输出到绞车控制器， 绞车控制器将绞车执行信号输出到绞车执行模块。参数设定模块向绞车控制器输出以下控制参数最大挖深设定当耙管绞车控制器在自动模式下工作，控制器使乾头处于该深度与疏浚挖深之间；波浪补偿器最大位置设定当波浪补偿器处于这一设定位置时，耙 头绞车将上升。当到达波浪补偿器中间位置，耙头绞车停止；波浪补偿器最小位置设定当波浪补偿器处于这一设定位置时，耙 头绞车将下降。当到达波浪补偿器中间位置，耙头绞车停止；最大距舷外距离设定当耙头超过这一距离时，耙头绞车将上升， 提升耙头；最大距舷内距离设定当耙头超过这一距离时，耙头绞车将上升， 提升耙头；挖泥深度控制死区设定该控制死区是指在设定值上下的一定范 围，当耙头偏离挖泥深度控制死区设定时，耙管绞车控制器立即调节耙 头位置；耙头绞车控制增益设定设置一个耙头控制增益系数，增益系数每增加l,意味着乾头每变化0.1米，绞车速度将递增10%的速度(正 常起耙速度)；最小控制深度设定为了防止耙头被提出水面，系统设置耙头在水 面下最小的工作深度，使耙头绞车控制器只能在这一深度以下投入工作；距船底最小距离设定耙头在船体底部，耙头顶部距船体的距离， 当乾头距船体小于这一距离时，耙头绞车将上升，提升耙头；距船体最小距离设定耙头内侧距船体距离，当耙头内侧靠近船体 距离超过设定值时，耙头绞车将上升，提升耙头；下耙管倾斜角度设定设定下耙管与海底的夹角；中间万向节夹角设定设定上下耙管弯曲角度；控制角度死区范围设定该控制死区指下耙管倾斜角度或上下耙管 夹角的死区，当控制角度超过设定范围时，绞车将动作；中间管绞车增益设定设置一个中间管控制增益系数，增益系数每 增加l,意味着中间管每变化O. l米，绞车速度将递增10%的速度。最大垂直角度设定当下垂直角度过大时，耙头绞车上升，提升耙 头；当下垂直角度过大时，中间管绞车上升，提升中间管；最大水平角度设定当上水平角度过大时，耙头绞车上升，提升耙 头；当下水平角度过大时，中间管绞车上升，提升耙头。数据釆集模块用来釆集耙管和船体的姿态、位置数据，它包括有 安装在上耙管上的上水平传感器；安装在上耙管上的上垂直传感器；安 装在下耙管上的下水平传感器；安装在下耙管上的下垂直传感器；安装在波浪补偿器上的行程传感器；安装在耙管吸口附近的吃水传感器；安 装在船体上的横倾传感器；安装在船体上的纵倾传感器。 绞车控制器向绞车执行模块输出的控制信号包括 耙头绞车速度当耙头绞车动作时，控制器将根据设定，自动调节 乾头绞车速度；耙头紋车上升当此指令输出时，控制器将控制耙头绞车上升，提 升耙头；耙头绞车下降当此指令输出时，控制器将控制耙头绞车下降，降 低乾头；耙中绞车速度当耙中绞车动作时，控制器将根据设定，自动调节 耙中绞车速度；耙中绞车上升当此指令输出时，控制器将控制耙中绞车上升，提 升耙中；耙中绞车下降当此指令输出时，控制器将控制耙中绞车下降，降 低耙中；锁定波浪补偿器当此指令输出时，控制器将控制锁定波浪补偿器， 停止波浪补偿器的动作。本发明实施例可以进行如下控制过程 (l)波浪补偿器中间位置控制波浪补偿器中间位置控制功能，通过对耙头绞车的"上升"和"下 降"指令，以调节波浪补偿器处于中间有效位置。如果由于任何的原因， 耙头超过了设定挖深，系统将锁定波浪补偿器并立即发出耙头钢丝绳上升指令，直到耙头回到希望的深度。波浪补偿器仅在耙头下降时才被锁 定，所以如果由于海底浅点使耙吸管上升，柱塞仍可继续上升，以防止 造成钢丝绳松弛，当耙头上升到一定的程度使波浪补偿器偏离中央距离 达到一定程度，耙头绞车将收进，将柱塞"压下"，而乾头依然保持着 对地的压力并且使波浪补偿器继续产生效果。为了避免经常因小的深度 偏差引起的频繁调节，可以调整响应时间常数。如果在达到设定挖深之 前，耙头已到达海底，挖深控制不起作用，此时控制器仅进行正常的波 浪补偿控制，锁定装置不起作用。(2) 横向控制由于横向潮流或海底的地形引起耙头横向受力而离开船体或靠近 船体，导致耙吸管万向接头运动过量，船体碰压耙头钢丝、万向节、耙 头，在浅水区域甚至可能导致损坏耙头或船体。如果横向移动超过最大 舷内距离或最大舷外距离，耙管绞车控制器将控制耙头绞车提升钢丝绳 以防止上述情况发生。同时，控制器锁定波浪补偿器，而不等柱塞全部 缩回，以保证快速升起耙头，并用自身重力校正其位置。(3) 中间万向节角度控制中间万向节角度控制确保上下耙管的角度不超过设定极限值，在超 过设定值后，控制器将自动控制绞车，调整中间万向节角度恢复正常状 态。(4) 下耙管角度控制下耙管角度控制是控制下耙管与海底的角度保持在一定的范围内。 在超过设定值后，控制器将自动控制绞车，调整中间下耙管度恢复正常状态。(5) 固定挖深控制控制器将自动控制绞车，使耙头始终处于实际设定挖深与疏浚挖深 之间，同时为避免耙头被提出水面，控制器会自动在一个设定好的最小 水深以下投入工作，在最小水深以上时，控制器无效。(6) 角度保护弯管最大垂直角度、中间管最大垂直角度、耙头最大角度，其中任 何一个角度超出设定范围时，耙管绞车控制器将自动停止所有绞车动 作。上耙管最大水平角度、万向节最大水平角度，其中任何一个角度超 出了设定范围，耙管绞车控制器将自动控制耙头绞车收紧钢丝绳直至恢 复正常角度，但是如果超出其他限制的安全范围，绞车将停止。(7) 报警当任何的角度超越了设定值，控制器将发出报警。
权利要求
1、一种耙吸挖泥船自动耙管绞车控制器，其特征是它包括有绞车控制器、参数设定模块、数据采集模块和绞车执行模块，参数设定模块将耙管控制参数输出到绞车控制器，数据采集模块将耙管的实时位置参数输出到绞车控制器，绞车控制器将绞车执行信号输出到绞车执行模块。
2、 根据权利要求l所述的乾吸挖泥船自动乾管绞车控制器，其特 征是参数设定模块向绞车控制器输出的控制参数包括，最大挖深设定、 波浪补偿器最大位置设定、波浪补偿器最小位置设定、最大距舷外距离 设定、最大距舷内距离设定、挖泥深度控制死区设定、耙头绞车控制增 益设定、最小控制深度设定、距船底最小距离设定、距船体最小距离设 定、下乾管倾斜角度设定、中间万向节夹角设定、控制角度死区范围设 定、中间管绞车增益设定、最大垂直角度设定、最大水平角度设定。
3、 根据权利要求1或2所述的耙吸挖泥船自动耙管绞车控制器， 其特征是所述数据采集模块包括有，安装在上乾管上的上水平传感器； 安装在上乾管上的上垂直传感器；安装在下乾管上的下水平传感器；安装在下耙管上的下垂直传感器；安装在波浪补偿器上的行程传感器；安装在耙管吸口附近的吃水传感器；安装在船体上的横倾传感器；安装在船体上的纵倾传感器。
全文摘要
本发明涉及挖泥船工作过程的控制系统，具体是一种用来对耙吸挖泥船耙管位置进行自动控制的耙吸挖泥船自动耙管绞车控制器。该系统包括有绞车控制器、参数设定模块、数据采集模块和绞车执行模块，参数设定模块将耙管控制参数输出到绞车控制器，数据采集模块将耙管的实时位置参数输出到绞车控制器，绞车控制器将绞车执行信号输出到绞车执行模块。本发明自动化程度高，能够实时控制耙管绞车的运行，操作方便，操控精确、安全。
文档编号E02F5/00GK101240555SQ20081001970
公开日2008年8月13日 申请日期2008年3月13日 优先权日2008年3月13日
发明者丁志兵, 侯晓明, 张伟明, 张洪涛, 宁 李, 范柏乾, 虞琼华, 郑唐文, 陈松涛 申请人:镇江市亿华系统集成有限公司;中交上海航道局有限公司;中港疏浚股份有限公司;中国船舶工业集团公司第七○八研究所